FYTOREMEDIATIE: SOORTEN, VOOR- EN NADELEN - BIOLOGIE

De fytoremediatie is het geheel van technologische praktijken waarbij levende planten en de bijbehorende micro-organismen worden gebruikt voor milieuhygiëne van bodem, water en lucht.

Fytoremediatie-technologieën maken gebruik van het natuurlijke vermogen van sommige planten om elementen en chemische verbindingen die als verontreinigende stoffen in het milieu aanwezig zijn, te absorberen, concentreren en metaboliseren. Planten kunnen worden gebruikt voor de extractie, immobilisatie en stabilisatie, afbraak of vervluchtiging van verontreinigingen.

Figuur 1. Fytoremediatie in het veld. Bron.: Flickr.com/photos/daniela_naturephotography

De bodem, het oppervlakte- en grondwater en de atmosfeer kunnen vervuild zijn als gevolg van sommige natuurlijke processen, zoals geologische erosie, vulkanische activiteit, en ook als gevolg van menselijke activiteiten (industrieel, landbouw, afvalwater, mijnbouw, bouw, transport).

Industriële emissies en effluenten, afvalstoffen, explosieven, landbouwchemicaliën (meststoffen, herbiciden, pesticiden), neerslag of zuurafzetting, radioactieve materialen en vele andere zijn vervuilingsfactoren die afkomstig zijn van menselijke activiteiten.

Fytoremediatie komt naar voren als een goedkope, effectieve, algemeen aanvaarde technologie voor het herstel van verschillende soorten milieuverontreiniging.

Het woord "fytoremediatie" komt van het Griekse "fyto", wat levende plant betekent, en van het Latijnse "remediare", dat het evenwicht herstellen; dat wil zeggen: herstel het evenwicht door het gebruik van planten.

Soorten fytoremediatie

Fytoremediatie-technologieën zijn gebaseerd op de fysiologische processen van planten en de micro-organismen die ermee geassocieerd zijn, zoals voeding, fotosynthese, metabolisme, evapotranspiratie, onder andere.

Afhankelijk van het type verontreinigende stof, de mate van verontreiniging van de site en het niveau van verwijdering of decontaminatie dat nodig is, worden fytoremediatie-technieken gebruikt als een mechanisme voor het inperken van verontreinigingen (fytostabilisatietechnieken, rhizofiltratie) of als verwijderingsmechanisme (technieken van fyto-extractie, fytodegradatie en fytovolatilisatie).

Figuur 2. Soorten fytoremediatie. Bron: Townie (Arulnangai & Xavier Dengra van het origineel in .png-extensie), van Wikimedia Commons

Deze fytoremediatie-technieken omvatten:

Fytodegradatie

Deze techniek, ook wel fytotransformatie genoemd, bestaat uit het selecteren en gebruiken van planten die in staat zijn de door hen opgenomen verontreinigende stoffen af te breken.

Bij fytodegradatie veroorzaken speciale enzymen die sommige planten hebben, de afbraak van de moleculen van de vervuilende verbindingen, waardoor ze worden omgezet in kleinere, niet-giftige of minder giftige moleculen.

Planten kunnen verontreinigende stoffen ook mineraliseren tot eenvoudige, assimileerbare verbindingen, zoals kooldioxide (CO ₂ ) en water (H ₂ O).

Voorbeelden van dit type enzym zijn dehalogenase en oxygenase; de eerste is voorstander van de verwijdering van halogenen uit chemische verbindingen en de tweede oxideert stoffen.

Fytodegradatie is gebruikt om explosieven te verwijderen, zoals TNT (trinitrotolueen), organochloor- en organofosfaatpesticiden, gehalogeneerde koolwaterstoffen en andere verontreinigingen.

Rhizoremediatie

Wanneer de afbraak van verontreinigende stoffen wordt veroorzaakt door de werking van micro-organismen die in de wortels van planten leven, wordt de saneringstechniek rhizoremediatie genoemd.

Fytostabilisatie

Dit type fytoremediatie is gebaseerd op planten die verontreinigende stoffen opnemen en binnenin immobiliseren.

Van deze planten is bekend dat ze de biologische beschikbaarheid van verontreinigende stoffen verminderen door de productie en uitscheiding door de wortels van chemische verbindingen die giftige stoffen inactiveren door absorptie-, adsorptie- of precipitatie-stollingsmechanismen.

Op deze manier zijn verontreinigende stoffen niet langer beschikbaar in het milieu voor andere levende wezens, hun migratie naar het grondwater en hun verspreiding naar grotere bodems wordt voorkomen.

Sommige planten die zijn gebruikt bij fytostabilisatie zijn: Lupinus albus (om arseen te immobiliseren, As en cadmium, Cd), Hyparrhenia hirta (immobilisatie van lood, Pb), Zygophyllum fabago (immobilisatie van zink, Zn), Anthyllis Vulneraria (immobilisatie van zink , lood en cadmium), Deschampia cespitosa (immobilisatie van lood, cadmium en zink) en Cardaminopsis arenosa (immobilisatie van lood, cadmium en zink), onder anderen.

Fytostimulatie

In dit geval worden planten gebruikt die de ontwikkeling van micro-organismen stimuleren die verontreinigende stoffen afbreken. Deze micro-organismen leven in de wortels van planten.

Fyto-extractie

Fyto-extractie, ook wel fytoaccumulatie of fyto-sequestratie genoemd, gebruikt planten of algen om verontreinigingen uit de bodem of het water te verwijderen.

Nadat de plant of algen de vervuilende chemicaliën uit het water of de bodem hebben opgenomen en verzameld, worden ze als biomassa geoogst en doorgaans verbrand.

