Всеукраїнський відкритий конкурс рефератів з ядерної енергетики та ядерної фізики Конкурсна робота
| Вид материала | Конкурс |
- Всеукраїнський відкритий конкурс рефератів з ядерної енергетики та ядерної фізики Конкурсна, 356.44kb.
- Всеукраїнський відкритий конкурс рефератів по ядерній енергетиці та ядерній фізиці, 155.37kb.
- Оптичні квантові генератори-лазери” модуль основні поняття І закони електромагнетизму, 71.29kb.
- План вражаючі фактори ядерної зброї та їх вплив на населення. Коротка характеристика, 167.32kb.
- Розділ I загальні положення, 1818.91kb.
- Реферат циклу наукових праць, 205.35kb.
- Реферат з безпеки життєдіяльності, 127.23kb.
- Реферат з безпеки життєдіяльності, 130.41kb.
- Асоціація “дитяча екологічна, 207.77kb.
- Зміст вступ 4 Розділ 1 Соціальна обумовленість кримінальної відповідальності за порушення, 380.64kb.
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
Українське ядерне товариство
Всеукраїнський відкритий конкурс рефератів з ядерної енергетики та ядерної фізики
Конкурсна робота
ФІТОРЕМЕДІАЦІЯ, ЇЇ ЗНАЧЕННЯ, ПЕРЕВАГИ, НЕДОЛІКИ ЇЇ
ВИКОРИСТАННЯ
Роботу виконав:
учень 10-А класу ЕБГ «Гармонія»,
Квач Павло Іванович,
Науковий керівник:
Коток Людмила Миколаївна,
вчитель – методист,
спеціаліст вищої категорії,
керівник гуртка «Юний біолог»
Енергодарського Центру дитячої
та юнацької творчості
Енергодар
2010
ЗМІСТ
| ВСТУП ……………………………………………………………………… | |
| | |
| РОЗДІЛ 1 ФІТОРЕМЕДІАЦІЯ, ЇЇ ЗНАЧЕННЯ, ПЕРЕВАГИ ТА НЕДОЛІКИ ЇЇ ВИКОРИСТАННЯ ………………………………………… | |
| 1. Фіторемедіація, особливості цього процесу ……………………… | |
| 1.2. Забруднення навколишнього середовища-неминуча реальність сьогодення …………………. | |
| 1.3 Основні причини забруднення навколишнього середовища …… | |
| 1.4. Наслідки діяльності людини………………………………………. | |
| 1.5. Види фіторемедіаціі………………………………………………… | |
| 1.6. Найбільш ефективні види фіторемедіації………………………... | |
| 1.7. Переваги фіторемедіації у порівнянні з традиційними методами очищення……………………………………………………………… | |
| 1.8. Значення інноваційної технології для екологічного стану біосфери нашого міста……………………………………………….. | |
| 1.9. Порядок проведення фіторемедіації експериментально………… | |
| 1.9.1. Аналіз і систематизування процесу фіторемедіації макролітів | |
| | |
| ВИСНОВКИ ………………………………………………………………….. | |
| | |
| СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ ………………………………………… | |
| | |
| ДОДАТКИ …………………………………………………………………… | |
| | |
ВСТУП
Актуальність теми.
Господарська діяльність людини порушує природні біогеохімічні цикли, забруднює повітря, водойми й ґрунти різними органічними й неорганічними речовинами. Використання різноманітних отрутохімікатів у сільському господарстві й у побуті, відходи двигунів внутрішнього згоряння транспортних засобів, включаючи космічні, видобуток і переробка копалин, міські стоки мегаполісів, воєнні дії й т.д. приводять до порушення природних циклів і збалансованих умов навколишнього середовища. Так, наприклад, важкі метали й хімічні забруднювачі середовища, накопичуючись і просуваючись по харчовому ланцюзі (ґрунт - рослини - тварини - людини), вражають різні органи тварин і людини, викликаючи захворювання. Екологічне питання стає усе гостріше й гостріше. Поява такого поняття як фіторемедіація й знань пов'язаних з ним дає шанс людству врятувати біосферу Землі і її представників.
Мета та задачі дослідження.
Метою дослідження є: визначити, що таке фіторемедіація, її види, значення. Виявити особливості даного процесу, його переваги й недоліки. Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити наступні задачі:
- висвітити переваги даної технології;
- дослідити ефективність використовування фіторемедіаторів;
- проаналізувати значення фіторемедіації, як принципово нової технології;
- підвищити екологічну культуру людей.
Науково-практична новизна проекту полягає в тім, що на основі багатоетапних лабораторних, польових і токсикологічних випробувань буде сформований банк перспективних для фіторемедіації й безпечних для навколишнього середовища й людини рослин і природних штамів мікроорганізмів, що стимулюють ріст рослин, і володіють здатністю розкладати нафтопродукти й поверхнево-активні речовини (ПАР). Поряд з використанням високоактивних рослинно-мікробних асоціацій будуть розроблені додаткові прийоми підвищення їхньої активності in situ.
