biljke pogodne za fitoremedijaciju - nevena cule 2011

8/16/2019 Biljke Pogodne Za Fitoremedijaciju - Nevena Cule 2011

1/69


2/69

SADRŽAJ

1. UVOD .......................................................................................................................................... 5

2. PROBLEM ZAGAĐIVANJA VODA TEŠKIM METALIMA I NAČINI NJIHOVOGUKLANJANJA IZ OTPADNIH VODA ..................................................................................... 6

2.1 Voda kao prirodni resurs .................................................................................................... 6

2.2 Zagađivanje voda teškim metalima ................................................................................... 7

2.3 Načini uklanjanja teških metala iz otpadnih voda ........................................................... 11

2.3.1 Konvencijalna postrojenja za uklanjanje teških metala iz otpadnih voda .................... 12

2.3.2 Fitoremedijacija ............................................................................................................ 14

2.3.2.1 Rizofiltracija ............................................................................................................. 16

2.3.2.2

Konstruisani akvatični ekosistemi za uklanjanje teških metala iz otpadnih voda

.... 19

3. BILJKE U FITOREMEDIJACIJI .............................................................................................. 21

3.1 Poželjne osobine biljaka pogodnih za fitoremedijaciju ................................................... 21

3.2 Uloga biljaka u fitoremedijaciji ....................................................................................... 23

3.3 Uklanjanje teških metala pomoću akvatičnih biljaka ...................................................... 25

3.4 Vrste biljaka pogodnih za fitoremedijaciju ...................................................................... 28

3.4.1

Familija Amaranthaceae - štirevi, lobodnjače

.............................................................. 313.4.2 Familija Asteraceae - glavočike ................................................................................... 32

3.4.3 Familija Brassicaceae - kupusnjače .............................................................................. 36

3.4.4 Familija Cannaceae - kane ........................................................................................... 39

3.4.5 Familija Caryophyllaceae - karanfili ............................................................................ 42

3.4.6 Familija Cyperaceae - oštrice ....................................................................................... 44

3.4.7 Familija Fabaceae - mahunarke, leptirnjače ................................................................. 46

3.4.8 Familija Poaceae - prave trave ..................................................................................... 50

3.4.9 Familija Pontederiaceae ............................................................................................... 54

3.4.10 Familija Salicaceae - vrbe ............................................................................................ 56

3.4.11 Familija Typhaceae - rogozi ......................................................................................... 59

4. ZAKLJUČAK ............................................................................................................................ 61

5. LITERATURA ........................................................................................................................... 63


3/69

TABELE

Tabela 1. Izvori i količina vode na Zemlji ......................................................................................................... 6

Tabela 2. Druge biljke koje su najčešće korišćene u fitoremedijaciji zagađenih voda i zemljišta ................... 29

Tabela 3. Sistematika vrsta familije Amaranthaceae ...................................................................................... 31

Tabela 4. Sistematika vrsta familije Asteraceae .............................................................................................. 32

Tabela 5. Sistematika vrsta familije Brassicaceae

........................................................................................... 36Tabela 6. Sistematika vrsta familije Cannaceae .............................................................................................. 39

Tabela 7. Sistematika vrsta familije Caryophyllaceae ..................................................................................... 42

Tabela 8. Sistematika vrsta familije Cyperaceae ............................................................................................ 44

Tabela 9. Sistematika vrsta familije Fabaceae ................................................................................................. 46

Tabela 10. Sistematika vrsta familije Poaceae ................................................................................................. 50

Tabela 11. Sistematika vrsta familije Pontederiaceae ..................................................................................... 54

Tabela 12. Sistematika vrsta familije Salicaceae ............................................................................................ 56

Tabela 13. Sistematika vrsta familije Typhaceae ............................................................................................ 59Tabela 14. Sastav otpadne vode iz spremišta sirove nafte pre i posle tretmana u konstruisanom akvatičnomekosistemu (Groudeva et al., 2001) .................................................................................................................. 59

Tabela 15. Koncentracije teških metala u korenu Typha spp. (Groudeva et al., 2001, modifikovano) ........... 60

SLIKE

Slika 1. Zagađivanje površinskih voda kao posledica rudničke aktivnosti ........................................................ 8

Slika 2. Zagađivanje voda kao posledica pozicioniranja industrijskih objekata duž reka .................................. 9

Slika 3. Ugrožavanje integriteta voda kroz njeno prekomerno korišćenje i unos različitih

............................. 10

Slika 4. Komunalno zagađenje kao koncentrisani i rasuti izvor zagađivanja voda .......................................... 10

Slika 5. Konvencionalne metode prečišćavanja zagađenih zemljišta ............................................................... 11

Slika 6. Postrojenje za konvencionalni tretman otpadnih voda ........................................................................ 12

Slika 7. Konstruisani akvatični ekosistem ........................................................................................................ 12

Slika 8. Konvencionalni sistem za prečišćavanje otpadnih voda ..................................................................... 13

Slika 9. Fitoremedijacija ................................................................................................................................... 15

Slika 10. Različite tehnike fitoremedijacije ...................................................................................................... 16

Slika 11. Protočni rizofiltracioni sistem (u sistemu se gaje 8-12 nedelja stare sadnice suncokreta, čije jekorenje potopljeno u kontaminiranu vodu koja teče) ....................................................................................... 17

Slika 12. Izgled odrasle biljke i klijanaca vrste Brassica juncea ..................................................................... 18

Slika 13. Alternativni sistem za prečišćavanje otpadnih voda ......................................................................... 19

Slika 14. Osobine idealne biljke za fitoremedijaciju ........................................................................................ 21

Slika 15. Eichhornia crassiper (Mart.) Solms. i Lemna minor L. .................................................................... 22

Slika 16. Mehanizmi uklanjanja zagađujućih materija iz vode ........................................................................ 23

Slika 17. Kategorije akvatičnih makrofita ........................................................................................................ 25

Slika 18. Broj biljnih vrsta koje mogu da hiperakumuliraju metale

................................................................. 28Slika 19. Izgled biljaka Phragmites communis Trin., Schoenoplectus lacustris (L.) Palla, Typha latifolia L,

Iris pseudoacorus L., Juncus effuses L. i Alisma plantago- aquatica L. ......................................................... 29


4/69

Slika 20. Izgled biljaka Solanum dulcamara, Lysimachia vulgaris, Caltha palustris, Lychins flos-cuculi,Carex gracilis i Butomus umbellatus ............................................................................................................... 30

Slika 21. Biodiverzitet vrsta pogodnih za fitoremedijaciju .............................................................................. 30

Slika 22. Amarantusi pogodni za fitoremedijaciju ( Amaranthus cruentus L., Amaranthus tricolor L. i Amaranthus paniculatus L.) ............................................................................................................................. 32

Slika 23. Biljke sa velikom biomasom Helianthus annuus L. - suncokret i Helianthus tuberosus L. - čičoka 34

Slika 24. Biljke sa velikom biomasom Rudbeckia hirta L. - rudbekija, Tanacetum vulgare L. - vratić iSolidago canadensis L. - zlatnica kanadska ..................................................................................................... 34

Slika 25. Biljke Lactuca serriola L. - divlja salata i Artemisia vulgaris L. - divlji pelin ................................. 35

Slika 26. Biljke Bidens tripartita L. - kozji rogovi i Tussilago farfara L. - podbel ......................................... 35

Slika 27. Hiperakumulatori Thlaspi caerulescens J. & C. Presl i Thlaspi rotundifolium (L.) Gaudin ............. 37

Slika 28. Biljke Brassica juncea (L.) Czern. - indijska slačica i Brassica napus L. - uljana repica ................ 38

Slika 29. Biljke Sinapis alba L. - bela slačica i Alyssum murale Waldst. & Kit. - kumenica .......................... 38

Slika 30. Biljke Canna indica L. - kana i Canna flaccida Salisb. .................................................................... 40

Slika 31. Plutajuća ostrva sa kanom (Canna indica L.)

................................................................................... 40Slika 32. Početak eksperimenta krajem jula meseca (levo), veličina biljaka na početku eksperimenta (sredina)i veličina biljaka sredinom septembra (desno) ................................................................................................. 41

Slika 33. Deo kana na početku eksperimenta (levo) i izgled biljaka sredinom eksperimenta (desno) ............. 42

Slika 34. Biljka Silene vulgaris (Moench) Garcke. - pucavac ......................................................................... 43

Slika 35. Biljke pogodne za fitoremedijaciju voda Carex hirta L. (dlakava oštrika), Carex rostrata Stokes(kljunasta šaš) i Cyperus alternifolius L. (vodena palma) ................................................................................ 45

Slika 36. Biljke Cyperus papyrus L. - papirus i Schoenoplectus lacustris (L.) Palla - zuka ........................... 45

Slika 37. Mahunasto povrće pogodno za fitoremedijaciju (Vicia faba L. - bob, Phaseolus vulgaris L. - pasulj

i Pisum sativum L. - grašak)

............................................................................................................................. 47Slika 38. Biljke Trifolium sp., zatim Medicago sativa L. - lucerka i Melilotus officinalis (L.) Pall. - kokotac 48

Slika 39. Invazivne vrste familije Fabaceae koje dobro uklanjaju teške metale ( Robinia pseudoacacia L. - bagrem, Caragana arborescens Lam. - karagana i Amorpha fruticosa L. - bagrenac) .................................... 49

Slika 40. Hiperakumulator selena Astragalus bisulcatus (Hook.) A. Gray ...................................................... 50

Slika 41. Velika grupa trske na jezeru u blizini Baroševca .............................................................................. 52

Slika 42. Usevi pogodni za fitoremedijaciju ( Zea mays L. - kukuruz, Hordeum vulgare L. - ječam, Triticumaestivum L. - pšenica) ....................................................................................................................................... 53

Slika 43. Livadske trave Lolium perenne L. - običan ljulj, Lolium multiflorum Lam. - italijanski ljulj, Festuca

rubra L. - crveni vijuk, Festuca ovina L. - ovči ji vijuk i Agrostis tenuis Sibth. - rosulja

