Phytosanierung

Phytosanierung

PhytosanierungDie sogenannte Biozidbehandlung nutzt Pflanzen und wurzelassoziierte Mikroorganismen, um kontaminierte Böden, Gewässer und Sedimente zu reinigen, zu binden oder deren Toxizität zu reduzieren. Sie wird gegen Schwermetalle, Erdölprodukte, bestimmte Pestizide, Lösungsmittel und andere Schadstoffe eingesetzt.hero.epa.gov)

Es ist wichtig zu verstehen: Pflanzen „zerstören“ Schadstoffe nicht immer. Je nach Technologie können sie Folgendes:

Schadstoffe aus dem Boden extrahieren;

Bewahre es in den Wurzeln;

die Ausbreitung von Staub und Erosion verhindern;

mikrobielle Zersetzung anregen;

Verschmutzungen aus dem Wasser aufnehmen;

Organische Verbindungen teilweise umwandeln.

Hauptarten der Phytosanierung

Die Phytoextraktion reduziert den Gesamtmetallgehalt im Boden nur dann, wenn die oberirdische Biomasse regelmäßig vom Standort entfernt wird. Die Phytostabilisierung hingegen entfernt das Metall nicht, sondern verringert dessen Mobilität und das Risiko eines Kontakts.19. Januar 2017 Snapshot.epa.gov)

1. Phytoextraktion

Die Pflanze nimmt das Metall über ihre Wurzeln auf, transportiert es in ihre Stängel und Blätter, und anschließend wird die Biomasse abgemäht und entfernt.

Eine geeignete Pflanze sollte folgende Eigenschaften aufweisen:

Beständigkeit gegenüber Umweltverschmutzung;

die Fähigkeit, das gewünschte Element aufzunehmen;

Übertragung des Elements auf die oberirdischen Organe;

schnelles Wachstum;

ausreichende Biomasse;

Möglichkeit der maschinellen Ernte.

Hyperakkumulatoren

Hyperakkumulatoren sind Pflanzen, die ungewöhnlich hohe Konzentrationen bestimmter Metalle anreichern können, ohne abzusterben.

Beispiele:

Ein Nachteil von Hyperakkumulatoren ist ihre oft geringe Biomasse. Daher kann eine Pflanze zwar viel Metall pro Kilogramm Trockenmasse enthalten, aber nur wenig Metall pro Hektar aufnehmen.

Manchmal sind schnell wachsende Pflanzen mit mäßiger Akkumulation effektiver als Hyperakkumulatoren:

Weide;

Pappel;

Senf;

Sonnenblume;

Mais;

Miscanthus;

Hirse;

Weidelgras.

Aktuelle Studien betonen, dass für die Wirksamkeit im Feld sowohl die Metallkonzentration in der Pflanze als auch der Gesamtbiomasseertrag berücksichtigt werden müssen.ScienceDirect)

2. Phytostabilisierung

Dies ist die realistischste Methode für viele Standorte, die mit Blei, Bergwerksabfällen oder Mischmetallen kontaminiert sind.

Vegetation:

bedeckt nackten Boden;

reduziert Staubbildung;

verhindert Wasser- und Winderosion;

hält Verunreinigungen in der Wurzelzone zurück;

bildet allmählich einen organischen Horizont;

verringert den direkten Kontakt von Menschen und Tieren mit dem Boden.

Verwenden Sie hierfür Folgendes:

mehrjährige Getreidearten;

Schwingel;

Weidelgras;

Suppe;

Schilfgräser;

lebendig;

Pappel;

ein wenig;

Kiefer;

Sträucher, die den örtlichen Bedingungen resistent sind.

Die Phytostabilisierung wird häufig durch die Zugabe von Biokohle, Kalk, Phosphatmaterialien, Ton, Zeolith oder reinem Kompost verbessert. Das jeweilige Zusatzmittel wird jedoch erst nach Labortests ausgewählt: Ein Material kann ein Metall binden und gleichzeitig die Mobilität eines anderen erhöhen.

3. Rhizodegradation von Erdölprodukten

Bei organischen Schadstoffen wird die Hauptarbeit oft nicht von der Pflanze selbst geleistet, sondern von Mikroorganismen im Wurzelbereich.

Die Wurzeln unterscheiden sich durch:

Sahara;

organische Säuren;

Aminosäuren;

Enzyme;

Absterbende Zellen.

Dadurch erhöht sich die Anzahl der Bakterien und Pilze, die Kohlenwasserstoffe abbauen können.

Geeignet sind Pflanzen mit einem dichten Wurzelsystem:

Weidelgras;

Schwingel;

Alfalfa;

Klee;

Hirse;

Miscanthus;

Weide;

Pappel.