ФІТОРЕМЕДІАЦІЯ, ЇЇ ЗНАЧЕННЯ, ПЕРЕВАГИ ТА НЕДОЛІКИ ЇЇ ВИКОРИСТАННЯ
1.1. Фіторемедіація, особливості цього процесу
Фіторемедіація - комплекс методів очищення вод, ґрунтів і атмосферного повітря з використанням зелених рослин.
Перші найпростіші методи очищення стічних вод - поля зрошення й поля фільтрації - були засновані на використанні рослин.
Перші наукові дослідження були проведені в 50-х роках в Ізраїлю, однак активний розвиток методики відбувся тільки в 80-х роках XX століття. У зв'язку з народженням ефективної й невитратної технології з'явився новий термін «фіторемедіація навколишнього середовища», що припускає відновлення антропогенно порушених екосистем за допомогою рослин. Господарська діяльність людини порушує природні біогеохімічні цикли, забруднює повітря, водойми й ґрунти різними органічними й неорганічними речовинами. Використання різноманітних отрутохімікатів у сільському господарстві й у побуті, відходи двигунів внутрішнього згоряння транспортних засобів, включаючи космічні, видобуток і переробка копалин, міські стоки мегаполісів, воєнні дії й т.д. приводять до порушення природних циклів і збалансованих умов навколишнього середовища. Так, наприклад, важкі метали й хімічні забруднювачі середовища, накопичуючись і просуваючись по харчовому ланцюзі (ґрунт - рослини - тварини - людини), вражають різні органи тварин і людини, викликаючи захворювання. Фіторемедіаційна технологія заснована на здатності рослин видаляти токсичні речовини з навколишнього середовища або перетворювати їх у безпечні з'єднання - метаболіти. У такий спосіб рослини здатні виключити 3 і 4 ланка даного ланцюжка, запобігаючи влученню важких металів і хімічних забруднювачів в організм людини. Виходить, що фіторемедіація - це ефективна й економічно вигідна біотехнологія, заснована на використанні рослин і асоційованих з ними мікроорганізмів-деструкторів. У силу свого взаємовигідного співіснування рослинно-мікробні асоціації (симбіози) мають більші переваги при виживанні в несприятливих умовах навколишнього середовища. Важливим етапом при розробці технології фіторемедіації є вибір найбільш підходящої рослини; дотепер загальноприйнятого підходу не існує. Використання тих або інших рослин часто ґрунтується на їхній здатності рости на забруднених територіях або просто на доступності насінного матеріалу.
1.2. Забруднення навколишнього середовища-неминуча реальність сьогодення
Однак на сучасному етапі урбанізації й розвитку суспільства - це неминуча реальність тому, що людині потрібні комфортні житлові умови, тепло й світло, мобільність, також необхідні хімічні засоби захисту від настирливих комах, збудників і носіїв різних хвороб і т.д. Плата за ці перемоги - життя й здоров'я нині живучих, а також майбутніх поколінь. У цей час ученими однозначно доведено: чим на більш високій стадії розвитку перебуває суспільство, тим більш складним є його екологічний стан.
В економічно розвинених і країнах, що розвиваються, все частіше прибігають до біологічного очищення антропогенно порушеного навколишнього середовища за допомогою рослин, які не тільки самі беруть активну участь у процесах фиторемедіації, але й у багатьох випадках сприятливо діють на мікрофлору ґрунтів, підвищуючи ефективність процесів відновлення природних умов. Спільне симбіотичне використання детоксикаційного потенціалу мікроорганізмів і рослин може бути дуже ефективним.
1.3. Основні причини забруднення навколишнього середовища
Техногенне забруднення навколишнього середовища, що почалося в середині минулого століття, прийняло глобальний характер. В 21 столітті ситуація продовжує погіршуватися, оскільки збільшуються темпи зростання світового виробництва й споживання продукції нафтохімічного комплексу. Серед основних джерел забруднення навколишнього середовища поліциклічними вуглеводнями (коксохімічне виробництво, установки спалювання викопного палива - ТЕС, ГЕС, котельні, чорна й кольорова металургія, виробництво будівельних матеріалів, целюлозно-паперова, хімічна, нафтохімічна, паливна промисловості, а також транспорт, комунальне й сільське господарство) головна роль належить підприємствам нафтової галузі.
1.4. Наслідки діяльності людини
Території практично всіх бензозаправних станцій, паливних баз, промислових підприємств нафтопереробного комплексу забруднені ПАР. Те ж стосується автомобільних і залізничних магістралей. Забруднені ділянки землі при цьому можуть простиратися на більші відстані, що ускладнює проведення традиційних рекультиваційних робіт. Щорічно в результаті «природного витоку» і аварійних розливів на нафтопроводах і родовищах у навколишнє середовище надходить 5 - 10% від добутої нафти, що становить 1,7-8,8 млн. т. Серед вуглеводнів нафти особливу погрозу представляють поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАР), що є персистентними полютантами, що володіють високою токсичністю й стійкістю до розкладання. Ці речовини характеризуються біоакумуляцією, є об'єктом трансграничного переносу по повітрю й воді, осаджуються на великій відстані від джерел викидів, накопичуються у воді й наземних екосистемах.
