Einführung

Umweltverschmutzung ist ein gleichzeitig aufkommendes Problem, da sich die moderne Zivilisation schnell entwickelt. Das Problem wird von Tag zu Tag schlimmer.

Auch die Konzentration von biologisch nicht abbaubaren Schadstoffen und Toxinen hat zugenommen. Die Bedrohung durch die Kontamination mit Kohlenwasserstoffen durch die Aktivitäten von Erdölraffinerien, unbeabsichtigte Freisetzung von Erdölprodukten, und Naturphänomene ist alarmierend.

Um das Risiko von Verschmutzungsgefahren zu mindern, Es wurden wirksame Managementstrategien entwickelt. Jedoch, diese Strategien sind nicht umweltfreundlich, sind teuer, und sind weniger effektiv.

Auf der Kehrseite, durch den Einsatz verschiedener Mikroorganismen zur Reinigung der Umwelt und des Wassers von Schadstoffen, Bioremediation gilt als eine der vielversprechendsten, Beliebt, Wirksam, und nachhaltige Strategien in diesem Bereich heute.

Bei der Biosanierung, spezifische Mikroben ernähren und verdauen die giftigen chemischen Schadstoffe. Es erweist sich als eines der erfolgreichsten und umweltfreundlichsten Werkzeuge zur Reinigung von für Menschen unzugänglichen Stellen.

Ein wesentlicher Bestandteil der Bioremediation ist die Biotechnologie, die natürliche Mechanismen zur Dekontamination der Umwelt bereitstellt, Boden, und Wasser. Wenn es sich bei Schadstoffen um Industrieabfälle handelt, biotechnologische Mechanismen werden auf die Bioremediation angewendet. Wissenschaftler bemühen sich verstärkt um die Verbesserung der Fähigkeit der Mikroben, Toxine zu metabolisieren.

Natürliche Schwermetalle in der Umwelt

Der Begriff „Schwermetall“ wird auf 53 der 90 natürlich vorkommenden Elemente angewendet. Von diesen, Es gibt vier essentielle Mikronährstoffe für das Pflanzenwachstum:Kupfer (Cu), Mangan (Mn), Eisen (Fe), und Zink (Zn).

Essentielle Schwermetalle (Ni, Pb, Fe, Mann, Cu und Zn) sind die Mikronährstoffe, die für wichtige biochemische und physiologische Aktivitäten des Pflanzenwachstums unerlässlich sindPawan Kumar, 1995

Jedoch, wenn ihre Konzentrationen höher sind als die für normales Wachstum erforderlichen, sie werden giftig sein. Zusätzlich, Metalle wie Quecksilber (Hg), Cadmium (Cd), und Blei (Pb) sind bereits in sehr geringen Konzentrationen giftig.

Nichtessentielle Schwermetalle (Cd, Hg, Pb, Cr und as) haben keine bekannte biologische oder physiologische Funktion und werden daher als nicht signifikant für das Pflanzenwachstum und die Pflanzenentwicklung angesehenPawan Kumar, 1995

Schwermetalltoxizität für Mensch und Tier

Schwermetalle in beiden Kategorien sind für Pflanzen giftig, Menschen, und Tiere in Überkonzentrationen. Deswegen, Höhere Konzentrationen von essentiellen und nicht-essentiellen Schwermetallen im biologischen System könnten sich negativ auf Wachstum und Entwicklung auswirken und negative Auswirkungen auf die Gesundheit haben.

Diese Metalle können entweder als einzelne Einheiten oder in Verbindung mit verschiedenen Bodenbestandteilen vorliegen, die aus löslichen Metallionen in der Lösung oder austauschbaren Ionen bestehen können, die an der Oberfläche von organischen oder anorganischen Metallverbindungen wie Phosphaten und Karbonaten absorbiert werdenMridul Ghosh, 2005

Es gibt verschiedene Wirkungen im Zusammenhang mit Schwermetalltoxizität, wie zum Beispiel Selen Toxizität (9 mg/Tag), die beim Menschen zu deformierten Fingernägeln und bei Tieren zu Alkalikrankheiten führen können.

