بخشی از مقاله
چکیده
امروزه آلودگی محیط زیست از مسایل مهمی است که جوامع مختلف با آن روبرو هستند. در اثر فعالیتهای انسان از جمله احداث کارخانجات صنعتی، استخراج معادن، سوختهای فسیلی، مصرف کودهای شیمیایی و آلی و غیره آلایندههای مختلفی به منابع آب و خاک و هوا وارد میشود که برای محیط زیست تهدیدی جدی به شمار میرود.
امروزه با درک مشکلات زیست محیطی به وجود آمده، تلاشهای فراوانی به منظور پاکسازی محیط زیست صورت گرفته است و بدین منظور روشهای مختلفی ابداع و به کار گرفته شده است؟ از طرفی هزینههای بسیار گزاف روشهای فیزیکی و شیمیائی، سبب تلاش در جهت دستیابی به روشهای ارزانتری شده است. گیاهپالایی به عنوان یک روش حافظ و دوستدار محیط زیست، یکی از راهکارهای تصفیه در زمینهی حفظ و بهبود کارکرد اکوسیستمها و تنوع زیستی میباشد.
در واقع گیاهپالایی روشی جدید برای پالایش مناطق آلوده است که بسیار موثر و کم هزینه بوده، مزایای زیادی داشته و قابلیت اجرای آن برای مدت زمان طولانی امکان پذیر است. این تکنولوژی به عنوان روشی سازگار یا محیط زیست شناخته شده است و اثرات ثانویه آلایندگی سایر روشها را ندارد. از نقطه نظر اقتصادی، سه هدف برای گیاهپالایی میتوان در نظر گرفت که عبارتند از : خطر آلودگی کمتر، حذف فلزات سنگین ، مدیریت پایای زمین. در روشهای گیاهپالایی انتخاب گیاه مناسب از اهمیت ویژهای برخوردار است که به شرایط اقلیمی و نوع آلودگی وابسته میباشد. بنابراین انتخاب گونههای مقاوم و بومی که قابلیت تطابق با شرایط محیطی در محل آلوده را دارند
یک عامل کلیدی در موفقیت گیاهپالایی است. در گیاهپالایی از گیاهان سبز و ارتباط آنها با میکروارگانیسمهای خاک برای کاهش آلودگی خاک و آبهای زیر زمینی استفاده میشود. گیاهپالایی با توجه به نوع گیاه پالایش کننده، نوع آلاینده و تغییراتی که گیاه در آلاینده به وجود میآورد تکنیکهای متفاوتی دارد. این تکنیکها شامل تثبیت گیاهی، تجزیه ریشهای، انباشت گیاهی، تجزیه گیاهی و تبخیر گیاهی میباشد. این تکنیکها در استخراج، تثبیت، تصفیه، تخریب - تنزل یا تغییر شکل - و استخراج آلاینده به صورت بخار نقش دارند. در این مطالعه به بررسی کاربرد تکنولوژی گیاهپالایی در رفع آلودگی از محیط زیست پرداخته شده است.
-1 مقدمه
در هر اجتماعی بر اثر فعالیتهای روزمره انسان و متعلقات زندگیاش، مقادیر قابل توجهی مواد زائد به اشکال جامد، مایع و گاز تولید و وارد محیط زیست میشود. بخش مایع این زائدات یا به عبارت دیگرپساب، اساساً همان آب مصرفی جامعه است که در نتیجه کاربردهای مختلف آلوده شده است
مصرف آب در واحدهای مسکونی، تجاری، صنعتی و کشاورزی بسیاری از ناخالصیها را وارد آن میکند که در صورت دفع بیرویه در محیط زیست خطرات قابل ملاحظهای بدنبال خواهد داشت. تجزیه قسمتی از این ناخالصیها میتواند به ایجاد بوی تعفن منجر شود. به علاوه پسابها محتوی میکروارگانیسمهای مختلف بیماریزا ، مواد سمی، مواد مغذی محرک رشد گیاهان آبزی، مواد معلق، مواد شناور و بسیاری از آلایندههای دیگر میباشد
حجم آب مصرفی توسط واحدهای صنعتی سالانه حدود یک میلیارد متر مکعب برآورد شده است که با احتساب بازگشت هشتاد درصد آن به صورت پساب به محیط زیست و با توجه به اینکه هر متر مکعب فاضلاب میتواند 40 تا 50 برابر حجم خود را آلوده کند، نقش صنایع در لطمه بر منابع آب و خسارت بر محیط زیست آشکارتر میشود.