1.5. Види фіторемедіаціі
Сучасні фіторемедіаційні технології можуть ґрунтуватися на різних методологічних підходах - це фітоекстракція, ризофільтрування, фітодеградація, фітоволоталізація й ін. Перш ніж використати ту або іншу технологію, варто провести ретельний аналіз місця, що підлягає відновленню, установити тип токсичного з'єднання, його концентрацію, глибину проникнення в ґрунт, тип ґрунту, наявність ґрунтових вод, кількість опадів у період вегетації й т.д.
Фотоліз, тобто розкладання речовин під дією світла, використовується для очистки ґрунтів від хлорпохідних бензолу в умовах їхнього поливу й додавання осаду переробки стічних вод. Якщо в природних умовах витяг хлорпохідних на 50% досягається за 13-622 діб, то при фотолізі необхідний строк скорочується до 11-181 доби.
Флотація успішно застосована для відновлення якості землі, пошкодженою при пожежі великого оптового складу-сховища пестицидів у Швейцарії. Після пожежі ділянка виявилася забрудненою різними хімічними сполуками, у тому числі органортутними. Селективною екскавацією було знято 14200 т забрудненого ґрунту, що відправили на спеціально побудований завод по її збагаченню. Технологія очищення ґрунту включала його просівання й здрібнювання із флотацією, при якій було витягнуто 95% забруднювачів. Очищений ґрунт повернули на колишнє місце. Забруднену фракцію обробили вапном, потім завантажили в контейнери й розмістили в підземних похованнях ФРН.
Фітоекстракцію звичайно використовують для очищення ґрунтів і водойм, забруднених важкими металами й радіонуклідами. Особливістю фітоекстракції є поглинання забруднювачів кореневою системою рослин разом з живильними речовинами й транслокація їх у надземні органи. По завершенню вегетації й транслокаційних процесів надземні органи рослин скошуються й підлягають відповідній переробці. Наприклад, після озолення зібраної біомаси зола стає джерелом кольорових металів. Якщо одержання металів із золи обходиться дорожче їхньої собівартості, то біомасу рослин компостують. Ефективність фітоекстракції визначається коефіцієнтом біоакумуляції, що дорівнює відношенню концентрації металів у рослинах до концентрації їх у ґрунті або в забрудненій воді.
Ризофільтрація - здатність рослин створювати навколо кореневої системи мікросередовище, що сприяє концентрації й проникненню речовин у рослини. Безумовна перевага ризофільтраційної технології полягає в її дешевині й можливості використати широко розповсюджені рослини, у тому числі й деревні. Для застосування в даній технології рослини повинні відповідати наступним вимогам: відрізнятися швидким ростом, інтенсивно накопичувати біомасу, мати потужну кореневу систему. В основному це широколисті, однодольні багаторічні рослини, що добре ростуть в умовах і теплого, і холодного клімату. Цим вимогам відповідають багато водних і болотних рослин. Рослини перебувають у тісній взаємодії з мікроорганізмами, що заселяють ґрунт. Рослинний організм у ході фотосинтезу акумулює сонячну енергію у вуглеводах (цукрах). Від 10% до 20% всієї запасеної в процесі фотосинтезу енергії витрачається рослиною на синтез і виділення речовин (цукру, спирти, органічні кислоти) у прикореневу зону, що сприяє розвитку мікроорганізмів. Тому безпосередньо поруч із поверхнею корінь в одному кубічному сантиметрі втримується близько 130 млрд. мікроорганізмів, а на відстані 10 див їхня присутність падає до 20млрд. Найважливішим механізмом “фіторемедіації” ґрунту є біодеградація вуглеводнів нафти мікроорганізмами, чий розвиток стимулюється виділеннями корінь.
Фітодеградація або фітотрансформація — «внутрішнє» руйнування вуглеводнів рослиною — після поглинання розкладання їх у ході метаболічних процесів або «зовнішнє», коли нафтопродукти розкладаються під дією кореневих виділень — безсумнівно, один з основних технологічних прийомів фіторемедіації. Він заснований на можливості рослин разом із ґрунтовою мікрофлорою здійснювати ферментативне розщеплення органічних токсикантів ґрунту. У процесі деградації органічних речовин, мабуть, відбувається видалення із ґрунту й неорганічних токсичних забруднювачів, таких як важкі метали й радіонукліди. Фітодеградаційна технологія виявилася ефективною у випадках забруднення ґрунту високими концентраціями аліфатичних, ароматичних, і поліциклічних вуглеводнів, фенолів, пестицидів та ін. Звичайно всі рослини володіють деградаційною токсикантною властивістю. Однак найбільш високі фітодеградаційні характеристики проявляють такі однолітні трав'янисті рослини, як вівсяниця, хрін, люцерна й деревні рослини: дуб, тополя, верба, кипарис. Багато водоростей так само активно метаболізують органічні токсиканти.