................................ 54Slika 44. Izgled cvetova i cele biljke vodenog zumbula ( Eichhornia crassipes (Mart.) Solms.) .................... 55

Slika 45. Gusta populacija vodenog zumbula ( Eichhornia crassipes (Mart.) Solms.) ..................................... 56

Slika 46. Biljke Salix caprea L. (iva), Salix purpurea L. (rakita) i Salix viminalis L. (košarasta vrba) .......... 57

Slika 47. Eksperimentalni zasad topola radi istraživanja produkcije biomase i fitoremedijacije teških metala(Baroševac, Institut za šumarstvo - Beograd) ................................................................................................... 58

Slika 48. Rogozi pogodni za fitoremedijaciju voda - Typha latifolia L. (beli rogoz) , T. angustifolia L.(uskolisni rogoz) ............................................................................................................................................... 60


5/69

Fitoremedijacija i biljke pogodne za fitoremedijaciju voda zagađenih teškim metalima

5

1. UVOD

U savremenim uslovima urbanog načina života, industrijalizacije, demografske eksplozije,moderne poljoprivrede i poljoprivredne tehnologije dolazi do korišćenja sve većih količina vode. Poddevizom "voda sve nosi" svakodnevno se ogromna količina otpadaka izbacuje u reke i mora. Reke sudanas postale kolektori svih urbanih i industrijskih otpadnih voda. "Lakoća" odstr anjivanja otpadaka

na ovaj način dovela je do toga da su neke reke u svojim donjim tokovima pretvorene u mrtvaje, a da je korišćenje vode sve skuplje zbog visoke cene prečišćavanja.

Voda je neiscrpan resurs, ali uvek treba imati na umu da za preživljavanje i opstanak nije potrebnasamo velika količina vode, nego je neophodno da kvalitet te vode bude takav da ona može da sekoristi. Ako se zna da su rezerve pitke vode u prirodi ograničene na svega 1% od ukupne slobodnevode, problem zagađivanja voda i snabdevanja slatkom vodom postaje još ozbiljniji, jer voda može da

postane i limitirajući faktor daljeg opstanka i razvoja ljudske civilizacije.

Kako bi se dostigao glavni cilj u prečišćavanju otpadnih voda odnosno eliminisanju iliredukovanju zagađujućih materija do nivoa koji neće izazvati negativne efekte kod čovek i životne

sredine, postavljen je niz kompleksnih tretmana. Uobičajen metod uklanjanja teških metala iz otpadnihvoda je mešanje ovih voda sa ostalim otpadnim vodama u kanalizaciji, a zatim njihov konvencionalni

primarni, sekundarni i tercijarni tretman u vodovodu. Međutim, sekundarni i tercijarni procesizahtevaju visok unos tehnologije, energije i različitih hemijskih jedinjenja koja dodatno zagađujuživotnu sredinu, a pri tome je uklanjanje teških metala vrlo malo. Troškovi izgradnje i održavanjaovakvih konvencionalnih sistema sa kvalifikovanim osobljem su takođe visoki. Zbog toga ovakvi

procesi uklanjanja teških metala nisu veoma atraktivni i ekonomski opravdani za velike topionice ruda,rudarske kopova ili mala naselja sa neizgrađenim konvencionalnim vodovodnim i kanalizacionimsistemom. Jednom rečju, pored toga što ne mogu da odgovore na osnovne zahteve koje im postavljaekološki svesno društvo oni predstavljaju i veliko opterećenje za budžet gradova.

Zemljišta i vode zagađene teškim metalima danas znači predstavljaju glavni ekološki problem,koji ima izuzetno negativan uticaj na životnu sredinu i čoveka i za koji je još uvek neophodno naćiefikasno i ekonomično tehnološko rešenje.

Osnovna ideja da biljke mogu da se koriste za remedijaciju životne sredine je sigurno veoma starai ne postoje podaci kada su one prvi put korišćene za uklanjanje različitih polutanata iz zagađenihmedijuma. Međutim, niz naučnih otkrića, u kombinaciji sa interdisciplinarnim pristupom istraživanjudoveli su do razvoja ove ideje u obećavajuće tehnologije zaštite životne sredine pod nazivomfitoremedijacija. Fitoremedijacija se definiše kao korišćenje zelenih biljaka za uklanjanje iliimobilizaciju polutanata iz životne sredine.

Fitoremedijacija metala je isplativa zelena tehnologija zasnovana na upotrebi posebno odabranih biljaka koje mogu da akumuliraju i uklanjaju teške metale, uključujući i radionuklide iz zemljišta ivoda. Ona koristi prednosti činjenice da živa biljk a može da se uporedi sa pumpom na solarni pogon,koja može da ekstrahuje i koncentriše pojedine elemenata iz životne sredine u svoja tkiva. Ova metoda

postaje moguća zahvaljujući uspešnim osnovnim i primenjenim istraživanjima.

Metali koji mogu da se uklone kroz različite procese fitoremedijacije uključuju olovo, kadmijum,hrom, nikl, bakar, arsen i razne radionuklide. Uklonjena (pokošena) biljna tkiva, bogata akumulirani

polutantima, se lako i bezbedno obrađuju sušenjem, spaljivanjem ili kompostiranjem. Nek i od metalamogu da budu ponovo ekstrahovani iz pepela, što dodatno smanjuje generisanje opasnog otpada iomogućava brže stvaranje profita.


6/69


6

Posebno značajna metoda u okviru fitoremedijacije voda je rizofiltracija. Ova metoda se bazira nakorišćenju korenja biljaka za apsorpciju i adsorpciju polutanata, uglavnom metala, iz vode. Poseban tipex situ rizofiltracionog postrojenja predstavljaju konstruisani akvatični ekosistemi.

Tretman otpadnih voda pomoću ovih alternativnih sistema je proces, koji je daleko jeftiniji odkonvencionalnog tretmana otpadnih voda. Uz minimalno održavanje odnosno neznatan utrošak radne

snage i bez utroška električne energije u ovim sistemima se dobija voda druge kategorije – tehničkavoda, koja uz minimalan dodatni tretman može da se koristi kao voda za piće.

Iako je ovo tehnologija, koja se nalazi na svom početku i koja se još uvek razvija, zahvaljujućiopširnim i brojnim istraživanjima kao i njenim korišćenjem u praksi došlo se do podataka o

parametrima konstrukcije, načinu funkcionisanja i održavanja ovih sistema kao i njihovimdostignućima. Naravno ostalo je još mnogo pitanja, naročito onih koji su vezani za optimalnedimenzije i trajnost alternativnih postrojenja. Ona mogu da budu odličan i visoko efikasan način

prečišćavanja, ali samo ukoliko su pažljivo koncipirana, izgrađena i održavana, a njihov rad praćen,kako bi se na vreme uklonili eventualni nedostaci i kako bi se došlo do novih korisnih saznanja.

Kroz dalje usavršavanje ova tehnologija bi u budućnosti mogla da zauzme vodeće mesto u procesu prečišćavanja otpadnih voda i oporavka vodenih površina.

2.

PROBLEM ZAGAĐIVANJA VODA TEŠKIM METALIMA I NAČINI NJIHOVOGUKLANJANJA IZ OTPADNIH VODA

2.1 Voda kao prirodni resurs

Prema klasifikaciji prirodnih resursa na osnovu dejstva čoveka, voda se ubraja u neiscrpne prirodne resurse (Velašević i Đorović, 1998). Međutim, evidentno je da često destruktivni antropogeniuticaj u pojedinim područjima bitno utiče na smanjenje zaliha vode. Smatra se da je praktičnoneiscrpna samo voda svetskih okeana, ali i ona menja svoja svojstva usled konstantnog zagađivanjanaftom i drugim otpacima, što ne dovodi samo do smanjenja potencijalnih zaliha vode nego i do

pogoršavanja životnih uslova biljaka i životinja, koje ih nastanjuju.

Od najvećeg značaja za opstanak ljudi su slatke vode, a one su iscrpljive. Kako ukazuju stalnialarmantni podaci zalihe ove vode se neprestano smanjuju (WHO, 2007). Nedostatak nije izazvansamo povećanjem svetske populacije odnosno porastom potreba za pitkom vodom, nego ismanjivanjem količine vode u rekama, isušivanjem jezera i močvara, pod uticajem šumskih seča idrugih vidova privredne delatnosti i zagađenjem otpadnim vodama.

Voda prekriva oko 71% površine Zemlje. Od te količine 97% svetskih zaliha vode je u okeanima,dok svega 3% čine slatke vode. Od ukupne količine slatke vode 77% je voda "zarobljena" u lednicimai snegu. Preostali deo vode je tekući, a samo 1% tog dela je površinska voda (reke, jezera, bare,

potoci...). U tabeli 1. prikazani su izvori i količina vode na Zemlji (USGS, 2007).

Tabela 1. Izvori i količina vode na Zemlji

Izvori vode Količina od ukupne vode na Zemlji (%) Okeani 97,24Ledene kape, glečeri 2,14Podzemna voda 0,61Jezera 0,009

Mora 0,008Zemljišna vlaga 0,005


7/69


7

Izvori vode Količina od ukupne vode na Zemlji (%) Atmosferska vlaga 0,001Reke 0,0001Ukupna količina vode 100,00

Raspored slatkih voda na Zemlji ukazuje na činjenicu da je samo jedna trećina područja dobrosnabdevena vodom (WHO, 2007). Danas svetu preti velika nestašica pitke i biohemijski ispravne vode.Prema procenama zbog nedostatka vode svakoga dana u svetu umre 25.000 ljudi, a zbog korišćenja

biohemijski neispravne odnosno zagađene vode svakodnevno oboleva na stotine hiljada ljudi na Zemlji(WHO, 2007). Takođe postoji i podatak da 1 milijarda ljudi još uvek nema pristup pitkoj i biohemijskiispravnoj vodi, a da 2 milijarde živi u sredinama u kojima je nedostatak vode konstantan. Prema

predviđanjima ukoliko se ne preduzmu drastične mere do 2025. godine ovaj broj će se povećati na 2,3milijarde ljudi.

