Introduktion

Miljöföroreningar är ett samtidigt växande problem eftersom den moderna civilisationen utvecklas snabbt. Problemet blir värre dag för dag.

Det har också skett en ökning av koncentrationen av icke biologiskt nedbrytbara föroreningar och gifter. Hotet från kolväteförorening till följd av petroleumraffinaderiernas verksamhet, oavsiktliga utsläpp av petroleumprodukter, och naturfenomen är alarmerande.

För att minska risken för föroreningsrisker, effektiva förvaltningsstrategier har vidtagits. Dock, dessa strategier är inte miljövänliga, är dyra, och är mindre effektiva.

På baksidan, genom att använda olika mikroorganismer för att rena föroreningar från miljö och vatten, bioremediering anses vara en av de mest lovande, populär, effektiv, och hållbara strategier på området idag.

Inom bioremediering, specifika mikrober matar och smälter de giftiga kemiska föroreningarna. Det har visat sig vara ett av de mest framgångsrika och miljövänliga verktygen för att rengöra platser som är otillgängliga för människor.

En integrerad del av biosanering är bioteknik, som ger naturliga mekanismer för att sanera miljön, jord, och vatten. När föroreningar är industriavfall, biotekniska mekanismer tillämpas på biosanering. Forskare lägger mer kraft på att förbättra mikrobers förmåga att metabolisera toxiner.

Naturliga tungmetaller i miljön

Termen "Heavy metal" används för 53 av de 90 naturligt förekommande elementen. Av dessa, det finns fyra viktiga mikronäringsämnen för växttillväxt:koppar (Cu), Mangan (Mn), Järn (Fe), och zink (Zn).

Essentiella tungmetaller (Ni, Pb, Fe, Mn, Cu och Zn) är de mikronäringsämnen som är avgörande för viktiga biokemiska och fysiologiska aktiviteter för växttillväxt Pawan Kumar, 1995

Dock, om deras koncentrationer är högre än de som krävs för normal tillväxt, de kommer att vara giftiga. Dessutom, metaller som kvicksilver (Hg), Kadmium (Cd), och bly (Pb) är giftiga även i mycket låga koncentrationer.

Icke-essentiella tungmetaller (Cd, Hg, Pb, Cr och as) har ingen känd biologisk eller fysiologisk funktion och anses därför vara icke-signifikanta för växternas tillväxt och utveckling Pawan Kumar, 1995

Tungmetalltoxicitet för människor och djur

Tungmetaller i båda kategorierna är giftiga för växter, människor, och djur i överkoncentrationer. Därför, högre koncentrationer av både essentiella och icke-essentiella tungmetaller i det biologiska systemet kan negativt påverka tillväxt och utveckling samt orsaka negativa hälsoeffekter.

Dessa metaller kan antingen existera som individuella enheter eller i kombination med olika jordbeståndsdelar som kan bestå av lösliga metalljoner i lösningen eller utbytbara joner som absorberas på ytan av organiska eller oorganiska metallföreningar som fosfater och karbonaterMridul Ghosh, 2005

Det finns olika effekter förknippade med tungmetalltoxicitet, Till exempel Selen toxicitet (9 mg/dag), vilket kan resultera i deformerade naglar hos människor och alkaliska sjukdomar hos djur.

De giftiga effekterna av Kadmium (200 mikrogram/kg-1 färskvikt) stör de normala funktionerna hos zink och kalcium. Kadmiumtoxicitet är orsaken till " itai-itai ", en sjukdom med flera system, som orsakar svår benskörhet och benskörhet.

den " Minamata ” sjukdom (Japan 1953-60) kan också orsakas av kvicksilver toxicitet (>0,1 mikrogram/kg kroppsvikt). Många människor dog på grund av kvicksilverförorenad fisk.

Vävnadsavvikelser observerades i centrala nervsystemet, foster och röda blodkroppar eftersom de är mer mottagliga för metylkvicksilverkontamination (27-102 ppm).

En giftig dos av arsenik (3mg/dag) kan orsaka hudcancer, hyperkeratos, hyperpigmentering, svart fot, och cancer i inre organ.