Фітоволоталізація. Сутність її полягає в здатності рослин до газообміну й транспірації, тобто випару води листами. При цьому токсиканти, що надійшли через кореневу систему, виділяються в атмосферу із транспіраційним струмом (так назив. ідучий по судинах і трахеїдам рослини струм сирого соку, всмоктаного коріннями). Ця технологія виявилася досить придатною для очищення ґрунтів і водойм від органічних і навіть неорганічних з'єднань на основі селену і ртуті. Однак у цієї технології в ряді випадків є серйозні обмеження — нетрансформовані токсиканти, що виділилися в атмосферу, можуть бути залучені в харчовий ланцюг і бути причиною вторинного забруднення навколишнього середовища.
При забрудненнях водної поверхні або викидах більших кількостей полютантів, коли з'являються так звані «калюжі», необхідно використати інші методи очищення. Разом з тим, для випадків забруднень, коли полютанти не утворюють суцільного шару або плівки на поверхні, а проникають углиб ґрунту й попадають у підґрунтові води, найбільш ефективним з технічної й економічної точки зору методом ліквідації забруднення є фіторемедіація. З ризосфери обраних рослин будуть виділені й протестовані штами-деструктори нафтопродуктів. На лабораторних тваринах (білих мишах і пацюках) буде дана токсикологічна оцінка перспективних штамів на безпеку для теплокровних тварин.
Наступним етапом досліджень є відпрацьовування способів інтенсифікації процесів фіторемедіації (за допомогою рослин і мікроорганізмів-деструкторів) шляхом підбора стимулюючих добавок.
Потім технологію фіторемедіації планується випробувати в мікропольових умовах.
Фітостабілізація являє собою нагромадження, або іммобілізацію рослиною забруднюючих речовин із ґрунту або ґрунтових вод. При цьому можливі різні механізми процесів - абсорбція полютантів коріннями й нагромадження їх в - рослині, адсорбція полютантів у прикореневій зоні - ризосфері й (або) їхнє осадження там. На жаль, із всіх видів, що вивчалися, рослин жодне не показало або значного ефекту відносно нафти й нафтопродуктів, хоча даний метод добре зарекомендував себе для видалення із ґрунту й ґрунтових вод важких металів.
Фітовипар - здатність рослини поглинати нафта або нафтопродукти в процесі підтримки свого водного балансу, тобто разом з водою «викачують» із ґрунту забруднюючу речовину. Ця здатність хоча й може бути використана для очищення забруднень, разом з тим є півзаходом, тому що в цьому випадку забруднююча речовина виводиться в атмосферу в процесі транспірації.
Таким чином, з вищесказаного треба визначити, що рослини є не тільки джерелом кисню, їжі й тепла для людини, кормом для худоби й птахів, матеріалом для будівництва й т.д., але як фіторемедіанти беруть активну участь у підтримці екологічного балансу на нашій планеті шляхом засвоєння й метаболічної деградації антропогенних отрут (Додаток1, Рисунок1.1.).
1.6. Найбільш ефективні види фіторемедіації
Більш ефективним є очищення, коли рослина сполучає здатність до фітовипару й фітодеградації, тоді в повітря виводяться тільки безпечні продукти розкладання нафтопродуктів.
У якості об'єднуючого, проміжного між вищевказаними трьома властивостями є так званий гідравлічний контроль, коли рослина одержує доступ до ґрунтових вод і споживає разом з вологою забруднюючу речовину. Згодом воно може або руйнувати, або випаровувати забруднювач.
Трохи особняком стоїть здатність рослин до ризодеградації, ще називаного ризосферно посиленої біодеградацією або рослинно посиленої біодеградацією. Принцип цього механізму полягає в тому, що розкладання забруднюючих вуглеводнів виробляється не самою рослиною, а мікроорганізмами, що живуть у безпосередній близькості до її корінь, тобто в ризосфері. Роль рослини полягає в значному посиленні ефективності роботи мікроорганізмів за рахунок біологічно активних кореневих виділень, хоча результати окремих досліджень показали, що рослини крім стимуляції мікробів можуть і самі брати безпосередню участь у розкладанні вуглеводнів.
Більш ефективним є очищення, коли рослина сполучає здатність до фітовипару й фітодеградації, тоді в повітря виводяться тільки безпечні продукти розкладання нафтопродуктів.
У якості об'єднуючого, проміжного між вищевказаними трьома властивостями є так званий гідравлічний контроль, коли рослина одержує доступ до ґрунтових вод і споживає разом з вологою забруднюючу речовину. Згодом воно може або руйнувати, або випаровувати забруднювач.
