5 Techniki in situ

METODY OCZYSZCZANIA

„IN SITU”

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

TECHNIKI IN SITU

Techniki remediacji zanieczyszczeń z gleb i wód gruntowych terenów skażonych, bez konieczności

zdejmowania warstw skażonych i ich transportu do miejsca oczyszczania, są ze wszech miar godne uwagi.

Z jednej strony są

prostsze technologicznie

, z drugiej

korzystniejsze ekonomicznie

Należy jednak liczyć się z

niekorzystnymi zjawiskami

podczas oczyszczania „na miejscu” związanymi z:

• heterogenicznością gleby (gruntu),
• nierównomiernością rozkładu skażenia,
• koniecznością zabezpieczenia przed rozprzestrzenianiem się zanieczyszczenia

w poprzek i w głąb profilu glebowego i warstw geologicznych,

• zastanymi warunkami glebowymi i klimatycznymi w danym miejscu

o określonym czasie.

Poza wyżej wymienionymi problemami, dochodzą komplikacje związane z koni

ecznością ogrodzenia

terenu oczyszczanego

w analogiczny sposób jak przy prowadzeniu prac budowlanych. Utrudnia to

komunikację na terenach sąsiednich.

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Wśród technik remediacyjnych in situ za dominujące obecnie uznać można:

• przemywanie gleby i wypompowywanie wody poprzez przygotowane studnie;

przepompowywanie wody gruntowej z oczyszczaniem - (Pump-and-Treat),

• wgłębne napowietrzanie gleby (SVE – Soil Vapor Extraction),
• bioremediację,
• fitoremediację.

Oczyszczanie wszystkich zanieczyszczonych wód gruntowych do poziomu wymaganego dla wód pitnych

jest nierealne. Przy rekultywacji należy zbilansować ryzyko dla środowiska z możliwościami

technicznymi i stroną ekonomiczną zagadnienia.

TECHNIKI IN SITU

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Skuteczność oczyszczania in-situ:

KCSQL (kinetycznie uwarunkowana granica czystości gleby) – Beck i wsp. [1995]

KCSQL w gruntach trudnych może być bardzo wysoka, np. dla SPAH 283 mg/kg gleby („Lista
Holenderska” – 40)

dC / dt = 10-1; dC / dt = 0 przy t  

TECHNIKI IN SITU

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

• Najpowszechniej stosowana metoda technicznego

oczyszczania in situ;

• Możliwość łącznego oczyszczania gruntu i wód gruntowych;
• Technika złożona z uwagi na niebezpieczeństwo rozszerzenia

się zasięgu zanieczyszczenia;

• Słaba skuteczność wobec NAPL (nonaqueous phase liquid

– niewodna faza ciekła);

TECHNIKI IN SITU - PRZEMYWANIE

Technika przemywania gleby przeprowadzana jest dwufazowo:

• pierwsza faza polega na rozdeszczowaniu wody na powierzchnię gleby, skąd migruje ona w głąb

profilu glebowego oraz wypompowaniu wody wraz z przechwyconymi przez nią zanieczyszczeniami

przez studnie ssące bądź system drenów.

• druga faza polega na oczyszczeniu wody zassanej, do czego używa się bądź samojezdnych, bądź

demontowalnych zestawów filtrujących.

Odizolowanie przestrzenne terenu skażonego osiąga się współcześnie poprzez budowanie przesłon

pionowych, z użyciem technik wysokociśnieniowego wtrysku cementu i poliuretanu [CASE 1995].

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

WARSTWA NIEPRZEPUS ZCZALNA

OCZYSZCZANIE

ZANIECZYSZCZONEGO

EKSTRAKTORA (WODY)

WYPOMPOWANIE ZANIECZYSZCZONEJ WODY

UŻYTEJ DO EKSTRAKCJI ZANIECZYSZCZEŃ

DESZCZOWANIE

POWIERZCHNI

GLEBY (GRUNTU)

SZTUCZNA BARIERA

ROZPRZESTRZENIANIA SIĘ

ZANIECZYSZCZENIA

ZANIECZYSZCZONA

WARSTWA

GLEBY (GRUNTU)

TECHNIKI IN SITU - PRZEMYWANIE

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Oczyszczanie z użyciem studni poziomych [Sass, Bayer – Karlsruhe 1993]:

• Wiercenie głowicą mechaniczno-hydrauliczną (380 bar) mikrotuneli o średnicy do 50 mm;

• Umieszczenie porowatych filtrów polietylenowych;

• Metoda dobra przy płytko zalegającym poziomie wód gruntowych lub przy konieczności dotarcia do

konkretnego poziomu gleby;

TECHNIKI IN SITU - PRZEMYWANIE

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Przykłady użycia techniki i zauważone efekty:
• National Research Council (USA) – 77 lokalizacji, z których 8 miejsc oczyszczonych w akceptowalnym

zakresie, w czasie od 1 do kilku lat. Mac Donald i Kavannaugh [1994] stwierdzili, że metoda jest dobra

tylko dla gruntów o prostej charakterystyce, inne mogą pozostać skażone nawet po wieloletnim okresie

oczyszczania.

• Liege (Belgia) oczyszczenie kolejowej stacji przeładunkowej z 57 ton akrylonitrylu w ciągu 3 miesięcy

[BlackPoint 1995].

TECHNIKI IN SITU - PRZEMYWANIE

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Ograniczenia techniki:

• konieczność przestrzennego odizolowania miejsca skażenia, aby w wyniku deszczowania nie doszło do

dalszej migracji skażenia w poprzek profilu glebowego

• konieczność istnienia w podglebiu warstwy nieprzepuszczalnej, która będzie limitować przesiąkanie

zanieczyszczeń w głąb profilu glebowego,

• wysoki koszt i długotrwałość tak prowadzonego procesu oczyszczania w przypadku niejednorodności

gleby dużego kompleksu sorpcyjnego – Beck i Jones [1995]; metodę pompowania i deszczowania można

stosować skutecznie tylko w miejscach o prostej charakterystyce gruntu, zakładając możliwość

długotrwałości działań.