Fria radikaler produceras av redoxaktiva övergångsmetaller (t.ex. Fe2+ ​​och Cu2+). Väsentligen, de ersätter andra essentiella metaller i enzymer och pigment.

Några metalljoner (Hg2+, Cu2+) kan störa proteinstruktur och funktion genom att reagera med tiolgrupper.

Det finns några metaller som existerar som radioaktiva isotoper (238U, 137Cs, etc.) som utgör hälsorisker.

Tungmetallkoncentrationer i jordar och deras standardreglerade gränsvärden visas i tabellen nedan:

Traditionella metoder för förbättring av tungmetaller

När det gäller sanering av tungmetaller, de vanligaste och vanligaste metoderna är deponi, värmebehandling, utgrävning och begravning, jonbytare, jordbruk, kemisk extraktion, jordtvätt, och utvinning och rening av grundvatten.

Traditionella lösningar är oönskade eftersom de innebär höga kostnader, är påträngande till sin natur, kan inte alltid implementeras, kan förstöra markstruktur och CEC, destabilisera ekosystem, är estetiskt föga tilltalande, och ger mediokra resultat.

Fytoremediering av tungmetaller

Konceptet att använda naturen för att städa naturen bygger på en miljövänlig, kostnadseffektiv, solenergidriven teknik som är estetiskt tilltalande och kostnadseffektiv.

Vad är fytoremediering?

En metod för att ta bort, förnedrande, eller innehåller kemisk förorening från marken, sediment, grundvatten, ytvatten, och även luften med hjälp av växter och deras associerade mikroorganismer.

Sanering av förorenad mark och vatten naturligt genom –

Användning av gröna växter för att avlägsna föroreningar från miljön eller göra dem ofarliga Salt et al., 1998

vad används vid fytoremediering?

Vidare, markmikroorganismer i samband med växter används också för sanering av organiska och oorganiska föroreningar.

Phytoremediation har följande mål:

• För att minska föroreningsnivåerna av flera föroreningar i mark och vatten.
• För ackumulering av föroreningar i skördade växter som kan tas bort och för att förbättra eller bibehålla de fysiska förhållandena på platsen.
• Kemisk och biologisk förbättring av marken.

Typer av fytoremediering

När det gäller organiska föroreningar, fytoremediation använder mekanismer som fytostabilisering, fytovolatilisering, rhizonedbrytning, och rhizofiltrering.

För oorganiska föroreningar, fytoremedieringsmekanismerna är fytovolatilisering, fytostabilisering, rhizofiltrering, och fytoackumulering.

Följande är några typer av fytoremediering:

1 . Fytostabilisering

Växtrötter har potential att stabilisera, immobilisera, och binder till de giftiga partiklarna i jorden, därigenom minska deras biotillgänglighet.

Växtarter kan immobilisera föroreningar i grundvattnet och marken genom att absorbera och ackumulera föroreningar, eller utfällning av metallrester inom rotzonen.

Helst denna process används för att avlägsna metallgifter från jordar, sediment, och slam.

2 . Fytoextraktion

Genom processen för fytoextraktion, vissa växtarter kan ackumulera höga koncentrationer av metallföroreningar, tillsammans med överskott av näringsämnen i skördade skott och rötter, från substratet eller den förorenade jorden.

Denna process är optimal för metaller, icke-metaller, radionuklider, metalloider, organiska föroreningar i marken, sediment, och slammedium Raman Hinchman, 1995

3 . Fytovolatilisering

Växternas förmåga att absorbera och därefter förånga förorenande partiklar till atmosfären. Metallpartiklar i jord, grundvatten, sediment, och slam kan avlägsnas med denna process.

4 . Fytotransformation

Det involverar metaboliskt upptag av föroreningar tillsammans med näringsämnen av växten och den efterföljande nedbrytningen av föroreningar antingen internt genom växtmetabolism eller externt genom effekter inducerade av växten Raman Hinchman, 1995

I jordar, grundvatten, sediment och slam, denna process kan användas för att reducera komplexa organiska molekyler, genom att bryta ner dem till enklare föroreningsmolekyler.