Prema pr ocenama Svetske zdravstvene organizacije (WHO, 2007) dnevna količina vode potrebna

za piće, kuvanje i održavanje higijene po osobi iznosi 20 l do 40 l. Na godišnjem nivou potrošnja poosobi treba da bude znači oko 11 m3 vode. Međutim ova vrednost u svetu u proseku iznosi oko 52 m3.U Evropi se godišnje po osobi potroši skoro duplo više odnosno 92 m3, dok u Severnoj Americi prosekiznosi oko 167 m3. Prema podacima JKP Beogradski vodovod i kanalizacija (2007) sasvim dovoljnadnevna količina vode po osobi iznosi 200 l, što je na godišnjem nivou 73 m3

Poseban problem predstavlja i sve veće korišćenje vode za potrebe industrije naročito u zemljamau razvoju. Smanjenje zaliha vode kao globalni fenomen može samo dodatno da poveća pritisak nalokalne prirodne resurse od strane privrede.

. Važno je još napomenutida se potrošnja vode udvostručivala na svakih dvadeset godina, a da se u budućnosti očekuje skraćenjeovog perioda ako se sadašnji trend korišćenja vode nastavi (USGS, 2007).

Na kraju treba pomenuti i da je voda obnovljiv resurs. Obnavljanje se vrši prirodnim putem i procesima kojima upravlja čovek. Glavni zadatak čoveka bi trebao da bude shvatanje odnosno priznavanje vode kao osnovnog ljudskog prava radi zdravog opstanka civilizacije u 21. veku. Kako biovo postigao čovek treba da potpomaže i pospešuje prirodne procese, koji dovode do obogaćivanja

prirode velikim količinama kvalitetne vode. To može da se postigne kontrolisanjem oticanja,osvežavanjem površinskih tokova i akumulacija, usklađivanjem korišćenja vode sa količinama koje

priroda pruža, ali i uvođenjem novih tehnologija za prečišćavanje otpadnih voda, koje neće dodatnoopteretiti životnu sredinu novim, štetnim hemijskih materijama i nus produktima tretmana.

2.2 Zagađivanje voda teškim metalima

Današnji trendovi i brzina razvoja industrije, urbanizacije i poljoprivrede dovode do sve većegzagađenja površinskih i podzemnih voda, a naročito reka. Izvori zagađenja površinskih voda su brojni,a s obzirom da je za tematiku ovog rada najznačajnije zagađenje, k oje nastaje kao posledica unosateških metala u životnu sredinu, u daljem tekstu će biti nešto više reči o osnovnim osobinama ovihtoksičnih elemenata kao i o načinima njihovog dospeća u vode.

Teški metali se definišu kao grupa elemenata, čije specifične težine prelaze vrednost od 5 g/cm3

Veliki broj metala je u vrlo malim količinama potreban biljkama za njihov neometan rast i razvoj.

Joni teških metala kao što su Cu, Zn, Mn, Fe, Ni, Mo, Se i Co (Kamal et al., 2004), a verovatno i Cr, Ni i V (Sekulić et al., 2003) su esencijalni mikronutrijenti za biljke. Međutim neki od ovih biogenih

(Zenk, 1996), odnosno čiji je atomski broj veći od 20 (Sekulić et al., 2003). Postoji oko 40 elemenatakoji spadaju u ovu kategoriju.


8/69


8

elemenata, kao što su bakar, selen i cink, su toksični u višim koncentracijama i mogu da se nađu unekim tipovima otpadnih voda (DeBusk, 1999a).

Drugi metali, kao što su Cd, Hg, Pb, As, Tl i U mogu takođe da se detektuju u industrijskim idrugi otpadnim vodama, ali za razliku od prethodno pomenutih metala oni nemaju biološku vrednostza žive organizme, već su izuzetno toksični i u relativno malim koncentracijama (Kamal et al., 2004;

Sekulić et al., 2003; DeBusk, 1999). Ovakvi metali su i vrlo opasni, jer lako putuju kroz lanac ishranei mogu da se nagomilavaju dugi niz godina u najvišim karikama ovog lanca. Na ovaj način mogu dadovedu do ozbiljnih zdravstvenih problema kod viših organizama, uključujući i čoveka. Zbog svegaovoga se teški metali ubrajaju u veoma opasne zagađivače životne sredine, ali i pored toga oni

predstavljaju značajnu sirovinu za brojne industrijske grane.

Uopšteno govoreći nakupljanje teških metala u životnoj sredini može da bude posledica prirodnih procesa, kao što su litogeni i pedogeni procesi, peščane oluje, šumski požari izazvani gromom i drugoili može da bude rezultat zagađenja usled antropogenog dejstva (Sekulić et al., 2003; Prasad et al.,2003; Zenk, 1996).

Ozbiljniji i daleko rasprostranjeniji tip zagađenja je svakako antropogeno zagađenje. Zagađenjeteškim metalima se oštro povećalo od 1900. godine i stvara ozbiljne probleme i za čoveka i životnusredinu u celom svetu (Ensley, 2000). Na primer, koncentracija metala u vodi i sedimentima reka se

povećala nekoliko hiljada puta zbog efluenata iz industrije i rudarstva (Prasad i Freitas, 2003). UNEP(United Nations Environment Programme) daje procenu da je ukupno 1.150 miliona tona teških metala(Cu, Hg, Pb, Co, Zn, Cd, Cr) iskopao čovek od Kamenog doba, a da je godišnja proizvodnja 14miliona tona sa godišnjim stepenom rasta od 3,4% (Matagi et al., 1998).

Izvori antropogenog zagađenja voda teškim metalima obuhvataju: industrijske izlive, industrijskiotpad, rudarske aktivnosti, topljenje metalnih ruda, proizvodnju energije i goriva, sagorevanje fosilnihgoriva, saobraćajna sredstva, izduvne gasove, primenu mineralnih i organskih đubriva i pesticida,

spiranje sa gradskih ulica i deponija, odlaganje komunalnog mulja na nepropisan način i drugo(Sekulić et al., 2003; Blaylock i Huang, 2000; Cunningham et al., 1997; Raskin et al., 1994).

Slika 1. Zagađivanje površinskih voda kao posledica rudničke aktivnosti

Industrija spada u grupu koncentrisanih izvora zagađenja. Pored toga što koristi ogromne količinevode, ona je i jedan od najvećih izvora kontaminacije voda teškim metalima i drugim štetnimmaterijama.


9/69


9

Slika 2. Zagađivan je voda kao posledica pozicioniranja industrijskih objekata duž reka

Industrija sa sobom nosi i druge rizike, koji mogu da podstaknu dodatno oslobađanje teškihmetala, koji su na primer istaloženi ili vezani u sedimentima. Izlivanje voda za hlađenje postro jenja saznatno višom temperaturom od voda recipijenta ili izlivanje otpadnih voda iz procesa proizvodnje,koje mogu da promene pH vrednost reke ili da dovedu do stvaranja novih jedinjenja sa metalima mogu

nepovoljno da utiču na procese uklanjanja teških metala iz akvatičnih sredina (sedimentaciju,flokulaciju, adsorpciju, koprecipitaciju, razmenu katjona i razmenu anjona, kompleksaciju,

precipitaciju, oksidaciju/redukciju, mikrobiološku aktivnost, usvajanje pomoću biljka). Tako na primer prisustvo teških metala kao što su hrom, kadmijum ili bakar u otpadnim vodama čak i u izuzetnomalim koncentracijama (0,1 mg/l) može da spreči pozitivno delovanje bakterija u prečišćavanju vode(Groudeva et al., 2001).

Nadovezujući se na gore navedene činjenice važno je napomenuti i da toksičnost jednog teškogmetala, u smislu njegovog potencijala da prouzrokuje zagađenje, ne zavisi samo od njegovekoncentracije u vodi već i od oblika u kome je prisutan. Dobro je poznato da su teški metali, izuzevžive, više toksični u svojim jonskim formama dok su njihovi precipitovani i koordinativni oblici manje

opasni (Matagi et al., 1998). Zbog toga svi uslovi koji favorizuju stvaranje jona teških metala (npr. zamnoge metale to je niska pH vrednost) povećavaju i rizik zagađenja vode. S druge strane, kao što jeveć rečeno, mora se imati u vidu i da precipitacija teških metala ili njihova apsorpcija na sedimentimai suspendovanim materijama predstavlja dugoročan rizik s obzirom da joni teških metala mogunaknadno da se oslobode ako se stvore povoljni uslovi.

Poljoprivreda i stočarstvo, takođe koriste ogromne količine vode i predstavljaju ozbiljnogzagađivača voda, jer je zagađenje koje potiče iz ovih izvora rasuto. Sa poljoprivrednih polja sesvakodnevno spira u reke, atmosferskim padavinama ili erozijom, velika količina zemljišta, pesticida iđubriva (mineralnog i organskog porekla), koji mogu da sadrže teške metale i druge štetne materije.Pesticidi i đubriva predstavljaju ozbiljne izvore zagađenja, jer direktno ugrožavaju akvatičnu floru i

faunu, bilo kroz hemijske materije, koje se unose u vodene tokove bilo kroz proces eutrofizacije.


10/69


10

Slika 3. Ugrožavanje integriteta voda kroz njeno prekomerno korišćenje i unos različitihzagađujućih materija

Urbano ili komunalno zagađenje je koncentrisani izvor zagađenja, ukoliko se posmatra npr.izlivanje otpadnih voda iz domaćinstva putem kanalizacije direktno u reke ili otpadnih voda iz kišnekanalizacije, koje pored teških metala i drugih zagađujućih materija sa sobom nose i različiti čvrstiotpad. Ali ako se posmatra npr. spiranje (izazvano atmosferskim padavinama) ulja i drugih otpadaka,sa gradskih ulica ili deponija u reke, onda urbano zagađenje predstavlja rasuti izvor zagađenja i teže ga

je k ontrolisati. Komunalne otpadne vode predstavljaju ozbiljan izvor zagađivanja površinskih vodenihtokova, jer se najčešće putem kanalizacije ispuštaju direktno u reke, jezera ili mora. Značaj ovog

problema se dodatno povećava ukoliko se zna da su upravo rek e glavni izvor snabdevanja gradovavodom za piće.

