مقاله گیاه پالایی خاک و آب آلوده به فلزات سنگین

بخشی از مقاله

چکیده

پسابهای صنعتی مقادیر قابل توجهی فلزات سنگین همچون کروم و سرب را دربردارند. در سالهای اخیر، ورود این پسابهای تصفیهنشده به محیط زیست، منجر به ایجاد آلودگی در آب و خاک کشاورزی شدهاست. ورود این فلزات سنگین به زنجیره غذایی و منابع آب،میتواند پیامدهای ناگواری را به همراه داشتهباشد. بنابراین نیاز به تصفیه آب و خاک آلوده به فلزات سنگین، شدیدا احساس میشود.

اگرچه روشهای معمول بسیاری برای تصفیه مورد استفاده قرار میگیرند، اما امروزه استفاده از روشگیاهپالایی، با توجه به صرفه اقتصادی و سازگاری بیشتر با محیط زیست بسیار مورد توجه قرار گرفتهاست. در مقاله پیشِ رو، انواع روشهای گیاهپالایی، مزایا و محدودیتهای گیاهپالایی و همچنین تواناییبرخی از گونههای گیاهی برای گیاهپالایی مورد بررسی قرار گرفتهاند.

-1مقدمه

آلودگی آب و خاک در عصر امروز یک مشکل جهانی به شمار میرود که توجه بسیاری از کشورهای جهان را به دلیل اثرات مخربی که بر روی محیط زیست و سلامتی انسان دارد به خود جلب کردهاست. یک گروه از آلاینده-های جدی محیط زیست فلزات سنگین هستند. فلزات سنگین از دو طریق .1طبیعی - تغییرات جوی، فرسایش خاک و سنگها و فعالیتهای آتشفشانی - .2فعالیتهای انسانی - پساب صنایع پتروشیمی، دباغی و استخراج معادن - وارد محیطهای آبی میشوند.از سوی دیگر، فاضلابهای کشاورزی و خانگی نیز شامل انواع آلایندههای آلی و غیرآلی مانند سموم و فلزات سنگین هستند و با راه پیدا کردن به آبهای سطحی و زیرزمینی منجر به آلودهشدن این مناطق میشوند

با توجه به پتانسیل بالای انباشتگی فلزات سنگین در پیکره گونههای زنده، لازم است فاضلابها قبل از واردشدن به محیط زیست جهت کنترل میزان فلزات سنگین مورد تصفیه قرار گیرند. متداولترین فرایندها در تصفیه شامل رسوبگذاری شیمیایی، اکسایش- کاهش، تبادل یون، تکنولوژی غشاء و استخراج حلال هستند. هر یک از این فرایندها مزایا و معایبی دارند و به کار بردن آنها به نوع یونهای فلزی، غلظتهای اولیه، دبی جریان وکیفیت آب وابسته است.

از جمله روشهای موجود برای حذف فلزات سنگین در خاک و آب، میتوان به روش گیاهپالایی1 اشاره کرد.تاریخچه استفاده از روش گیاهپالایی به بیش از 300 سال قبل باز میگردد. گونههایی که در فرایند گیاه-پالایی بکار میروند میتوانند فلزات سنگین مهمی را،بطور موثر، در خود ذخیره کنند. به این نوع گونههای گیاهی انباشتگر2 گفته میشود. این نوع گیاهان قادر هستند غلظتهای بالایی از فلزات سنگین را بدون هیچ نشانه یا علائمی در بافت خود، ذخیره کنند. به عبارت دیگر،گیاهپالایی عبارت است از استفاده از گیاهان سبز برای حذف، کاهش، تجزیه یا تثبیت آلایندهها در محیطهای آلوده مانند خاک و آب. در حال حاضر بیش از 500 گونه گیاهی که قابلیت تجمع فلزات را در خود دارند شناخته شدهاند.