Die toxischen Wirkungen von Cadmium (200 Mikrogramm/kg-1 Frischgewicht) stören die normalen Funktionen von Zink und Kalzium. Cadmiumtoxizität ist die Ursache für „ itai-itai “, eine Multisystemstörungskrankheit, die schwere Osteoporose und Knochenbrüchigkeit verursacht.

Die " Minamata „Krankheit (Japan 1953-60) kann auch verursacht werden durch Quecksilber Toxizität (>0,1 Mikrogramm/kg KG). Viele Menschen starben an quecksilberverseuchten Fischen.

Im Zentralnervensystem wurden Gewebeanomalien beobachtet, Fötus und rote Blutkörperchen, da sie anfälliger für eine Kontamination mit Methylquecksilber sind (27-102 ppm).

Eine giftige Dosis von Arsen (3 mg/Tag) kann Hautkrebs verursachen, Hyperkeratose, Hyperpigmentierung, schwarzer Fuß, und Krebs der inneren Organe.

Freie Radikale werden von redoxaktiven Übergangsmetallen (z. B. Fe2+ ​​und Cu2+). Im Wesentlichen, sie ersetzen andere essentielle Metalle in Enzymen und Pigmenten.

Einige Metallionen (Hg2+, Cu2+) kann die Proteinstruktur und -funktion durch Reaktion mit Thiolgruppen stören.

Einige Metalle existieren als radioaktive Isotope (238U, 137Cs, usw.), die gesundheitliche Risiken bergen.

Die Schwermetallkonzentrationen in Böden und ihre regulatorischen Standardgrenzwerte sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Traditionelle Methoden der Schwermetallverbesserung

Was die Schwermetallsanierung angeht, die gängigsten und gebräuchlichsten Ansätze sind die Deponierung, thermale Behandlung, Ausgrabungen und Bestattungen, Ionenaustausch, Landhaltung, chemische Extraktion, Bodenwäsche, und Grundwasserentnahme und -aufbereitung.

Herkömmliche Lösungen sind unerwünscht, da sie hohe Kosten verursachen, sind von Natur aus aufdringlich, nicht immer umsetzbar, kann Bodenstruktur und CEC zerstören, Ökosysteme destabilisieren, sind ästhetisch unattraktiv, und produzieren mittelmäßige Ergebnisse.

Phytoremediation von Schwermetallen

Das Konzept, die Natur zu nutzen, um die Natur zu reinigen, basiert auf einem umweltfreundlichen, kosteneffizient, Solarenergie-betriebene Technologie, die ästhetisch ansprechend und kostengünstig ist.

Was ist Phytosanierung?

Eine Methode zum Entfernen, erniedrigend, oder chemische Verschmutzungen aus dem Boden enthalten, Sedimente, Grundwasser, Oberflächenwasser, und sogar die Luft mit Pflanzen und den dazugehörigen Mikroorganismen.

Kontaminierte Böden und Gewässer natürlich dekontaminieren durch –

Verwendung von Grünpflanzen, um Schadstoffe aus der Umwelt zu entfernen oder unschädlich zu machen Salt et al., 1998

Was wird bei der Phytoremediation verwendet?

Außerdem, Bodenmikroorganismen in Verbindung mit Pflanzen werden auch zur Sanierung von organischen und anorganischen Schadstoffen eingesetzt.

Phytoremediation hat folgende Ziele:

• Um die Kontamination verschiedener Schadstoffe in Boden und Wasser zu reduzieren.
• Zur Anreicherung von Schadstoffen in geernteten Pflanzen, die entfernt werden können und um die physikalischen Bedingungen des Standorts zu verbessern oder zu erhalten.
• Chemische und biologische Verbesserung des Bodens.