5 . Rhizofiltrering

Rhizofiltrering är processen att ta in giftiga ämnen, tillsammans med överskott av näringsämnen, från tillväxtmediet eller förorenad plats med växternas rötter.

Förorenande partiklar avsätts antingen på växtens rötter eller absorberas i rotzonen genom utfällning eller adsorption.

Processen är idealisk för att ta bort överskott av näringsämnen, metaller, och radionuklidföroreningar från ytvatten, grundvatten, och avloppsvatten.

6. Rhizodegradering:

Rhizodegradering är den process genom vilken jordförorenande partiklar bryts ner genom inverkan av mikrober samt ytterligare absorption av föroreningar av växtens rötter.

Den använder mikroorganismer för att konsumera och metabolisera organiska ämnen och ge näring och energi.

De naturliga ämnen som frigörs av växtrötterna såsom syror, sockerarter och alkoholer innehåller organiskt kol som fungerar som energikälla för mikroorganismer i jorden och skapar en tjock rotmassa som tar upp stora mängder vatten Irena Shtangeeva, 2004

Mekanism för fytoremediation

Att använda växter för sanering av en förorenad plats involverar flera mekanismer.

Rotsystem spelar en nyckelroll för att förhindra toxicitet inducerad av föroreningar. Föroreningar tas upp av växter via rotsystemet.

För att möjliggöra absorption och ackumulering av vatten och näringsämnen, en tillräcklig yta tillhandahålls av rhizosfären.

Liknande, forskare undersöker om träd kan användas för att effektivt ta bort föroreningar från djupare jordlager som är lättare att penetrera av trädens djupare rötter jämfört med små växter.

Genom att frigöra oorganiska och organiska föreningar (exsudat) till rhizosfären, växtrötter ändrar också jord-rot-gränssnittet.

Som ett resultat av rotexsudat, mikroorganismer förökar sig, jordpartiklar blir mer stabila, och föroreningar blir lättare biotillgängliga.

Växtexsudat påverkar rörligheten och biotillgängligheten av föroreningar i rhizosfären genom att modifiera markegenskaper, förändrad kemisk sammansättning, frigör organiska föreningar och ökar växtassisterad mikrobiell aktivitet.

Längre fram i artikeln, fördelar och nackdelar med fytoremediering diskuteras.

Fördelar med Phytoremediation

Användningen av växter ger många fördelar jämfört med konventionella saneringsmetoder

• I jord och vatten, denna teknik är en effektiv, effektiv, och miljövänliga sätt att förnedra, minskar, eller avgiftande föroreningar.
• På grund av dess låga underhålls- och skördekostnader, det är en billig metod.
• Det är en koldioxidneutral teknik eftersom den inte resulterar i några ytterligare koldioxidutsläpp utöver de intervall som ursprungligen införlivades vid förbränning av växtbiomassa
• Social acceptans är hög och det är estetiskt tilltalande.
• Förutom att ta itu med problemet med att ta bort giftiga ämnen från miljön, denna teknik kan också användas för att återvinna kommersiellt viktiga metaller från jorden.
• Växtbiomassa kan också användas för att generera energi, gör det till en lukrativ teknik.
• En teknik som denna kan användas för att sanera metaller, lösningsmedel, bekämpningsmedel, råolja, polyaromatiska kolväten, deponi lakvatten, och sprängämnen.

Nackdelar med Phytoremediation

• Eftersom höga nivåer av toxicitetsföroreningar induceras i växtceller, hindrar växternas tillväxt, denna teknik kan bäst användas på platser med låga eller måttliga nivåer av kontaminering.
• Processen är extremt tidskrävande.
• Hyperackumulatorväxtarter har begränsad förmåga att ta upp föroreningar från marken på grund av deras låga biomassa och långsamma tillväxthastighet.
• En misskött process kan sätta scenen för att giftiga föreningar kommer in i näringskedjan.
• Metalljoner som är tätt bundna har en begränsad biotillgänglighet, begränsa deras avlägsnande.