مقاله حذف عنصر مس از آب و خاک آلوده توسط گیاهان

word قابل ویرایش
12 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

حذف عنصر مس از آب و خاک آلوده توسط گیاهان
چکیده
یکی از مهمترین توجهات در قرن اخیر حفاظت از کیفیت محیط زیست است . آلودگی محیط زیست از چنـدین دهه قبل به عنوان یک مشکل جدی در سر تا سر جهان شناخته شده است . آلاینده هایی نظیر فلـزات سـنگین به راحتی در محیط انتقال و تجمع می یابند. عنصر مس علاوه بر اینکه یک عنصر ضـروری جهـت تغذیـه گیـاه بوده و نقش مهمی در فرایند های متابولیکی ایفا می کند، در غلظت های بالا می توانـد اثـر منفـی بـر محـیط زیست ، گیاهان و حیوانات داشته باشد. معادن ، فعالیت هـای صـنعتی، کشـاورزی و پسـماندهای حاصـل از آن ، فاضلاب ها و دیگر فعالیت های بشری از مهمترین عوامل گسترش آلودگی مس در آب و خاک می باشد.
فناوری پالایش آلودگی ها از آب و خاک بویژه در مورد فلزات سنگین حاصل از فعالیت های مختلف بشـری بـا محوریت گیاه ، گیاه پالایی یا پالایش سبز نام دارد. این روش به نسبت ارزان و دوست دار محیط زیست به دیگر روشهای پاکسازی آب و خاک ارجحیت دارد. در میان جمعی از گیاهان پالاینده عنصر مس می تـوان بـه گیـ ه خردل هندی Brassica juncea با توانایی تجمع ١.۶١ درصد مس از ١۵٠ میلی گرم مس در هر کیلو گـرم خاک در ریشه خود و همچنین عدسک آبی Lemna minor با قابلیت تجمع ١١٠٠ میکرو گـرم بـر لیتـر د اندام هوایی خود اشاره نمود.
کلمات کلیدی :
عنصر مس ، آلودگی آب و خاک، گیاه پالایی

مقدمه :
آلودگی محیط زیست از مشکلات اساسی اثر حاضر به شمار می رود. آلاینده ها از عوامل ایجاد اختلال در محیط زیست به شمار می روند. آب ، خاک و هوا به عنوان اجزاء مهم محیط زیست در معرض مستقیم آلودگی ناشی از فعالیت های بشری و فرسایش طبیعی سنگها قرار دارند. اخیرًا فلزات سنگین به عنوان یک آلوده کننده جدید و خطر ناک تر از سایر آلوده کننده های محیطی شناخته شده اند(٢،١).
فلز سنگین مس یکی از قدیمی ترین یافته های بشر و همچنین یکی از محصولاتی است که وضعیت آن مستقیماً بازتابی از وضعیت اقتصادی جهان است . مس پس از آهن و آلومینیوم سومین فلزی است که استفاده وسیعی را در جهان به خود اختصاص داده و تولید مس در جهان کماکان در حال گسترش است و این مسئله اساساً بدین معنی است که میزان مس موجود در محیط زیست هر روز بیشتر می شود. معادن ، فعالیت های صنعتی، کشاورزی و پسماندهای حاصل از آن ، فاضلاب ها و فعالیت های بشری از دیگر عوامل گسترش آلودگی مس در آب و خاک می باشند. زمانی که مس با خاک ترکیب می شود ارتباط تنگاتنگی با مواد آلی و معدنی آن برقرار می کند و قادر به ایجاد اختلال در یکسری از فعالیت های بیولوژیکی خاک می شود. مس در آبهای سطحی نیز به صورت ذرات رسوبی و یا یونهای آزاد غیر قابل تجزیه در می آید(١،٧).
آلودگی آب و خاک به فلز سنگین مس یک مشکل عمده زیست محیطی حاصل از بکارگیری تکنولوژی های مدرن محسوب شده که بر سلامت موجودات زنده و زیست بوم اثر منفی دارد. این آلودگی را می توان به روشهای مختلف فیزیکی، شیمیایی و زیستی پالایش کرد. کاهش و حذف اثرات آلودگی ناشی از مس به کمک گیاهان از جمله روشهای پاکسازی است که در این روش از گیاهان مقاوم جهت پالایش خاک و آب آلوده به ترکیبات آلی و معدنی استفاده می گردد. مزیت هایی که این روش نسبت به سایر روش ها دارد، سادگی، ارزان بودن و امکان بهره گیری در سطح وسیع می باشد. در این روش انتخاب نوع گیاه از اهمیت ویژه ای برخوردار است (٢،۴).