Arten der Phytoremediation

Bei organischen Schadstoffen Phytoremediation nutzt Mechanismen wie Phytostabilisierung, Phytovolatilisierung, Rhizoabbau, und Rhizofiltration.

Bei anorganischen Schadstoffen, die Mechanismen der Phytoremediation sind Phytovolatilisierung, Phytostabilisierung, Rhizofiltration, und Phytoakkumulation.

Im Folgenden sind einige Arten von Phytoremediation aufgeführt:

1. Phytostabilisierung

Pflanzenwurzeln haben das Potenzial, sich zu stabilisieren, immobilisieren, und binden an die giftigen Partikel im Boden, wodurch ihre Bioverfügbarkeit verringert wird.

Pflanzenarten können Schadstoffe im Grundwasser und im Boden immobilisieren, indem sie Schadstoffe aufnehmen und anreichern, oder Ausfällen von Metallrückständen innerhalb der Wurzelzone.

Im Idealfall, Dieser Prozess wird verwendet, um Metallgifte aus Böden zu entfernen, Sedimente, und Schlamm.

2. Phytoextraktion

Durch den Prozess der Phytoextraktion, bestimmte Pflanzenarten können hohe Konzentrationen von Metallschadstoffen anreichern, zusammen mit überschüssigen Nährstoffen in geernteten Trieben und Wurzeln, aus dem Substrat oder dem kontaminierten Boden.

Dieses Verfahren ist optimal für Metalle, Nichtmetalle, Radionuklide, Metalloide, organische Schadstoffe in Böden, Sedimente, und Schlammmedium Raman Hinchman, 1995

3 . Phytovolatilisierung

Die Fähigkeit von Pflanzen, Schadstoffe aufzunehmen und anschließend in die Atmosphäre zu verflüchtigen. Metallpartikel im Boden, Grundwasser, Sedimente, und Schlamm kann mit diesem Verfahren entfernt werden.

4. Phytotransformation

Es beinhaltet die metabolische Aufnahme von Schadstoffen zusammen mit Nährstoffen durch die Pflanze und den anschließenden Abbau von Schadstoffen entweder intern durch den Pflanzenstoffwechsel oder extern durch die von der Pflanze induzierten Wirkungen Raman Hinchman, 1995

In Böden, Grundwasser, Sedimente und Schlamm, dieser Prozess kann verwendet werden, um komplexe organische Moleküle zu reduzieren, indem sie in einfachere Schadstoffmoleküle zerlegt werden.

5. Rhizofilterung

Rhizofiltration ist der Prozess der Aufnahme toxischer Substanzen, zusammen mit überschüssigen Nährstoffen, aus dem Nährboden oder der kontaminierten Stelle durch die Wurzeln von Pflanzen.

Schadstoffpartikel lagern sich entweder an den Wurzeln der Pflanze ab oder werden durch Ausfällung oder Adsorption in die Wurzelzone aufgenommen.

Das Verfahren ist ideal, um überschüssige Nährstoffe zu entfernen, Metalle, und radionuklidische Schadstoffe aus Oberflächengewässern, Grundwasser, und Abwasser.

6. Rhizoabbau:

Rhizoabbau ist der Prozess, bei dem bodenverunreinigende Partikel durch die Einwirkung von Mikroben sowie durch die zusätzliche Aufnahme von Schadstoffen durch die Wurzeln der Pflanze abgebaut werden.

Es nutzt Mikroorganismen, um organische Substanzen zu konsumieren und zu metabolisieren und Nahrung und Energie bereitzustellen.

Die von den Pflanzenwurzeln freigesetzten Naturstoffe wie Säuren, Zucker und Alkohole enthalten einen organischen Kohlenstoffanteil, der als Energiequelle für die im Boden lebenden Mikroorganismen dient und eine dicke Wurzelmasse bildet, die große Mengen Wasser aufnimmt Irena Shtangeeva, 2004

Mechanismus der Phytoremediation

Der Einsatz von Anlagen zur Sanierung einer Altlast umfasst mehrere Mechanismen.