1.7. Переваги фіторемедіації у порівнянні з традиційними методами очищення
Відомі різні способи відновлення порушених екосистем. Механічний витяг, видалення й ізолювання (складування), наприклад, забруднених важкими металами, нафтою, ядохимікатами ґрунтів. Існують фізичні й хімічні (електрокінетичні, промивання, стабілізація, окислювання або відновлення) методи очищення навколишнього середовища. Слід зазначити, що ці способи найчастіше малоефективні й надмірно дорогі, до того ж вони, як правило, приводять до вторинного забруднення навколишнього середовища. Крім того, згадані підходи можуть бути ефективні на невеликих локальних територіях забруднення. Для хімічного й фізичного редукування сміття й забруднень потрібні величезні фінансові витрати, що утрудняє реалізацію «зелених» програм. Щоб знищити гори індустріального сміття, очистити заражений ґрунт і отруєні води вчені пропонують вийти з матеріально обтяжного положення, скориставшись доступними природними засобами. Ідея полягає у висаджуванні на уражених територіях рослин, які здатні до фіторемедіації, що набагато дешевше, ніж будівництво спеціальних очисних споруджень, і до того ж максимально екологічно. Економічна ефективність фіторемедіації є, мабуть, самим вагомим аргументом на користь даної технології. Біологічний спосіб відновлення антропогенно порушених екосистем є найбільш економічним і безпечним. Наприклад, індійський вчений-еколог М. Н. Прасад підрахував, що вартість очищення ґрунтів забруднених важкими металами, радіонуклідами, нафтою й пестицидами за допомогою рослин, що використають тільки енергію сонця, становить усього п'ять відсотків від витрат на інші способи відновлення екосистем. Американські дослідники також підрахували, що відновлення звичайним способом одного акра (0,4 га) ґрунту, забрудненим ртуттю до глибини 50 див, у середньому обходиться від 400 тис. до 1млн 700 тис. доларів США, тоді як застосування фіторемедіаційної технології коштує від 60 до 100 тис. Різниця в ціні красномовна. Отже, виявлення із природної флори регіонів видів рослин, здатних до акумуляції ксенобіотиків, є перспективним завданням, що стоїть й перед ученими нашої країни. Існують види рослин, що накопичують надлишок важких металів, а також види, що акумулюють пестициди й руйнують їх до нешкідливого стану. Відомі так звані рудеральні рослини, що виростають на забруднених, непридатних територіях: сарептська гірчиця, ярутка, бурячок, коноплі, лобода й ін. Виявлено, що деякі дикі злакові рослини також пристосовані до забруднених умов ґрунту важкими металами. Сьогодні інженерні методи очищення забруднених нафтою ділянок землі обходяться північноамериканським нафтовим компаніям у суму від 10 до 1000 доларів США за кубометр ґрунту.
1.8. Значення інноваційної технології для екологічного стану біосфери нашого міста
Загальна площа заростей у Каховському водоймищі становить 43км або 2% площі всієї акваторії. Більше половини площі всіх заростаючих територій займають зарості повітряно-водної рослинності, найменшу площу - вільно-плаваюча й рослинність із плаваючими листами.
Середня фітомаса повітряно-сухої рослинності Каховського водоймища становить 11,3 т/га, загальні запаси сирої маси рослинності становлять 165000 т, повітряно-сухий – 48000 т.
Розподіл рослинної маси по площі водоймища нерівномірно, основна концентрація маси рослинності характерна для верхньої частини плесів. Основну роль у продукуванні органічної речовини грає повітряно-водна рослинність, що утворить 50-90% цієї маси, на частку зануреної доводиться 10-30%, а рослинність із плаваючими листами - 0,5-5%.
Середня продуктивність заростей Каховського водоймища наступна:
Сира фітомаса зарості - 38,3 т/га;
Сира фітомаса мілководдя - 15,2 т/га;
Середнє для водоймища - 0,8 т/га;
Повітряно-суха фітомаса:
Заростей - 11,3 т/га;
Мілководдя - 4,5 т/га;
Середнє для водоймища - 0,2 т/га.
Вуглець:
Заростей – 521,5 г/м2;
Мілководдя – 207,6 г/м2;
Середнє для водоймища – 10,4 г/м2.
Необхідно відзначити, що нагромадження хімічних речовин вищої рослинності залежить від цілого ряду факторів: видових особливостей рослин, фізико-хімічних параметрів води й донних відкладень, сезону року, змісту хімічних речовин в абіотичних середовищах (вода, донні відкладення). Наприклад, при одночасному доборі з однієї і тієї ж ділянки водойми ряски, куширу, водокрасу, очерету й ниткових водоростей виявилося, що зміст свинцю був вище в ниткових водоростях, марганцю - у рясці, нікелю й міді - у куширі. Мінімальна кількість нікелю й міді виявлені в очереті, марганцю - у водокрасі, свинцю - у куширі.
Великий зміст всіх полютантів в эйхорнії, що була висаджена на мілководдя, у верхній частині Каховського водосховища. До того ж в эйхорнії був виявлений зміст у невеликій кількості Cs (дані наведені в Таблиці 3.2). Значні розходження в змісті важких металів у водяних рослинах тих самих видів, зібраних у верхній частині водоймища при середньому інтенсивному тепловому впливу збросного каналу Запорізької ТЕС. Концентрація більшості важких металів у пробах, відібраних у зоні впливу збросних вод Запорізької ТЕС трохи вище, а марганцю - нижче, ніж у таких з верхньої частини водоймища (Додаток 2, Таблиця 1.3).