Slika 4. Komunalno zagađenje kao koncentrisani i rasuti izvor zagađivanja voda

Kod većih naselja ove otpadne vode se često mešaju sa industrijskim otpadnim vodama i kada

dospeju u reke nanose ogromne štete akvatičnoj flori i fauni, onemogućavaju korišćenje vodenih površine u rekreativne svrhe, narušavaju celokupni ambijent rečne doline i drugo. U slučajevima kada


11/69


11

su kanalizacioni sistem i sistem za odvođenje kišnice spojeni u jedan zajednički sistem, zagađenostkomunalnih otpadnih voda se dodatno povećava, jer atmosferske padavine sa sobom nose i različitezagađujuće čestice iz vazduha.

Teški metali, radionuklidi i drugi neorganski polutanti su jedna od preovlađujućih formi polutanata životne sredine i njihova remedijacija u zemljištu, sedimentima i vodama je dosta težak

posao (Cunningham et al., 1997). Za razliku od mnogih organskih polutanata većina teških metala nemože da se eliminiše iz životne sredine hemijskom i biološkom transformacijom (Cunningham i Ow,1996; NRC, 1997), pa zbog toga treba voditi računa o prevenciji njihovog unosa u životnu sredinu itreba i dalje raditi na pronalaženju novih alternativnih metoda za njihovo uklanjanje.

2.3 Načini uklanjanja teških metala iz o tpadnih voda

Danas postoji mnogo tehnologija za tretman otpadnih voda, koje pomažu da se povrati i održifizički, hemijski i biološki integritet voda. Glavni cilj svih metoda prečišćavanja otpadnih voda je da se

polutanti uklone ili redukuju do nivoa, koji neće imati štetne efekte za čoveka i životnu sredinu(Matagi, 1998).

Za potrebe ovoga rada sve ove tehnologije mogu da se razvrstaju u dve grupe metoda prečišćavanja otpadnih voda:

I. Konvencionalne metode prečišćavanja

• zagađenih zemljišta – in situ vitrifikacija zemljišta, spaljivanje zemljišta, iskopavanje ideponovanje, pranje zemljišta, ispiranje zemljišta, solidifikacija i stabilizacioni elektrokinetičkisistemi (Prasad i Freitas, 2003)

Slika 5. Konvencionalne metode prečišćavanja zagađenih zemljišta

• otpadnih voda – koje tretman otpadnih voda vrše zahvaljujući fizičkim (mehaničkim),hemijskim i biološkim procesima i


12/69


12

Slika 6. Postrojenje za konvencionalni tretman otpadnih voda

II Alternativne metode prečišćavanja – koje tretman zagađeni zemljišta i voda vrše imitacijom procesa samoprečišćavanja, koji je prisutan u prirodnoj sredini (različite fitoremedijacionetehnike, konstruisani akvatični ekosistemi, lagune, plutajuća ostrva i drugo)

Slika 7. Konstruisani akvatični ekosistem 2.3.1 Konvencijalna postrojenja za uklanjanje teških metala iz otpadnih voda

Za uklanjanje teških metala iz različitih kategorija otpadnih voda do sada su uglavnom korišćenastandardna postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda. Efulenti, koji su sadržali ove toksične elementesu se obično prvo mešali sa kanalizacionim vodama, a zatim su se iz njih uklanjali zahvaljujući

primarnom, sekundarnom i tercijalnom konvencionalnom tretmanu (Matagi et al., 1998).

Prečišćavanje komunalnih otpadnih voda u konvencionalnim postrojenjima se najčešće vrši krozsledeće postupke:

• fizičko prečišćavanje


13/69


13

- prethodna prerada (proceđivanje, odstranjivanje peska ...) i

- primarna dekantacija (eliminišu se suspendovane materije, koje su dekantibilne, plivajuili lebde u vodi),

• biološko prečišćavanje (eliminišu se organski polutanti pomoću bakterija) i

•

prerada i sušenje mulja (i mulja koji se taloži u primarnoj taložnici i viška muljadobijenog biološkom preradom) (Degrémont, 1976).

Na slici 8. dat je šematski prikaz rada jednog konvencijalnog sistema za prečišćavanje (PlanningStudio, 2000a; modifikovano).

Slika 8. Konvencionalni sistem za prečišćavanje otpadnih voda

Ukoliko je potrebno obezbediti visok stepen prečišćavanja komunalnih otpadnih voda ilieliminisanje otpadnih materija, koje ne mogu da se odstrane biološkom preradom, sprovodi se i

• tercijarna prerada, koja obuhvata

- završnu preradu BPK i SM,

- odstranjivanje fosfata,

- odstranjivanje azota,

- eliminisanje tenzio – aktivnih materija i

-

hlorisanje (Degrémont, 1976).Uopšteno govoreći konvencionalne metode, bilo da se radi o čišćenju zagađenih zemljišta ili

voda, obično nisu u skladu sa principima održivog razvoja i konzervacije vode, ne omogućavajureklamaciju i ponovno korišćenje vode i hranljivih materija, kao nus produkt u njima se stvaraju velikekoličine toksičnog mulja, a za tretman koriste hemijske materije štetne za životnu sredinu i čoveka(U.S. EPA, 2000). Posle spaljivanja, pranja ili ispiranja zagađenih zemljišta u njima nema višekorisnih mikroorganizama, koji bi mogli da pomognu u ponovnom uspostavljanju prirodne ravnoteže i

brzom naseljavanju nove vegetacije. Stvaranje deponija za lagerovanje iskopanog zagađenog zemljištaobično zahteva ulaganje velikih novčanih sredstava, a problem se samo odlaže za neko vreme umestoda se odmah reši.


14/69


14

Kao odgovor na ovakvo stanje naučnici su počeli da traže nova rešenja za ekonomičnije,efikasnije, racionalnije i ekološki prihvatljivo prečišćavanje otpadnih voda.

Veliki broj različitih bioloških resursa je pokrenut u razvijenim zemljama i zemljama u razvojukako bi se očistile sredine zagađene teškim metalima (Salt et al., 1998). Došlo se do saznanja da i

prirodni i veštački, konstruisani akvatični ekosistemi (takozvane pasivne tehnologije) predstavljaju

dobru alternativu, kojom bi se prevazišli pomenuti problemi konvencionalnih metoda prečišćavanja(Tam i Wong, 1994; Eger, 1994). Ove nove tehnologije su naročito dobile na značaju poslednjihdesetak godina i trenutno se radi na njihovoj komercijalizaciji (Prasad i Freitas, 2003). Biljke koje vršehiperakumulaciju teških metala imaju ogroman potencijal za upotrebu u remedijaciji metala u životnojsredini. Ovaj pristup se javlja kao jedno inovaciono oruđe sa velikim potencijalom za dostizanjeodrživog razvoja.

2.3.2 Fitoremedijacija

Alternativne metode, koje koriste biljke za uklanjanje polutanata iz kontaminiranih voda,zemljišta i vazduha bi jednim imenom mogle da se nazovu fitoremedijacija. Pojam fitoremedijacija je

nastao od grčke reči φυτο (fito) što znači biljka i latinske reči remedium što znači ponovnouspostavljanje ravnoteže odnosno izlečenje (Prasad i Freitas, 2003). Znači ovaj pojam se odnosi naraznovrsan kompleks tehnologija, koje se baziraju na upotrebi biljaka, prirodnih ili genetski stvorenih,radi uklanjanje polutanata iz životne sredine ili radi njihovog pretvaranja u netoksične oblike, koji neće

predstavljati dalju opasnost (Salt et al., 1998; Cunningham et al., 1997; Flathman i Lanza, 1998).

Iako je ovaj pojam relativno nov, u praksi se ovakav način uklanjanja polutanata primenjujeodavno (Cunningham et al., 1997). Primećeno je da su neke biljke, koje rastu na zemljištima bogatimmetalima, razvile sposobnost da akumuliraju ogromne količine prisutnih metala u svoja tkiva bez

pokazivanja simptoma toksičnosti (Cunningham et al., 1997; Matagi et al., 1998; Entry et al., 1999;Prasad i Freitas, 2003). Chaney je 1983. godine bio jedan od prvih koji je predložio korišćenje ovih

hiperakumulatora za remedijaciju mesta zagađenih teškim metalima (Prasad i Freitas, 2003). Ovde je još važno napomenuti i da su fitoremedijacione tehnike pogodne za čišćenje velikih površina zemljištai velikih količina voda, koje su kontaminirane niskim do umerenim (srednjim) koncentracijama metala.Područja odnosno vode, koje sadrže visoke koncentracije ovih polutanata ne mogu da budu očišćenekroz fitoremedijaciju, jer surovi uslovi neće podržavati rast biljaka.