TECHNIKI IN SITU - PRZEMYWANIE

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

TECHNIKI IN SITU – NAPOWIETRZANIE (SVE)

Technika ta polega na: głębokim - wymuszonym napowietrzaniu gleby poprzez studnie wentylacyjne

i następnie zassaniu powietrza skażonego oraz termicznym lub filtracyjnym oczyszczeniu gleby.

rowek

brzeżny

powietrze zanieczyszczone

pompy

filtry

powietrze

skażona

gleba

folia przykrywająca

studnie zasysające

warstwa

nieprzepuszczalna

piasek

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Ograniczenia techniki:
• większość ograniczeń tożsamych z technikami przemywania gleb in situ, nie stosuje się jednak

budowania pionowych przesłon,
• metoda nie nadaje się do wykorzystania w stosunku do zanieczyszczeń wewnętrznie zasorbowanych

przez fazę stałą gleby, a tylko do usuwania zanieczyszczeń z porów glebowych i zaadsorbowanych
zanieczyszczeń na powierzchniach cząstek stałych; wobec tego nie można stosować tej metody np.

wobec miejsc zanieczyszczonych od dawna [Travis i Mc Innis, 1992].

TECHNIKI IN SITU – NAPOWIETRZANIE (SVE)

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Przykłady użycia techniki i zauważone efekty:
• Donaldson [1992] – 5 obiektów skażonych węglowodorami z benzyn – metoda pasywna; problem –

wolne tempo, skażenie powietrza atmosferycznego;

• Wehrle [1993] – ograniczenia ze strony gruntu podobne jak w przypadku przemywania;
• 50 lokalizacji w USA – w większości metoda efektywna w 85-100 %;
• Travis, McInnis [1992] – metoda dobra dla zanieczyszczeń lotnych w porach glebowych, wodzie wolnej

i zaadsorbowanych na powierzchniach zewn. cząstek glebowych; nieefektywna dla zasorbowanych
wewnątrz; proces długotrwały;

• TAUW Milieu BV – teren dawnej pralni chemicznej – oczyszczanie gruntów z perchloroetylenu (PCE);

SVE + skraplanie powietrza; 1 tydzień SVE redukcja 10X, po czym powrót do stanu wyjściowego

w ciągu 4 tygodni; następne cykle już skuteczniejsze; 3-6 miesięcy – redukcja z 14 mg/kg do 0,3 mg/kg

(przy zawartości 1 % materii organicznej w glebie); kolejne 5 lat – brak dalszej redukcji (desorpcja

nieliniowa);

• Rheine (Niemcy) w 1986 roku, oczyszczenie

gleby skażonej chlorowanymi węglowodorami
na głębokość 2-3 m. Oczyszczanie trwało
6 miesięcy [Hochtief 1995].

TECHNIKI IN SITU – NAPOWIETRZANIE (SVE)

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Odpady łatwo degradowalne:

•

resztki organiczne,

•

ścieki i osady ściekowe,

•

papier nie pokrywany,

•

drewno nie impregnowane,

Odpady średnio degradowalne:

•

kartony,

•

ceramika nie powlekana,

•

drewno zabezpieczane powierzchniowo,

Odpady trudno degradowalne:

•

szkło,

•

tworzywa sztuczne,

•

drewno impregnowane ciśnieniowo,

•

odpady metalowe,

•

gruz budowlany (zwłaszcza betonowy).

BIODEGRADOWALNOŚĆ ODPADÓW

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Badania w zakresie biodegradacji zanieczyszczeń skupiają się obecnie na usuwaniu ze środowiska

przyrodniczego niżej wymienionych grup związków:

•

węglowodory alifatyczne,

•

wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne,

•

halogenopochodne węglowodorów aromatycznych,

•

polichlorowane bifenyle,

•

dioksyny,

•

związki eterowe,

•

polimery,

•

detergenty,

•

barwniki,

•

cyjanki,

•

pestycydy.

BIODEGRADACJA ODPADÓW WSPÓŁCZEŚNIE

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Skażenia gleb produktami pochodnymi ropy naftowej należą do najbardziej rozpowszechnionych

zanieczyszczeń. Szczególnie często występują one w glebach obszarów przydrożnych, miejskich, wkoło

zakładów przemysłowych i w rejonach wydobycia, przeładunku i dystrybucji ropy naftowej i gazu oraz

produktów z nich otrzymywanych.

SUBSTANCJE POCHODNE ROPY NAFTOWEJ W ŚRODOWISKU

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Wpływ różnych dodatków na rozkład ropy naftowej [Pettersen, Andersen, Baggersgård, Jensen, Lyngsö,
Kjaer 1993].

SUBSTANCJE POCHODNE ROPY NAFTOWEJ W ŚRODOWISKU

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Zbyt duża koncentracja zanieczyszczeń naftopochodnych w glebie prowadzi do zmniejszenia aktywności
mikroflory. Bieszkiewicz i inni określili górną granicę efektywnej mineralizacji zanieczyszczeń olejowych
na 1500 mg/l.
Rozkład olejów w hodowlach mieszaniny szczepów bakteryjnych po 14 dniach inkubacji [Bieszkiewicz,
Mycielski, Roszczyk-Maleszak, Wyszkowska 1997].

Ubytek olejów w hodowlach

Stężenie olejów

w podłożu [mg/l]

Stężenie olejów po 14 dniach

hodowli [mg/l]

1000

100

2500

1025

1475

4500

2350

2250

7500

4200

3300

10000

5900

4100

15000

9150

5850

SUBSTANCJE POCHODNE ROPY NAFTOWEJ W ŚRODOWISKU

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Stopień zużycia wybranych węglowodorów przez badane szczepy w czasie 9-dniowej hodowli w podłożu
a zawierającym 6% oleju napędowego [Galas, Kwapisz, Tarabasz-Szymańska, Krystynowicz, Antczak,
Oryńska 1997].

Ubytek węglowodorów [%]

Szczep

Nazwa

Wzór

141

R5.4

nonan

100

dekan

100

-11

undekan

100

-70

dodekan

100

-77

2-metylo-naftalen

tridekan

-33

1-metylo-naftalen

100

-50

tetradekan

-40

pentadekan

-9

heksadekan

heptadekan

-3

2,6,10,14-tetrametylopentadekan

-11

oktadekan

-18

2,6,10-trimetylodedekan

100

-35

nonadekan

-21

eikozan

100

heneikozan

100

dokozan

100

Węglowodór

SUBSTANCJE POCHODNE ROPY NAFTOWEJ W ŚRODOWISKU

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Zużycie olejów w hodowlach wybranych szczepów bakterii (1000mg olejów/l) [Bieszkiewicz, Mycielski,
Roszczyk-Maleszak,Wyszkowska 1997].