Як видно, підвищення температури води сприяє більше інтенсивному нагромадженню металів водоростями внаслідок більше інтенсивної їхньої життєдіяльності в умовах підігрітих вод. Цей висновок попередній і вимагає більше цілеспрямованих досліджень. Однак уже зараз говорить про вплив підігрітих вод на більше інтенсивне споживання металів вищої водної рослинності. Підтвердженням цьому можна вважати й той факт, що зміст металів в очереті, відібраному у верхній частині Каховського водосховища нижче, ніж, наприклад, очереті з водоймища в районі скидання підігрітих вод Запорізької ТЕС. Динаміка змісту важких металів (мг/кг сухої маси) у троснику різних ділянок Каховського водосховища: а) - верхня частина водоймища; б) - район скидання теплих вод із Запорізької ТЕС (Додаток 2,Таблиця 1.4.).
Із врахуванням меж коливання концентрацій важких металів були розраховані межі біологічного нагромадження металів, рівні відношенню змісту елементів у рослинах (мг/кг) до таких у воді. Для марганцю коефіцієнт нагромадження становить - 17166-186833; свинцю - 25-755; нікелю - 1275-16000; міді - 330-10800; цинку - 825-25090.
Досить високі коефіцієнти біологічного нагромадження свідчать про те, що водяні рослини є потужним акумулятором важких металів і, отже, протягом вегетаційного періоду втягують у біогенну міграцію значну кількість хімічних елементів. Необхідно відзначити, що ці дані носять попередній характер. Одержання надійних результатів, які будуть основою для математичного моделювання вимагають значно більшого статичного матеріалу (Додаток 1).
Вже зараз можна судити про те, що вища водна рослинність має величезне значення в процесах формування якості води й самоочищення від забруднень. Однак не варто будувати оптимістичних прогнозів із приводу визначального внеску вищої водної рослинності на процеси самоочищення водного середовища від різних класів хімічних речовин і їхніх з'єднань.
Проведені нами розрахунки показали, що протягом одного вегетаційного сезону в процесі життєдіяльності вища водна рослинність споживає більше 9% всіх з'єднань азоту, що перебуває у водоймищі, близько 4% фосфору, більше 20% марганцю, 1-2,5% інших важких металів і тільки соті частки таких елементів як кальцій і магній.
Як порівняння в таблиці 1.4 представлені дані, що характеризують середньорічні запаси деяких розчинених хімічних речовин у воді Каховського водоймища, загальні запаси в рослинній масі водоймища й внесок вищої водної рослинності в процеси самоочищення водного середовища представлені у таблиці 1.5. (Додаток 3).
1.9. Порядок проведення фіторемедіації експериментально
Технологія фіторемедіації ґрунту забрудненим нафтою, досить проста в застосуванні, але вимагає висококваліфікованих фахівців. Вона складається з декількох етапів:
1. Оцінка характеру забруднення ділянки (хімічний склад розливу, ступінь проникнення нафти в ґрунт, картирування).
2. Розробка оптимальної схеми фіторемедіації (підбор видового складу рослин, які оптимальним образом підходять для усунення даного типу забруднення й відповідають даним ґрунтово-кліматичним умовам, визначення схеми посадки, вибір необхідних агротехнічних заходів, у т.ч. оптимізація харчування й хімічний захист рослин).
3. Вирощування рослин (проведення комплексу агротехнічних заходів, у т.ч. підготовка насінного матеріалу, підготовка ґрунту, внесення мінеральних добрив, використання засобів захисту).
4. Моніторинг ділянки (визначення концентрації й поширення хімічних компонентів нафти, відстеження шляхів біодеградації нафти, проведення інформаційного аналізу й прогнозування).
1.9.1. Аналіз і систематизування процесу фіторемедіації макрофітів
Проведена систематизація, аналіз і узагальнення результатів досліджень різних авторів, пов'язаних з особливостями використання вищих водяних рослин (макрофітів) і наземних рослин для очищення (доочищення) промислових стічних вод від важких металів, ТМ (фіторемедіація). Установлено, що:
- нагромадження ТМ макрофітів відбувається найбільше інтенсивно протягом першої доби,
- концентраційний фактор макрофітів, тобто співвідношення концентрацій ТМ у рослині й водному середовищі має величину порядку 103 - 104,
- різні ТМ при їхній однаковій концентрації в середовищі поглинаються рослинами з різною швидкістю,
- занурені макрофіти накопичують більше ТМ, чим плаваючі й частково занурені рослини,
- ремедіація забруднених стоків може здійснюватися також за допомогою наземних рослин, вирощуваних в умовах гідропонної культури, і абсорбуючих, що концентрують або осаджують ТМ зі стоків за допомогою корінь дорослих рослин (ризофільтрація), а також за допомогою їхніх проростків.
На сьогоднішній день вже розроблена методологія лабораторного й польового скринінга й ідентифікації видів вищих водних і наземних рослин, що ефективно акумулюють ТМ, а також утилізації забрудненої біомаси. Однак, ще залишаються проблеми, пов'язані з дослідженням залежності концентраційної функції макрофітів від різних факторів, зокрема, що конкурує впливу іонів не тільки різних ТМ, але й інших хімічних елементів, що супроводжують їх у стічних і природних водах; з реалізацією безперервного характеру очищення стічних вод за допомогою макрофітів, як з використанням монокультур, так і їхніх комбінацій; зі збиранням забрудненої біомаси рослин-акумуляторів і т.д.