Fitoremedijacija se sastoji od četiri različite tehnologije koje koriste biljke i svaka ima drugimehanizam za remedijaciju zemljišta, sedimenata i voda zagađenih teškim metalima (Prasad i Freitas,2003; Gardea-Torresdey et al., 2005; Raskin et al., 1997; Salt et al., 1998; Cunningham et al., 1997;Ensley, 2000). Tu se ubrajaju:

• Fitoekstrakcija - korišćenje biljaka, sa velikom biomasom i mogućnošću da akumuliraju

metale i odgovarajućih dodataka zemljištu kako bi se transportovali i koncentrisali metaliiz zemljišta u nadzemne delove biljaka, koji će potom biti uklonjeni kroz uobičajeneagrotehničke mere

• Fitostabilizacija - korišćenje biljaka u cilju redukovanja biodostupnosti polutanata uživotnoj sredini; u ovom slučaju biljke pre stabilizuju zagađeno zemljište nego što gačiste

• Rizofiltracija - korišćenje korenovog sistema biljaka za apsorpciju i adsorpciju polutanata, uglavnom metala, iz vode


15/69


15

• Fitovolatilizacija - korišćenje biljaka za ekstrakciju određenih, isparljivih, metala izzemljišta, a zatim njihovo otpuštanje preko listova u atmosferu

Slika 9. Fitoremedijacija

Kao sto se vidi na slici 9. neki autori (Salt et al., 1998; ITRC, 1999; U.S. EPA, 1999) ufitoremedijaciju ubrajaju i druge tehnike kao što su na primer:

• Fitodegradacija (fitotransformacija) - razgradnja polutanata zahvaljujući metabolitičkim procesima biljaka, koje su ih usvojile ili razgradnja polutanata u neposrednoj blizini biljaka zahvaljujući različitim materijama, koje biljke proizvode npr. enzimima

•

Rizodegradacija (fitostimulacija) - razgradnja polutanata u zemljištu zahvaljujućimikroorganizmima, čija je aktivnost povećana prisustvom rizosfere

• Korišćenje biljaka za uklanjanje polutanata iz vazduha i druge.

Na slici 10. prikazane su tehnike fitoremedijacije zagađenih zemljišta.


16/69


16

Slika 10. Različite tehnike fitoremedijacije

Za tematiku ovog rada najznačajnija je rizofiltracija.

2.3.2.1 Rizofiltracija

Uklanjanje metala iz industrijskih otpadnih voda i iz podzemnih voda se obično vrši kroz procese precipitacije ili flokulacije, koje zatim prate sedimentacija i odlaganje dobijenog mulja (Ensley, 2000).Obećavajuća alternativa ovom konvencionalnom metodu je rizofiltracija, fitoremedijaciona tehnika

pogodna za uklanjanje metala iz akvatične sredine.

Rizofiltracija može da se koristi za tretman površinskih i podzemnih voda, industrijskih i

komunalnih izliva, otpadnih voda koje nastaju kao posledica spiranja čestica sa različitih površina(putevi, parkinzi, njive …) usled atmosferskih padavina, razblaženog mulja i rastvora kontaminiranihradionuklidima.

Proces uključuje uzgajanje biljaka u hidroponicima i njihovo presađivanje u vode kontaminiraneteškim metalima gde će one apsorbovati i koncentrisati metale u svom korenju i izbojcima (Dushenkovet al., 1995; Salt et al., 1995; Flathman i Lanza, 1998; Zhu et al., 1999). Eksudati korena i promene pHu rizosferi mogu da dovedu i do precipitacije metala na površini korena. Kako postaju zasićenimetalima, korenovi ili cele biljke se kose i uklanjaju (Flathman i Lanza, 1998; Zhu et al., 1999).Pokošeni biljni delovi, bogati akumuliranim metalima, se lako i bezbedno suše, sagorevanjem

pretvaraju u pepeo ili se kompostiraju. Neki metali mogu da budu ponovo korišćeni zahvaljujući

procesu njihove ekstrakcije iz pepela što dodatno smanjuje količinu stvorenog opasnog otpada i dovodido brže recirkulacije prihoda (Raskin et al., 1997).


17/69


17

Biljke pogodne za rizofiltraciju mogu da uklanjaju teške metale sa velikom efikasnošćuzahvaljujući brzom rastu korenovog sistema. Pored akvatičnih biljaka često se koriste terestrične

biljke, koje mogu da uklanjaju velike količine Cu2+, Cd2+, Cr 6+, Ni2+, Pb2+ i Zn2+

Posle skrininga (ispitivanja) stotina biljnih vrsta Raskin et al. (1994) su identifikovali određene

varijetete suncokreta kao biljke koje imaju najveći kapacitet za uklanjanje teških metala od svihispitivanih biljaka. U toku od nekoliko sati korenje suncokreta, koji se uzgajao u hidroponicima, jeuspelo da ukloni različite teške metale (olovo, bakar, uran, stroncijum, cezijum, kobalt i cink) iz vodedo koncentracija, koje su ispunjavale prihvaćene standarde za koncentraciju ovih metala u vodi. Novainženjerska rešenja, agronomska praksa i hranljivi dodaci, koji pospešuju produkciju korenja, a samimtim i efikasnost rizofiltracije, se trenutno sve brže razvijaju. Na slici 11. je prikazan jedanrizofiltracioni sistem.

iz vodenih rastvora(Dushenkov et al., 1995).

Slika 11. Protočni rizofiltracioni sistem (u sistemu se gaje 8-12 nedelja stare sadnice suncokreta, čije jekorenje potopljeno u kontaminiranu vodu koja teče)

Posebno je interesantno korišćenje drvenastih vrsta u rizofiltracionim sistemima, pogotovo ako sezna da ove biljke sa sobom nose i najmanje troškove održavanja, a pri tome im je životni vek izuzetnodugačak. U ovu svrhu najčešće se koriste vrbe i topole, koje su vrlo tolerantne na plavljenje i čijigodišnji visinski prirast može da bude od 1,8 do 2,5 m. Različiti klonovi topole , koji imaju mogućnost

prodiranja korenovog sistema i do dubine od 9 m uspešno se koriste za remedijaciju podzemnih voda.Korenove žilice prodiru u mikropore u zemljištu i pod optimalnim uslovima sa površine od 4 m2

I upravo ovo prodiranje korena u mikropore zemljišta predstavlja veliku prednost fitoremedijacijeu odnosu na konvencijalne metode prečišćavanja zagađenih zemljišta, kod kojih su polutantiapsorbovani ili zarobljeni u ovim najsitnijim porama zemljišta minimalno dostupni ili nedostupni za

tretman (Suthersan, 1999).

ovihibridi mogu da usvoje i do 100 l podzemne vode dnevno (Stomp et al., 1993).

U toku različitih istraživanja sa ciljem poboljšanja rizofiltracije, primećeno je da su mladi klijancigajeni u aerisanoj vodi (akvakulturi) bili efikasniji u uklanjanju teških metala iz vode u odnosu nakorenje biljaka (Raskin et al., 1997). Ova nova metoda je dobila ime blastofiltracija i praktično je

predstavljala drugu generaciju tehnologija za prečišćavanje voda pomoću biljaka. Uspešnost ovemetode se zasniva na činjenici izuzetnog povećanja odnosa površine i zapremine biljaka, koje se javlja

posle njihovog klijanja i mogućnosti tek isklijanih biljaka da apsorbuju i adsorbuju velike količinemetalnih jona. Kulture klijanaca, koji se koriste za blastofiltraciju mogu da budu proizvedene i nasvetlosti i u tami, a jedine potrebne komponente za ovaj proces su seme, vazduh i voda.


18/69


18

Posle skrininga velikog broja vrsta, klijanci Brassica juncea su se pokazali kako izuzetno efikasniu usvajanju dvovalentnih katjona teških metala (Salt et al., 1997). Klijanci ove vrste brzo rastu uaerisanoj vodi i već za 4-5 dana razvijaju ogromnu biomasu sa vrlo velikom površinom. Dobijenirezultati su čak ukazali da je blastofiltracija za neke metale mnogo efikasnija i ekonomičnija u odnosuna rizofiltraciju (Raskin et al., 1997).

Slika 12. Izgled odrasle biljke i klijanaca vrste Brassica juncea

Rizofiltracija je konkurentna tehnologija u pogledu cene kada se koristi za tretman površinskih i podzemnih voda, koje sadrže niske, ali značajne koncentracije teških metala kao što su Cr, Pb i Zn(Kumar et al., 1995; Ensley, 2000). Komercijalizacija ove tehnologije ima potporu i u ekonomskim itehničkim prednostima kao što su primenljivost za različite metale, mogućnost tretmana velikihkoličina vode, manja potreba za različitim toksičnim hemikalijama, redukovana količina sekundarnogotpada, mogućnost reciklaže i verovatnoća prihvatanja ove tehnologije od strane javnosti i nadležnihorgana (Dushenkov et al., 1995; Kumar et al., 1995).

Kao prednost ističe se i korišćenje terestričnih i akvatičnih biljaka. Iako terestrične biljkezahtevaju nekakav oslonac, kao npr. plutajuće platforme, one generalno uklanjaju veće količine

polutanata od akvatičnih biljaka. Ovaj sistem može da bude i in situ (plutajući splavovi - ostrva na jezerima) ili ex situ (konstruisani akvatični ekosistem). Ex situ sistem može da bude postavljen bilogde zato što tretman otpadne vode ne mora da bude na samoj lokaciji zagađenja (Dushenkov et al.,1995, 1997).

Rizofiltracija ima sledeća ograničenja:

• pH vrednost uliva mora stalno da se kontroliše i podešava, kako bi usvajanje metala bilooptimalno,

• hemijske reakcije i interakcije svih vrsta polutanat, a koji mogu da se nađu u otpadnoj vodimoraju dobro da se poznaju pre početka tretmana,

• sistem mora da bude pravilno konstruisan kako bi se održavao konstantan dotok otpadnevode, odnosno kako bi se kontrolisala njena koncentracija i stopa uliva,

• biljke (a naročito terestrične) najčešće moraju da se zasnivaju i gaje na nekom drugommestu, a da se zatim presađuju u rizofiltracioni sistem,

• potrebno je periodično košenje biljaka i odlaganje otkosa i


19/69


19

• rezultati laboratorijskih eksperimenata ili istraživanja u staklenicima ne moraju uvek da budu sa uspehom prenesene u polje.

Dalje, korišćenje ove tehnologije bazirane na biljkama može da bude više izazovno i podložnoneuspehu nego druge metode sa sličnom visinom troškova. Proizvodnja hidroponički gajenihtransplanata i održavanje sistema hidroponika u polju će zahtevati veštinu kvalifikovane radne snage, a

postrojenja i specijalizovana oprema koja je potrebna mogu da uvećaju ukupne troškove.