Erdölkohlenwasserstoffe sind im Allgemeinen besser biologisch abbaubar als Schwermetalle. Verwitterte Schwermetallfraktionen und PAKs zersetzen sich jedoch langsam, manchmal erst nach Jahren.hero.epa.gov)

4. Weide und Pappel

Weiden und Pappeln werden aufgrund ihrer Eigenschaften häufig in der Phytotechnologie eingesetzt:

schnelles Wachstum;

hohe Biomasse;

tiefes und verzweigtes Wurzelsystem;

Fähigkeit, große Mengen Wasser zu trinken;

einfache Vermehrung durch Stecklinge;

Möglichkeiten des Anbaus in kurzen Umtriebszeiten.

Sie können verwendet werden für:

Abfangen von kontaminiertem Wasser;

Stabilisierung von Metallen;

Anregung der Zersetzung von Erdölprodukten;

Herstellung von Schutzstreifen;

allmähliche Wiederherstellung der Bodenstruktur.

Es handelt sich jedoch nicht um universelle „Ganzmetallpumpen“. Ein erheblicher Teil des Schadstoffs kann in den Wurzeln oder im Boden verbleiben. Die Effizienz hängt stark von der Pflanzenart, dem pH-Wert, der Kontaminationstiefe und der Verfügbarkeit des Metalls ab.

5. Senf und Sonnenblume

Diese Pflanzen werden oft als Allzweckreiniger bezeichnet, aber ihre Fähigkeiten werden meist übertrieben.

Senf

Vorteile:

wächst schnell;

bildet ausreichend Biomasse;

leicht zu reinigen;

kann Cadmium, Zink, Kupfer und einige andere Elemente absorbieren.

Einschränkungen:

Die Effizienz hängt von der Form des Metalls ab;

extrahiert fest gebundenes Blei nur unzureichend;

kann bei starker Kontamination absterben;

Erfordert jährliche Aussaat und Massenentnahme.

Sonnenblume

Vorteile:

große Biomasse;

entwickelte Wurzeln;

bequeme Reinigung;

Eignung zur Rhizofiltration bestimmter verschmutzter Gewässer.

Die Ergebnisse von Feldversuchen mit Blei fallen jedoch oft deutlich schwächer aus als allgemein behauptet. Es sollte als Bestandteil einer Testmischung und nicht als garantierte Sanierungsmethode betrachtet werden.

6. Warum ist Blei besonders schwierig zu handhaben?

Blei bindet sich oft fest an Bodenpartikel und organische Substanz. Daher kann seine Konzentration in Blättern niedrig bleiben, selbst wenn es im Boden in hohen Konzentrationen vorhanden ist.

Bei Blei ist es in der Regel rationaler:

den Boden mit Vegetation bedecken;

Staub entfernen;

pH-Wert einstellen;

Metalle mit Sorptionsmitteln binden;

Sie bauen keine Nahrungspflanzen an;

Bei hohem Risiko sollte die oberste Bodenschicht abgetragen oder isoliert werden.

Versuche, die Verfügbarkeit von Blei durch Chelatbildung künstlich zu erhöhen, können dessen Migration ins Wasser verstärken und ein Risiko der Grundwasserverschmutzung darstellen. Diese Technologie ist nur als kontrollierte technische Maßnahme zulässig.

7. Die Rolle der Bodenazidität

Die Mobilität vieler Metalle nimmt in sauren Böden zu.

Mit sinkendem pH-Wert können folgende Stoffe vermehrt verfügbar werden:

Cadmium;

Zink;

Nickel;

Mangan;

Kupfer.

Daher kann Kalkung die Metallaufnahme durch Pflanzen verringern. Bei der Phytosanierung hingegen reduziert eine übermäßige Metallbindung die Entfernungsrate.

Es gibt einen grundlegenden Unterschied:

fürSicherheit und StabilisierungMetalle neigen im Allgemeinen dazu, sich zu verbinden;

fürPflanzenextrakteEine gewisse Zugänglichkeit muss gewährleistet sein;

Eine Erhöhung der Verfügbarkeit ist nur zulässig, wenn Auswaschung und Pflanzenzustand überwacht werden.

Die Absorption wird außerdem durch den Gehalt an organischer Substanz, die Tonart, den Feuchtigkeitsgehalt, konkurrierende Ionen und die chemische Form des Metalls selbst beeinflusst.mdpi.com)

8. Umgang mit kontaminierter Biomasse

Dies ist ein obligatorischer Bestandteil des Projekts.

Nach der Phytoextraktion werden Pflanzen nicht mehr als gewöhnliche Grünmasse, sondern als potenziell kontaminiertes Material betrachtet.

Es ist verboten:

Lassen Sie das gemähte Material auf dem Feld liegen;

Kompostieren Sie es mit Biokompost;

als Mulch verwenden;

Tierfutter;

Daraus Dünger herstellen;

in einem Haushaltsherd verbrennen;

zu Lebensmitteln oder Kosmetika verarbeitet.