هزینه های رفع این آلودگی بر دوش نسل کنونی و آیندگان تحمیل خواهد شد. برخی از ترکیبات دارای درجه سمیت بالا هستند و نفوذ آنها به مقدار کم موجب آلودگی و بیماریزایی حجم بزرگی از آب میشود. به عنوان مثال ورود یک گرم جیوه می تواند یک میلیون لیتر آب را آلوده و غیر قابل آشامیدن کند. بسیاری از واحدهای بزرگ صنعتی مجهز به سیستم تصفیه پساب میباشند. اما متاسفانه در اکثر مواقع کیفیت پساب خروجی به هیچ وجه با استانداردهای محیط زیست مطابقت نمیکند
برخی دیگر از واحدهای صنعتی که تعداد آنها قابل ملاحظه می باشد دارای واحد تصفیه پساب نیستند که با توجه به وجود ترکیبات شیمیایی و سمی و وجود عناصر سنگین و مواد آلی در این قبیل پسابها می توانند خسارات جبران ناپذیری به بار آورند. در همه کشورها و به ویژه کشورهای در حال توسعه، رقابت زیادی در زمینه درخواست بودجههای موجود برای توسعه پایدار وجود دارد.
در طول سالها به طور فزاینده معلوم شده است که تصفیه پساب به روشهای ساده و کم هزینه به معنی تصفیه پساب با کیفیت پایین نیست. آبهای مصرفی در اجتماعات اعم از مصارف اجتماعی یا شهری و یا صنعتی و حتی کشاورزی، به منابع اولیه خود برگردانیده خواهند شد، ولی باید توجه داشت که این آبها با همان کیفیت آب نخواهند بود، بلکه مایعی هستند که علاوه بر ترکیب آب مصرفی، محتوی مقادیر ناچیزی از کلیه موادی هستند که در زندگی روزمره مورد استفاده انسان قرار میگیرد و یا محتوی مقادیر کمی از کلیه مواد اولیه مصرفی در صنایع هستند
امروزه با درک مشکلات زیست محیطی به وجود آمده، تلاشهای فراوانی به منظور پاکسازی محیط زیست صورت گرفته است و بدین منظور روشهای مختلفی ابداع و به کار گرفته شده است. از طرفی هزینههای بسیار گزاف روشهای فیزیکی و شیمیائی، سبب تلاش در جهت دستیابی به روشهای ارزان تری شده است.
بدین ترتیب از منابع بیولوژیکی برای پاکسازی محیط زیست آلوده از انواع آلاینده کمک گرفته شده است. از جمله این روشها، استفاده از برخی گیاهان و میکروارگانیسمهائی است که سبب کاهش آلودگی محیط زیست میشوند که به زیست پالائی معروف میباشد.[2] در این روش از قابلیت گیاهان، باکتریها، قارچها، گلسنگها، جلبکهای آب شیرین و غیره برای پاکسازی و رفع آلودگی و پاکسازی خاک، آب و هوا از آلایندهها استفاده میشود
بعضی از گیاهان میتوانند به طور کامل و یا جزئی مواد آلاینده موجود در خاک، لجن، رسوبات، آبهای زیرزمینی و سطحی و هوا را در خود جمع کنند که به این فرآیند گیاه پالایی یا انباشت گیاهی گفته میشود.[2] اگرچه فناوریهای وابسته به استفاده از گیاهان در چندین سال اخیر مورد توجه قرار گرفتهاند، فرایند گیاه پالایی به طور طبیعی از ابتدای پیدایش بشر در محیط زیست صورت میگرفته است. در خلال دهه 1970 میلادی و پس از آن گیاهان به طور وسیعی مورد آزمایش قرار گرفتند و به منظور پاکسازی خاکهای آلوده به فلزات در مردابهای مصنوعی استفاده شدند.
استفاده گسترده از تکنیکهای گیاه پالایی توسط سازمانهای دولتی و خصوصی در دهه 1980 آغاز گردید. در اواخر دهه 1990 کاربردهای جدیدی از گیاه پالایی کشف شد و این فرایند به عنوان یک فناوری جدید علمی مورد توجه قرار گرفت. در حال حاضر این تکنیک به عنوان یک زمینه تحقیقاتی مستقل و پر استفاده مطرح است.[2] امروزه با شناخت بیشتر این تکنولوژی درک بهتری از فعالیتهای زیستی پیچیده طبیعی در تصفیه و پاکسازی محیط به دست آمده است
گیاه پالایی تکنیک پالایشی است که شامل جذب، تغییر شکل، تجمع و یا تصعید آلایندهها توسط گیاه از سطح ذرات جامد خاک و فاز مایع آن و یا از طریق تحریک فعالیت میکروبی در ریزوسفر میباشد. این اصطلاح واژهای است عمومی برای شیوههای مختلف پالایش آب و خاکهای آلوده و فاضلابها که هم کم هزینه میباشد و هم از سطح بالای پایداری برخوردار است.
