PHYTOREMEDIATION: CÁC LOẠI, ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM - SINH HỌC

Các phytoremediation là tập hợp các thông lệ về công nghệ sử dụng thực vật sống và các vi sinh vật có liên quan của họ để vệ sinh môi trường đất, nước và không khí.

Công nghệ xử lý thực vật tận dụng khả năng tự nhiên của một số thực vật để hấp thụ, cô đặc và chuyển hóa các nguyên tố và hợp chất hóa học có trong môi trường như các chất gây ô nhiễm. Thực vật có thể được sử dụng để chiết xuất, cố định và ổn định, phân hủy hoặc bay hơi các chất gây ô nhiễm.

Hình 1. Xử lý thực vật tại hiện trường. Nguồn.: Flickr.com/photos/daniela_naturephotography

Đất, nước mặt, nước ngầm và bầu khí quyển có thể bị ô nhiễm do hậu quả của một số quá trình tự nhiên - chẳng hạn như xói mòn địa chất, hoạt động núi lửa, trong số những người khác- và cũng có thể do tác động của các hoạt động của con người (công nghiệp, nông nghiệp, nước thải, khai thác, xây dựng, giao thông vận tải).

Khí thải và nước thải công nghiệp, vật liệu thải, chất nổ, hóa chất nông nghiệp (phân bón, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu), mưa hoặc lắng đọng axit, chất phóng xạ, trong số nhiều yếu tố khác, là những yếu tố ô nhiễm đến từ các hoạt động của con người.

Phytoremediation nổi lên như một công nghệ rẻ tiền, hiệu quả, được công nhận rộng rãi để xử lý các loại ô nhiễm môi trường khác nhau.

Từ "phytoremediation" xuất phát từ tiếng Hy Lạp "phyto", có nghĩa là thực vật sống, và từ tiếng Latinh "remediare" có nghĩa là khôi phục lại sự cân bằng; nghĩa là phục hồi trạng thái cân bằng thông qua việc sử dụng thực vật.

Các loại xử lý thực vật

Các công nghệ xử lý thực vật dựa trên các quá trình sinh lý của thực vật và các vi sinh vật liên quan đến chúng, chẳng hạn như dinh dưỡng, quang hợp, trao đổi chất, thoát hơi nước, v.v.

Tùy thuộc vào loại chất ô nhiễm, mức độ ô nhiễm của địa điểm và mức độ loại bỏ hoặc khử ô nhiễm cần thiết, các kỹ thuật xử lý thực vật được sử dụng như một cơ chế ngăn chặn chất gây ô nhiễm (kỹ thuật làm ổn định thực vật, lọc rhizofiltration) hoặc như một cơ chế loại bỏ (kỹ thuật của phytoextraction, phytodegradation và phytovolatization).

Hình 2. Các hình thức xử lý bằng thực vật. Nguồn: Townie (Arulnangai & Xavier Dengra từ bản gốc trong phần mở rộng .png), từ Wikimedia Commons

Các kỹ thuật xử lý thực vật này bao gồm:

Phân hủy thực vật

Kỹ thuật này, còn được gọi là chuyển đổi thực vật, bao gồm việc lựa chọn và sử dụng các loài thực vật có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm mà chúng đã hấp thụ.

Trong quá trình phân hủy thực vật, các enzym đặc biệt mà một số thực vật có, gây ra sự phân hủy các phân tử của các hợp chất gây ô nhiễm, biến chúng thành các phân tử nhỏ hơn, không độc hoặc ít độc hơn.

Thực vật cũng có thể khoáng hóa các chất ô nhiễm thành các hợp chất đơn giản, dễ đồng hóa, chẳng hạn như carbon dioxide (CO ₂ ) và nước (H ₂ O).

Ví dụ về loại enzyme này là dehalogenase và oxygenase; phương pháp thứ nhất ủng hộ việc loại bỏ halogen khỏi các hợp chất hóa học và phương pháp thứ hai ủng hộ việc loại bỏ các chất oxy hóa.

Quá trình phân hủy thực vật đã được sử dụng để loại bỏ chất nổ, chẳng hạn như TNT (trinitrotoluene), thuốc trừ sâu organochlorine và organophosphate, hydrocacbon halogen hóa, cùng các chất gây ô nhiễm khác.

