Blei im Boden: Gefahren und pflanzenbasierte Schutzmaßnahmen

Blei im Boden: Gefahren und pflanzenbasierte Schutzmaßnahmen

Blei zählt zu den problematischsten Bodenverunreinigungen. Im Gegensatz zu Öl oder einigen Pestiziden…wird nicht von Mikroorganismen zersetzt und verschwindet mit der Zeit nicht.Sie können nur:

physischer Abbau des kontaminierten Bodens;

einen Teil des Bleis mithilfe von Pflanzen oder technischen Verfahren gewinnen;

chemisch binden und in eine schwerlösliche Form überführen;

Die Kontamination isolieren und die Wege ihres Eindringens in den Menschen blockieren.

In den meisten Gebieten ist Vegetation wesentlich effektiver beiStabilisierung von Blei und Verhinderung seiner Ausbreitung, als bei einer schnellen vollständigen Extraktion.

Warum ist Blei gefährlich für den Menschen?

Blei ist ein sich im Körper anreicherndes Gift. Es kann folgende Schäden verursachen:

Gehirn und Nervensystem;

Hämatopoese;

Nieren;

Herz-Kreislauf-System;

Fortpflanzungssystem;

Fötale Entwicklung.

Kleinkinder sind besonders gefährdet: Sie kommen häufiger mit Erde und Staub in Kontakt, stecken sich die Hände und Gegenstände in den Mund und ihr sich entwickelndes Nervensystem reagiert empfindlicher auf toxische Einflüsse. Selbst relativ geringe Belastungen können zu irreversiblen Beeinträchtigungen der kognitiven Funktionen, der Aufmerksamkeit, des Lernens und zu Verhaltensproblemen führen. Die WHO betont, dass kein unbedenklicher Grenzwert für Bleibelastung festgelegt wurde.Weltgesundheitsorganisation)

Bei Erwachsenen wurde eine chronische Exposition mit Nierenschäden, Bluthochdruck sowie neurologischen und reproduktiven Problemen in Verbindung gebracht.Weltgesundheitsorganisation)

Wie Blei aus dem Boden in den Körper gelangt

In kontaminierten Gebieten besteht die Hauptgefahr oft nicht in der aktiven „Verdunstung“ des Bleis, sondern in der physikalischen Übertragung von Partikeln.

Daher kann auch ein Gebiet mit relativ unbeweglichem Blei gefährlich sein, wenn der Boden offen, trocken und staubig ist.

Warum ist Blei für Pflanzen so schwer zu gewinnen?

1. Es löst sich schlecht auf.

Der größte Teil des Bleis im Boden ist gebunden an:

Tonminerale;

Eisen- und Manganoxide;

organische Substanz;

Karbonate;

Phosphate;

Sulfide.

Aus diesem Grund können chemische Analysen hohe Gesamt-Pb-Werte anzeigen, aber nur ein Teil des Metalls befindet sich in der Bodenlösung und steht den Wurzeln direkt zur Verfügung.

Es ist wichtig zu unterscheiden:

Gesamtbleigehalt;

mobile Fraktion;

bioverfügbare Fraktion;

Bioverfügbarkeit für den Menschen bei Verschlucken durch BodenDie

Das sind nicht dieselben Dinge.

2. Die Wurzeln halten Blei zurück.

Selbst wenn Blei die Pflanze erreicht, ist es oft:

adsorbiert an der Wurzeloberfläche;

bindet an Zellwände;

Ausfällungen in der Rhizosphäre;

im Wurzelinneren enthalten;

Wird nur schlecht in Stängel und Blätter übertragen.

Dies ist gut für die Phytostabilisierung, aber schlecht für die Phytoextraktion: Es ist einfach, den oberirdischen Teil zu sammeln, aber fast unmöglich, das gesamte kleine Wurzelsystem zu entfernen.