100

jó

dni

( 1000mg olejów/l )

Poszczególne mikroorganizmy różnią się
między sobą zdolnością rozkładu
węglowodorów. Przy tym często
najefektywniejsze są mieszaniny różnych
szczepów mikroorganizmów. Efekt
ten wykorzystują firmy zajmujące się
profesjonalnie biologicznym oczyszczaniem
gleb ze związków naftopochodnych.
Zamiast szukać specjalnych szczepów
mikroorganizmów, najefektywniej
rozkładających te związki, namnażają
drobnoustroje z gleb od dawna skażonych,
np. z terenów rafinerii. Stwarzając im
optymalne warunki rozwoju przez dodatek
pożywek, stymulują rozkład zanieczyszczeń
w glebie.

SUBSTANCJE POCHODNE ROPY NAFTOWEJ W ŚRODOWISKU

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Joergensen i inni stwierdzili zakłócenia w obiegu azotu w glebie pod wpływem zanieczyszczeń
pochodnych ropy naftowej; w miarę upływu czasu spadała zawartość oleju napędowego, a wzrastała masa
mikroorganizmów i ilość wydzielonego CO

. Wzrastała też ilość azotu amonowego w glebie, a silnie

obniżała się zawartość azotu azotanowego. To ostatnie zjawisko jest efektem zahamowania procesu
nitryfikacji w glebie na skutek zanieczyszczenia jej związkami naftopochodnymi. To zakłócenie obiegu
azotu w glebie, polegające na powstaniu krótkiego cyklu przyczynia się do powstania ostrego deficytu
dostępnego dla roślin azotu w glebie

SUBSTANCJE POCHODNE ROPY NAFTOWEJ W ŚRODOWISKU

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Wpływ sposobów rekultywacji gleby zanieczyszczonej ropą naftową na plon pszenicy jarej [Abzałow,
Sachabutdinowa, Gumierow 1989].

8 l/m

16 l/m

25 l/m

Kombinacja

wysokość

masa

1000 ziarn

plon

q/ha

wysokość

masa

1000 ziarn

plon

q/ha

wysokość

masa

1000 ziarn

plon

q/ha

Kontrola

– orka bez

zanieczyszczenia i nawożenia

24,0

26,1

Zanieczyszczenie ropą – bez
nawożenia; orka

23,2

16,0

22,5

11,4

21,9

7,8

Zanieczyszczenie ropą
+orka+ziemia próchnicza

24,1

27,3

25,3

24,7

24,5

7,2

Zanieczyszczenie ropą
+orka+NPK

25,3

31,7

24,9

23,2

24,6

10,7

Zanieczyszcz

enie ropą

+orka+ziemia próchnicza +NPK

26,7

29,9

26,9

25,2

25,6

13,4

Zanieczyszczenie ropą

+orka+ziemia próchnicza +NPK
+deszczowanie

27,7

31,9

25,1

27,3

24,1

13,6

SUBSTANCJE POCHODNE ROPY NAFTOWEJ W ŚRODOWISKU

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne

(policykliczne węglowodory aromatyczne)

max. poziom tolerancji

Ekotoksykologiczny

dla człowieka

poziom interwencyjny

mg ∙ kg

-1

∙ d

-1

mg ∙ kg

-1

antracen

benzo(a)piren

chryzen

fenantren

naftalen

WWA

Poziomy wyznaczone dla rejonów:
przemysłowych wschodniej Francji - 82-1926 mg WWA (S 16 wg US EPA)∙ kg

-1

przemysłowych Baden-Württemberg - do 1800 82-1926 mg WWA (S 16 wg US EPA)∙ kg

-1

Polski - 62-12760 (mediana 825) mg WWA (S 16 wg US EPA)∙ kg

-1

Stwierdzono zdolność roślin do pobierania WWA drogą aktywną i pasywną przez korzenie i liście.

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Oznaczono, że bez względu na sposób traktowania gleby zanieczyszczonej WWA, po 6 miesiącach ich
zawartość spada o 70-90 % w wyniku naturalnie zachodzącej bioremediacji.
W wielu pracach dotyczących degradacji wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA)

wymienia

się

szczególne

właściwości

Phanerochaete

chrysosporium,

polegające

m.in.

pozakomórkowym wydzielaniu wielu enzymów odpowiedzialnych za degradację WWA oraz na dużej
tolerancji tego mikroorganizmu na wysokie stężenia substancji toksycznych. Do biodegradacji

benzo(a)pirenu proponuje się wykorzystanie szczepu Harasumis. Aktywność w stosunku do niektórych

WWA wykazują grzyby Horomococcus resinae, Pleurotus ostreatus (firma niem. FRG) oraz Penicillium.
Spośród bakterii używanych do biodegradacji WWA wymienić należy Pseudomonas, Rhodococcus,
Acinetobacter, Photobacterium phosphoreum.

W zakresie badań nad biodegradacją WWA szczególnie ważne są prace mające na celu określenie

genetycznych podstaw procesów biodegradacji; wyraźny jest postęp w zakresie doskonalenia metod

skriningu drobnoustrojów oraz określania metabolicznego potencjału wybranych kultur mieszanych w

modelowych ekosystemach.

BIODEGRADACJA WWA

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Polichlorowane bifenyle

max. poziom tolerancji

Ekotoksykologiczny

dla człowieka

poziom interwencyjny

mg ∙ kg

-1

∙ d

-1

mg ∙ kg

-1

trichlorobifenyl

0,09

heksachlorobifenyl

0,09

PCB

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Wiele uwagi poświęca się problemowi biodegradacji polichlorowanych bifenyli (PCB), substancji
wysokotoksycznych, kancerogennych i jednocześnie trudnych do degradacji. Pewną zdolność do rozkładu
tych substancji wykazują komórki roślinne (np. chrzanu), grzyby (Phanerochaete chrysosporium)
i bakterie (Alcaligenes xylosoxidans, A. eutrophus), Szlak biodegradacji PCB kodowany jest przez dwie
różne grupy genów, które zazwyczaj nie występują u jednego mikroorganizmu. Pierwsza to geny
bphABCD, zlokalizowane zazwyczaj w chromosomalnym DNA i kodujące cztery enzymy rozkładające
bifenyle i chrobifenyle do benzoesanu lub chlorobenzoesanu. Geny drugiej grupy, odpowiedzialne za
katabolizm chlorobenzoesanu zlokalizowano zarówno w plazmidach jak i w chromosomalnym DNA.
Drobnoustroje degradujące bifenylowe pochodne są szeroko rozpowszechnione; natomiast te zdolne do
rozkładu chlorobenzoesanu występują znacznie rzadziej. Obecnie stosowane metody mineralizacji PCB
polegają na konstrukcji genetycznie rekombinowanych szczepów zawierających komplet wymienionych
genów. Alternatywną, bardziej naturalną metodą, jest produkcja rekombinantów bezpośrednio w skażonej
glebie poprzez jej inokulację mikroorganizmami degradującymi chlorobenzoesan. W tej sytuacji,
w odpowiedzi na skażenie, może mieć miejsce uzupełnienie genów w wyniku czego powstają hybrydowe
szczepy metabolizujące zarówno bifenyle jak i chlorobenzoesan.