Xử lý thân rễ

Khi sự phân hủy các chất ô nhiễm được tạo ra bởi hoạt động của các vi sinh vật sống trong rễ cây, kỹ thuật xử lý được gọi là phương pháp xử lý rhizoremediation.

Phytostabilization

Đây là loại phương pháp xử lý thực vật dựa trên thực vật hấp thụ chất ô nhiễm và cố định chúng bên trong.

Những loài thực vật này được biết là làm giảm khả dụng sinh học của các chất ô nhiễm thông qua việc sản xuất và bài tiết bởi rễ của các hợp chất hóa học làm bất hoạt các chất độc hại thông qua cơ chế hấp thụ, hấp phụ hoặc kết tủa-đông đặc.

Bằng cách này, các chất ô nhiễm không còn tồn tại trong môi trường đối với các sinh vật sống khác, sự di cư của chúng xuống mạch nước ngầm và sự phân tán của chúng đến các vùng đất rộng lớn hơn bị ngăn chặn.

Một số loài thực vật đã được sử dụng trong quá trình ổn định thực vật là: Lupinus albus (để cố định asen, As và cadmium, Cd), Hyparrhenia hirta (cố định chì, Pb), Zygophyllum fabago (cố định kẽm, Zn), Anthyllis Vulneraria (cố định kẽm) , chì và cadmium), Deschampia cespitosa (cố định chì, cadmium và kẽm) và Cardaminopsis arenosa (cố định chì, cadmium và kẽm), trong số những loại khác.

Kích thích thực vật

Trong trường hợp này, thực vật được sử dụng để kích thích sự phát triển của vi sinh vật phân hủy chất ô nhiễm. Các vi sinh vật này sống trong rễ cây.

Phytoextraction

Phytoextraction, còn được gọi là phytoaccumulation hoặc phyto-sequestration, sử dụng thực vật hoặc tảo để loại bỏ các chất gây ô nhiễm khỏi đất hoặc nước.

Sau khi thực vật hoặc tảo đã hấp thụ các hóa chất gây ô nhiễm từ nước hoặc đất và tích lũy chúng, chúng được thu hoạch dưới dạng sinh khối và thường được đốt.

Hình 3. Xử lý thực vật trong các vũng, phục hồi một mỏ uranium bị bỏ hoang. Bồ Đào Nha. Nguồn: flickr.com/photos/daniela_naturephotography

Tro cốt được gửi ở những nơi đặc biệt hoặc bãi chứa an ninh hoặc được sử dụng để thu hồi kim loại. Kỹ thuật cuối cùng này được gọi là thảo dược.

Thực vật tích lũy siêu

Các sinh vật có khả năng hấp thụ một lượng cực cao các chất ô nhiễm từ đất và nước được gọi là các sinh vật siêu tích tụ.

Các nhà máy siêu tích tụ asen (As), chì (Pb), coban (Co), đồng (Cu), mangan (Mn), niken (Ni), selen (Se) và kẽm (Zn) đã được báo cáo.

Quá trình tách chiết kim loại đã được thực hiện với các thực vật như Thlaspi caerulescens (chiết xuất cadmium, Cd), Vetiveria zizanoides (chiết xuất kẽm Zn, cadmium Cd và chì Pb), Brassica juncea (chiết xuất chì Pb) và Pistia stratiotis (chiết xuất bạc Ag , thủy ngân Hg, niken Ni, chì Pb và kẽm Zn), cùng những chất khác.

Phytofiltration

Loại xử lý thực vật này được sử dụng trong việc khử nhiễm nguồn nước ngầm và nước mặt. Các chất ô nhiễm được hấp thụ bởi vi sinh vật hoặc bởi rễ, hoặc được gắn (hấp phụ) vào bề mặt của cả hai.

Hình 4. Sự phát triển của rễ trong phòng thí nghiệm, trong môi trường lỏng. Nguồn: pixabay.com

Trong quá trình lọc thực vật, cây được trồng bằng kỹ thuật thủy canh và khi bộ rễ phát triển tốt, cây được chuyển sang vùng nước ô nhiễm.

Một số cây được sử dụng làm bộ lọc phytofilters là: Scirpus lacustris, Lemna gibba, Azolla caroliniana, Elatine trianda và Polygonumunctatum.

