Bioremedierea solurilor poluate cu

metale grele  

Elev: Camelia Vasilov, clasa a XII-a E, Colegiul Național

“Mihai Eminescu” Iași

Coordonator: Prof. dr. Corneliu Pohonțu, Colegiul Național “Mihai Eminescu” Iași

• Obiectul studiului: procesul de reabilitare a unor soluri poluate cu ioni de metale grele printr-un procedeu de bioremediere.

• Ipoteza: plantele de mușcate (Pelargonium zonale) sunt eficiente în bioremedierea solurilor poluate cu ioni de Pb 2+

• Experimentul: La scară de laborator acest proces a fost experimentat folosind un sol cu o compoziție și structură cunoscută, poluat controlat cu o soluție cu conținut de metale grele, precum și plantele de mușcate

• Variabile urmărite: rata de germinație a semințelor pe solul poluat – măsurători directe cantitatea de biomasă – măsurători directe cantitatea de ioni de Pb 2+ din țesuturile plantelor – spectroscopie de

absorbție atomică.

O problemă majoră:ionii de metale grele eliberați de industrie și transporturi se acumulează în sol

Procedeele convenționale

Decopertarea stratului de suprafață și depozitarea sa

controlată într-o altă zonă izolată

Tratarea chimică prin spălare a solului, în

acest caz rezultând atât cantităţi mari de sol

nefertil, cât și cantităţi mari de apă încărcată

cu ioni de metale grele

Creşterea solubilităţii metalelor, astfel încât să

părăsească stratul arabil, de asemenea

poate produce contaminarea cu metale

grele a apei freatice.

Betonarea sau asfaltarea, acoperirea cu geotextile, apoi cu un strat de sol fertil,

necontaminat.

Transformări bio-geo-chimice ale poluanților din sol

Bioremedierea = reacția desfășurată într-un anume mediu geologic care are drept efect reducerea complexității unui compus chimic, sub influența unui organism biologic.

Apare un alt compus, cu structură mai simplă, dar

care nu este neapărat mai puțin toxic decât compusul de proveniență.

Un procedeu neconvențional

Fitoremedierea = folosirea plantelor pentru reducerea, transferul, stabilizarea și distrugerea contaminanților din sol.

• Avantaje: a. permite remedierea unor suprafețe mult

mai mari decât ar fi posibil în cazul utilizării unor tehnologii tradiționale de remediere

b. un număr mare de specii de plante (ferigile pteridofite la angiosperme ca floarea-soarelui sau plopul) pot fi utilizate pentru îndepărtarea poluanților, având și utilitate economică

c. este o măsură mai puțin invazivă și mai ieftină

Caracteristici ale plantelor utilizate

• capacitatea crescută de germinare a semințelor

• abilitatea de a crește rapid, • cantitate crescută de biomasă, • abilitatea de a acumula în diferite

țesuturi mari cantități de poluanți, inclusiv ioni ai metalelor grele.

De ce mușcatele?• Mușcatele (Pelargonium zonale) sunt

plante vasculare cu mare capacitate de bioacumulare în țesuturi, considerate plante hiperacumulatoare pentru ioni de metale grele în special Cr (III) și Pb (II).

• Cultivate ornamental speciile de mușcată sunt bogate în uleiuri eterice cu conținut ridicat de geraniol, linalool, citronelol, substanțe utilizate în parfumerie sau în medicina populara. Unele specii de mușcate sunt bogate în tanoizi, precum și mici cantitati de alcool fenil-etilic, care le imprima un miros de trandafir.

Plante perene cu tulpina groasă, nu foarte ramificată, 30-50 cm înălțime.

Frunze rotundiforme, 5-7 lobi, acoperite cu peri moi, catifelați, cu

nervuri evidente pe dos. Înflorește în martie-septembrie.

Crește bine în plin soare sau semi-umbra, pe toate tipurile de soluri, preferând solurile fertile, ușoare,

neutre sau alcaline.

De ce plumbul?• este cel mai comun

metal rezidual provenit atât din activitatea industrială cât și din depozitarea necontrolată a unor substanțe care au în compoziția lor ioni de Pb.

• este prezent în toate mediile: apa, aer, sol și alimente, dar cea mai mare cantitate de Pb se află în sol.

Material și metode:

La scara de laborator au fost folosite recipiente din plastic conținând fiecare 100 g de sol, având caracteristicile menționate în tabelul 1 și a fost cultivată câte o plantă de Pelargonium zonale, în urma procesului de germinație.

Experimentele s-au desfășurat pe parcursul a 30 de zile, la o temperatură de aproximativ 25 °C. O dată la 3 zile sau ori de cate ori umiditatea solului a scăzut, plantele au fost irigate cu apa distilată.