مس و آلودگی محیط زیست
مس از جمله عناصر فلزی است که در واکنش های اکسیداتیو بعنوان کاتالیزور عمل می کند. هنگامی که مس با یک پروتئین تشکیل کمپلکس می دهد، فعالیت آن بیش از ١٠٠٠ برابر افزایش می یابد. مس در سیستم انتقال الکترون در فتوسنتز از طریق پلاستوسیانین و اکسیداسیون نهایی از طریق سیتوکروم اکسیدار نیز موثر است و به عنوان بخشی از آنزیم های پلی فنل اکسیداز و آسکوربیک اسید اکسیداز معرفی شده که بیانگر اهمیت وجود این عنصر در گیاه است (١٧،١).
کمبود مس جریان انرژی را در فتوسنتز و تنفس تحت تاثیر قرار داده و مقدار محصول ، کیفیت میوه و دانه را کاهش می دهد. همچنین در صورت کمبود شدید رشد رویشی گیاه نیز کاهش و در این شرایط به علت اختلال شرایط چوبی شدن ، از حفاظت دیواره سلولی، عناصر آوندی، فیبر و سلولهای اپیدرمی کاسته می شود.
هر چند مس از عناصر ضروری برای رشد و نمو گیاه محسوب می شود، اما در غلظت های بیش از حد باعث ایجاد تنش اکسیداتیو می شود و فرایند فیزیولوژیکی متعددی مانند فتوسنتز و رشد را به طور مستقیم یا غیر مستقیم تحت تاثیر قرار می دهد. این عنصر سنگین با ممانعت از جذب سایر عناصر بویژه آهن ، پتاسیم و کلسیم که جزء عناصر غذایی ضروری محسوب شده ، از رشد گیاه می کاهد. حد مجاز مس در بافت گیاهی بین ١ تا ۵ میکروگرم بر گرم وزن خشک گیاهی است و این در حالیست که تولید مس در جهان کماکان در حال گسترش و از دو طریقه ، طبیعی و فعالیت های انسان زاد در محیط زیست آزاد می شود. مصداق های ورود مس به محیط شامل استخراج معادن ، تولید فلزات ، چوب و کودهای فسفاته ،گرد و غبار ناشی از وزش باد، پوسیدگی و متلاشی شدن گیاهان و آتش سوزی جنگل ها می باشد(٣،١٢).
خاک لایه بسیار نازکی از کره زمین را تشکیل که وجود و تغذیه موجودات زنده به آن وابسته است . خاک از مواد متنوعی نظیر مواد معدنی، موادآلی، آب ، هوا و میکرو ارگانیسم ها تشکیل شده و هر گونه تغییر در ویژگی های اجزاء متشکله خاک به طوری که استفاده از آن نا ممکن گردد، آلودگی خاک نامیده می شود. مس در محیط تجزیه نمی شود به همین دلیل وقتی در خاک یافت می شود، می تواند در گیاهان و حیوانات تجمع یابد. بیش بود این عنصر به دلیل اثر مخربش بر روی گیاهان تهدید جدی برای تولید مزارع است . وقتی مس با خاک ترکیب می شود ارتباط تنگاتنگی با مواد آلی و مواد معدنی برقرار می کند. و با تاثیر منفی بر روی میکرو ارگانیسم ها و کرم های خاکی قادر به اختلال در فعالیت های خاک می باشد. به همین علت تجزیه موادآلی ممکن است به نحو بارزی کاهش یابد. وقتی خاک مزارع به این عنصر آلوده شود حیوانات غلظت هایی از آن را جذب بدن خود خواهد کرد که بر سلامتش اثر سوء دارد(١،٩).
