[1] [2] [3] [4] [5] [6]ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Διαχείριση Αποβλήτων ΔΙΑ51 Εργασία 4 ΜΑΒΙΔΗΣ ΣΑΒΒΑΣ Α.Μ. 104302 Διδάσκων: ΚΑΚΑΛΗ ΓΛΥΚΕΡΙΑ Απρίλιος 2016
ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΔΙΑ 51 Γραπτή εργασία 4: Βιοαποκατάσταση εδαφών Επιλέξατε μία μέθοδο βιοαποκατάστασης (μικροβιακή ή φυτοαποκατάσταση) από την βιβλιογραφία και αναζητείστε όσο το δυνατόν περισσότερες λεπτομέρειες. 1. Περιγράψτε τη διεργασία. 2. Ποιες οι προϋποθέσεις εφαρμογής της; 3. Περιγράψτε μία υποθετική κατάσταση στη χώρα μας που θα μπορούσατε να την εφαρμόσετε. 4. Προσπαθείστε να ποσοτικοποιήσετε κατά το δυνατόν τις απαντήσεις σας. 5. Αν είναι δυνατόν εκτιμείστε το κόστος, τα παραπροϊόντα και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της μεθόδου. 1
Περιεχόμενα Περιγραφή διαδικασίας τεχνολογίας φυτοαποκατάστασης... 3 Φυτοσυσσώρευση:... 4 Φυτοδιάσπαση:... 4 Φυτοεξαέρωση:... 4 Ριζοδιάσπαση:... 4 Ριζοδιήθηση:... 5 Συγκομιδή:... 5 Φυτά υπερσυσσωρευτές... 5 Προυποθέσεις εφαρμογής της μεθόδου... 6 Πλεονεκτήματα φυτοεξυγίανσης... 8 Μειονεκτήματα φυτοεξυγίανσης... 8 Περιγράψτε μία υποθετική κατάσταση στη χώρα μας που θα μπορούσατε να την εφαρμόσετε... 8 Σχεδιασμός Φυτοαποκατάστασης ρυπασμένων εδαφών... 8 Διαδικασία εφαρμογής της επιλεχθείσας τεχνολογίας... 9 Εκτίμηση κόστους, παραπροϊόντων και περιβαλλοντικών επιπτώσεων της μεθόδου... 11 Βιβλιογραφία... 13 Φωτογραφία εξωφύλλου: Σάββας Μαβίδης 2
Περιγραφή διαδικασίας τεχνολογίας φυτοαποκατάστασης Στην συγκεκριμένη εργασία θα ασχοληθώ με την φυτοαποκατάσταση (φυτοεξυγίανση). Η φυτοαποκατάσταση εκμεταλλεύεται φυσικές διαδικασίες που γίνονται στα φυτά. Τα φυτά για να αναπτυχθούν χρειάζονται κάποια συστατικά που τα παίρνουν απο το έδαφος. Υπάρχει όμως περίπτωση να γίνει πρόσληψη και άλλω συστατικών, μη απαραίτητων για την ανάπτυξη και θρέψη των φυτών, που θεωρούνται ρυποι. Για να γίνει η πρόσληψη των στοιχείων απο τα φυτά μέσω του ριζικού συστήματος θα πρέπει να είναι διαλυμένο σε νερό είτε αυτό είναι του εδάφους είτε υπόγειο. Το πιο σημαντικό ρόλο παίζει το ριζικό σύστημα των φυτών. Τα περισσότερα φυτά υπερσυσσωρευτές χαρακτηρίζονται απο κεντροριζικό σύστημα που ελαττωνει τον όγκο του εδάφους που έρχεται σε επαφή με την ρίζα του φυτού. Είναι η πιο ιδανική διαδικασία σε σημεία με χαμηλό επίπεδο ρύπανσης. Σα διαδικασία μπορεί να διακριθεί σε δυο κατηγορίες, την φυτοαπορρύπανση, κατά την οποία με διάφορους μηχανισμούς καταφέρνουμε να μειώσουμε σε αποδεκτά επίπεδα τη συγκέντρωση του ρυπαντή είτε αφορά ατμόσφαιρα, νερό ή έδαφος και την φυτοσταθεροποίηση, όπου διάφοροι μηχανισμοί αδρανοποιούν τον ρυπαντή και έτσι δεν μεταναστεύει απο το έδαφος ως τα υπόγεια νερά ή την ατμόσαφαιρα. Στους μηχανισμούς αυτούς περιλαμβάννται διάφορες ουσίες που εκκρίνουν οι ρίζες των φυτών και ευνοούν την χουμοποίηση, την δέσμευση του ρυπαντή στα χουμικά συστατικά, λιγνιτοποίηση, δεύσμευση στα κυτταρικά τοιχώματα των ριζών και δέσμευση στα εδαφικά σωματίδια. [1] [7] Σημαντική είναι και η διάκριση της τεχνολογίας φυτοαποκατάστασης ανάλογα με τον ρυπαντή. Έτσι έχουμε την φυτοαποκατάσταση οργανικών και ανόργανων ρυπαντών. [7] τους διαφόρους μηχανισμούς της φυτοαποκατάστασης είναι: Εικονα 1. Μηχανισμοί φυτοεξυγίανσης [1] 3