BIODEGRADACJA PCB

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Wśród szczepów wykazujących zdolność do biodegradacji szerokiego spektrum anionowych
i niejonowych środków powierzchniowo czynnych wymienia się głównie szczepy rodzaju Pseudomonas.
Zdolność do biodegradacji siarczanu dodecylosodowego (SDS) odnotowano również u szczepów
Comamonas terrigena. Badania nad degradacją tych związków dotyczą skriningu odpowiednich
drobnoustrojów oraz dróg biodegradacji detergentów trudno degradowalnych, np. DOSS.

BIODEGRADACJA DETERGENTÓW

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

max. poziom tolerancji

Ekotoksykologiczny

dla człowieka

poziom interwencyjny

mg ∙ kg

-1

∙ d

-1

mg ∙ kg

-1

DDT

aldrin

0,1

0,35

a-HCH

maneb

atrazyna

BIODEGRADACJA PESTYCYDÓW

Szczepy Agrobacterium radiobacter badane są pod kątem degradacji herbicydów. Aktywność w stosunku
do heterocyklicznych struktur pestycydów wykazują zarówno bakterie, aktynomycety, grzyby jak i algi.
Nadzieje biodegradacji dioksyn, barwników, chlorofenoli wiążą się głównie z grzybami (m.in.
Phanerochaete chrysosporium).

Możliwe jest powolne usuwanie pozostałości herbicydów drogą rozkładu mikrobiologicznego
stymulowanego wniesieniem obornika lub kompostu (12,5 t/ha).

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Jony metali ciężkich ulegają najczęściej akumulacji w łańcuchu pokarmowym stwarzając potencjalne

zagrożenia dla zdrowia ludzi i zwierząt.

Ze względu na małą efektywność konwencjonalnych metod usuwania metali z ogromnych ilości

rozcieńczonych roztworów wodnych, uzasadnione są poszukiwania alternatywnych technologii usuwania
tych obciążeń.

Zdolność mikroorganizmów do usuwania metali z roztworów została dobrze udokumentowana. Zarówno

żyjąca jak i martwa biomasa są zdolne do sorpcji i akumulacji jonów metali. Stosowanie biologicznych

materiałów do usuwania metali ciężkich znacznie obniża koszt kompleksowego oczyszczania ścieków.
Dotyczy to biosorpcji i bioakumulacji, takich metali jak: Ag, As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, U, i Zn.

Zdolność do usuwania tych jonów wykazują wybrane szczepy bakterii, grzybów, glonów oraz rośliny.
W badaniach z udziałem bakterii wykorzystuje się m.in. szczepy: Arthrobacter sp. – do usuwania jonów
srebra, Pseudomonas fluorescens – dla sorpcji jonów kadmu, Myxococcus xantans – do usuwania jonów

ołowiu, Alcaligenes eutrophus – do usuwania jonów cynku, Citrobacter sp. – do wiązania jonów uranu.
Stwierdzono, że szczepy redukujące siarczany z rodzaju Desulfovibrio wspomagają eliminację jonów
metali z kwaśnych wód kopalnianych.

BIODEGRADACJA METALI CIĘŻKICH

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Celuloza stanowi od 15 do 40 % wagi rośliny, w związku z czym duże ilości tego polisacharydu trafiają do
gleby. Jest on tam wykorzystywany i rozkładany przez liczne mikroorganizmy zdolne do wydzielania
celulaz. Istnieje kilka rodzajów tych enzymów. Jeden z nich, tzw. celulaza C1, powoduje rozluźnienie
struktury celulozy poprzez „rozplątanie” włókien, zachodzące dzięki rozerwaniu wiązań pomiędzy
łańcuchami polisacharydu. Właściwą hydrolizę łańcucha powodują celulazy Cx.
W wyniku zachodzącego rozkładu, w zależności od rodzaju biorących w nim udział organizmów, powstają
dwutlenek węgla i woda, produkty fermentacji lub w wyniku niepełnej hydrolizy i następnie modyfikacji
chemicznej jej produktów – substancje galaretowate zawierające kwasy uronowe, barwniki itp. Ta ostatnia
grupa związków odgrywa znaczną rolę w powstawaniu humusu i tworzeniu struktury gleby. Cała
wprowadzona do gleby (np. z resztkami pożniwnymi) ilość celulozy ulega rozłożeniu w okresie kilku
miesięcy.

Rozkład celulozy przeprowadzają liczne bakterie – zarówno beztlenowe, jak i tlenowe. Są to między
innymi: Cytophaga hutchinsonii, Cytophaga rubra, Cytophaga johnsonae, Cytophaga krzemieniewskae,
Cytophaga diffluens, Cytophaga lytica, Cytophaga salmonicolor, Cytophaga fermentans, Sporocytophaga
myxococcoides, Cellulomonas flavigena, a także gatunki z rodzajów: Achromobacter, Cellvibrio.
Pseudomonas, Vibrio i innych. Grzyby czynne w tym procesie to gatunki z rodzajów Chaetomium,
Alternaria, Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Trichoderma, natomiast promieniowce: Streptomyces,
Streptosporangium i Nocardia.

BIODEGRADACJA CELULOZY

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

W skład tkanek roślinnych, oprócz celulozy, wchodzą również ligniny. Są to polimery zbudowane z
fenylopropanu i hemiceluloz, o bardzo dużej odporności na rozkład biologiczny. Jedynie niektóre
mikroorganizmy autochtoniczne dysponujące enzymami z grupy oksyreduktaz: laktazą (utlenia chinony)
i tyrozynazą (utlenia fenole) mogą wykorzystywać te związki jako źródło węgla. W ciągu kilku miesięcy
są one zdolne do rozłożenia 10-30 % wprowadzonych do gleby lignin.

Spośród bakterii biorących udział w tym procesie można wymienić ga-tunki należące do rodzajów:
Xanthomonas,

Microccocus,

Pseudomonas,

Agrobacterium,

Corynebacterium,

Arthrobacterium,

Mycobacterium czy też Brevibacterium, natomiast spośród grzybów: Preussia, Pyrenochaetomium,
Apisordaria, Phialospora, Mammaria (należące głównie do podstawczaków i workowców).

