Možnosti využití fytoremediace pro odstranění kontaminace způsobené toxickými kovy a radionuklidy
T. Vaněk1, P. Soudek1, R. Tykva1, I.
Kališová 1,2
1Oddělení
rostlinných explantátů
UOCHB
AVČR, Flemingovo nám. 2, 166 10 Praha 6
e-mail: vanek@uochb.cas.cz
2Fakulta životního prostředí, VŠCHT, Technická 5, 166 28 Praha 6
Fytoremediace je remediační metoda
definovaná jako technologie využívající rostlin k fixaci, akumulaci a
rozkladu nebezpečných kontaminantů, tj. k jejich odstranění z životního
prostředí. Metoda
zahrnuje využití vegetace pro in situ
remediace půdy, sedimentů a vody. Vybrané rostliny se využívají k extrakci
toxických kovů, včetně radioaktivních izotopů, i k odstranění některých
organických látek z uvedených abiotických složek. Pro úspěšnou remediaci je
nutná biologická přístupnost kontaminantů z vody a půdy do rostliny, která
je dána zejména rozpustností látky, typem půdy a stářím kontaminace.
Důvodů pro rozvíjení této technologie
je několik. Především lze dosáhnout snížení nákladů při dekontaminačních
procesech. Metoda předpokládá využití známých agrotechnických postupů běžně
používaných při zemědělském hospodaření. Z toho vyplývá, že finanční vstupy
jsou obecně nízké a náklady na průběh remediace minimální.
Další
výhodou fytoremediace je šetrný přístup k prostředí, neboť metoda se
vyhýbá odstranění půdy a použití těžké techniky. Z tohoto pohledu je
metoda příznivě přijímána veřejným míněním.
Fytoremediace
lze podle metodického postupu závislého na charakteru znečištěného prostředí,
kontaminantu a jeho koncentraci rozdělit na fytodekontaminační a
fytostabilizační technologie.
Fytoextrakce
Vybrané rostliny jsou vysety či
vysázeny na kontaminovanou plochu, po akumulaci kontaminantů v rostlině jsou
sklizeny a dále zpracovány tepelně, mikrobiálně nebo chemicky. Metoda je
využitelná především pro odstranění toxických kovů. Některé druhy rostlin jsou
vysoce tolerantní vůči přítomnosti toxických kovů v půdě a navíc
jsou schopné akumulovat tyto kovy do vysoké koncentrace ve svých pletivech bez nepříznivého vlivu na
jejich růst a prosperitu. Takové rostliny se nazývají hyperakumulátory.
Při výběru rostlin pro fytoextrakci kovů je vhodné vzít v úvahu rovněž
další požadavky, jako je schopnost akumulovat kovy při jejich nízké koncentraci
v půdě, akumulovat více druhů kovů, odolávat jejich vysokým koncentracím v
půdě a tvořit dostatečné množství biomasy. Za hyperakumulátor těžkých kovů je
považována např. Thalspi caerulescens z rodu hořčic. Pokud se podaří najít takovou rostlinu,
která vyhovuje uvedeným požadavkům, může být i finančně výhodné získávat
akumulované kovy z rostlinného materiálu zpět.
Rhizofiltrace
Rhizofiltrace je metoda, která využívá
k absorpci, koncentraci a precipitaci xenobiotik z proudící,
znečištěné vody kořeny živých rostlin. Metoda je vhodná především pro
odstranění nízkých koncentrací kovů, kdy nelze efektivně využít jinou
dekontaminační metodu. Rhizofiltrace se ukázala jako zvláště vhodná při záchytu
radionuklidů, které byly úspěšně akumulovány kořeny rostlin Brassica juncea nebo Helianthus annuus. Vhodné rostliny pro
akumulaci některých těžkých kovů rhizofiltrací jsou např. kukuřice, slunečnice
a rýže. Slunečnice Helianthus annuus
L. za 24 hod. významně absorbovala kovy jako je chrom, mangan, kobalt, nikl a
měď z vody. Ačkoliv byla
metoda použita pro čištění vod
kontaminovaných těžkými kovy, je snadné si představit její využití i při odstraňování
organických polutantů z vodného prostředí.