Φυτοσυσσώρευση: Αναφέρεται στην πρόσληψη μετάλλων και μεταφορά τους στα υπέργεια τμήματα του φυτού. Εφαρμόζεται σε εδάφη που έχουν ρυπανθεί από βαρέα μέταλλα και χρησιμοποιούνται φυτά που μπορούν να συσσρεύσουν μεγάλες ποσότητες αυτών στη βιομάζα τους. Τα φυτά αυτά ονομάζονται υπερσυσσωρευτές και απορροφούν ασυνήθιστα μεγάλες πο σοτητες μετάλλων σε σύγκριση με άλλα φυτά. Μπορούν να εφαρμοστούν για να απομακρύνουν ρυπαντές απο το έδαφος, την ιλύ βιολογικών καθαρισμών ή το νερό και να το μετατρέψει σε συγκομίσιμη μάζα. Φυτά μπορούν να απορροφήσουν έως και 1000 mg/kg ή 1% επι ξηρού βάρους μετάλλων ή 10.000 mg/kg Zn και Ni. Τα αλόφυτα χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις όπου θέλουμε να απορρυπάνουμε περιοχές με άλατα ως ρυπαντές κυρίως άλατα του Ca και Mg. Τα φυτά απορροφούν τα μέταλλα είτε με φυσικό, είτε με βοηθούμενο τρόπο προσθέτοντας μικρέςς ποσότητες EDTA, LPCA για όσο χρόνο παραμένουν ζωντανά στο έδαφος. Το συγκρατούν στις ρίζες ή το μεταφέρουν στο φύλλωμα και όταν γίνεται η συγκομιδή τους, επιτυγχάνεται με τον τρόπο αυτό η απορρύπανση, ενώ η διαδικασία μπορεί να επαναληφθεί έως ότου πάρουμε τα επιθυμητά αποτελέσματα μετρήσεων εντός κατώτατου ορίου συγκέντρωσης ρυπαντή. Φυτοδιάσπαση: Κατά την διαδικασία αυτή έχουμε διάσπαση του ρυπαντή είτε εντός του φυτού είτε στο ριζικό σύστημα με χρήση κατάλληλων ενζύμων. Αφού γίνει η διάσπαση του ρυπαντή, ενσωματώνεται στο φυτό και στη συνέχεια, για κάποιες περιπτώσεις, ο ρυπαντής μπορεί να απελευθερωθεί στην ατμόσφαιρα. Σα τεχνική χρησιμοποιείται για ρυπασμένα εδάφη, υπόγεια και επιφανειακά ύδατα. Απαραίτητη προυπόθεση το ριζικό σύστημα να φτάνει μέχρι τον υδροφορέα, αλλιώς τοποθετείται το νερό σε δεξαμενές που φέρουν κατάλληλα φυτικά είδη. Φυτοεξαέρωση: Είναι η διαδικασία κατά την οποία ποσότητες ρύπων που έχουν απορροφηθεί μαζί με το νερό απο το έδαφος, φτάνουν στο φύλλωμα και απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα μέσω της εξατμισοδιαπνοής. Ριζοδιάσπαση: Είναι η διαδικασία κατά την οποία φυτά μέσω του ριζικού συστήματος παρέχουν χημικές ενώσεις σε μικροοργανισμούς που τις χρησιμοποιούν για την ανάπτυξή τους. Οι μικροοργανισμοί αυτοί, για την θρέψη τους χρησιμοποιούν επίσης και άλλες τοξικές ή βλαβερές οργανικές ενώσεις που βρίσκονται στο έδαφος και τις μετατρέπουν σε αβλαβή προιόντα κατά την διαδικασία της αποσύνθεσης λόγω μικροβιακής δραστηριότητας. 4