در واقع گیاهپالایی روشی نوظهور و سبز برای پالایش آب و خاک از فلزات سنگین مواد آلی و ذرات رادیواکتیو است که دو مکانیزم اصلی تحریک فعالیت میکروبی خاک و تجزیه آلودگی و جذب آلودگیها توسط گیاهان و سپس حذف گیاهان را شامل میشود.
گیاهان انتخاب شده در فرایندگیاه پالایی باید عملکرد قابل قبول توانایی بالا در جذب آلودگی و همچنین توانایی انتقال آلاینده از ریشه به اندامهای هوایی را داشته باشند. برخی از گیاهان خشکیزی توانایی تجمع مقادیر زیادی از آلایندههای زیستی همچون فلزات سنگین، هیدروکربنهای نفتی و غیره را در خود داشته، بنابراین میتوانند نقش مهمی در پاکسازی آلایندههای فلزی و آلودگیهای حاصل ازترکیبات آلی ایفا نمایند
گیاه پالایی با توجه به نوع گیاه پالایش کننده، نوع آلاینده و تغییراتی که گیاه در آلاینده به وجود میآورد تکنیکهای متفاوتی دارد. این تکنیکها شامل تثبیت گیاهی - - Phytostabilization، تجزیه ریشهای - - Rhizodegradation، انباشت گیاهی - - Phyto accumulation، تجزیه گیاهی - - Phyto degradation، تبخیر گیاهی - - Phyto Volatilization میباشد. این تکنیکها در استخراج، تثبیت، تصفیه، تخریب - تنزل یا تغییر شکل - و استخراج آلاینده به صورت بخار نقش دارند
آلاینده های فلزات سنگین، رادیونوکلوئیدها، حلالهای کلرینه، هیدروکربنهای نفتی، بی فنیلهای پلی کلرینه، هیدرکربنهای پلی آروماتیک، سموم کلرینه، حشرهکش های ارگانوسولفات - پاراتیون - ، مواد منفجره - تی-ان-تی، دی-ان-تی، تی- ان-بی و... - ، مواد مغذی - نیترات، آمونیم و فسفات - و سورفکتانت میتوان به روش گیاه پالایی حذف کرد
عواطفی نژاد - 1394 - حذف نیترات از محیط آبی در فرایند گیاه پالایی توسط سنبل آبی را بررسی کرد و در این تحقیق عواملی مانند غلظت اولیه نیترات، زمان تماس، جرم جاذب، PH و حضور سایر یونهای رقابتی از جمله سولفات روی جذب نیترات، بعلاوه میزان تبعیت فرآیند جذب نیترات بوسیله سنبل آبی از ایزوترم های فروندلیچ ولانگمویر مورد مطالعه قرار داد.
نتایج نشان داد که بهترین راندمان حذف نیترات بیشتر از 99 درصد در شرایط اپتیمم - زمان ماند 30 ساعت، دوز جاذب سه بوته 15 - ساقه - و - - PH= 4/6 - اتفاق افتاد.ضمناً راندمان حذف نیترات در حضور یونهای سولفات کاهش نمی یابد؛ با افزایش غلظت اولیه از 30 به 150 میلی گرم در لیتر نیترات راندمان حذف تغییری محسوسی نمیکند و با افزایش جرم جاذب راندمان حذف از 96/67 به 100 درصد افزایش یافت و زمان ماند کمتری جهت تعادل بدست میآید و در نهایت میتوان نتیجه گرفت که سنبل آبی یک گیاه امیدوارکننده با عملکردهای عظیم به عنوان یک پالایشگر میتواند در راه رفع مشکلات زیست محیطی کمک موثری باشد
فلاحی و همکاران - 1391 - سه گونهی نی ، بامبو و نخل مرداب در محیط آزمایشگاهی به روش هیدروپونیک پرورش دادند و توانایی آنها در حذف نیترات از آب را بررسی کردند و نتایج حاصل حاکی از قابلیت بیشتر گیاه نی برای حذف نیترات از آب نسبت به دو گیاه دیگر بود به گونه ای که در 25 میلیگرم در لیتر، میانگین حذف نیترات در نی، بامبو و نخل مرداب به ترتیب 95، 85 و 70 درصد تعیین شد. میان وزن خشک گیاهی و راندمان حذف گونهها رابطه مستقیمی وجود داشت و بیشترین میزان جذب نیترات در ریشه و ریزوم گیاه مشاهده شد
مالکی سعد آبادی و همکاران - - 1392 توانایی عدسک آبی در حذف نیترات را بررسی کردند و نتایج نشان داد که اثر غلظتهای مختلف نیترات و مدت زمان در معرض گیاه بودن بر میزان جذب آن توسط عدسک آبی در سطح یک درصد معنی دار است به گونهای که با افزایش غلظت نیترات میزان جذب آن کاهش مییابد و بر این اساس میتوان گفت که عدسک آبی میتواند نیترات را در غلظتهای پایین بدون نشان دادن تغیرات مشخص در میزان کلروفیل جذب کند.
