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

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.

 

Metody fytoremediace

Fytoremediace lze podle metodického postupu závislého na charakteru znečištěného prostředí, kontaminantu a jeho koncentraci rozdělit na fytodekontaminační a fytostabilizační technologie.

 

 

 

FYTODEKONTAMINACE

 

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.

 

FYTOSTABILIZACE

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.