2.3.2.2 Konstruisani akvatični ekosistemi za uklanjanje teških metala iz otpadnih voda

U poslednjih nekoliko decenija posebno interesovanje je pokazano za potencijalno korišćenjerazličitih prirodnih (bioloških) sistema za prečišćavanje otpadnih voda. Koristeći saznanja omogućnosti samoprečišćavanja vodenih površina, zahvaljujući biljkama i mikroorganizmima koji ihnastanjuju, konstruisane su različite vrste ovih postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda putem različitih biljaka. Kao rezultat istraživačkih napora i praktične upotrebe ove tehnologije duboko se

proniklo u način projektovanja, izgradnje, rada i održavanja ovih sistema.

Na slici 13. prikazan je uprošćeni izgled ex situ rizofiltracionog postrojenja (konstruisaniakvatični ekosistem) i princip prečišćavanja otpadnih voda (Planning Studio, 2000 b; modifikovano).

Slika 13. Alternativni sistem za prečišćavanje otpadnih voda

Postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda putem akvatičnih biljaka predstavljaju veštačkistvorene, konstruisane, akvatične ekosisteme, koji zahvaljujući simbiotičkim odnosima između biljaka,mikroorganizama, algi, podloge i vode, imaju sposobnost da uklanjaju organske i mineralne materije,

patogene mikroorganizme, teške metale i druge zagađujuće materije iz otpadnih voda.

Sistemi bazena za prečišćavanje otpadnih voda iz domaćinstva i poljoprivrede u Aziji setradicionalno koriste već nekoliko hiljada godina (Shutes, 2001). Danas u svetu funkcioniše mnogo


20/69


20

ovakvih postrojenja – u Nemačkoj (Seidel, 1978; Schwarz, 1993; Wissing, 2002) i Engleskoj (Shutes,2001) uspešno radi više od 3 000 sistema, a u Americi preko 500 (U.S. EPA, 2000). Ni ostale zemljekao što su Kanada (Goulet et al., 2001), Mađarska (Czinki, 1985), Poljska (Obarska – Pempkowiak,1991), Norveška (Jenssen i Vatn, 1991) i druge, ne zaostaju za ovim novim trendovima ekološkog

prečišćavanja otpadnih voda.

Konstruisani akvatični ekosistemi obezbeđuju visoko efikasnu i relativno jeftinu alternativukonvencionalnim postrojenjima za prečišćavanje komunalnih otpadnih voda. Kao osnovne prednostiovih alternativnih sistema ističu se sledeće:

njihova relativno jeftina konstrukcija i eksploatacija,

lako održavanje,

obezbeđivanje efektnog i pouzdanog tretmana otpadnih voda,

mogućnost tolerisanja i velikih i malih količina vode, kao i različitih stepena kontaminacijevode,

reklamacija hranljivih materija, mogućnost dimenzionisanja za različite slučajeve,

fleksibilnost i prilagodljivost različitim mestima,

transparentnost u pogledu kvaliteta prečišćene vode,

izostanak korišćenja različitih hemijskih materija u procesu prečišćavanja,

decentralizovanost lokacije postrojenja,

mogućnost edukacije ljudi,

njihova estetska prihvatljivost i

predstavljaju staništa za različite vrste životinja i mesta za uživanje ljudi.

Prečišćavanje otpadnih voda pomoću konstruisanih akvatičnih ekosistema je još više u skladu saživotnom sredinom ako se uzmu u obzir reklamacija i ponovno korišćenje i voda i hranljivih materija.

Naravno ni ova alternativna postrojenja nisu bez mana. Kao najveći nedostaci izdvajaju se sledeći:

u zavisnosti od konstrukcije, mogu da zauzmu mnogo veće površine, koja je potrebna zatretman otpadnih voda u odnosu na konvencionalna postrojenja,

konstrukcioni i operativni kriterijumi još uvek nisu dovoljno precizni i često se razlikujuod slučaja do slučaja,

biološki i hidrološki procesi u njima još uvek nisu dovoljno shvaćeni i

moguća je pojava komaraca i različitih biljnih štetočina i bolesti.

Osnovne komponente sistema za prečišćavanje otpadnih voda putem akvatičnih biljka su: podloga(supstrat), akvatične biljke, mikroorganizmi, alge i otpadna voda. Svaka od ovih komponenata imaspecifičnu ulogu u prečišćavanju otpadnih voda, a na osnovu njihove simbiotičke veze ceo sistemfunkcioniše (Stottmeister et al., 2003).


21/69


21

3. BILJKE U FITOREMEDIJACIJI

Različite akvatične biljke, poljoprivredne i ratarske kulture, ukrasne i divlje biljkehiperakumulatori metala su testirane i u laboratoriji i u polju kao potencijalni organizmi za čišćenjesupstrata zagađenim teškim metalima (Prasad i Freitas, 2003). U brojnim radovima različitih autora

pokazano je da neke biljne vrste mogu da se koriste za fitoekstrakciju teških metala iz kontaminiranog

zemljišta i vode (Rai et al., 1995; Salt et al., 1998; Sharuma i Gaur, 1995; Cheng et al., 2002a).

Biljke igraju važnu ulogu pri uklanjanju teških metala, jer one ne usvajaju samo nutrijente izkontaminiranih zemljišta i voda već mogu da apsorbuju i akumuliraju ove toksične elemente. Postojetri obrasca za usvajanje teških metala od strane biljaka: a) stvarno isključivanje pri kome se metalimane dozvoljava ulazak u biljke, (b) isključivanje izbojaka pri kome se metali nagomilavaju u korenu, atranslokacija u izbojke izostaje i (c) akumulacija pri kojoj se metali nagomilavaju u biljnim delovima(Kamal et al., 2004). Pri tome stepen usvajanja metala od strane biljaka i njihova tolerantnost nametale je vrlo varijabilna od vrste do vrste (DeBusk, 1999b).

3.1 Poželjne osobine biljaka pogodnih za fitoremedijaciju

S obzirom da je fitoremedijacija tehnologija bazirana na biljkama, njena efikasnost će zavisiti i odnekih osobina biljaka. Dve najvažnije karakteristike, koje biljka pogodna za fitoremedijaciju treba da

poseduje, su mogućnost brzog stvaranje velike biomase i mogućnost usvajanja metala u izbojcima uvelikim količinama (Kumar et al., 1995; Cunningham i Ow, 1996; Blaylock et al., 1997). Značikombinacija visoke akumulacije metala i velike proizvodnje biomase daje najbolje rezultate uuklanjanju metala.

Slika 14. Osobine idealne biljke za fitoremedijaciju

Biljke koje se koriste za fitoekstrakciju moraju da budu tolerantne na metal ili metale, koji se

uklanjaju i moraju da budu efikasne u translokaciji apsorbovanih metala iz korena u nadzemne delove biljke, koji će se kositi (Blaylock i Huang, 2000).


22/69


22

Ovde treba napomenuti da postoje različita mišljenja o pogodnosti translokacije usvojenih metalaiz korena u druge delove biljke, pogotovo kada je reč o rizofiltraciji. Mnogi istraživači veruju da

biljke za fitoremedijaciju treba da akumuliraju metale samo u svojim korenovima (Dushenkov et al.,1995; Salt et al., 1995; Flathman i Lanza, 1998). Dushenkov et al.(1995) su objasnili da bitranslokacija metala u nadzemne izbojke smanjila efikasnost rizofiltracije povećavanjem količineostataka kontaminiranih biljaka, koje bi morale da se odlažu. Nasuprot tome, Zhu et al. (1999)

predlažu da se efikasnost procesa može povećati ako se koriste biljke koje imaju uvećanu sposobnostza apsorpciju i translokaciju metala u biljci. I pored ovih razlika u mišljenju, očigledno je da pravilnaselekcija biljka predstavlja ključ za osiguravanje uspeha rizofiltracije kao strategije za prečišćavanjevoda.

Druge poželjne karakteristike biljaka su tolerantnost na loše uslove zemljišta (pH, zaslanjenost,struktura, sadržaj vode...), stvar anje gustog korenovog sistema, lakoća zasnivanja i gajenja i otpornostna štetočine i bolesti. Dushenkov i Kapulnik (2000) opisuju osobine idealne biljke za rizofiltraciju.Biljka mora da bude sposobna da akumulira i toleriše značajne količine ciljanih metala, ali i da budelaka za rukovanje, da ima male troškove održavanja i malo sekundarnih otpadaka koji zahtevajuodlaganje. Poželjno je i da ove biljke proizvode značajnu količinu biomase korena ili da imaju veliku

površinu korena.

Ove tvrdnje oni potkr epljuju posmatranjem nekoliko različitih vrsta akvatičnih biljaka, koje imajusposobnost da uklanjaju teške metale iz vode, kako što su Eichhornia crassiper (Mart.) Solms. (vodenizumbul), Hydrocotyle umbellata L., Lemna minor L. (sočivica) i druge.

Slika 15. Eichhornia crassiper (Mart.) Solms. i Lemna minor L.

Međutim ove biljke imaju ograničeni potencijal za rizofiltraciju, jer nisu dovoljno efikasne uuklanjanju metala zbog relativno malog korena i njegovog sporog rasta (Dushenkov et al., 1995). Istiautori navode i da veliki sadržaj vode u ovim biljkama komplikuje njihovo sušenje, kompostiranje ilispaljivanje. Terestrične biljke se smatraju pogodnijim za rizofiltraciju, jer one imaju duže, jače iobično vlaknaste korenove sa velikom površinom za sorpciju metala. Suncokret ( Zea mays L.) iindijska slačica ( Brassica juncea Czern.) su na primer terestrične biljke, odnosno ratarske kulture, kojenajviše obećavaju. Korenovi Brassica juncea Czern. su efikasni u uklanjanju Cd, Cr, Cu, Ni, Pb i Zn,dok suncokret odlično uklanja Pb, U, 137Cs i 90

Akumulacija i posebno hiperakumulacija metala pomoću biljaka su izazvale dosta interesovanja u poslednjih nekoliko godina. Ebbs et al. su izneli da kako bi se postigla uspešna fitoremedijacija

Sr iz vodenih rastvora (Dushenkov et al., 1995, 1997).Iako neke biljke prilično obećavaju, ne postoji ni jedna koja ima sve nabrojane, poželjne, osobine(Prasad i Freitas, 2003).