Ριζοδιήθηση: Χρησιμοποιείται σε μολυσμένα νερά αντί για έδαφος και η διαδικασία είναι η ίδια με την φυτοσυσσώρευση. Κατά την διαδικασία φυτά υδροπονικής καλλιέργειας θερμοκηπίου το ποθετούνται σε ρυπασμένα-μολυσμένα νερά. Οι ρίζες τους δέχονται μεγάλο φορτίο τοξικού ρύπου και όταν επέλθει ο κορεσμός απομακρύνονται και επεξεργάζονται. Συγκομιδή: Μετά την εφαρμογή της φυτοαποκατάστασης τα φυτά κόβονται και ξεριζώνονται. Αν η τεχνολογία έχει εφαρμοστεί λόγω ρύπανσης απο βαρέα μέταλλα, τότε ακολουθεί θερμική αποδόμηση ή αποτέφρωση τους ελεγχόμενα. Η παραγόμενη τέφρα φέρει τα βαρέα μέταλλα που είχε προσροφήσει το φυτό και η διάθεσή της ακολουθεί τους κανόνες διάθεσης των ραδιενεργών και επικίνδυνων αποβλήτων. Η περίπτωση της φυτοαποκατάστασης είναι πολύ σημαντική τεχνολογία διότι ο όγκος στάχτης που παράγεται και φέρει τα βρέα μέταλλα, είναι πολύ μικρός. Μετά το τέλος της ζωής των φυτών, αυτά αντιμετωπίζονται ως απόβλητα, ανάλογα πάντα από την περιεκτικότητας τους σε ρύπους, την τοξικότητα ή την γενικότερη επικινδυνότητά τους. Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του φυτού διακρίνουμε τις εξής πρακτικές διαχέιρισής τους -Ηλιακή ξήρανση, θέρμανση και στέγνωμα με αέρα -Κομποστοποίηση -Συμπίεση -Εκχύλιση -Αποτέφρωση και διάθεση σε ειδικούς χώρους [1] [6] [7] [8] Φυτά υπερσυσσωρευτές Τα κατάλληλα φυτά για φυτοεξαγωγή πρέπει να έχουν χαρακτηριστικά όπως ανθεκτικότητα σε υψηλά επίπεδα μετάλλων. μεγάλη συσσωρευτική ικανότητα σε περισσότερα από ένα μέταλλα, να αναπτύσσει εκτεταμένο ριζικό σύστημα και να έχει ταχύ ρυθμό ανάπτυξης. Παράμετροι σημαντικοί είναι επίσης η ανθεκτικότητα σε ασθένειες και παράσιτα, μεγάλη παραγωγή βιομάζας, εύκολο στο θερισμό με μικρές απαιτήσεις σε θρεπτικά συστατικά. Από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά φυσικά, είναι το να μην αποτελεί τροφή για τα φυτοφάγα. Μια παράμετρος που μας βοηθάει στο να μην έχουμε διασπορά του ρύπου και δίοδό του στην τροφική αλυσίδα, αλλά και μείωση μέρους του κόστους για την εκτέλεση της διαδικασίας. Το Thlaspi caerulescens, ζιζάνιο της οικογένειας του μπρόκολου και του λάχανου όπου έχει συσσωρευτική ικανότητα έως τα 26.000 ppm Zn και 1500 ppm Cd, χωρίς να εμφανίζει συμπτώματα τοξικότητας. Ποσότητα που θεωρείται πολύ μεγάλη αν σκεφτεί κανείς οτι άλλα φυτά εμφανίζουν συμπτώματα τοξικότητας σε συγκεντρώσεις περίπου 100 ppm. [2] [7] 5
Επίσης, το Indian mustard-brassica junea (η γνωστή μας καφέ βρούβα, το μαύρο σινάπι) συσσωρεύει σημαντικές ποσότητες μολύβδου και χρησιμοποιείται ευρέως σε προγράμματα φυτοεξυγίανσης. Άλλα φυτά που χρησιμοποιούνται είναι λεύκα (αποτελεσματική για Cd-As), τριφύλλι, ηλίανθος, καλάμι, άλυσο, τσουκνίδα. Ο ηλίανθος χρησιμοποιήθηκε στην περίπτωση του Τσέρνομπιλ για εξυγίανση επιφανειακών υδάτων. [3] [7] Προυποθέσεις εφαρμογής της μεθόδου Πολύ σημαντική διαδικασία είναι η αρχική εκτίμηση περιβαλλοντικής επιβάρυνσης όπου προσδιορίζονται οι πηγές ρύπανσης, οι οδοί μεταφοράς των ρυπαντών και οι τελικοί αποδέκτες. Εικόνα 2. Μέθοδοι επιλογής βέλτιστης τεχνολογίας διαχείρισης αποβλήτων [7] Ποια τεχνολογία θα επιλέξουμε τελικά στηρίζεται στις παρακάτω παραμέτρους: 6