Mögliche Wege:

Spezialverbrennung mit Abgasreinigung;

kontrollierte Pyrolysebehandlung;

Entsorgung als kontaminiertes Material;

Gewinnung von Metallen aus Asche;

Phytomining von Metallen, wenn dies wirtschaftlich machbar ist.

Auch nach der Verbrennung verschwinden die Metalle nicht – sie konzentrieren sich in der Asche.

9. Praktische Gestaltung des Geländes

Phase 1. Prüfung

Es werden Bodenproben entnommen:

auf einem regelmäßigen Raster;

getrennt von verdächtigen Stellen;

in unterschiedlichen Tiefen;

in der Nähe von Abflüssen, Gebäuden, Straßen und Lagerflächen für Materialien.

Es wird nicht nur die Gesamtkonzentration analysiert, sondern, wenn möglich, auch der mobile Anteil der Schadstoffe.

Phase 2. Kartierung

Das Gelände ist in Zonen unterteilt:

sauber;

Lichtverschmutzung;

mäßig;

stark;

Lokale Hotspots.

Stark verschmutzte Flecken lassen sich oft kostengünstiger entfernen oder isolieren, als sie jahrzehntelang mit Pflanzen zu reinigen.

Phase 3. Versuchsflächen

Bevor die gesamte Fläche bepflanzt wird, werden mehrere Parzellen angelegt, zum Beispiel:

mehrjährige Getreidemischung;

Weide;

Senf;

Sonnenblume;

einheimische Pflanze;

Kontrolle ohne Pflanzen.

Nach der Saison analysieren sie:

Boden;

Wurzeln;

Stängel;

Blätter;

die gewonnene Biomassemenge.

Phase 4. Hauptzyklus

Ein Zyklus umfasst:

Aussaat → Wachstum → Analyse → Entfernung der gesamten kontaminierten Masse → sichere Entsorgung → erneute Analyse des Bodens.

Bei Metallen können viele solcher Zyklen erforderlich sein. Phytosanierung eignet sich in der Regel am besten für leichte bis mittelschwere Oberflächenverunreinigungen, bei denen keine unmittelbare Gefahr für Mensch oder Grundwasser besteht. Bei akuten Risiken ist sie zu langsam.Natur)

10. Beispiel des DREVO-Anlagensystems

Erste Verteidigungslinie

Schwingel;

Weidelgras;

Wacholderdrossel;

Lotus;

Klee – nur wenn er gut gegen Umweltverschmutzung vertragen kann.

Ziel: den Boden abzudecken und die Erosion zu stoppen.

Zweite Extraktionsebene

In separaten Diagrammen:

Senf;

Sonnenblume;

spezialisierte Hyperakkumulatoren;

einheimische metallresistente Pflanzen.

Ziel: Die tatsächliche Gewinnung jedes Metalls zu überprüfen.

Die dritte Baumebene

Weide;

Pappel;

Birke;

Erlen auf geeigneten Böden.

Zielsetzung: Tiefenstabilisierung, Wasserabfang und Mikroklimabildung.

Mikrobielle Schicht

lokale Rhizosphärenbakterien;

Mykorrhizapilze;

Holzspäne zur Vermeidung organischer Verunreinigungen;

sauberer, reifer Kompost in kontrollierter Dosierung.

Was kann man nach der Reinigung anbauen?

Der Übergang zu Nahrungspflanzen wird nicht durch die Anzahl der vergangenen Jahre bestimmt, sondern durch wiederholte Analysen.

Bis die Sicherheit der Website offiziell bestätigt ist, sollte sie am besten für folgende Zwecke genutzt werden:

technische Gräser;

Zierpflanzen;

Energieholz;

Schutzwaldgürtel;

Saatgut nur, wenn die Sicherheit bestätigt ist;

Biodiversität ohne Weidetiere.

Besonders unerwünscht auf kontaminierten Böden:

Blattgemüse;

Wurzeln;

Pilze;

Arzneistoffe;

Futterpflanzen;

Pflanzen für Babynahrung.

Die wichtigste Schlussfolgerung

Phytosanierung ist keine einmalige Anpflanzung einer „Reinigungspflanze“, sondern ein kontrolliertes ingenieurbiologisches System:

Verschmutzungsanalyse → Auswahl des Mechanismus → Pflanzenauswahl → Wasser- und Bodenüberwachung → regelmäßige Biomasseentfernung → sichere Entsorgung → wiederholte Analysen.

Zuverlässigste Anwendung:

Stabilisierung großer, leicht verschmutzter Gebiete;

Staub- und Erosionsschutz;

schrittweise Gewinnung von Cadmium, Zink und Nickel;

Sanierung ölverseuchter Böden in Verbindung mit Mikroorganismen;

Schaffung einer Vegetationsbarriere um stärker verschmutzte Gebiete.