Wurzelsysteme spielen eine Schlüsselrolle bei der Verhinderung von Toxizität, die durch Verunreinigungen verursacht wird. Schadstoffe werden von Pflanzen über das Wurzelsystem aufgenommen.

Um die Aufnahme und Ansammlung von Wasser und Nährstoffen zu ermöglichen, eine ausreichende Oberfläche wird durch die Rhizosphäre bereitgestellt.

Ähnlich, Forscher untersuchen, ob mit Bäumen Schadstoffe aus tieferen Bodenschichten effektiv entfernt werden können, die von den tieferen Wurzeln der Bäume im Vergleich zu kleinen Pflanzen leichter eindringen können.

Durch die Freisetzung von anorganischen und organischen Verbindungen (Exsudate) in die Rhizosphäre, Pflanzenwurzeln verändern auch die Boden-Wurzel-Grenzfläche.

Als Folge von Wurzelexsudaten, Mikroorganismen vermehren sich, Bodenpartikel werden stabiler, und Schadstoffe werden leichter bioverfügbar.

Pflanzenexsudate beeinflussen die Mobilität und Bioverfügbarkeit von Schadstoffen in der Rhizosphäre, indem sie die Bodeneigenschaften verändern, sich ändernde chemische Zusammensetzung, Freisetzung organischer Verbindungen und Steigerung der pflanzengestützten mikrobiellen Aktivität.

Weiter im Artikel, Vor- und Nachteile der Phytoremediation werden diskutiert.

Vorteile der Phytoremediation

Der Einsatz von Pflanzen bietet gegenüber herkömmlichen Sanierungsverfahren zahlreiche Vorteile

• In Boden und Wasser, Diese Technologie ist eine effektive, effizient, und umweltfreundliche Abbaumethoden, abnehmend, oder entgiftende Schadstoffe.
• Aufgrund der geringen Wartungs- und Erntekosten es ist eine kostengünstige Methode.
• Es ist eine CO2-neutrale Technologie, da es keine zusätzlichen Kohlendioxidemissionen über die ursprünglich bei der Verbrennung von Pflanzenbiomasse eingerechneten Bereiche hinaus gibt
• Die gesellschaftliche Akzeptanz ist hoch und es ist ästhetisch ansprechend.
• Abgesehen von der Lösung des Problems der Entfernung von Giftstoffen aus der Umwelt, Diese Technik kann auch verwendet werden, um kommerziell wichtige Metalle aus dem Boden zu gewinnen.
• Pflanzenbiomasse kann auch zur Energiegewinnung genutzt werden, was es zu einer lukrativen Technologie macht.
• Eine Technik wie diese kann verwendet werden, um Metalle zu sanieren, Lösungsmittel, Pestizide, Rohöl, polyaromatische Kohlenwasserstoffe, Deponiesickerwasser, und Sprengstoff.

Nachteile der Phytoremediation

• Da in Pflanzenzellen hohe Toxizitätsbelastungen induziert werden, das Pflanzenwachstum behindert, Diese Technik kann am besten an Standorten mit geringer oder mittlerer Kontamination eingesetzt werden.
• Der Prozess ist extrem zeitaufwendig.
• Hyperakkumulationspflanzenarten haben aufgrund ihrer geringen Biomasse und langsamen Wachstumsrate eine begrenzte Fähigkeit, Schadstoffe aus dem Boden aufzunehmen.
• Ein falsch gehandhabter Prozess kann die Voraussetzungen für den Eintritt toxischer Verbindungen in die Nahrungskette schaffen.
• Fest gebundene Metallionen haben eine begrenzte Bioverfügbarkeit, ihre Entfernung einzuschränken.