Вже зараз вдалося виявити рослини-гіперакумулянти важких металів. Це та ж сарепетськая гірчиця, люцерна, соняшник, сорго, деякі злакові й деревні рослини. Необхідно відзначити, що фітоекстракційні технології тільки починають розвиватися. Ні сумніву в тім, що вони будуть визнані ефективними, і їх чекає масштабне практичне застосування. Але для цього необхідні активні пошуки рослин-гіперакумулянтів важких металів і органічних токсикантів, виявлення генів, відповідальних за фітоекстракційні характеристики рослин, установлення послідовності біохімічних перетворень речовин і, нарешті, виявлення технологічних особливостей усього процесу фітоекстракції.
Водяні рослини у водоймах виконують наступні основні функції [1]:
* фільтраційну (сприяють осіданню зважених речовин);
* поглинальну (поглинання біогенних елементів і деяких органічних речовин);
* накопичувальну (здатність накопичувати деякі метали й органічні речовини, які важко розкладаються);
* окисну (у процесі фотосинтезу вода збагачується киснем);
* детоксикаційну (рослини здатні накопичувати токсичні речовини й перетворювати їх у нетоксичні).
Здатність вищих водяних рослин видаляти з води забруднюючі речовини - біогенні елементи (азот, фосфор, калій, кальцій, магній, марганець, сірку), важкі метали (кадмій, мідь, свинець, цинк), феноли, сульфати - і зменшувати її забруднення нафтопродуктами, синтетичними поверхнево-активними речовинами, що контролюється такими показниками органічного забруднення середовища, як біологічне споживання кисню (БСК) і хімічне споживання кисню (ХСК), дозволила використати їх у практиці очищення виробничих, господарсько-побутових стічних вод і поверхневого стоку, як в Україні, так і в усьому світі.
Для очищення водойм використаються очерет тросник і рогоз.
У процесі очищення вода очищається до наступних показників (мг/л): БСК - 9, зважені речовини - 9, повний азот - 14,2, аміак - 0,8, нітрати - 9,2, повний фосфор - 4,45, ортофосфати - 3,15. Середнє процентне зменшення концентрацій забруднюючих речовин у системі за дворічний період вивчення становить: 48% для БСК, 83 % для зважених речовин, 51% для загального азоту, 13% для загального фосфору, видалення патогенних організмів досягає 99,77 % [10]. Сумарна кількість солей у пробі води після очищення було на порядок нижче, ніж у пробі до очищення. І ефективність очищення прямо залежала від щільності заповнення рослинами водойми.
Питоме поглинання мінеральних речовин очеретом досягає (г на 1м сухої маси): кальцію - 3,95, калію - 10,3, натрію - 6,3, кремнію - 12,6, цинку - 50, марганцю - 1200, бору - 14,6 [16]. Установлено, що при середній концентрації амонію в стічних водах 24,7 мг/л, після очищення з використанням вищих водяних рослин (ВВР) його концентрація становила (мг/л) для очерету - 1,4, для троснику - 5,3, для рогоза - 17,7. При 80% - минулому знищені практично всі бактерії, контрольовані СЕС. Знищено основні гнильні мікроорганізми, подавлений стафілокок, загальне мікробне число й coli-індекс (кількість кишкової палички) були доведені до норм. Санітарні лікарі, чия професія не розташовує до емоційних оцінок, проте не приховували подиву - склад води відповідає нормам для відкритих водойм і плавальних басейнів. При очищенні стічних вод найчастіше використають такі види ВВР, як очерет, очерет озерний, рогоз вузьколистий і широколистий, рдест гребенчастий і кучерявенький, спіроделла багатокорнева, елодея, водний гіацинт (ейхорнія), касатик жовтий, сусак, стрілолист звичайний, гречка земноводна, різуха морська, уруть, хара, ірис та ін. Як показали дослідження, коренева система рогоза має високу здатність, що акумулює, щодо важких металів [14]. Концентрація металів у кореневій системі рогоза, що ріс на берегах шламонакопичувачей електростанцій, досягала (мг/кг): заліза - 199,1, марганцю - 159,5, міді - 3,4, цинку - 16,6.
ВИСНОВКИ
1. Висвітлено, що фіторемедіація – це принципово нова, високоефективна технологія, яка здатна зберегти біосферу Землі.
2. Виявлено, що основними забруднювачами навколишнього середовища є ГЕС, ТЕС, котельні, чорна й кольорова металургія та нафтохімічні підприємства.
3. Проаналізовані основні види фіторемедіації, як: фотоліз, флотація, фітоекстракція, ризофільтрація, фітодеградація, фітоволоталізація, фітостабілізація та фіто випар.
4. Виділені найбільш ефективні види вивчаємої технології: фітовипар – фітодеградація та фітоволоталізація – фітодеградація.
5. Виявлено, що у порівнянні з традиційними методами очистки навколишнього середовища від полютантів, фіторемедіація є більш ефективною та менш витратною технологією.