Fytodegradace
Při použití této technologie degradují
rostliny a s nimi asociovaná mikroflóra
kontaminanty přímo v půdě na netoxické látky. Uvažuje se o detoxikaci
především organických látek, které jsou rostliny schopny metabolisovat pomocí
enzymatického aparátu zapojeného do detoxikační reakce. Podmínkou fytodegradace
je, aby produktem metabolických aktivit byla látka netoxická nejen pro
rostliny, ale i pro ostatní organismy.
Rostliny vylučují svými kořeny do
okolní rhizosféry množství exudátů, ve kterých jsou obsaženy např. sacharidy,
aminokyseliny a jiné organické sloučeniny. Tyto látky mohou sloužit jako zdroj
energie pro mikroorganismy žijící ve rhizosféře a tak umožňovat růst
jejich populací. Naopak mikroorganismy mohou svými metabolickými pochody
poskytnout rostlinám takové látky, které rostliny nejsou schopny samy
vyprodukovat. Rhizosféra je tedy díky vzájemnému vztahu rostlin a
mikroorganismů metabolicky velmi aktivní oblastí, v níž může probíhat mnoho
klíčových reakcí důležitých při dekontaminaci.
Fytodegradace byly dosud použity jako
remediační metoda při kontaminacích následujícími typy látek:
-TPH (ropné látky)
-PAH (polyaromatické uhlovodíky)
-chlorované pesticidy
-jiné chlorované látky – PCB, TCE
-výbušniny a další nitrolátky
-organofosfátové pesticidy
-detergenty
Fytovolatilizace
Některé mikroorganismy mohou
enzymaticky redukovat rtuťnaté ionty na kovovou rtuť, která se díky svým
fyzikálním vlastnostem rozptyluje do okolí ve formě par. Gen kódující reduktasu
rtuti se podařilo vnést do genomu rostliny Arabidopsis
thaliana, a také do rostliny Lyriodendron
tulipifera. Expresí tohoto genu se zvýšila odolnost rostlin vůči
koncentraci Hg2+ iontů v jejich tkáních a současně se podařilo
převést větší část rtuti ve formě Hg0 do ovzduší. V případě použití
tohoto způsobu musí však být realizováno opatření, které by zamezilo
nekontrolovanému rozptylu plynných zplodin. Vedle výběru rostlin a klasických
šlechtitelských metod jsou genové manipulace technikou, která může výrazně
přispět k lepšímu využití rostlin pro fytoremediační účely.
V některých místech, které jsou nebezpečné
vysokou koncentrací xenobiotik, např.
důlní haldy, odkaliště apod., se
využívá rostlin pro tzv. fytostabilizaci. Rostliny mohou stabilizovat
kontaminanty ve svých orgánech pomocí:
-
redoxních přeměn
( např.redukce CrVI na CrIII )
-
převedení
kontaminantů do nerozpustné podoby ( např. olovo ve vazbě s fosfátem)
-
zabudování do rostlinných struktur
Obecně je cílem
znemožnění nebo výrazné omezeni
přenosu kontaminantů do
okolí. Metoda se využívá i jako
závěrečný krok úpravy
ploch sanovaných jinými
technologiemi.
Předmětem
této přednášky je presentace výsledků
využití metody fytoremediace
k dekontaminaci půdy
a vod znečistěných toxickými kovy a radionuklidy jak
v laboratorních tak v polo-provozních podmínkách a
možností jejího využití pro
velkoplošné aplikace.
Poděkování: Tento výzkum je podporován
projekty AVCR č. A6055902 a S4055014, MŠMT projektem COST č. 837.10 a výzkumným
projektem Z4 055 905.