23/69


23

neophodno je primeniti kombinovanu strategiju brzog skrininga (pretraživanja) biljnih vrsta koje poseduju sposobnost da tolerišu i akumuliraju teške metale sa agronomskom praksom, koja bi povećala biomasu izbojaka i povećala dostupnost metala u okviru rizosfere (Kamal et al., 2004).Pronalaženje prave biljke i dalje ostaje glavni cil j mnogih istraživača koji se bave uzgojem biljaka igenetskim inženjeringom.

3.2

Uloga biljaka u fitoremedijaciji

Kao što je već napomenuto i prirodni i veštački akvatični ekosistemi imaju sposobnost dauklanjaju teške metale i druge polutante iz otpadnih voda, na osnovu prirodnih procesa koji se u njimaodvijaju (Matagi et al., 1998; Tam i Wong, 1994; Denny et al., 1995). Ovi procesi su brojni imeđusobno zavisni tako da je ceo proces prečišćavanja otpadnih voda vrlo kompleksan. Zbog toga jeteško ilustrovati šta se tačno dešava u akvatičnom ekosistemu ili koje su sve to reakcije koje utiču nauklanjanje teških metala iz otpadnih voda (Dunbabin i Bowmer, 1992).

Kada dospeju u vodu teški metali u akvatičnom ekosistemu prolaze kroz veliki broj dinamičnihtransformacija (Leewaugh, 1990; Johnston, 1993). Oni mogu da budu transportovani iz jednog odeljka

u drugi npr. iz vode u sedimente ili biote ili suspendovane materije ili obrnuto i da pri tome reaguju saostalim polutantima u otpadnoj vodi. Zbog toga je za razumevanje procesa uklanjanja teških metala izotpadnih voda potrebno dobro poznavanje svih mehanizama, koji se dešavaju u akvatičnomekosistemu i koji utiču na eliminisanje svih kategorija polutanata.

Tri glavne grupe procesa kojima se uklanjaju polutanti iz otpadnih voda su fizički, hemijski i biološki procesi. Oni se odvijaju u četiri glavna odeljka akvatičnih ekosistema (i prirodnih ikonstruisanih) – u vodi, biotama, supstratu i suspendovanim materijama (Matagi et al., 1998).

Slika 16. Mehanizmi uklanjanja zagađujućih materija iz vode

Biološko uklanjanje je gotovo najznačajniji proces eliminisanja polutanata u prirodnim ikonstruisanim akvatičnim ekosistemima. Kada se govori o ovakvom načinu uklanjanja polutanataobično se misli na usvajanje nutrijenata (makro- i mikro- elemenata ishrane) od strane biljaka i algi i

na metabolizam bakterija zahvaljujući kome se iz otpadnih voda eliminišu različite organske ineorganske materije (DeBusk, 1999a). Vegetacija obezbeđuje uklanjanje i skladištenje značajnih


24/69


24

količina azota, amonijaka, fosfora i teških metala u akvatičnim ekosistema. Stepen uklanjanja polutanata zavisi od brzine rasta biljaka i koncentracije polutanata u njihovim tkivima, a dužinaskladištenja polutanata se poklapa sa dužinom života biljke (DeBusk, 1999a). Tako da drvenaste vrstezadržavaju akumulirane elemente duže od zeljastih vrsta, ali zato akvatične makrofite usvajaju mnogoveće količine polutanata po jedinici površine. Alge takođe obezbeđuju kratkotrajno skladištenjeznačajnih količina nutrijenata, ali su često vrlo osetljive na toksičnost metala. Problemi nastaju kada

biljke počinju da se suše i odumiru, jer tada postoji mogućnost da se uklonjeni polutanti ponovo vrateu vodu. Od izumrlih biljka na dnu akvatičnog ekosistema se formira detritus, bogat uklonjenimnutrijentima i teškim metalima. Kroz procese raspadanja i spiranja eliminisani polutanti mogu ponovoda dospeju u životnu sredinu. Međutim zbog preovlađujućih anaerobnih uslova u akvatičnimekosistemima, dekompozicija detritusa je vrlo spora. Ukoliko tokom dužeg vremenskog perioda stependekompozicije organske materije ostane izuzetno nizak odnosno niži od stepena raspadanja organskematerije na supstratu (zemljištu) u akvatičnom ekosistemu će doći do formiranja treseta. S obzirom datreset može da se akumulira u mnogo veće dubine supstrata na ovaj način je obezbeđeno dužeskladištenje polutanata, koje su akvatične biljke uklonile iz vode (DeBusk, 1999a). Naravno i treset je

podložan raspadanju i isušivanju tako da se ciklus kruženja polutanata ne završava ni njihovimskladištenjem u treset. Mikroorganizmi, koji nastanjuju rizosferu korenovog sistema akvatičnih

biljaka, takođe imaju značajnu ulogu za tretman otpadnih voda. Njihov metabolizam je naročitoznačajan za uklanjanje organskih jedinjenja. Dekompozeri, a najčešće zemljišne bakterije, koriste C izorganske materije kao izvor energije i pri tome je razlažu na gasove kao što su ugljendioksid (CO 2) imetan (CH4) (U.S. EPA, 2000). Kroz metabolizam mikroorganizama eliminišu se i neorganskematerije kao što su nitrati i amonijak. Ovo uklanjanje se odvija u dva koraka odnosno kroz procesenitrifikacije i denitrifikacije. Nitrifikacione bakterije ( Nitrosomonas spp. i Nitrobacter spp.) u aerobnojsredini pretvaraju amonijak do nitrate, koji će se kroz proces denitrifikacije (Pseudomonas spp.)transformisati do gasovitog N i N2

Mehanizmi, koji su značajni za proces uklanjanja teških metala iz akvatičnih sredina obuhvataju

sedimentaciju, flokulaciju, adsorpciju, koprecipitaciju, razmenu katjona i razmenu anjona,kompleksaciju, precipitaciju, oksidaciju/redukciju, mikrobiološku aktivnost i usvajanje pomoću biljka.

O, koji odlaze u atmosferu.

Do kog stepena će se dešavati ove reakcije odnosno u kojoj meri će teški metali biti uklonjeni izotpadne vode prvenstveno zavisi od sastava sedimenata i to posebno od sadržaja i vrste gline u njima,mineralnih materija, hidratisanih oksida, organske materije, pH vrednosti, redoks stanja, prirodezagađenja i genotipa biljke (Matagi et al., 1998).


25/69


25

3.3 Uklanjanje teških metala pomoću akvatičnih biljaka

Mafabi (1995) definiše akvatične ekosisteme kao mesta gde voda ostaje dovoljno dugo da bi se biljke i životinje adaptirale na zabarene uslove.

Denny (1987) prepoznaje sledeće kategorije akvatičnih biljaka: emerzne, flotantne, ukorenjene i

submerzne makrofite.

Slika 17. Kategorije akvatičnih makrofita

Denny (1980, 1987) dalje ističe da je glavni put usvajanja teških metala od strane biljka uakvatičnom ekosistemu kroz njihovo korenje u slučaju emerznih i flotantnih biljka, dok euhidrofite(biljke koje imaju potpuno potopljene listove ili i plutajuće i potopljene listove) usvajaju teške metalekroz listove i koren. Tendencija da se koriste izbojci za usvajanje teških metala umesto korena raste

progresivno ka submerznim izdancima jednostavne strukture. Submerzne ukorenjene biljke imaju potencijal za ekstrakciju metala iz vode kao i iz sedimenata, dok neukorenjene brzo uklanjaju metale

samo iz vode (Matagi et al., 1998). Folijarna apsorpcija teških metala predstavlja pasivni proces ulaskatečne faze kroz otvore u kutikuli ili kroz stome do ćelijskog zida i naposletku plazmaleme (Everard iDenny, 1985).

Pri lociranju mesta usvajanja minerala kod biljaka Arisz je otkrio da joni prodiru u biljke pasivnim procesom i to uglavnom razmenom katjona (Matagi et al., 1998). Winter je koristeći kretanje jona rubidijuma pokazao da sa inicijalno usvajanje dešava u apoplastu tj. delu tkiva koji je slobodnodostupan za difuziju rastvornih supstanci i zaključio je da se mesta za razmenu katjona nalaze ućelijskom zidu (Matagi et al., 1998). Lokaciju mesta za razmenu katjona su dalje potvrdilaelektromikroskopska istraživanja ćelija listova biljke Potamogeton pectinatus L., koja se sproveliSharpe i Denny (1976). Grill et al. (1985) su identifikovali ova mesta i predložili ime fitohelatini.

Fitohelatini su peptidi koji kompleksiraju teške metale i koji se sastoje od različitih aminokiselinazaduženih za detoksifikaciju i homeostatički balans teških metala u biljnim ćelijama. Višak teških


26/69


26

metala se vezuje za ćelijske zidove u procesu koji se naziva formiranje matatiolata kroz kompleksmerkaptida (Grill et al., 1985).

Welsh i Denny (1979a) su demonstrirali da je olovo usvojeno iz sedimenata pomoću submerzinih biljka Potamogeton crispes L. i Potamogeton pectinatus L. sa minimalnom translokacijom olova dovrha lista, mrtvih regiona i donjeg starijeg lišća, dok je akropetalna translokacija bakra, koja je bila

primećena na određenim mestima akumulacije bila ekstenzivna. Elektronski mikrografi tkiva P. pectinatus L. su pokazali da se olovo inicijalno akumuliralo u ćeliji zahvaljujući nemetaboličkoj silitoka rastvora u apoplastu (Welsh i Denny, 1979b). Olovo se dalje distribuira na osnovu Donanoveravnoteže, združeno sa nepokretnim anjonima kao što su pektati i u ćelijskom zidu i u plazmalemi(Sharpe i Denny, 1976). Zaključeno je (Sharpe i Denny, 1976; Welsh i Denny, 1979a) da usvajanjeolova pomoću P. pectinatus L. predstavlja fizičku ravnotežu sa jonskim ili čestičnim olovom koje sevezuje za nepokretna mesta u slobodnom prostoru ćelijskog zida i nije obavezno povezano sa nekimspecifičnim mehanizmom isključivanja.