Phytovolatization

Kỹ thuật này hoạt động khi rễ cây hút nước ô nhiễm và thải các chất ô nhiễm chuyển hóa thành dạng khí hoặc dễ bay hơi vào khí quyển thông qua sự thoát hơi nước của lá.

Người ta đã biết đến hoạt động phytovolatilizing của selen (Se) của các loài thực vật, Salicornia bigelovii, Astragalus bisulcatus và Chara canescens và khả năng vận chuyển thủy ngân (Hg) của loài thực vật Arabidopsis thaliana.

Ưu điểm của xử lý bằng thực vật

Việc áp dụng các kỹ thuật xử lý bằng thực vật rẻ hơn nhiều so với việc thực hiện các phương pháp khử nhiễm thông thường.
Công nghệ xử lý thực vật được áp dụng hiệu quả ở những khu vực rộng lớn với mức độ ô nhiễm trung bình.
Là kỹ thuật khử nhiễm tại chỗ, không cần vận chuyển môi trường bị ô nhiễm, do đó tránh được sự phát tán của chất ô nhiễm theo nước hoặc không khí.
Việc áp dụng các công nghệ xử lý thực vật cho phép thu hồi các kim loại có giá trị và nước.
Để áp dụng những công nghệ này, chỉ cần thực hành nông nghiệp thông thường; Việc xây dựng các cơ sở đặc biệt là không cần thiết, cũng như không cần đào tạo nhân viên được đào tạo để thực hiện nó.
Công nghệ xử lý thực vật không tiêu thụ năng lượng điện, cũng như không tạo ra khí thải gây ô nhiễm nhà kính.
Chúng là công nghệ bảo tồn đất, nước và khí quyển.
Đây là phương pháp khử nhiễm với tác động môi trường thấp nhất.

Nhược điểm và hạn chế

Kỹ thuật xử lý thực vật chỉ có thể có tác dụng trong khu vực bị rễ cây chiếm giữ, nghĩa là ở một khu vực và độ sâu hạn chế.
Xử lý thực vật không hoàn toàn hiệu quả trong việc ngăn chặn sự rửa trôi hoặc thấm của chất gây ô nhiễm vào nước ngầm.
Kỹ thuật xử lý thực vật là phương pháp khử nhiễm chậm, vì chúng đòi hỏi thời gian chờ đợi cho sự phát triển của thực vật và vi sinh vật liên quan đến chúng.
Sự tăng trưởng và tồn tại của thực vật được sử dụng trong các kỹ thuật này bị ảnh hưởng bởi mức độ độc hại của các chất ô nhiễm.
Việc áp dụng các kỹ thuật xử lý bằng thực vật có thể có những tác động tiêu cực đến hệ sinh thái nơi chúng được thực hiện, do sự tích tụ sinh học của các chất ô nhiễm trong thực vật, sau đó có thể đi vào chuỗi thức ăn thông qua người tiêu dùng sơ cấp và thứ cấp.

Người giới thiệu

Carpena RO và Bernal MP. 2007. Chìa khóa để xử lý thực vật: Công nghệ thực vật để phục hồi đất. Hệ sinh thái 16 (2). Có thể.
Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA-600-R-99-107). 2000. Giới thiệu về Phytoremediation.
Gerhardt KE, Huang XD, Glick BR, Greenberg BM. 2008. Xử lý thực vật và xử lý thân rễ các chất ô nhiễm hữu cơ trong đất: Tiềm năng và thách thức. Khoa học Thực vật. TIỀN BỎ LỠ
Ghosh M và Singh SP. 2005. Đánh giá về quá trình xử lý bằng thực vật đối với kim loại nặng và sử dụng các sản phẩm phụ của nó. Nghiên cứu Môi trường và Sinh thái Ứng dụng. 3 (1): 1-18.
Wang, L., Ji, B., Hu, Y., Liu, R., & Sun, W. (2017). Đánh giá về xử lý thực vật tại chỗ đối với chất thải của mỏ. Khí quyển, 184, 594–600. doi: 10.1016 / j.chemosphere.2017.06.025

PHYTOREMEDIATION: CÁC LOẠI, ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM - SINH HỌC - 2025