خاک جهت پرورش گیاهان احتیاج به آب دارد. هر ماده یا جسمی که مانع استفاده طبیعی از آب شود، به عنوان آلوده کننده آب تلقی می شود. مس در آبهای سطحی می تواند به صورت ذرات رسوبی یا یونهای آزاد در می آید. تمرکز مس در کانسارهای سولفیدی سبب می شود تا محصول این واکنش پدیده ای به نام نشت اسیدی معادن باشد. این پدیده به عنوان مهمترین و شایع ترین مسئله آلودگی محیط زیست معدن کاری سولفیدی در جهان است .. محصول نهایی حاصل از اکسایش کانی سولفیدی در حضور هوا، آب و باکتری ها، اسید سولفوریک و هیدروکسید آهن است . محصولات حاصل از نشت اسیدی معادن به میزان زیادی خطر آلودگی اسیدی منابع آبی را تهدید و سبب ایجاد پوشش هیدرواکسید آهن در کف رودخانه ها می شود و با اثر بر روی کانی هاممکن است عناصر سمی مانند کادمیم ، آرسنیک و جیوه را وارد محیط زیست می کند. مس از طریق آزاد شدن آن به دلیل احتراق سوخت های فسیلی وارد هوا شده و تا قبل از نزول باران به مدت زمان طولانی در هوا باقی می ماند. گونه های گیاهی از نظر توانایی برخورد با آلودگی ناشی از فلزات سنگین بسیارمتفاوت هستند(٢۶، ٢١).
گیاه پالایی
با افزایش روز افزون جمعیت در قرن اخیر، گسترش صنعت ، دخالت ها و برنامه ریزی های نادرست انسان ، روز به روز به آلودگی محیط زیست افزوده می شود. یکی از کارامدترین روش ها جهت کاهش و حذف این آلودگی ها از آب و خاک پدیده Bioremediation می باشد، که بر مبنای استفاده از موجودات طبیعی در مقابله با این مشکل است . فناوری پالایش آلودگی با محوریت گیاه ، گیاه پالایی یا پالایش سبز (Phytoremediation ) نامیده می شود، که یکی از روشهای این پدیده می باشد. گیاهانی که به منظور انجام این عمل مورد استفاده قرار می گیرند، بایستی علاوه بر اینکه دارای توانایی جذب و در نتیجه حذف عناصر فلزی سنگین مثل روی، کادمیم ، نیکل از آب وخاک باشند، بتوانند در برابر غلظتهای زیاد این عناصر مقاومت نموده و زنده باقی بمانند. استفاده از گیاهان جهت پاکسازی محیط یک مفهوم جدیدی نیست . حدود٣٠٠ سال پیش گیاهان جهت استفاده در تصفیه فاضلاب ها پیشنهاد شده اند. اولین بار واژه گیاهان سوپرجاذب توسط بروکس در سال ١٩٧٧بکار برده شد. و به گیاهانی اطلاق می شد که دارای توانایی تجمع بیش از٠.١ درصد نیکل در بافت خشک خودد بوده اند. Hartman در اواخر قرن ١٩ قدومه و بفشه که اولین گونه های گیاهی جهت تجمع سطح بالایی از فلزات در برگ ها بوده اند، را کشف نمود.
در سال ١٩٣۵ Byers گزارش کرد که گیاهان جنس گون Astragalus مستعد تجمع بالای٠.۶ درصد سلنیوم در توده شاخساره خشک هستند. یک دهه بعد ١٩۴٨ .Minguzzi&Vergna گیاهانی که توانایی تجمع ١ درصد نیکل در شاخساره خود هستند را شناسایی کرده اند. در سال ١٩٧٧ .Raseio تجمع و مقاومت بالا در شاخساره قدومه را گزارش کرد. ایده استفاده از گیاهان جهت استخراج فلزات از خاکهای آلوده بوسیله Utsunamyia در سال ١٩٨٠ و Chaney سال ١٩٨٣ مطرح شد(٣،٢۴،٢۵).
گیاه پالایی شامل ۴ روش مجزا می باشد، که هر کدام آنها دارای عمل متفاوت جهت پاکسازی آب و خاک آلوده به فلزات سنگین هستند.
استفاده از سیستم ریشه گیاهان جهت جذب مواد آلوده کننده از آب و جریان های آلوده ، در این روش گیاهان در محیط هیدروپونیک یا آب آلوده به فلزات سنگین قادر به رشد می باشند. ریشه از خود موادی مانند مالات هاو سیترات ها ترشح می کند،که قادر به تغییر PH محیط اطراف ریشه می باشند و در نتیجه فلزات به سرعت وارد ریشه می شوند.
Phytovolatilization- 2
استفاده از گیاهان جهت استخراج فلزات از خاک و محیط آلوده و آزاد کردن این عناصر به اتمسفر بوسیله عمل تبخیر و برای فلزاتی نظیر As,Se,Hg کاربرد دارد.
Phytostabilization -3
در این روش فلزات به حالت آزاد در خاک وجود دارند گیاه می تواند توسط چندین مکانیسم فلزات را تثبیت کند.