3. Eine erhöhte Löslichkeit birgt ein neues Risiko

In einigen Experimenten wurden synthetische Chelatoren, insbesondere EDTA, eingesetzt, um Blei zu lösen und dessen Aufnahme durch Senf und andere Pflanzen zu verbessern. Gelöstes Blei kann jedoch unter die Wurzeln wandern und ins Grundwasser gelangen. Daher eignet sich diese Methode nicht als Standardverfahren im Gartenbau; die EPA betrachtet sie als kontrollierten Sanierungsansatz mit erheblichen Einschränkungen.Sems Publishing)

Vier reale Strategien

Strategie 1: Quellenbeseitigung

Dies ist die zuverlässigste Option für:

lokale "Hotspots";

Kinderspielplätze;

Gemüsegärten;

Gebiete in der Nähe von Wohngebäuden;

Orte mit Metallschlacke, Schrot, Batterieabfällen oder Farbresten.

Anwenden:

selektive Entfernung;

Sieben und Entfernen großer Partikel;

Austausch der obersten Schicht;

Verbringung an einen autorisierten Ort;

Mit sauberer Erde bedecken.

Pflanzen sollten nicht als Ausrede dienen, um gravierende Umweltverschmutzung aufrechtzuerhalten, wo eine unmittelbare Gesundheitsgefahr besteht.

Strategie 2. Phytostabilisierung

Dies ist die Hauptstrategie des Werks zur Bleigewinnung.

Sein Zweck besteht nicht unbedingt darin, Metall vom Gelände zu entfernen, sondern:

Hör auf zu staubsaugen;

Erosion verringern;

Die oberste Schicht mit den Wurzeln verbinden;

Oberflächenabfluss verringern;

verringern;

Blei in der Wurzelzone zurückhalten;

die Übertragung kontaminierter Partikel verhindern.

Die EPA beschreibt Phytostabilisierung als die Anwendung metallresistenter Vegetation, deren Wurzeln den Boden verankern und die Mobilität von Schadstoffen verringern.US-Umweltschutzbehörde)

Geeignete Pflanzen

Besser zu verwendenArtenmischung, anstatt einer einzigen Nutzpflanze. Getreide bildet ein dichtes Netzwerk feiner Wurzeln, Hülsenfrüchte unterstützen den Stickstoffkreislauf, und Sträucher und Bäume schaffen ein tieferes, widerstandsfähigeres Gerüst.

Strategie 3. Chemische Immobilisierung plus Pflanzen

Blei kann in weniger lösliche Formen umgewandelt werden, und anschließend kann das Gebiet mit Vegetation gesichert werden.

Phosphatmaterialien

Phosphate können mit Blei reagieren und schwerlösliche Bleiphosphatminerale bilden, darunter auch solche, die Pyromorphit ähneln. Dies kann die Mobilität und Bioverfügbarkeit von Blei verringern.HELD)

Mögliche Anwendungsgebiete:

Phosphatgestein;

Hydroxyapatit;

Knochenapatit in Industriequalität;

spezielle Phosphatreagenzien.

Die Dosierung sollte jedoch nicht „nach Augenmaß“ erfolgen. Überschüssiger löslicher Phosphor kann:

Wasser verschmutzen;

verursachen Eutrophierung;

die Mobilität anderer Metalle verändern;

beeinflussen Arsen;

Veränderung des pH-Werts und der Bodenbiologie.

Daher erfordert die Phosphatstabilisierung Laboruntersuchungen des jeweiligen Bodens.

Kalkung

In sauren Böden verringert eine pH-Wert-Erhöhung häufig die Bleilöslichkeit und fördert gleichzeitig das Graswachstum. Ein zu hoher pH-Wert beeinträchtigt jedoch auch die Pflanzenernährung. Die benötigte Kalkmenge hängt von der Pufferkapazität des Bodens ab, nicht nur vom aktuellen pH-Wert.

Biokohle

Richtig ausgewählte Biokohle kann:

einen Teil des Bleis adsorbieren;

den pH-Wert von sauren Böden erhöhen;

Erhöhung der Kationenaustauschkapazität;

die Struktur verbessern;

Vegetation erhalten.

Verschiedene Biokohlenstoffe weisen jedoch unterschiedliche Eigenschaften auf. Ihre Effizienz hängt vom Ausgangsmaterial, der Produktionstemperatur, dem Aschegehalt, dem pH-Wert und dem Vorhandensein von Verunreinigungen ab. Studien zeigen, dass Biokohle die Mobilität von Blei reduzieren kann, jedoch sind spezifische Materialtests erforderlich.HELD)

Eisenoxide und mineralische Sorptionsmittel

Folgende Optionen können ebenfalls verwendet werden:

eisenhaltige Materialien;

Zeolithe;

Bentonit;

einige Tonminerale;

spezielle Mineralverbundstoffe.

Ihre Aufgabe ist es, zusätzliche Bindungsflächen zu schaffen und den Bleitransfer zu reduzieren.

Strategie 4. Phytoextraktion

Phytoextraktion bedeutet:

Die Pflanze nimmt Blei auf;

überträgt es auf die Triebe;

Die oberirdische Masse wird entfernt;

Der Zyklus wiederholt sich.

Bei Blei verläuft dieser Prozess in der Regel langsam und ist nur in Kombination wirksam:

mäßige Umweltverschmutzung;

geeignete chemische Form des Metalls;

große Biomasse;

akzeptabler Transfer zu den Dreharbeiten;

mehrjährige Zyklen;

sichere Entsorgung der Ernte.

Welche Pflanzen können Blei extrahieren?

Feldstudien zeigen beispielsweise das Potenzial von Maulbeerbäumen für die langfristige Sanierung von mit Blei und Cadmium kontaminierten Böden, aber solche Ergebnisse lassen sich nicht automatisch auf jeden beliebigen Standort übertragen.HELD)

Senf und Blei

Senf ist insofern einzigartig, als:

wächst schnell;

erzeugt eine leicht zu reinigende Masse;

enthält eine gewisse Menge Blei;

Geeignet für wiederholte Zyklen;

wurde in Experimenten mit verbesserter Phytoextraktion eingehend untersucht.

Ohne künstliche Steigerung seiner Mobilität entnimmt es dem Boden jedoch oft nur einen kleinen Teil des gesamten Nährstoffvorrats. Daher ist es sinnvoller, Senf wie folgt zu betrachten:

experimentelle Extraktionsanlage;

gemischte Sanierungskomponente;

Schnellschutzabdeckung;

Indikator für die Verfügbarkeit von Schadstoffen.

Sonnenblume und Blei

Sonnenblumen sind wertvoll aufgrund folgender Eigenschaften:

riesige Wurzeloberfläche;

große oberirdische Masse;

die Fähigkeit, Metalle über die Wurzeln aufzunehmen;

Benutzerfreundlichkeit in Wasserfiltrationssystemen.

Für Blei ist Sonnenblume besonders interessant.Rhizofiltration von verschmutztem WasserDort können die Wurzeln vollständig aus dem Reservoir entfernt werden. In normalem Boden kann ein erheblicher Anteil des Bleis in den Wurzeln verbleiben, was die vollständige Entfernung des kontaminierten Materials erschwert.

Was ist besser: Extraktion oder Stabilisierung?

Praktisches Pflanzensystem

Schicht 1. Schnelles Ende der Staubbildung

Saatmischungen:

Weidelgras;

Rohrschwingel;

Rotschwingel;

Wacholderdrossel;

Klee – nur wenn er resistent ist und nicht als Futtermittel gedacht ist.

Die Oberfläche kann vor dem Anwurzeln geschützt werden:

sauberer Mulch;

Jutematten;

Kokosfaser;

reine Mineralschicht;

Hydroseeding.

Schicht 2. Langzeitstabilisierung

Nach der Bildung des Deckblatts wird Folgendes eingeführt:

Miscanthus;

lebendig;

Pappel;

ein wenig;

einheimische Sträucher;

Tiefwurzelnde, nicht essbare Stauden.

Schicht 3. Experimentelle Extraktionsstreifen

Auf begrenzten Grundstücken:

Senf;

Sonnenblume;

Amarant;

Raps;

Maulbeerbaum oder Weide.

Nach jedem Zyklus wird die Pb-Konzentration separat gemessen in:

Wurzeln;

Stängel;

Blätter;

Samen;

Restboden.