BIODEGRADACJA LIGNIN

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Ważnym elementem procesu rozkładu związków organicznych w glebie jest rozerwanie aromatycznego
pierścienia. Dokonują tego liczne gatunki grzybów, np. z rodzajów Alternaria, Hormodendrum,
Penicillium czy Torula, a także bakterii, np. Pseudomonas czy Arthrobacter.
Jednym ze sposobów rozbicia pierścienia jest utlenienie fenoli. W ten sposób pirokatechina może być
przeprowadzona w kwas mlekowy, który następnie jest włączamy do cykli metabolicznych.

BIODEGRADACJA ZWIĄZKÓW AROMATYCZNYCH

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Rozkładowi przez mikroorganizmy glebowe ulegają także inne związki organiczne, jak parafiny, oleje
mineralne czy ropa naftowa. Przebiega to zazwyczaj w warunkach tlenowych, przy udziale bakterii
(Pseudomonas, Flavobacterium, Vibrio, Mycobacterium), a także grzybów (w tym także drożdży).

BIODEGRADACJA ZWIĄZKÓW BEZAZOTOWYCH

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

FITOREMEDIACJA – UWAGI WSTĘPNE

Fitoremediacja (phyto- (gr.) = roślina, remidium (łac.) = środek przeciw złu) to bezpośrednie użycie
roślin wyższych („in situ”) celem zmniejszenia stopnia zanieczyszczenia gleb, ścieków, osadów i wód
gruntowych, w drodze pobrania substancji zanieczyszczających przez organizmy roślinne oraz częściowo
rozkładu przez nie stymulowanego.

Uprawa i zbiór roślin wraz z zawartymi w nich zanieczyszczeniami to metoda pasywna, nie naruszająca

estetyki terenu, możliwa do zastosowania w warunkach niskiego i średniego zanieczyszczenia. Może ona
być użyta w toku technologicznym z metodami technicznymi (aktywnymi), bądź jako technika
samodzielna.

Za jej pomocą można przeprowadzić oczyszczanie gleb, ścieków, osadów i wód gruntowych z: metali
ciężkich (Cd, Cr(VI), Pb, Co, Cu, Pb, Ni, Se, Zn), radionuklidów (Cs, Sr, Ur), związków chlorowanych
(TCE, PCE), węglowodorów paliwowych (BTEX), polichlorowanych bifenyli (PCBs), WWA,

chlorowanych pestycydów, insektycydów fosforoorganicznych (np. parathion), materiałów wybuchowych

(TNT, DNT, TNB, RDX, HMX), makroskładników (nitrate, ammonium, phosphate), innych
zanieczyszczeń powierzchniowych.

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

FITOREMEDIACJA – UWAGI WSTĘPNE

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Podstawą fitoremediacji jest pozbycie się zanieczyszczenia w toku normalnego wzrostu i rozwoju
roślin, z użyciem zachodzących w nich i z ich udziałem procesów fizjologicznych i biochemicznych.
Ogólnie rozróżnianych jest klika dróg redukcji zanieczyszczeń przez rośliny wyższe, zmierzających do
biodegradacji oraz pochłonięcia zanieczyszczeń („pułapka”).

Z uwagi na różnice, wydziela się mechanizmy:

• fitoekstrakcja (fitoakumulacja),

• ryzofiltracja,

• fitostabilizacja,

• fitodegradacja (fitotransformacja),

• ryzodegradacja,

• fitowolatylizacja,

• stabilizacja hydrauliczna.

FITOREMEDIACJA – UWAGI WSTĘPNE

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Fitoekstrakcja (fitoakumulacja) odnosi się do pobrania zanieczyszczenia z gruntu i przemieszczenia go do
nadziemnych części rośliny. Stosowane rośliny, nazywane hiperakumulatorami, absorbują bardzo duże
ilości określonych związków (jonów), co na ogół nie ma związku z ich potrzebami fizjologicznymi.

Hiperakumulatory

–

rośliny,

które

pobierają

akumulują

tkankach

najmniej

0,1 % metali w suchej masie (Brassica juncea L. – gorczyca sarepska, Brassica nigra L. – gorczyca czarna,
Thlaspi rotundifolium L. – tobołki okrągłolistne (Pb), Zea mays L. (Pb), Thlaspi coerulescens L. – tobołki
łąkowe, Silene vulgaris L. – lepnica zwyczajna (Zn), Alyssum montanum L. – smagliczka górska (Ni).

Główne jej zastosowanie to usuwanie metali ciężkich (Ni, Zn, Cu) ze środowiska gruntowo-wodnego.
Technika polega na wysiewie roślin w monokulturze lub mieszaninie na zanieczyszczonym gruncie,
uprawie ich przez określony czas, zebraniu wraz z systemem korzeniowym i spaleniu bądź
przekompostowaniu. Procedura może być wielokrotnie powtarzana, aż do osiągnięcia wyznaczonego progu
czystości. Rośliny po spaleniu muszą być składowane na składowiskach odpadów niebezpiecznych, gdyż
zanieczyszczenia ulegają w nich kondensacji (popiół stanowi max. 10 % pierwotnej masy roślin).

Głębokość oddziaływania korzeni roślin określa się na około 50 cm (do 200 cm w przypadku zastosowania
roślin drzewiastych – np. topoli).

FITOEKSTRAKCJA

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

© Andrzej GREINERT

Pęd

Korzeń

Brassica juncea (L.) Czern. - gorczyca sarepska

10.3 ± 2.9

103.5 ± 12.3

Brassica nigra (L.) Koch - gorczyca czarna

9.4

± 2.5

106.6

± 10.7

Brassica campestris L. - rzepa

7.2

± 2.2

103.4

± 7.7

Brassica carinata A. Br.