Καταλληλότητα, προσδιορίζει το κατά πόσο μια τεχνολογία είναι ικανή να διαχειριστεί τον αντίστοιχο ρύπο, Εφαρμοσιμότητα, προσδιορίζει την δυνατότητα υλικοτεχνικής υποδομής και εφαρμογής της τεχνολογίας Απόδοση, παράμετρος που προκύπτει από την αποτελεσματικότητα και την αξιοπιστία της τεχνολογίας, Περιβαλλοντικοί περιορισμοί, λόγω πιθανών επιπλοκών υγείας, είναι δηλαδή ο προσδιορισμός του κατά πόσο η συγκεκριμένη τεχνολογία που επιλέγουμε μπορεί να εφαρμοστεί και Το κόστος, όπου γίνεται η σύγκριση των πιθανών τεχνολογιών. Τα περισσότερα από τα φυτά που λειτουργούν ως υπερσυσσωρευτές βαρέων μετάλλων έχουν βρεθεί σε εδαφη πλούσια σε τέτοια συστατικά, δείχνοντάς μας πόσο έχει λειτουργήσει η οικοφυσιολογική προσαρμογή ώστε τα φυτά να αναπτύξουν κάποιο είδος αντίστασης στα μέταλλα αυτά. Αλλά και η χρήση τους για αμυντικούς σκοπούς απο το ίδιο το φυτό έναντι διαφόρων φυσικών εχθρών όπως είναι τα λεπιδόπτερα. Εχουν ταυτοποιηθεί περίπου 400 είδη φυτών που χρησιμοποιούνται για οκτώ διαφορετικά βαρέα μέταλλα με την φυτοεξαγωγή να λαμβάνει χώρα στη ζώνη του ριζικού συστήματος. Το ριζικό σύστημα όμως αναπτύσσεται σε μικρό βάθος, γεγονός που μας δυσκολεύει όταν η ρύπανση έχει φτάσει σε πιο μεγάλα βάθη. [4] Σα διαδικασία έχει τα εξής αποτέλεσματα, χαμηλό εξοπλισμό αφού όλη η διαδικασία πραγματοποιείται απο τα φυτά. Στηρίζεται στην ηλιακή ενέργεια. Τα δέντρα και τα φυτά δημιουργούν ένα ευχάριστο τοπίο και προσφέρουν οξυγόνο στην ατμόσφαιρα. Με την μέθοδο αυτή οι εργαζόμενοι δεν έρχονται σε επαφή με τους ρύπους. Είναι η πιο ιδανική μέθοδος για τόπους με χαμηλό επίπεδο ρύπανσης, ενώ σα διαδικασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ένα μεγάλο εύρος ρυπαντών. Οι ρύποι/ενώσεις που αντιμετωπίζονται με την τεχνολογία αυτή είναι οι εξής: -βαρέα μέταλλα, εκρηκτικά (ΤΝΤ, DNT, TNB,RDX,HMX), και ραδιενεργά στοιχεία (Cs, Sr, Ur), -χλωριωμένοι διαλύτες (TCE, PCE), πολυχλωριωμένα διφαινύλια (PCBs), και χλωριωμένα φυτοφάρμακα -πετρελαϊκοί υδρογονάνθρακες (ΒΤΕΧ), -πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (PAHs) -θρεπτικά (άζωτο, αμμωνία, φώσφορος) -οργανοφωσφορικά ζιζανιοκτόνα. 7
Πλεονεκτήματα φυτοεξυγίανσης Περιβαλλοντικά φιλική και αισθητικά ευχάριστη τεχνολογία που είναι αποδεκτή από το κοινό. Δεν απαιτεί ακριβό εξοπλισμό, ούτε ιδιαίτερα εξειδικευμένο προσωπικό, γεγονός που σημαίνει χαμηλότερο κόστος. Οικονομικά αποδοτική για μεγάλες περιοχε ς με χαμηλό επίπεδο ρύπανσης. Προκαλεί μικρή διαταραχή του εδάφους και εφαρμόζεται για ένα μεγάλο εύρος μετάλλων. Το τελικό προιόν που προκύπτει είναι μικρούσχετικά όγκου και παρέχει την δυαντότητα ανάκτησης μετάλλων απο την βιομάζα. Υπάρχει μηδενική παραγωγή δευτερογενών βιοαερίων και υγρών αποβλήτων, ενώ η βλάστηση μειώνει την αερομεταφορά ρύπων μέσω σκόνης και προστατεύει τα εδάφη απο την διάβρωση. Μειονεκτήματα φυτοεξυγίανσης Επηρεάζεται από κλιματικές και υδρολογικές συνθήκες και επιδρούν στην παραγόμενη βιομάζα των φυτών. Συνήθως χρειάζεται μεγάλος χρόνος μέχρι να επέλθει εξυγίανση