Beispiel eines Plans für ein Gelände

Ist es möglich, Nutzpflanzen anzubauen?

In einem bleibelasteten Gebiet kann die Ernte nicht allein deshalb als sicher gelten, weil das Metall in geringen Mengen von den Früchten aufgenommen wird. Folgende Probleme bestehen weiterhin:

kontaminierter Staub auf der Oberfläche;

Erde zwischen den Blättern;

sich die Hände schmutzig machen;

Verunreinigung von Wurzelgemüse;

unbekannte Ansammlung bei einer bestimmten Sorte;

Gemischte Metalle.

Die risikoreichsten sind:

Salate;

Spinat;

Grün;

Wurzeln;

Kräutertees;

Futterpflanzen.

Wenn die Fläche nicht vollständig gerodet werden kann, werden Nahrungspflanzen in erhöhten, voneinander getrennten Beeten mit sauberem, zertifiziertem Boden und einer Trennschicht zwischen der neuen und der alten Bodenschicht angebaut.

Entsorgung der Anlage

Die Biomasse vom Standort kann nicht sein:

Tierfutter;

als Lebensmittel verwenden;

Daraus Tee zubereiten;

Kompostieren Sie mit dem Restmüll;

Als Mulch belassen;

im Ofen oder auf einem Feuer verbrennen;

in selbst hergestellte Biokohle umwandeln;

Asche im Garten verwenden.

Blei wird bei der Verbrennung nicht zerstört; es reichert sich in der Asche an und kann teilweise mit dem Rauchgasstaub transportiert werden. Mögliche Entsorgungsoptionen werden durch Biomasseanalysen und lokale Vorschriften bestimmt: kontrollierte thermische Verbrennung mit Gasreinigung, Deponie oder industrielle Metallrückgewinnung.

Wie lässt sich die tatsächliche Wirksamkeit von Pflanzen beurteilen?

Man kann nicht einfach nur die Bleikonzentration in den Blättern betrachten.

Die tatsächliche Entfernung berechnet sich wie folgt:

Pb-Konzentration in der Trockenbiomasse × Masse der gesammelten Trockenbiomasse.

Eine Pflanze kann beispielsweise viel Blei pro Kilogramm enthalten, aber nur eine geringe Biomasse produzieren. Eine andere Pflanze reichert weniger Blei an, liefert aber einen höheren Ertrag und entzieht dem Boden mehr Blei.

Es ist außerdem notwendig, Folgendes zu bewerten:

wie viel Blei in den Wurzeln verbleibt;

hat sich der gesamte Bodenvorrat verändert?

hat der mobile Anteil abgenommen;

hat die Bioverfügbarkeit abgenommen;

Ist Pb tiefer eingedrungen?

Hat sich der Abfluss in das Abwasser erhöht?

Die rationale Strategie von DREVO

Für die Bleigewinnung ist nicht nur eine Pflanzenart optimal, sondern eine Abfolge:

Analyse → Entfernung von Hotspots → Chemische Stabilisierung → Dichte Grasdecke → Mehrjährige Pflanzen → Begrenzte Phytoextraktionsflächen → Reanalyse.

Die Grundmischung kann aus Folgendem bestehen:

Die wichtigste Schlussfolgerung

Im Falle einer BleivergiftungDas erste Ziel ist nicht, Pflanzen dazu zu zwingen, so viel Metall wie möglich aufzunehmen, sondern zu verhindern, dass kontaminierter Boden und Staub in den menschlichen Körper gelangen.Die

Pflanzen erfüllen drei Funktionen am effektivsten:

Die kontaminierte Oberfläche abdecken und sichern;

Erosion, Staub- und Partikeltransport verringern;

Die geringe Menge an verfügbarem Blei wird schrittweise extrahiert.

Die vollständige Entfernung von Blei durch Pflanzen allein dauert in der Regel zu lange. Daher basiert ein sicheres System auf folgendem Prinzip:

Konzentrierte Quellen entfernen → verbleibendes Blei binden → Boden mit Pflanzen bedecken → den verfügbaren Anteil kontrolliert extrahieren.