4.6

± 2.6

108.9

± 13.9

Brassica napus L. - rzepak

3.4

± 1.0

61.2

± 11.9

Brassica oleracea L. - kapusta ogrodowa

0.6

± 0.2

52.7

± 3.8

Helianthus annuus L. -

słonecznik roczny

5.6

± 1.3

61.6

± 3.3

Nicotiana tabacum L. -

tytoń szlachetny

0.8

± 0.3

24.9

± 7.8

Sorghum bicolor L. - sorgo

0.3

± 0.0

8.2

± 0.6

Amaranthus hybridus L. -

Szarłat

0.3

± 0.04

8.7

± 0.7

Amaranthus paniculata L. -

Szarłat

0.4

± 0.04

8.9

± 0.3

Zea mays L. - kukurydza zwyczajna

0.2

± 0.1

14.7

± 0.9

Gatunek rośliny*

mg Pb w 1

g suchej masy ± SE

* rośliny rosły 14-20 dni w mieszaninie piasku i perlitu, zawierającej 625 µg Pb

(2-)

Opis obiektu

Zanieczyszczenie

Roślina

Efekt

Miejsce

odpady kopalniane

(pow. pilotażowa)

SITE: Superfund Innovative Technology Evaluations (by EPA)

60,000 sq. ft. brunatnoziem

(pow. pokazowa)

Brassica juncea

gorczyca sarepska

Trenton, NJ

Zn, Cd

Thlaspi caerulescens

tobołki polne

Zauważalny

Pennsylvania

Zmniejszenie zawartości poniżej progu

dopuszczalnego w ciągu 1 sezonu (SITE)

FITOEKSTRAKCJA

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

Roślina

Zanieczyszczenie

Arabidopsis - rzodkiewnik

Staphylea -

kłokoczka

Zn, Cu

Brassicaceae - kapustne

Se, S, Pb, Cd, Cr, Ni, Zn, Cu, Cs, Sr

Buxaceae - bukowate

Compositae -

złożone

Cs, Sr

Euphorbiaceae - wilczomleczowate

Lycopersicum - pomidor

Pb, Zn, Cu

Populus - topola

Pestycydy, Atrazyna, Trichloroetylen (TCE), CCl

Związki azotu, 2,4,6-trinitrotoluen (TNT), hexahydro-
1,3,5-trinitro-1,3,5 triazina (RDX)

Thlaspi -

tobołki

Zn, Cd

Helianthus -

słonecznik

Cs, Sr, U

Lemna -

rzęsa

Odpady wybuchowe

Parrot feather

Odpady wybuchowe

Potamogeton - rdestnica

TNT, RDX

życica trwała

Polichlorowane fenyle (PCP's), WWA

FITOEKSTRAKCJA

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

RYZOFILTRACJA

Ryzofiltracja (ryzo- = korzeń) to mechanizm adsorpcji zanieczyszczeń na korzeniach, bądź ich wnikanie
do korzeni i absorpcja wewnątrz ich tkanek. Jest to mechanizm podobny do fitoekstrakcji, jednak
adresowany jest on raczej ku oczyszczaniu wód gruntowych niż gleb. Rośliny używane do takiego
oczyszczania są sadzone w postaci sadzonek produkowanych pod osłonami w kulturach hydroponicznych,
zasilanych zanieczyszczonymi wodami. Dzieje się tak dla zapewnienia aklimatyzacji roślin –
przyzwyczajenia do wykorzystywania takiego źródła wody. Rośliny zbiera się wtedy, gdy ich korzenie
nasycą się zanieczyszczeniem. Możliwe jest także wykorzystanie tego mechanizmu całkowicie „ex-situ”,
kiedy pompowane z miejsca zanieczyszczonego wody zasilają uprawę roślin pod osłonami aż do końca
oczyszczania.

Ciekawym przykładem zastosowania tego mechanizmu jest użycie słoneczników do usuwania
zanieczyszczeń promieniotwórczych uranem z gruntu z Ashtabula, Ohio oraz z wód z Czernobyla na
Ukrainie (Projekt U.S. Department of Energy - DOE [Negri i Hinchman, 2000]. Mechanizm ten
zastosowano też w Milan, Tennessee i Volunteer Army Ammunition Plant do usunięcia TNT i redukcji
RDX poniżej 2 ppb z użyciem oczeretu (Schoenoplectus lacustris L. (Palla.) [McCutcheon and Schnoor,
2002].

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

FITOSTABILIZACJA

Fitostabilizacja to mechanizm stosowany do immobilizacji zanieczyszczeń w gruncie poprzez ich
adsorpcję na korzeniach, bądź przemieszczenie w gruncie do ryzosfery. Powoduje on zmniejszenie ryzyka
zanieczyszczenia wód gruntowych i powietrza atmosferycznego, a także zmniejsza bioprzyswajalność
zanieczyszcze-nia i ekspozycję oddechową, przez co mogłoby trafić do łańcucha pokarmowego.
Mechanizm ten może być zastosowany celem odbudowy uprawnej pokrywy glebowej, zdegradowanej
przez zanieczyszczenie powierzchniowe lub mechaniczne uszkodzenie warstwy wierzchniej gleby.

Jest to mechanizm dobry dla względnie mało mobilnych zanieczyszczeń, jak Pb i Cr

oraz dużych

powierzchni i zwięzłych gruntów [Cunningham, 1997; Chaney et al. 1997].

Gdy radionuklidy odznaczają się krótkim
okresem połowicznego rozkładu, jak

Sr (2,8 roku)

ustabilizowanie ich w glebie może starczyć, aby się
ich pozbyć [Negri i Hinchman, 2000].

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

FITODEGRADACJA

Fitodegradacja (fitotransformacja) polega na rozbiciu struktury związków zanieczyszczających (głównie
organicznych) pobranych przez rośliny wyższe. Dzieje się tak za sprawą enzymatycznych procesów
metabolicznych w komórkach i tkankach. Złożone zanieczyszczenia (molekuły organiczne) są rozkładane
do związków prostszych, które są wbudowywane w tkanki roślinne. W procesie tym można wydzielić 3
fazy:

• Faza I – Konwersja: utlenienie, redukcja, hydroliza;

• Faza II – Połączenie: z glutationem, cukrami, aminokwasami;

• Faza III – Związanie: depozycja w wodniczkach lub wbudowanie w ściany komórkowe (hemicelulozy
lub ligniny).

Wbudowanie jest w miarę trwałe, jednak pierścienice, robaki, owady, ślimaki potrafią na drodze
enzymatycznej roztworzyć materiał ścian komórkowych, uwalniając zanieczyszczenie.

Ciekawostką jest usuwanie ta drogą materiałów wybuchowych – za sprawą przemian enzymatycznych ich
składników oraz dekompozycja związków chlorowanych, jak trichloroetylen (TCE) i inne herbicydy.