και αυτό οφείλεται στον ρυθμό ανάπτυξης των φυτών. Δεν είναι εφαρμόσιμη σε πολύ υψηλά επίπεδα ρύπανσης όπου η συγκέντρωση θα μπορούσε να είναι τοξική για τα φυτά, ή αν φτάνει σε μεγάλα βάθη όπου είναι αδύνατον να φτάσει το ριζικό σύστημα του φυτού. Η παραγόμενη φυτική βιομάζα αντιμετωπίζεται ως επικίνδυνο απόβλητο, γεγονός που ανεβάζει το κόστος λειτουργίας και αυτό συμβαίνει λόγω της υψηλής συγκέντρωσης σε βαρέα μέταλλα. Το ότι μπορεί να αποτελέσει τροφή για φυτοφάγα ζώο είναι ένα ενδεχόμενο που κάνει την μέθοδο αυτή επικίνδυνη ως προς την πιθανότητα εισόδου μεγάλης συγκέντρωσης μετάλλων στην τροφική αλυσίδα. Όπως έχουμε ήδη αναφέρει το γεγονός ότι κάνουμε χρήση εδαφοβελτιωτικών για την αύξηση της διαλυτότητας των μετάλλων, ενέχει τον κίνδυνο να υπάρξει επιμόλυνση των επιφανειακών ή υπόγειων νερών. [1] [5] [9] Περιγράψτε μία υποθετική κατάσταση στη χώρα μας που θα μπορούσατε να την εφαρμόσετε Σχεδιασμός Φυτοαποκατάστασης ρυπασμένων εδαφών Ο σχεδιασμός ενός συστήματος φυτοαποκατάστασης καθορίζεται από παράγοντες σχετικούς με τους ρύπους όπως είδος, συγκέντρωση του και βάθος ρύπανσης, τις συνθήκες της περιοχής, θερμοκρασία, βροχόπτωση, ηλιοφάνεια κ.α. Το ph του εδάφους η συγκέντρωση θρεπτικών, το είδος φυτών κ. α. Παράμετροι που αξιολογούνται στην τεχνική της φυτοαποκάταστασης: -Προσδιρισμός του επιπέδου ρύπανσης. Στάδιο κατά το οπόίο προσδιορίζουμε το είδος και την συγκέντρωση του ραυπαντή, αλλά και το βάθος της ρύπανσης -Επιλογή του φυτικού υλικού. 8
Η επιλογή φυτών σε αυτό το στάδιο γίνεται βάσει παραμέτρων. Αξιολογούμε λοιπόν τον ρυπαντή και επιλέγουμε φυτό που να έχουν γρήγορο ρυθμό εξατμισοδιαπνοής, αρκετά βαθύ ριζικό σύστημα, γρήγορη ανάπτυξη και να μετατρέπουν τον ρυπαντή σε τοξικά παράγωγα. -Αξιολόγηση του πεδίου. Χαρακτηρισμός του πεδίου ως προς τις προϋποθέσεις εφαρμογής της φυτοεξυγίανσης δηλαδή βάθος ρύπανσης, γεωχημικών συνθηκών κα, επιλογή της επιθυμητής τεχνικής φυτοεξυγίανσης, συλλογή όλων των διαθέσιμων στοιχείων εφαρμογής και απόδοσης της επιλεχθείσας τεχνικής, προσδιορισμός κατάλληλων φυτών. -Εκπόνηση προκαταρκτικών μελετών και λήψη αποφάσεων. Διεξαγωγή εργαστηριακών πειραμάτων προσδιορισμού της αναμενόμενης απόδοσης, βελτιστοποίηση των συνθηκών εφαρμογής της φυτοεξυγίανσης, διεξαγωγή πιλοτικών δοκιμών στο προς εξυγίανση πεδίο, αναθεώρηση της επιλεχθείσας τεχνικής εφ όσον κριθεί αναγκαίο από τα προκύπτοντα αποτελέσματα των δοκιμών καθώς και αναθεώρηση του επιλεχθέντος φυτού. -Έλεγχος της δυνατότητας χρησιμοποίησης των επιλεγμένων φυτών (Treatability tests). Σταδιο εργαστηριακό κατά το οπόίο ελέγχουμε εργαστηριακά σε διαφορετικές συγκεντρώσεις ρυπαντή στα προτεινόμενα φυτικά ε ιδη και μελετάμε τα παραγόμενα προιόντα μεταβολισμού. -Συντήρηση του συστήματος φυτοαποκατάστασης. Στο στάδιο αυτό περιλαμβάνονται όλες εκείνες οι ενέργεις που χρειάζεται ένα φυτό για να αναπτυχθεί και να επιβιώσει. Λίπασμα, νερό αλλά και αντιμετώπιση βιολογικών εχθρών των