شرفی و همکاران - 1393 - پتانسیل گیاهان محدوده پساب فاضلاب شهری یاسوج برای گیاه پالایی نیترات بررسی کردند و نتایج نشان داد که مقدار نیترات در طول مسیر پساب بطور معنی داری کاهش یافته است بنابراین به نظر میرسد گیاهانی که در مسیر خروجی پساب رشد نموده و استقرار پیدا کرده و تشکیل جامعه دادهاند و بیوماس بالایی دارند، از پتانسیل بالایی جهت پالایش پساب از جمله پالایش نیترات برخوردار باشند.[10] مهدی و همکاران - - 1391 امکان گیاه پالایی خاک را با استفاده از گیاه جو بررسی کردند. نتایج نشان داد که گیاه جو پتانسیل پالایش سرب را دارد
فتاحی کیاسری و همکاران - 1389 - امکان گیاه پالایی خاک را با استفاده از سه گیاه آفتابگردان، ذرت و پنبه بررسی کردند. نتایج نشان داد که با وجود اینکه ذرت در بعضی از قسمت ها نتوانسته است غلظت عنصر را در اندام خود بیشتر از آفتابگردان و پنبه افزایش دهد اما تولید زیست توده زیادتر در بخش های هوایی و ریشه باعث شد که این گیاه بتواند مقدار بیشتری از عنصر را در اندام های خود انباشت نماید.
به نظر می رسد ذرت در بین سه گیاه بیشترین قابلیت را در گیاه جذبی داشته باشد. پنبه قابلیت کمی در تجمع عناصر سنگین از خاک نشان داد .[12] سامانی و همکاران - - 1390 پتانسیل گیاه پالایی فلز روی در Avicenia marina بررسی کردند. نتایج نشان داد که غلظت بالای روی در برگ Avicenia marina بیانگر حرکت فلز به بخشهای هوایی و دلیلی بر فیلتر شدن فلز روی توسط فرآیند تجمع زیستی میباشد.[13] داد اللهی سهراب و چراغی - 1390 - گیاه پالایی رسوبات آلوده به کادمیوم و نیکل با استفاده از گیاه حرا بررسی کردند. نتایج نشان داد که درخت حرا دارای مکانیسم تثبیت گیاهی که یکی از مکانیسمهای گیاه پالایی است، میباشد و با تثبیت آلاینده های فلزی در رسوبات مانع تحرک این آلاینده ها در اکوسیستم شده بنابراین نوعی تصفیه ی زیستی انجام میدهد.
-2مواد و روشها
مطالعه حاضر به روش مروری انجام گرفت. با توجه به واژههای کلیدی آلودگی محیط زیست، پاکسازی محیط زیست، گیاه پالایی، انواع فرایندهای گیاهپالایی، تثبیت گیاهی، تجزیه ریشهای، انباشت گیاهی، تجزیه گیاهی، تبخیر گیاهی، سیستمهای گیاه پالایی، مزایا و محدودیتهای گیاه پالایی، کاربرد مهندسی ژنتیک برای بهبود گیاه پالایی، آینده گیاه پالایی، مصرف تولیدات گیاه پالایی سرنوشت گیاهان مورد استفاده برای استخراج گیاهی و شرایط و محیط های قابل استفاده برای گیاه پالایی، جستجوی مقالات و پژوهشها در زمینه بررسی تکنولوژی گیاه پالایی به منظور رفع آلودگی محیط زیست به زبان انگلیسی و فارسی در اینترنت و سایتهای مرتبط و استفاده از مجلات تخصصی رشته آب و محیط زیست، انجام شد. سپس مقالات و منابعی که شرح تفضیلی و تکنیکی درباره موضوع مورد بررسی داشتند مورد مطالعه قرار گرفتند و بقیه حذف گردیدند. در نهایت ضمن بررسی منابع و بیان جنبههای گوناگون این بررسیها نتیجهگیری در مورد کاربرد تکنولوژی گیاه پالایی در رفع آلودگی از محیط زیست ارائه گردید.