برخی از گونههای جلبکها نیز قابلیت بالایی برای تجمع فلزات سنگین در خود دارند. در جلبکها میزان تولید بالای زیستتوده3 منجر به جذب و تجمع بیشتر فلزات سنگین میشود.[3] اضافهکردن مشتقاتی از مواد آلی به خاک از یک طرف منجر به تثبیت فلزات سنگین نظیر Cd, Pb,As,,NiCo شده و از طرف دیگر رشد گیاهانی که برای گیاهپالایی به کار میروند را تسریع میبخشد که این خود منجر به افزایش بازده جداسازی آلایندهها میشود.درگیاهپالایی میتوان از گیاهانی نظیر آفتابگردان، ذرت، دانه سویا، گندم و جو استفاده کرد. در این شرایط حتی صاحبان زمینهای آلوده نیز در طول فرایند گیاهپالایی میتوانند درآمد داشته باشند. زیرا این محصولات علاوه بر توانایی تصفیه خاک، توانایی تولید زیستتوده را دارند.

تحقیقات انجام شده روی گیاه آفتاب- گردان و ذرت نشان میدهد که گیاه آفتابگردان بیشترین میزان انباشتگی را برای Pb، Cu وCdرا داراست و میزان تجمع Cu و Cd در قسمت برگ و ساقه این گیاه بیشتر از ریشه آن است. نتایج همچنین حاکی از آن است که گیاه ذرت نسبت به گیاه آفتابگردان قابلیت تحمل بیشتری برای مقادیر مختلف Pb، Cu وCdرا داراست.[4]گیاهپالایی برای سایر آلایندهها نظیر هیدروکربنهای نفتی، حلالهای کلرینهشده، پنتاکلروفنول - PCP - و آروماتیکهای چند حلقهای نیز قابل استفاده است[.3]در مقاله پیشِ رو، انواع روشهای گیاهپالایی، مزایا و محدودیتهای این روشها و همچنین برخی از گونههای گیاهی مناسب برای گیاهپالایی مورد بررسی قرار گرفتهاند.

-2فلزات سنگین

فلزات سنگین شامل تمام عناصری هستند که خصوصیات فلزات را دارند و عدد اتمی آنها بالاتر از 20 است.[5] آلودگی محیط زیست توسط فلزات سنگین ناشی از فعالیت های صنعتی و معادن، در اواخر قرن 19 و اوایل قرن 20 بسیار گسترده شد.فلزات سنگین از قبیلCd، Cu، Cr،Zn،Ni،Pb در دسته آلایندههای بحرانی قرار میگیرند و تأثیرات مخربی روی محیط زیست بر جای میگذارند. اگرچه فلزات سنگین به طور طبیعی در پوسته زمین وجود دارند، اما فعالیتهای انسانی منجر به تداخل در چرخه بیوشیمیایی و زمینشیمیایی4 این عناصر شده است.

با توجه به میزان سمیت فلزات سنگین، مشکلسازترین آنها عبارت اند ازHg، Cd، Pb، As، Cu، Zn، Snو.Crفلزات سنگین برای مدت طولانی در طبیعت باقی میمانند چرا کهنیمه عمر این عناصر سمی بیشتر از 20 سال است.[5] این عناصر تجزیهپذیر نیستند و در اثر اکسیداسیون شیمیایی یا فرایندهای گرمایی شکسته نمیشوند.[6]به طور کلی با توجه به نوع عنصر و محل آن، غلظت این فلزات در خاک میتواند بسیار ناچیز یا بسیار زیاد - - 10000 mg/kg باشد.فلزات سنگین میتوانند برای ارگانیسمهای ماکرو یا میکرو از طریق تأثیر مستقیم روی فرآیندهای بیوشیمیایی، کاهش رشد، صدمه زدن به اندامکهای سلول و جلوگیری از فتوسنتز،خطرساز باشند. این فلزات از طریق تشکیل رادیکالهای آزاد، تنشهای اکسایشی ایجاد میکنند و می-توانند منجر به تخریب و مرگ سلولها شوند.