١-تشکیل کمپلکس با اسید های آلی یا مواد مترشحه ریشه
٢-جذب سطحی و درونی و تجمع در ریشه بوسیله قرار گرفتن در واکوئل سلولهای ریشه و دیواره سلولی
٣-رسوب یا ته نشینی در محیط ریشه توسط تشکیل کمپلکس در این روش هدف حذف فلزات سنگین و آلوده کننده ها از مکان نیست . بلکه تثبیت آنها و کاهش خطرات ناشی از فلزات جهت سلامت انسان و محیط است .
Phytoextraction- 4
عموماً شناخته ترین تکنیک گیاه پالایی بین سایر تکنیک ها است . در این تکنیک مکانیسم حذف آلودگی به صورت زیر است .
١-تحرک فلزات بوسیله کاهش کلاته شدن
٢-جذب و توقف در ریشه
٣-انتقال توسط آوند چوب
۴-انتشار به بافت های مختلف اندام هوایی توسط آوند چوب
۵-تردد یا توقف در شاخساره ها
زمان پاکسازی توسط این تکنیک بستگی به طول دوره رشد گیاه ، کارایی گیاه در حذف آلودگی، نوع و توسعه آلودگی فلزی دارد(۴،٢۵،٢۶،٣١).
بررسی منابع
تا به امروز ۴٠٠ گونه گیاهی از حداقل ۴۵ خانواده گیاهی به عنوان سوپر جاذب فلزات سنگین شناسایی شده است .
مهمترین خانواده های گیاهی شامل : Asteraceae, Brassicaceae, caryophyllaceae, fabaceae, poaceae, violaceae
که در این بین خانواده Brassicaceae , دارای بیشترین تعداد گونه های سوپر جاذب فلزات سنگین است . طبق آخرین آمار
٢۴ گیاه به عنوان گیاهان پالاینده فلز سنگین مس شناسایی شده است (۴،٢۶).
گیاه نیلوفر Ipomoea alpina قابلیت تجمع ١٢٣٠٠٠ میلی گرم مس بر کیلو گرم را در ریشه خود دارا می باشد(٢٩).
گیاه عدسک آبی Lemna minor که یک گیاه آبزی است ، قابلیت تجمع ١١٠٠ میکرو گرم مس بر لیتر را در اندام هوایی خود دارد(٣٠، ١١).
گیاه خردل هندی Brassica junceae قابلیت تجمع ٣٧٧١ میلی گرم مس بر کیلو گرم در ریشه خود را دارا می باشد(٧،١٠).
بر طبق گزارش Malayeri و همکاران در سال ٢٠٠۵ میلادی گیاه کنگر وحشیCrisium congestum قابلیت جذب ۵٧ میلی گرم مس بر کیلو گرم وزن خشک را دارا می باشد(١٧).
چمن آگروستیس Agrostis tenuis با اضافه کردن EDTA می تواند ٣٠٠ میکرو گرم مس را در اندام هوایی خود جای دهد(٣۴).
یکی دیگر از گیاهان سوپر جاذب مس داوودی خودروChrysanthemum coronarium می باشد. که توانایی تجمع ۴٢٩ میلی گرم مس بر کیلو گرم در ریشه و ۶٨ میلی گرم مس بر کیلو گرم در اندام هوایی خود را دارد(٢٧،٣٧).
بر طبق گزارش Rossini و همکاران در سال ٢٠١٠ میلادی گیاه اریکا Erica andevalensis می تواند ٧٠٠ میکرو گرم مس بر کیلو گرم را در ریشه خود تجمع دهد(٢٩).
گیاه ختمی Malva sylvestris با افزایش غلظت مس در محیط از طریق مکانیسم های مقاومت از ورود مس به اندام هوایی گیاه جلوگیری کرده و از این طریق بقای خود را تضمین می کند(٢٣).
چمن لولیوم Lolium perenue در محیط آلوده به فلز سنگین مس می تواند ٨٠ میلی گرم مس بر کیلو گرم را در ریشه خود جای دهد(١۴).
کاهوی وحشی Scariola orientalis توانایی جذب ٨٧ میلی گرم مس بر کیلو گرم وزن خشک را دارد(١٧).
بر طبق گزارش Tilstone و همکاران سال ١٩٩٧میلادی گیاه زینتی میمولوس mimulus guttatusمی تواند از خاک آلوده به فلز سنگین مس ٨٠٠ میکرو گرم مس بر گرم را در اندام هوایی خود تجمع دهد(٣٣).

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 12 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد