Uso de Plantas para Remover Poluentes do Solo e Águas Subterrâneas (Técnicas de Fitorremediação)

A fitorremediação refere-se ao uso de plantas para remover poluentes do solo e das águas subterrâneas, ou para auxiliar na degradação de contaminantes para uma forma menos tóxica.

Algumas plantas são capazes de extrair e concentrar elementos particulares do ambiente, oferecendo assim um meio permanente de remediação. O tecido da planta, que é rico em contaminantes acumulados, pode ser colhido e processado com segurança.

A remediação também ocorre quando as bactérias nas raízes da planta degradam as espécies poluentes, ou quando as raízes extraem a umidade do solo contaminada mais próxima da superfície, expondo espécies contaminantes a micróbios em um ambiente com maior quantidade de oxigênio. Algumas das técnicas são apresentadas nesta seção. Eles são os seguintes:

1. Fitoextração:

O uso de plantas para remover contaminantes do meio ambiente e concentrá-los no tecido vegetal acima do solo é conhecido como fitoextração.

Aplicabilidade:

A fitoextração foi empregada principalmente para recuperar metais pesados ​​dos solos, no entanto, esta tecnologia é agora aplicável a outros materiais em diferentes meios. Sistemas hidropônicos com base em estufas, utilizando plantas com alta absorção de raízes contaminantes e pouca translocação para as brotações, estão atualmente sendo pesquisados ​​para a remoção de metais pesados ​​e radionuclídeos da água.

Essas plantas também são chamadas de hiperacumuladores. Plantas com altas taxas de crescimento (> 3 toneladas de matéria seca / hectare-ano) e a capacidade de tolerar altas concentrações de metais em partes colhíveis das plantas (> 1.000 mg / kg) são necessárias para o tratamento praticável.

Limitações:

A extração efetiva de metais tóxicos por hiperacumuladores é limitada a profundidades de solo de até 24 polegadas. Se a contaminação estiver em profundidades substancialmente maiores (por exemplo, 6 a 10 pés), podem ser usados ​​álamos profundamente enraizados, no entanto, há preocupação com a liteira e os resíduos tóxicos associados.

Apesar de possuírem características de acumulação de metal, os hiperacumuladores atualmente disponíveis não possuem produção adequada de biomassa, adaptabilidade fisiológica a condições climáticas variáveis ​​e adaptabilidade às técnicas agronômicas atuais.

2. Fitostabilização:

A fitoestabilização envolve a redução da mobilidade de metais pesados ​​no solo. A imobilização de metais pode ser conseguida diminuindo o pó soprado pelo vento, minimizando a erosão do solo e reduzindo a solubilidade ou biodisponibilidade do contaminante na cadeia alimentar. A adição de alterações no solo, como matéria orgânica, fosfatos, agentes alcalinizantes e bio-sólidos, pode diminuir a solubilidade dos metais no solo e minimizar a lixiviação para as águas subterrâneas.

A mobilidade dos contaminantes é reduzida pelo acúmulo de contaminantes pelas raízes das plantas, absorção pelas raízes ou precipitação dentro da zona das raízes. Em alguns casos, o controle hidráulico para evitar a migração de lixiviados pode ser alcançado devido à grande quantidade de água transpirada pelas plantas.

Aplicabilidade:

O uso de fitoestabilização para manter metais em sua localização atual é particularmente atraente quando outros métodos para remediar áreas de grande escala com baixa contaminação não são viáveis. A remediação é difícil em locais com alta concentração de metais devido à toxicidade do solo. As plantas devem ser capazes de tolerar altos níveis de contaminantes, ter alta produção de biomassa de raízes com a capacidade de imobilizar contaminantes e a capacidade de conter contaminantes nas raízes.

Limitações:

A fitoestabilização é útil em locais com contaminação superficial e onde a contaminação é relativamente baixa. As plantas que acumulam metais pesados ​​nas raízes e na zona da raiz normalmente são eficazes em profundidades de até 24 polegadas. Metais que são prontamente translocados para folhas em plantas podem limitar a aplicabilidade da fitoestabilização devido a possíveis efeitos na cadeia alimentar.

3. Phytostimulation:

A fitoestimulação, também referida como biodegradação da rizosfera melhorada, rizodegradação ou biorremediação / degradação assistida por plantas, é a quebra de contaminantes orgânicos no solo através da atividade microbiana aumentada na zona da raiz da planta ou rizosfera. A atividade microbiana é estimulada na rizosfera de várias maneiras: 1. compostos, como açúcares, carboidratos, aminoácidos, acetatos e enzimas, exsudados pelas raízes, enriquecem as populações de micróbios indígenas; 2. sistemas radiculares trazem oxigênio para a rizosfera, o que garante transformações aeróbicas; 3 biomassa de raízes finas aumenta o carbono orgânico disponível; 4. fungos micorrízicos, que crescem dentro da rizosfera, podem degradar contaminantes orgânicos que não podem ser transformados apenas por bactérias devido a vias enzimáticas únicas; e 5. o habitat para o aumento das populações e atividades microbianas é potencializado pelas plantas.

Aplicabilidade:

Este método é útil na remoção de contaminantes orgânicos, como pesticidas, aromáticos e hidrocarbonetos aromáticos polinucleares (PAHs), do solo e dos sedimentos. Os solventes clorados também foram destinados a locais de demonstração.

Limitações:

Locais em que a fitoestimulação deve ser implementada devem ter baixos níveis de contaminação em áreas rasas. Altos níveis de contaminantes podem ser tóxicos para as plantas.

4. Fitotransformação:

A fitotransformação, também referida como fitodegradação, é a quebra de contaminantes orgânicos sequestrados pelas plantas através de: (1) processos metabólicos dentro da planta; ou (2) o efeito de compostos, tais como enzimas, produzidos pela planta. Os contaminantes orgânicos são degradados em compostos mais simples que são integrados com o tecido da planta, que por sua vez, promovem o crescimento das plantas. A remediação de um sítio por fitotransformação é dependente da absorção direta de contaminantes da mídia e acúmulo na vegetação.

A liberação de contaminantes voláteis para a atmosfera via transpiração de plantas, chamada fitovolatilização, é uma forma de fitotransformação. Embora a transferência de contaminantes para a atmosfera possa não atingir a meta de remediação completa, a fitovolatilização pode ser desejável na medida em que a exposição prolongada ao solo e o risco de contaminação da água subterrânea são reduzidos.

Aplicabilidade:

A fitotransformação pode ser empregada para remediar locais contaminados com compostos orgânicos. Certas enzimas produzidas pelas plantas são capazes de decompor e converter solventes clorados (por exemplo, tricloroetileno), resíduos de munição e herbicidas. Essa tecnologia também pode ser usada para remover contaminantes de locais petroquímicos e áreas de armazenamento, vazamentos de combustível, lixiviados de aterros sanitários e produtos químicos agrícolas.

A implementação bem-sucedida desta tecnologia requer que os compostos transformados que se acumulam dentro da planta sejam não tóxicos ou significativamente menos tóxicos do que os compostos originais. Em algumas aplicações, a fitotransformação pode ser usada em conjunto com outras tecnologias de remediação ou como um tratamento de polimento.

Limitações:

Esta tecnologia geralmente requer mais de uma estação de crescimento para ser eficiente. O solo deve ter menos de 3 pés de profundidade e águas subterrâneas dentro de 10 pés da superfície. Contaminantes ainda podem entrar na cadeia alimentar por meio de animais ou insetos que comem material vegetal. Alterações no solo podem ser necessárias, incluindo agentes quelantes para facilitar a absorção da planta, ao quebrar as ligações que ligam os contaminantes às partículas do solo.

5. Rhizofiltration:

A rizofiltração refere-se ao uso de raízes de plantas para absorver, concentrar e precipitar metais tóxicos de águas subterrâneas contaminadas. Inicialmente, plantas adequadas com sistemas radiculares estáveis ​​são fornecidas com água contaminada para aclimatar as plantas. Essas plantas são então transferidas para o local contaminado para coletar os contaminantes e, uma vez que as raízes estejam saturadas, elas são colhidas. A rizofiltração permite o tratamento in situ, minimizando a perturbação ao meio ambiente.

Aplicabilidade:

Uma planta adequada para aplicações de rizofiltração pode remover metais tóxicos da solução durante um longo período de tempo com seu sistema radicular de rápido crescimento. Descobriu-se que várias espécies de plantas efetivamente removem metais tóxicos tais como Cu (2+), Cd (2+), Cr (6+), Ni (2+), Pb (2+) e Zn (2+) a partir de compostos aquosos. Os contaminantes radioativos de baixo nível também podem ser removidos de correntes líquidas.

Limitações:

A rizofiltração é particularmente eficaz em aplicações onde estão envolvidas baixas concentrações e grandes volumes de água. Plantas que são eficientes na translocação de metais para a parte aérea não devem ser usadas para a rizofiltração, porque mais resíduos de plantas contaminados são produzidos.

6. Terras Húmidas Construídas:

Terras húmidas construídas são ecossistemas artificiais, concebidos especificamente para o tratamento de águas residuais, drenagem de minas e outras águas, através da otimização dos processos biológicos, físicos e químicos que ocorrem nos sistemas de terras húmidas naturais. Terras húmidas construídas podem fornecer tratamento eficaz, económico e ambientalmente saudável das águas residuais, bem como servir como habitats de vida selvagem.

Os sistemas construídos de zonas húmidas estão agrupados em três tipos principais: superfície de água livre (FWS), sistemas de fluxo subsuperficial (SFS) ou sistemas de plantas aquáticas (APS). Os sistemas FWS, ou sistemas de substrato do solo, consistem em plantas aquáticas enraizadas em um substrato de solo dentro de uma bacia de terra construída que pode ou não ser revestida, dependendo da permeabilidade do solo e das exigências de proteção da água subterrânea.

Os sistemas FWS são projetados para aceitar águas residuais de baixa velocidade, tratadas preliminarmente, em escoamento por bujão, por cima da superfície do solo ou a uma profundidade entre 1 e 18 polegadas. SFS são tipicamente sistemas de substrato de cascalho que são semelhantes aos sistemas FWS, no entanto, a vegetação aquática é plantada em cascalho ou brita e a água residual flui aproximadamente 6 polegadas abaixo da superfície da mídia.

O agregado normalmente tem uma profundidade entre 12 e 24 polegadas. Nenhum fluxo de superfície visível é evidente no SFS. As APS também são semelhantes aos sistemas FWS, mas a água está localizada em lagoas mais profundas e plantas aquáticas flutuantes aquáticas ou plantas submersas são usadas.

Aplicabilidade:

Terras húmidas construídas podem ser usadas para tratar águas residuais municipais, escoamento agrícola, drenagem de minas e outros efluentes. A demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e os sólidos suspensos totais (SST) são efetivamente reduzidos por esses sistemas de terras húmidas artificiais.

Limitações:

A orientação técnica para projetar e operar as terras úmidas construídas pode ser limitada devido à falta de dados operacionais de longo prazo. A variabilidade sazonal potencial e o impacto na vida selvagem podem impactar negativamente a operação do sistema e a garantia de licenças, respectivamente. São necessárias parcelas relativamente grandes de terra e o consumo de água é alto devido às grandes taxas de evapotranspiração.