φυτών που επιλέχθηκαν. -Συγκομιδή του φυτικού υλικού. Ειναι το στάδιο όπου το φυτό συλλέγεται κα προχωράμε σε άλλες επεξεργασίες ανάλογα με το είδος του ρυπαντή. Αν αντιμετωπίσαμε βαρέα μέταλλα τότε το φυτό θα προχωρήσει σε κάυση. Άλλες ενέργεις που μπορεί να γίνουν, είναι η κομποστοποίηση, ανάλογα με τα προιόντα μεταβολισμού και την συγκέντρωση του ρυπαντή στο φυτικό κύτταρο, στο ριζικό σύστημα ή στα φύλλα. -Διαγράμματα ελέγχου για την εφαρμογή της τεχνολογίας της φυτοεξυγίανσης. Εκτίμηση της επίτευξης των αρχικών στόχων (διεξαγωγή ποσοτικών μετρήσεων, εξέταση κριτηρίων εκτίμησης και απόδοσης της τεχνολογίας) Διαδικασία εφαρμογής της επιλεχθείσας τεχνολογίας Έστω ότι καλούμαστε να αντιμετωπίσουμε την περίπτωση ρύπανσης στην περιοχή του Λαυρίου και έπειτα από λήψεις δειγμάτων βρέθηκε στο έδαφος μόλυβδος συγκέντρωσης 600 mg/kg και σε βάθος 30 cm. Για να θεωρείται η περιοχή μη ρυπασμένη είναι τα 400 mg/kg. Θα χρησιμοποιήσουμε το είδος Brassica juncea. Η συγκομιδή θα 9
πραγματοποιηθεί 3 φορές ετησίως. Για την ενίσχυση συσσώρευσης θα χρησιμοποιήσουμε μικρές ποσότητες EDTA, που θα μας δώσουν συγκεντρώσεις στο φυτό 5000 mg/kg (επί ξηρού) και συγκομιδή 672 mg/kg ξηρού υλικού/σοδειά/στρέμμα. Θεωρούμε την κλίση του εδάφους μηδενική ώστε να μην έχουμε μετανάστευση ρύπων από απορροές και δεν υπάρχει κοντά υδροφόρος, ποταμός ή υπόγεια ύδατα που να κινδυνεύουν να ρυπανθούν. [9] [10] Τα γνωστότερα υπερσυσσωρευτικά φυτά Pb και οι αντίστοιχες συγκεντρώσεις τους σε Pb είναι τα Zea mays-καλαμπόκι (με 220-380 mg/kg ξηρής μάζας), το Brassica juncea και nigra ( 90-350 mg/kg ξηρής μάζας), το Alyssum wulfenianum και το Thlaspi rotundifolium (80-230 mg/kg ξηρής μάζας), το Triticum aestivum-σιτάρι (120-140 mg/kg ξηρής μάζας), Ambrosia artemisifolia (75-95 mg/kg ξηρής μάζας), το Thlaspi caerulescens (55-65 mg/kg ξηρής μάζας) και το Helianthus annuus-ηλίανθος (50-80 mg/kg ξηρής μάζας). Θα επιλέξουμε το το Brassica juncea αφού διαπιστώθηκε σε εργαστηριακά πειράματα ότι η αποσπαστική του ικανότητα μπορεί να φτάσει σε συγκέντρωση 1000 mg/kg ξηρής μάζας. Για να υπολογίσουμε τον χρόνο που θα χρειαστούμε μέχρι την αποκατάσταση του εδάφους r= λ C t (1) C t = C o e -λt (2) M t =M o e -λt (3) t= - ln(m t /M o )/λ (4) Όπου λ : σταθερά εξίσωσης πρώτης τάξης για την πρόσληψη, (έτος -1 ) r : ρυθμός πρόσληψης του ρύπου, Kg/yr C t : η συγκέντρωση του ρύπου κατά τη χρονική στιγμή t (Kg) M t : η επιτρεπόμενη μάζα του ρύπου τη χρονική στιγμή t (Kg) M O, C O : η αρχική μάζα και συγκέντρωση του ρύπου πριν την αποκατάσταση t : ο απαιτούμενος χρόνος για την επίτευξη της απορρύπανσης στο προκαθορισμένο επίπεδο (έτη) r=(5000 mg/kg) (672 kg/(στρέμμα x σοδιά)) x (3σοδιές/έτος) x (10-5 Kg/mg) = 10.08 kg/(στρέμμα x έτος) Θεωρώ ότι η ξηρή πυκνότητα εδάφους είναι 1,5 Kg/L, η συνολική μάζα Μ 0 του μολύβδου για επιφάνεια ενός στρέμματος είναι Μ ο =(600 mg/kg)*(1,5 kg/l)(0,3 m)* (1000 m 2 /Στρέμμα) *(10 3 L/m 3 )* (10-5 kg/mg) =270 kg/στρέμμα(αρχική μάζα στο έδαφος) Αλλά M t = (400 mg/kg)*(1,5 kg/l)*(0,3 m)*(1000 m 2 /στρέμμα)*(10 3 L/m 3 )*(10-6 kg/mg) = 180 kg/στρέμμα(όριο μη ρυπασμένου εδάφους 400 mg/kg) 10
Οπότε ολοκληρώνοντας Mt-Mo= -λ.t t=m t -M 0 /λ=270-180 Kg/στρέμμα /10,08Kg/(στρέμμα x έτος)= 8,92 έτη [11] Στην πράξη όμως θα δούμε ότι ο χρόνος που απαιτείται είναι πολύ μικρότερος από 8,92 έτη. Η προσθήκη EDTA βοηθάει στην μετακίνηση του μολύβδου στο έδαφος. Όπως έχει ήδη αναφερθεί για να μπορέσει να γίνει η λήψη του μετάλλου από τα φυτά, η διαδικασία γίνεται ευκολότερη αν το συστατικό είναι διαλυμένο σε νερό και βρίσκεται στο έδαφος. Επειδή στα υπερσυσσωρευτικά φυτά για Pb, η συνεχής απόσπαση και συσσώρευση Pb, πέρα από κάποια όρια, αναστέλλει την ανάπτυξή τους και συνεπώς μειώνει την αποσπαστική τους ικανότητα, πρέπει τα φυτά αυτά να συγκομιστούν έγκαιρα. Στην περίπτωση του σεναρίου υπολογίζονται 3 σοδιές το χρόνο. [12] Εκτίμηση κόστους, παραπροϊόντων και περιβαλλοντικών επιπτώσεων της μεθόδου Στο κόστος της τεχνολογίας θα συμπεριλάβουμε διαδικασίες όπως γεωτεχνικές μελέτες, πιλοτικές δοκιμές, κόστος εγκατάστασης, δηλαδή προετοιμασία πεδίου (καθαρισμός από άχρηστα προϊόντα όπως είναι τα μπάζα, προετοιμασία εδάφους δηλαδή έλεγχος του ph, στράγγιση, χρήση φυτοφαρμάκων κ.α., την εγκατάσταση αναγκαίας υποδομής όπως ύδρευσης ή περίφραξης, την φύτευση και το λειτουργικό κόστος συντήρησης. Εδώ αξίζει να σημειωθεί ότι είναι πολύ σημαντικό να ελέγχεται και ο αέρας γύρω από τα φυτά για τον έλεγχο εκπομπής αερίων. Ο εξοπλισμός που χρειαζόμαστε αποτελείται από τα φυτά, το σύστημα άρδευσης των χρησιμοποιημένων φυτών, εξοπλισμό για την περιποίηση και την συντήρηση των φυτών και υλικό για την περίφραξη του πεδίου. [3] [1] Αν θεωρήσουμε ότι η καλλιέργεια στα 40 στρέμματα (400m x100m= 40.000 m 2 ) γίνεται με εδαφοκάλυψη σε ποσοστό 90%, θα ακολουθήσει τις διαδικασίες καλλιέργειας εποχιακών πτηνοτροφικών φυτών και επομένως 40 ώρες μηχανικής εργασίας / στρέμμα και 9 ώρες ανθρώπινης εργασίας, αν το λειτουργικό κόστος της μηχανικής εργασίας υπολογίζεται στα 20 ευρώ/ώρα, τότε θα πούμε 20 ευρώ x 40 ώρες = 800 ευρώ αν ο εργαζόμενος πληρώνεται 10 ευρώ την ώρα τότε θα έχουμε 9 ώρες x 10 ευρώ = 90 ευρώ. Συνολικά 890 ευρώ. Μηχανική εργασία είναι η προετοιμασία της σποράς, πότισμα, κοπή, σύνθλιψη, ανάδευση, δεματοποίηση και εταφορά, ενώ η ανθρώπινη εργασία αφορά σε εργασίες όπως επίβλεψη, φόρτωση των δεμάτων κ.α. 11
Η διαδικασία της συγκομιδής όμως θα πραγματοποιείται 3 φορές ετησίως και για 6 έτη. Αν το έδαφος που καλούμαστε να θεραπεύσουμε έχει έκταση 40 στρρέμματα, τότε 890x40στρέμματαx3συγκομιδέςx6 έτη=640.800ευρώ. Επιπλέον περίπου 10% έξοδα θα πρέπει να υπολογιστούν για απρόβλεπτα έξοδα ή και για περαιτέρω επεξεργασία. Το όριο για να θεωρείται μια περιοχή μη ρυπασμένη είναι 400 mg/kg. Με την χρήση μικρών δόσεων EDTA, επιτυγχάνουμε την αύξηση της συγκέντρωσης στο φυτό έως και 5000 mg/kg (επί ξηρού) και