Figuur 3. Fytoremediatie in poelen, herstel van een verlaten uraniummijn. Portugal. Bron: flickr.com/photos/daniela_naturephotography

De as wordt gestort op speciale plaatsen of veiligheidsstortplaatsen of wordt gebruikt om metalen terug te winnen. Deze laatste techniek wordt kruidengeneeskunde genoemd.

Hyperaccumulerende planten

Organismen die in staat zijn om extreem grote hoeveelheden verontreinigende stoffen uit bodem en water op te nemen, worden hyperaccumulatoren genoemd.

Hyperaccumulerende planten van arseen (As), lood (Pb), kobalt (Co), koper (Cu), mangaan (Mn), nikkel (Ni), selenium (Se) en zink (Zn) zijn gerapporteerd.

Fyto-extractie van metalen is uitgevoerd met planten zoals Thlaspi caerulescens (extractie van cadmium, Cd), Vetiveria zizanoides (extractie van zink Zn, cadmium Cd en lood Pb), Brassica juncea (extractie van lood Pb) en Pistia stratiotis (extractie van zilver Ag , kwik Hg, nikkel Ni, lood Pb en zink Zn), onder anderen.

Fytofiltratie

Deze vorm van fytoremediatie wordt toegepast bij de sanering van grond- en oppervlaktewater. Verontreinigende stoffen worden geabsorbeerd door micro-organismen of door wortels, of worden gehecht (geadsorbeerd) aan de oppervlakken van beide.

Figuur 4. Wortelgroei in het laboratorium, in vloeibaar medium. Bron: pixabay.com

Bij fytofiltratie worden de planten gekweekt met hydrocultuurtechnieken en wanneer de wortel goed ontwikkeld is, worden de planten overgebracht naar vervuild water.

Sommige planten die als fytofilter worden gebruikt, zijn: Scirpus lacustris, Lemna gibba, Azolla caroliniana, Elatine trianda en Polygonum punctatum.

Fytovolatilisatie

Deze techniek werkt wanneer de wortels van de planten vervuild water opnemen en de vervuilende stoffen, omgezet in een gasvormige of vluchtige vorm, vrijgeven in de atmosfeer, door de transpiratie van de bladeren.

De fytovolatiliserende werking van selenium (Se) van planten, Salicornia bigelovii, Astragalus bisulcatus en Chara canescens en ook het vermogen om kwik (Hg) af te voeren van de plantensoort Arabidopsis thaliana is bekend.

Voordelen van fytoremediatie

De toepassing van fytoremediatie-technieken is veel goedkoper dan de implementatie van conventionele decontaminatiemethoden.
Fytoremediatie-technologieën worden efficiënt toegepast in grote gebieden met gemiddelde verontreinigingsniveaus.
Omdat het in situ decontaminatietechnieken zijn, is het niet nodig om het verontreinigde medium te transporteren, waardoor de verspreiding van verontreinigende stoffen door water of lucht wordt vermeden.
Door toepassing van fytoremediatie-technologieën kunnen waardevolle metalen en water worden teruggewonnen.
Om deze technologieën toe te passen zijn alleen conventionele landbouwpraktijken vereist; De bouw van speciale faciliteiten is niet nodig, noch de opleiding van geschoold personeel voor de implementatie ervan.
Fytoremediatie-technologieën verbruiken geen elektrische energie, noch produceren ze vervuilende broeikasgasemissies.
Het zijn technologieën die bodem, water en atmosfeer beschermen.
Het zijn de ontsmettingsmethoden met de laagste milieu-impact.

Nadelen en beperkingen

Fytoremediatie-technieken kunnen alleen effect hebben in de zone die wordt ingenomen door de wortels van de planten, dat wil zeggen in een beperkte oppervlakte en diepte.
Fytoremediatie is niet helemaal efficiënt om uitspoeling of percolatie van verontreinigende stoffen in het grondwater te voorkomen.
Fytoremediatie-technieken zijn langzame ontsmettingsmethoden, omdat ze een wachttijd vergen voor de groei van planten en daarmee geassocieerde micro-organismen.
De groei en overleving van de planten die bij deze technieken worden gebruikt, worden beïnvloed door de mate van toxiciteit van de verontreinigende stoffen.
De toepassing van fytoremediatie-technieken kan negatieve effecten hebben op de ecosystemen waarin ze worden geïmplementeerd, vanwege de bioaccumulatie van verontreinigende stoffen in planten, die vervolgens via primaire en secundaire consumenten in de voedselketen terecht kunnen komen.

Referenties

Carpena RO en Bernal MP. 2007. Sleutels tot fytoremediatie: fytotechnologieën voor bodemherstel. Ecosystemen 16 (2). Mei.
Environmental Protection Agency (EPA-600-R-99-107). 2000. Inleiding tot fytoremediatie.
Gerhardt KE, Huang XD, Glick BR, Greenberg BM. 2008. Fytoremediatie en rhizoremediatie van organische bodemverontreinigingen: potentieel en uitdagingen. Plant Science. ONTBREKENDE BLADEREN
Ghosh M en Singh SP. 2005. Een overzicht van fytoremediatie van zware metalen en het gebruik van de bijproducten ervan. Toegepaste ecologie en milieuonderzoek. 3 (1): 1-18.
Wang, L., Ji, B., Hu, Y., Liu, R., & Sun, W. (2017). Een overzicht van in situ fytoremediatie van mijnafval. Chemosphere, 184, 594-600. doi: 10.1016 / j.chemosphere.2017.06.025

FYTOREMEDIATIE: SOORTEN, VOOR- EN NADELEN - BIOLOGIE - 2025