Tab.1. Componentele chimice și mineralogice din solurile analizate (% gravimetrice)

Probe de sol Argile Minerale [%] Minerale totale 33,2

Carbonați,[%]

Cristaline 1,56Amorfe 0,3Carbonați totali 1,86

Fier (oxizi și oxihidroxizi)

[%]

Cristalini 0,65Amorfi 1,39Total 2,04

SiO2,[%]

Cristalin 3,5Amorf 0,7Total 4,2

Material organic [%]

Humus total 3,6Alti compuși organici 0,46Total 4,06

Săruri solubile,[mg / 100 g sol]

Cationi în extract apos

Na+ 10,52K+ 24,12Ca2+ 25,43Mg2+ 12,03

Alți cationi 5,82Total 77.92

Anioni în extract apos

Cl- 5,82NO3

- 16,45SO4

2- 15,67CO3

2- 18,24HCO3

- 3,78PO4

3- 15,56Alți anioni 1,54Total 77.06

Poluarea solului a fost făcută în mod controlat prin adăugarea unei soluții de acetat de Pb trihidrat în diferite concentrații, după cum urmează 2000, 3000, 5000, 7000, 9000 mg/L. Pentru controlul procesului într-unul din recipiente a fost adăugată doar apă distilată (concentrația de Pb = 0%).

Analiza elementală a Pb 2+ s-a realizat prin spectrometria de absorbție atomică, în urma recoltării și uscării plantelor.

RezultateConcentrația Pb

2+ în sol

Lungimea plantei

Numărul de frunze

0 % 30 cm 6

0,2 % 23 cm 4

0,3 % 21 cm 4

0,5 % 14 cm 4

0,7 % 11 cm 3

0,9 % 9 cm 2

rata de germinație a semințelor pe solul poluat

cantitatea de biomasă

Cresterea primară, a meristemului apical s-a desfășurat în primele 7 zile, acest proces continuîndu-se diferențiat în funcție de concentrația poluantului aplicat.

Apariția frunzelor a avut loc astfel: în cea de-a 12 zi a experimentului în cazul plantei cultivate pe solul nepoluat, a 14-a zi pentru plantele cultivată pe solul cu 0,2 și 0,3 % concentrația de Pb 2+ în sol și respectiv a 16-a și a 20-a zi pentru celelate două situații (0,7% și 0,9 % Pb 2+).

La sfârșitul experimentului organele vegetative aeriene ale plantelor arătau conform tabelului 2.

cantitatea de ioni de Pb 2+ din țesuturile plantelor

Concluzii (verificarea ipotezei)• În urma studiului, s-a demostrat că:

1. mușcatele (Pelargonium  zonale)  se pretează la procesul de depoluare a solurilor degradate prin contaminarea cu metale grele.

2. eficiența procesului de bioacumulare este direct proporțională cu cantitatea de ioni de Pb 2+ aflată în sol.

3. la concentrații mai ridicate, însă, se observă o încetinire a procesului de bioacumulare, ceea ce ne indică faptul că plantele de mușcate au ajuns aproape de limita maximă de acumulare și respectiv metabolizare a ionilor de Pb 2+.

• Fitoremedierea solurilor folosind plante hiperacumulatoare este o alternativă eficientă la procedeele convenționale și o metodă ecologică ce își arată eficiența în timp.

Bibliografie

• Corneliu Pohonțu, 2011 Studies on the treatment of the municipal landfill leachate (Teza de doctorat), Iași;

•  Paula Caraiman (Cojocaru), Corneliu Pohonţu, Gabriela Soreanu, Matei Macoveanu, Igor Crețescu, 2012, Optimization process of cadmium and zink removal from soil by phytoremediation using Brassica napus and Triticum sp., Environmental Engineering and Management Journal, Iași; 

• Jianwei W. Huang, Jianjun Chen, William R. Berti, Scott D. Cunningham, 1997,  Phytoremediation of Lead-Contaminated Soils:  Role of Synthetic Chelates în Lead Phytoextraction, Environmetal Science and Technology;

• Michael J. Blaylock, Mark P. Elless, Jianwei W. Huang, Slavik M. Dushenkov, 1999, Phytoremediation of lead-contaminated soil at a New Jersey Brownfield site, Remediation Journal;

• Arthur L. Salido, Kelly L. Hasty, Jae-Min Lim & David J.Butcher, 2010, Phytoremediation of Arsenic and Lead în Contaminated Soil Using Chinese Brake Ferns (Pteris vittata) and Indian Mustard (Brassica juncea), International Journal of Phytoremediation.

VĂ MULȚUMIM PENTRU ATENȚIE!

PS: CREȘTEȚI MUȘCATE!