καταφέρνουμε να συλλέξουμε (συγκομιδη) έως και 650 Kg ξηρού υλικού/σοδειά/στρέμμα. Αν αυτή την μάζα την συλλέγουμε τρείς φορές σε διάρκεια ενός έτους, όπως έχει ήδη αναφερθεί τότε 650 Kg x 3 σοδειές x 40 στρέμματα = 78.000 Kg/έτος με πιθανό κόστος μεταφοράς ανα τόνο 40 ευρώ, άρα και για τα 6 έτη θα χρειαστούν 40 ευρώ x 78 tn x 6 έτη=18.720 ευρώ. Τα εργαστηριακά κόστοι δεν είναι εύκολο να υπολογιστούν εφόσον εξαρτώνται απο το εκάστοτε εργαστήριο. Να σημειωθεί επίσης οτι στην περίπτωση που χρειαστεί αποτέφρωση το κόστος θα μεγαλώσει κι άλλο. Η μέθοδος φυτοαποκατάστασης είναι καλύτερο να εφαρμόζεται σε απομακρυσμένες περιοχές όπου είναι περιορισμένη η ανθρώπινη πρόσβαση. Προκειμένου να περιορίσουμε την πρόσβαση και σε ζώα που καταναλώνουν την καλλιέργεια αυτή, έτσι ώστε να εμποδίσουμε τον μόλυβδο να μπει στην τροφική αλυσίδα, θα χρησιμοποιήσουμε και περίφραξη. Αν το 1 μέτρο συρματόπλεγμα στοιχίζει περίπου 4 ευρώ, τότε θα χρειαστούμε (400+400+100+100) m* 4ευρώ/m =40.000 ευρώ Τα απόβλητα που παράγονται είναι τα ίδια τα φυτά. Όπως έχουμε ήδη αναφέρει είναι φυτά που έχουν αυξημένη συγκέντρωση μετάλλων για τον λόγο αυτό διαχειρίζονται ως επικίνδυνα απόβλητα. [7] [1] 12
Βιβλιογραφία [1] Dr. Γιδαράκος Ε., MSc Αιβαλιώτη Μ., Dr. Γιαννής Α., Dr. Δημήτριος Κ., Μελέτη για την Διεεύνηση, αξιολόγηση και αποκατάσταση ανεξέλεγκτων ρυπασμένων χώρων/ εγκαταστάσεων απο Βιομηχανικά και Επικίνδυνα Απόβλητα στην Ελλάδα, Χανιά: Πολυτεχνείο Κρήτης, Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντως, 2008-2009. [2] [Online]. Available: http://www.ftiaxno.gr/2013/01/blog-post_6224.html. [3] L. M.M., Phytoextraction of Metals from ContaminatedSoil: a Review of Plant/Soil/Metal Interaction and Assessment of Pertinent Agronimic Issues, Washington. [4] [Online]. Available: http://www.unep.or.jp/ietc/publications/freshwater/fms7/16.asp. [5] [Online]. Available: https://hpstg.wordpress.com/2015/07/12/%cf%86%cf%85%cf%84%ce %BF%CE%B8%CE%B5%CF%81%CE%B1%CF%80%CE%B5%CE%AF% CE%B1- %CE%B5%CE%B4%CE%AC%CF%86%CE%BF%CF%85%CF%82/. [6] Raskin I., Salt D., Kramer U., Schulman R., "Phytoremediation: Green and Clean," [Online]. Available: http://www.actahort.org/books/457/457_41.htm. [7] Κομνίτσας Κ., Σκορδίλης Α., Διαχείριση στερεών αποβλήτων, Επικίνδυνα απόβλητα, Τόμος Β, Πάτρα: Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο, 2004. [8] Κωστοπούλου Π., Καρατάσιου Μ., Νοϊτσάκης Β., Συμβολή Ποωδών Ειδών στη Βιοθεραπεία Εδάφους με Υψηλές Συγκεντρώσεις Βαρέων Μετάλλων, Θεσσαλονίκη: Αριστοτέλιο Πανεπιστήμιο. [9] Χρονοπούλου-Σερέλη Α., Χρονόπουλος Ι., Κανναβού Α., Ενδημικά Φυτά- Υπερσυσσωρευτές Μολύβδου στη Λαυρεωτική. [10] [Online]. Available: http://antigoldgr.org/blog/2011/04/06/lavrioheavymetals/. [11] [Online]. Available: http://postgra.hydro.ntua.gr/docs/lessons/48/xenidis/fytoapokatastasi_note s.pdf. [12] [Online]. Available: http://postgra.hydro.ntua.gr/docs/lessons/48/xenidis/fytoapokatastasi_note s.pdf. 13