TCE → cis-DCE → chlorek winylu → etan

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

Mechanizm degradacji atrazyny przez topole
[Burken i Schnoor, 1997]:

HA – hydroksyatrazyna
DEA - de-ethylatrazyna
DEHA - de-ethylhydroksyatrazyna
DIA - de-isopropylatrazyna
DIHA de-isopropylhydroksyatrazyna
DDA - dide-alkylatedatrazyna
HDA - hydroksylowane de-alkilowane
produkty

FITODEGRADACJA

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

RYZODEGRADACJA

Ryzodegradacja, nazywana też biodegradacją w ryzosferze, fitostymulacją lub bioremediacją z użyciem
roślin wyższych, polega na rozkładzie zanieczyszczeń w ryzosferze przez żyjące tam mikroorganizmy,
wydzieliny korzeni oraz modyfikację przez nie warunków glebowych. Mechanizm jest dużo wolniejszy od
fitodegradacji. Mikroorganizmy

(Pseudomonas, Mycobacterium, Flavobacterium, Acinetobacter,

Arthrobacter, Bacillus, Nocardia) zużywają zanieczyszczenia jako pożywkę do wzrostu i rozwoju.
Substancje uwalniane przez korzenie mogą natomiast bezpośrednio oddziaływać na zanieczyszczenia lub
poprzez stymulację rozwoju mikroorganizmów (uwalnianie cukrów, alkoholi, kwasów organicznych –
około 10-20 % węgla związanego przez rośliny w procesie fotosyntezy trafia przez korzenie do gleby
[Whipps i Lynch, 1985]).

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

FITOWOLATYLIZACJA

Fitowolatylizacja polega na pobieraniu zanieczyszczeń przez rośliny z gruntu i uwalnianiu go (lub jego
pochodnych) do atmosfery, wykorzystując mechanizm transpiracji. W największej mierze jest ona
realizowana przez drzewa i krzewy – rośliny o dużym potencjale transpiracyjnym. Topole na przykład
mogą wolatylizować do 90 % pobranego TCE (trichloroetylenu), który w powietrzu szybko utlenia się.
Gorzej jest z methyl-tert-butyl eterem (MTBE), który długo istnieje w atmosferze. Pobierany przez rośliny
w formie kationowej Hg

, Hg

, ulega redukcji w tkankach do Hg

. W atmosferze jednak jest to bardzo

problematyczny składnik – silnie toksyczny. Rugh, et al. [1996 and 1998] proponują wręcz zabezpieczyć
się przed taką ewentualnością stosując hybrydy
nie wolatylizujące Hg. Selen występuje w glebach
i wodach gruntowych w formie SeO

Po pobraniu przez gorczycę, selen może być
zredukowany do dimethyl dwuselenianów
i uwolniony do atmosfery
[Rugh, et al., 2000; Banuelos and Meek, 1990].

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

Rośliny mogą działać jak pompy wodne, stabilizujące zachowanie się wód gruntowych, zwłaszcza przy
gęstej strefie korzeniowej. Topole na przykład mogą transpirować 190 do 1130 dm

wody pobranej z gruntu

w ciągu dnia. Pobieranie wody przez korzenie roślin zmniejsza wyraźnie ryzyko przemieszczania się
zanieczyszczeń w głąb gruntu – do wód gruntowych (w tym do pokładów wód pitnych). Metodę stabilizacji
hydraulicznej zanieczyszczeń realizuje się w wielu aplikacjach, realizowanych w korytarzach
nadbrzeżnych, strefach buforowych i wobec pokryw wegetacyjnych. Stabilizacja zanieczyszczeń w
korytarzach nadbrzeżnych jest szczególnie ważna z racji przeciwdziałania zanieczyszczeniu wód
powierzchniowych poprzez spływ i przesiąkanie, a jest realizowana przez nasadzenia liniowe. Strefy
buforowe (np. wokół składowiska odpadów) realizowane są w postaci opasek roślinnych.

Niektóre firmy fitoremediacyjne specjalizują się we wdrażaniu głębokiego drenażu korzeniami roślin (do
10 m p.p.t.), poprzez sadzenie drzew (600 szt. na akr = 0,4047 ha) w wywierconych studniach [Gatliff,
1994].

STABILIZACJA HYDRAULICZNA ZANIECZYSZCZEŃ

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

ZASTOSOWANIE DRZEW W FITOREMEDIACJI

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

Gatunek

Źródło wody lub zanieczyszczenie

Źródło opisu

Fitoremediacja jest techniką

o dużym spektrum działania

, możliwą do zastosowania w ramach

oczyszczania i doczyszczania obszarów. Współcześnie fitoremediacja

jest sprawdzana w licznych

projektach pilotażowych i doświadczalnych, a na małą skalę również w praktyce. Znajduje jednak ona
coraz większą grupę pozytywnie nastawionych ludzi, co daje prognozę rozwoju.

Niestety

większość aplikacji charakteryzuje się

długotrwałością

– są wolniejsze od technik

mechanicznych, a także odnoszą się do

mniejszej miąższości pokrywy gruntowej

ze względu na zasięg

korzeni roślin.

Ogólnie aplikację fitoremediacji poleca się wobec nieznacznie zanieczyszczonych miejsc, o wysoko

zalegających zanieczyszczeniach (w powierzchniowych warstwach gleb), strumieni, wód gruntowych
i stanowisk nadbrzeżnych.

Doświadczenia wskazują na możliwość łącznego zastosowania roślin zielnych,

krzewów i drzew, co zwiększa zasięg penetracji. Możliwe jest też mechaniczne pompowanie

zanieczyszczeń z poziomów głębszych, rozdeszczowanie zanieczyszczonych wód na powierzchni i użycie

roślin do ich oczyszczania.

Ograniczeniem

może okazać się

możliwość wejścia zanieczyszczonych roślin do łańcuchów

pokarmowych, w postaci pożywienia różnych zwierząt

Minusem jest

konieczność składowania odpadów po oczyszczaniu

z użyciem niektórych mechanizmów

fitoremediacyjnych na składowiskach odpadów niebezpiecznych, którego koszt może być znaczny. Przy
tym składować trzeba 20-30 ton popiołu przy pełnym oczyszczeniu 5000 ton gleby [Black, 1997].

MOŻLIWOŚCI APLIKACJI TECHNIKI

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

Badania prowadzone w USA dowiodły możliwość zastosowania fitoremediacji dla około 30.000 miejsc
skażonych [American Society of Plant Biologists 2003].

Oczyszczanie gruntów skażonych metalami ciężkimi

metodami technicznymi

(wydobycie, oczyszczanie,

składowanie) może kosztować 30-100 tys. $, a nawet 1.000.000 $ za akr (0,4047 ha). W samych USA
koszt oczyszczania miejsc skażonych metalami ciężkimi i radionuklidami szacowany jest na 300 mld $.

Uprawa

1 ha soi lub zbóż przy plonie około 20 t suchej masy kosztuje ledwie kilkaset $ (zbiory na

podmokłych łąkach – 300 $ na 1 akr). Jest też kilkaset razy tańsza od ekwiwalentnej dawki
mikroorganizmów wnoszonych celem oczyszczenia gruntu, a nawet

rekultywacyjnego nawożenia

organiczno-mineralnego

(powyżej 3.000 $ za akr [Tektran 2001]). Dodatkowo rośliny wyższe nie

wymagają sterylnych warunków hodowli, a ich aplikacja i usunięcie po skończeniu procesu są znacznie
prostsze [Raskin - Rutgers University New Brunswick NJ, 2003]. Inne źródła podają koszt fitoekstrakcji
80 $ za yard

(0,8361 m

) i 15-40 $ za 1 m

10-100 $ za yard

(0,7643 m

) [Wantanbe, 1997] przy koszcie

prania gleby 30-300 $ za yard

UWAGA

: Na Zachodzie koszty często generują prace laboratoryjne i monitoring, np. na cały koszt

fitoekstrakcji w Pensylwanii i New Jersey 60,000-100,000 $ za 1 akr przypadło na monitoring i testy
sprawdzające a 10,000 $ za 1 akr na zabieg oczyszczania.

MOŻLIWOŚCI APLIKACJI TECHNIKI

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

APLIKACJE TECHNIKI

Lokalizacja

Mechanizm / Aplikacja

Zanieczyszczenie

Medium

Rosliny

phytovolatilization
rhizofiltration
hydraulic control
phytodegradation
phytovolatilization
rhizodegradation
hydraulic control
phytodegradation
hydraulic control
phytoextraction

gleby

alfalfa

rhizodegradation

wody gruntowe

topola
jałowiec
kostrzewa

phytodegradation

trawy

rhizodegradation

clover

WWA

metale ciężkie
radionuklidy

topola x
trawy

Chernobyl, Ukraine

rhizofiltration

radionuklidy

wody gruntowe

słonecznik

Ashtabula, OH

rhizofiltration

radionuklidy

wody gruntowe

słonecznik
gorczyca
kapusta
rdest ptasi
parrotfeather

metale ciężkie
azotany

pokrywa wegetacyjna
rhizodegradation
korytarz nadbrzeżny
phytodegradation

Nie wszystkie zanieczyszczenia i miejsca zanieczyszczone są porównywalne. Każda lokalizacja musi być traktowana

indywidualnie.

Amana, IA

azotany

wody gruntowe

topola x

Texas City, TX

WWA

gleby

morwa

Beaverton, OR

pokrywa wegetacyjna

not applicable

topola biała

Milan, TN

phytodegradation

odpady wybuchowe

wody gruntowe

Upton, NY

phytoextraction

radionuklidy

gleby

Anderson, SC

phytostabilization

metale ciężkie

gleby

życica trwała

Trenton, NJ

phytoextraction

gleby

gorczyca

gleby

Portland, OR

phytodegradation

gleby

Ogden, UT

ropopochodne

Portsmouth, VA

beznzyna

New Gretna, NJ

związki chlorowane

wody gruntowe

topola x

Fort Worth, TX

związki chlorowane

wody gruntowe

topola biała

Edgewood, MD

związki chlorowane

wody gruntowe

topola x

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

BIOTECHNOLOGIA W FITOREMEDIACJI

Fitoremediacja opiera się w dużej mierze na zdolnościach roślin do wzrostu w warunkach

zanieczyszczonego siedliska, co warunkuje ich genom.

Poszukuje się możliwości

genetycznej modyfikacji roślin

tak, by ich komórki produkowały więcej protein

i białek wiążących metale ciężkie. Prowadzone są prace nad klonowaniem genów z roślin-
hiperakumulatorów. Rośliny tytoniu, zawierające ludzki cytochrom P450 2E1 mogą przetwarzać
trichloroetylen 640 razy intensywniej niż bez niego [Dolty, et al., 2000]. Mogą też sorbować więcej

dwubromku etylenu. Meagher i wsp. przenieśli bakteryjny gen, odpowiedzialny za produkcję enzymu

reduktazy Hg do rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis Thaliana L.) i tulipanowca amerykańskiego

(Liliodendron tulipifera L.), co spowodowało wzrost odporności roślin na wysokie koncentracje Hg

i poprawę wolatylizacji Hg przez rośliny [Rugh, et al. 1996; Rugh, et al., 1998].

Charakterystyka mechanizmów fitoremediacji i klonowanie genów potrzebnych do fitoremediacji
rozpoczęły się od reduktazy Hg i genu hmt1. Dalsza poprawa genomu roślin możliwych do wykorzystania
powinna poprawić efektywność, a co za tym idzie spowodować dalsze zainteresowania techniką.

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

Poza licznymi metodami oczyszczania gleby in situ, stosowane są również techniki zmierzające do

wykluczenia kontaktu organizmów żywych z substancjami skażającymi, poprzez

izolację materiału

skażonego

przez naniesienie na jego powierzchnię warstwy materiału czystego, o dużych możliwościach

sorpcyjnych.

Tradycyjne zabiegi przykrycia zanieczyszczenia „bezpiecznym materiałem” kosztują średnio 100.000-

250.000 $ za 1 akr.
Należy pamiętać też, że jest to

półśrodek

– nie eliminujący problemu, a jedynie dający więcej czasu na

jego rozwiązanie.

ZAPOBIEGANIE KONTAKTOWI Z GLEBĄ SKAŻONĄ

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Rozpiska Mikrobiologia Przemyslowa 09, BIO, PCR - DGGE, In Situ, API, Lab 1
Raki in situ, Dermatologia
Prezentacja-PCR-DGGE, Mikrobiologia, Mikrobiologia, PCR - DGGE, In Situ, API
Prezentacja - PCR-DGGE, Mikrobiologia, Mikrobiologia, PCR - DGGE, In Situ, API
Regulamin zajec Mikrobiologia Przemyslowa 09, BIO, PCR - DGGE, In Situ, API, Lab 1
Stany przedrakowe i raki in situ(2), dermatologia
zad 4?dania in situ prowadzone na obiekcie zabytkowym
Techniki in vitro
13. TERENOWE - in situ, Inżynieria środowiska, inż, Semestr IV, Mechanika gruntów, laboratorium
Osoby prowadzace zajecia Mikrobiologia Przemyslowa 09, BIO, PCR - DGGE, In Situ, API, Lab 1
07 AI Techniques in Games
rak in situ, Download, - ▧ Normalne, higiena
Dane Rudhyar THE PRACTICE OF ASTROLOGY AS A TECHNIQUE IN HUMAN UNDERSTANDING
Ca in situ
Wstep, BIO, PCR - DGGE, In Situ, API, Lab 4
6 Techniki ex situ

więcej podobnych podstron