6. Проаналізована технологія фіторемедіації на основі фіторемедіабільності таких рослин, як: ейхорнія або водяний гіацинт, наяда, водокрас, кушир, ряска та рдест.
7. Виявлений оптимальний варіант порядку проведення фіторемедіації на основі здатностей рослин до цієї технології експериментально.
8. Проаналізовано і систематизовано особливості акумулювання полютантів макролітами.
9. Розкриті такі основні перешкоди для розвитку фіторемедіації, як: низька екологічна культура населення та недосконалість екологічного законодавства.
10. Підвищено інформованість про дану технологію широкого кола людей.
СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ
1. Дікієва Д.М., Петрова И.А. Хімічний склад макрофітів і фактори, що визначають концентрацію мінеральних речовин у вищих водяних рослинах // Гідробіологічні процеси у водоймах / Під ред. И.М. Распопова. - Л.: Наука, 1983. - С. 107-213.
2. Дмитрієва Н.Г., Ейнор Л.О. Роль макрофитов у перетворенні фосфору у воді // Вод. Рес. - 1985. - № 5. - С. 101-110.
3. Короткевич Л.Г. До питання використання водоохранно-очистных властивостей очерету звичайного // Вод. Рес. - 1976. - № 5. - С. 198-204.
4. Коцар Е.М. Інженерні спорудження типу «биоплато» як блок доочищення й водоотведения з неканализованных територій: Тез. докл. междунар. конф. «AQUATERRA», Санкт-Петербург, 1999. - С. 72-73.
5. Ладиженський В.Н., Саратов И.Е. Захист водних об'єктів від забруднення поверхневим стоком з території полігонів ТБО // 1-я конференція з міжнародною участю «Співробітництво для рішення проблеми відходів», 5-6 лютого 2004 р., Харків.
6.Смирнова Н.Н. Еколого-фізіологічні особливості кореневої системи прибрежноводной рослинності // Гидробиол. Журн. - 1980. - 26, № 3. - С. 60-69.
7.Стольберг В.Ф., Ладиженський В.Н., Спірін А.И. Біоплато - ефективна малозатратна экотехнология очищення стічних вод // Екологія довкілля та безпеку життєдіяльності. - 2003. - № 3. - С. 32-34.
8. Тимофєєва С.С. Біотехнологія знешкодження стічних вод // Хім. і технол. Води. - 1995. - 17, № 5. - С. 525-532.
9. Використання біологічних ставків з вищими водяними рослинами в практиці очищення стічних вод // Інформ. бюл. Держбуду. - 2002. - № 4. - С. 38.
10. Інформація надана Інформаційним Центром ОП ЗАЭС міста Енергодара.
Додаток 1
Рисунок 1.1. Види фіторемедіації
Додаток 2
Таблиця 1.3
Концентрації важких металів (мг/кг сухої ваги) у рослинах, відібраних у верхній частині Каховського водосховища (а) і в районі впливу збросних вод Запорізької ТЕС (б)
| Метали | Ниткові | Наяда | Водокрас | Кушир | Ряска | Рдест |
| Mn a) b) | 185 103 | 535 481 | 297 149 | 485 266 | 284 237 | 176 103 |
| Pb a) b) | 2,4 3,1 | 0,2 0,6 | 0,3 0.2 | 0.2 0.3 | 1.3 2.1 | 0.1 0.2 |
| Ni a) b) | 41 56 | 27 28 | 12 22 | 64 31 | 46 48 | 8 19 |
| Cu a) b) | 23 42 | 19 20 | 94 108 | 61 57 | 29 30 | 17 23 |
| Zn a) b) | 72 88 | 154 179 | 103 129 | 275 271 | 134 158 | 63 86 |
Таблиця 1.4
Динаміка змісту важких металів (мг/кг сухої маси) у троснику різних ділянок Каховського водосховища
| Час добору проб | Mn | Pb | Ni | Cu | Zn |
| Травень a) b) | 103 146,3 | 0,0 0,0 | 5,2 7,8 | 3,3 5,3 | 9,1 14,6 |
| Липень a) b) | 168 369,6 | 0,1 0,2 | 9,1 28,2 | 5,8 15,1 | 17,9 42,9 |
| Жовтень a) b) | 535 1121 | 0,3 0,7 | 9,8 17.6 | 5,6 15,6 | 42 130,2 |
Додаток 3
Таблиця 1.5
Середньорічні запаси хімічних речовин у воді Каховського водоймища й щорічне споживання їх вищою водною рослинністю (т/рік)
| елементи | Розчинені у воді | Спожиті вищою водною рослинністю | % спожитого від загальної кількості |
| N | 16200 | 1493 | 9,2 |
| P | 5400 | 188 | 3,5 |
| Ca | 960000 | 196 | 0,02 |
| Mg | 252000 | 97 | 0,04 |
| Fe | 460 | 11 | 2,4 |
| Mn | 90 | 18,7 | 20,8 |
| Pb | 35 | 0,4 | 1,1 |
| Ni | 120 | 1,0 | 1,0 |
| Cu | 170 | 1,9 | 1,1 |
| Zn | 290 | 6,4 | 2,2 |