Nasuprot tome visoke koncentracije bakra su primećene na mestima aktivnog rasta kao što je vrhstabljike i mladi listovi, koji su se ponašali kao odvodni kanali za uklanjanje bakra. Dalji dokaz za

translokaciju bakra u biljkama je da je on bitan element u tragovima za fotosintezu naročito ufotosistemu I i biohemijskim procesima citohroma (Matagi et al., 1998).

Denny (1980) je zaključio da je usvajanje teških metala od strane biljaka vezano za apsorpciju itranslokaciju, a otpuštanje za ekskreciju. Sharpe i Denny (1976) i Welsh i Denny (1979b) su pokazali,međutim, da je najveće usvajanje metala od strane biljnog tkiva vezano za apsorpciju na anjonskimmestima u ćelijskim zidovima i da metali ne ulaze u žive biljke. Ovo objašnjava zašto akvatične biljkemogu da imaju vrlo visoke vrednosti, do 200.000 puta veće koncentracije teških metala u svojimtkivima neko u sredini koja ih okružuje. Ovo se poklapa sa rezultatima Sutton i Blackburn (1971) kojisu pokazali da se pod eksperimentalnim uslovima metali obično akumuliraju u akvatičnim biljkama dokoncentracija većih nego u spoljašnjem mediju.

Mehanizam usvajanja metala u izdancima i listovima submerznih biljaka je rezimirao Winter(Matagi et al., 1998):

pasivno prodiranje jona (uglavnom razmena katjona) u periferni region, koji se naziva prividno slobodan prostor (apoplast) tj. deo tkiva koji je slobodno dostupan za difundujuće rastvorne supstance i koji se sastoji od vodnog slobodnog prostora i Donanovog slobodnog

prostora

aktivno usvajanje jona u citoplazmu, kretanja različitih jona su nezavisna

aktivna sekrecija jona u vakuole iz citoplazme

translokacija jona u simplast – aktivan proces kojim se joni premeštaju u citoplazmu izćelije u ćeliju preko plazmadezmata.

Dalji dokaz o redukciji teških metala pomoću ukorenjenih biljaka dao je Mbeiza, koji je pronašaosledeći red u distribuciji metala koren > rizomi > stabljika > listovi (Matagi et al., 1998). Međutim,

biljke koje su izložene visokim koncentracijama teških metala su obično manjih dimenzija, jer zaostajuu rastu, a neke od njih mogu i da uvenu usled jake toksičnosti metala. Edroma (1974) je primetio da jeu kontaminiranim područjima visoka koncentracija bakra pronađena u površinskom sloju zemljištaopadala sa povećanjem dubine zemljišta. On je dalje primetio da biljke sa plitkim korenom imaju

obično veće koncentracije metala nego biljke sa dugim dubokim korenom i da su ove biljke sa plitkimkorenom obično izostajale na lokalitetima sa visoko zagađenom zemljom. Zaključio je da biljke koje


27/69


27

žive blizu lokaliteta kontaminiranih teškim metalima pokazuju neki stepen tolerantnosti na teškemetale. Ova selekcija se obično određuje i javlja kroz prirodnu selekciju (Gregory i Bradshaw, 1965;McNeilly i Bradshaw, 1968).

Koeficijenti transfera (koncentracija metala u suvoj masi biljke u odnosu na ukupnu koncentracijumetala u zemljištu) su vrlo pogodni način za kvantifikovanje relativnih razlika u biodostupnosti metala

biljkama. Kloke et. al (1984) su dali generalizovane koeficijente transfera za zemljište i biljke.Vrednost pH sedimenata, sadržaj organske materije i genotip biljke mogu da imaju znatan efekat nausvajanje metala. Koeficijenti transfera su bazirani na usvajanju metala pomoću korena, ali mora da

bude shvaćeno da biljke mogu da akumuliraju određene količine metala i preko folijarne apsorpcijeatmosferskih taloga na lišću biljaka. Cd, Ti i Zn imaju najveće koeficijente transfera što je odraznjihove relativno niske sorpcije u sedimentima. Nasuprot tome metali kao što su Cu, Co, Cr i Pb imajumale koeficijente transfera zato što su obično jako vezani za koloide sedimenata.

Ispuštanje teških metala u akvatične ekosisteme može da dovede do različitih fizičkih, hemijskih i bioloških odgovora (Moor i Romanorty, 1984). Većina odgovora zavisi od fizičkih i hemijskihkarakteristika akvatičnog ekosistema i preovlađujućeg tipa vegetacije. Makrofite igraju važnu ulogu u

reciklaži nutrijenata i teških metala u mnogim akvatičnim ekosistemima (Pip i Stepaniuk, 1992). Doksedimenti predstavljaju primarni odvodni kanal za teške metale, makrofite mogu da apsorbuju teškemetale preko korena i izbojaka. Tokom sezone rasta, zajednice makrofita mogu da zadrže značajnekoličine metala, koje će se kasnije osloboditi tokom perioda starenja i smrti.

Neke makrofite mogu da tolerišu visoke koncentracije nekoliko metala u svojoj biljnoj masi bez pokazivanja negativnih efekata na rast. Dunbabin i Bowmer (1992) su pronašli da su makrofite kao štosu Phragmites sp., Typha sp. i Schenoplectus sp. mnogo tolerantnije od drugih. Iako se mehanizmitolerancije i usvajanja metala slabo razumeju, pronađeno je da ceo proces zavisi od hemizmasedimenata tj. pH, redoks potencijala i organske materije. Temperatura takođe predstavlja još jedanregulacioni faktor. Za usvajanje metala su poželjniji oksidacioni uslovi kako bi tretman otpadne vode

pomoću akvatičnih sistema bio efikasan.

Distribucija metala u biljnom tkivu je vr lo značajno pitanje. Biljka Typha sp. toleriše povišenenivoe metala u svojim tkivima bez ozbiljnih fizioloških šteta. Zabeleženo je da se koncentracije metala

povećavaju u sledećem redu: korenje > rizomi > starije lišće > mlađe lišće (Dunbabin i Bowmer,1992). U uslovima kontaminacije, veća količina usvojenog metala pomoću biljaka je bila zadržana ukorenu. Zeleni izbojci su sadržali najniže koncentracije Cu, Zn, Pb i Cd.

Salati (1987) je proučavao usvajanje teških metala pomoću vodenog zumbula ( Eichhorniacrassiper ) u Brazilu. Vodeni zumbul je biljka sa dobrom tolerancijom i visokom efikasnošću usvajanjanutrijenata i teških metala tako da ima veliki potencijal za prečišćavanje otpadnih voda. Njena

efikasnost u prečišćavanju leži u njenom brzom rastu u zagađenim i otpadnim vodama i kapacitetu zaapsorpciju teških metala. Posle šest nedelja rasta u vodi kontaminiranoj teškim metalima, biljka jeakumulirala značajne koncentracije Cu, Pb, Cd, Hg i Cr (Wolverton i Mc Donald, 1977). Biljka jetakođe redukovala i biološku potrošnju kiseonika (BPK) otpadnih voda. Efikasnost potiče odapsorpcije organske materije, razložene i rastvorene pomoću paravana od korenja vodenog zumbula.Korenje se ponaša kao filter sa mehaničkom i biološkom aktivnošću, koji uklanja suspendovanematerije iz vode tako da smanjuje mutnoću vode. Redukcija mutnoće pomoću vodenog zumbula jeobjašnjena činjenicom da korenove dlačice imaju električni naboj koji privlači suprotno naelektrisanečestice kolida kao što su suspendovane materije i teraju ih da se zalepe za korenje gde će polako bitiapsorbovane i asimilovane od strane biljaka i mikroorganizama (Wolverton, 1988; Brix, 1993).


28/69


28

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Ni Co Cu Zn Mn Pb Cd

300

36 24 18 8 5 1

Preovlađuju vrste iz familija: Brassicaceae, Asteraceae, Cyperaceae,

Cunouniaceae,, Caryophyllaceae,

Fabaceae, Flacourtiaceae, Lamiaceae,

Poaceae, Violaceae, Euphorbiaceae

Na kraju može da se zaključi da biljke uz mikroorganizme imaju odlučujuću ulogu u uklanjanjurazličitih polutanata. U literaturi se spominje preko 45 biljnih vrsta koje čine vegetaciju alternativnihsistema za prečišćavanje otpadnih voda. Pomoću korenovog sistema biljke efikasno uklanjaju širokspektar polutanata iz otpadne vode, a odstranjene elemente, kao što su na primer ugljenik, nutrijenti imikroelementi ugrađuju u svoja tkiva. Akvatične makrofite imaju još nekoliko važnih uloga ukonstruisanim akvatičnim ekosistemima. One utiču na stabilizaciju supstrata i usporavanje toka vode

kroz njega. Zahvaljujući unosu kiseonika u vodu, kroz stabljike i koren biljaka, i njegove translokacijedo supstrata u neposrednoj okolini korena stvaraju se mikrolokacije sa aerobnim uslovima, koje su

pogodne za nagomilavanje kolonija mikroorganizama.

3.4 Vrste biljaka pogodnih za fitoremedijaciju

Do danas je prijavljeno preko 400 biljnih vrsta koje mogu da hiperakumuliraju metale. Familije sanajviše predstavnika ovakvih biljaka su: Asteraceae, Brassicaceae, Caryophyllaceae, Cyperaceae,Cunouniaceae, Fabaceae, Flacourtiaceae, Lamiaceae, Poaceae, Violaceae i Euphorbiaceae (Prasad iFreitas, 2003).

Slika 18. Broj biljnih vrsta koje mogu da hiperakumuliraju metale(modifikovano Prasad i Freitas, 2003)

Većina ovih biljaka može uspešno da se koristi i u našim klimatskim uslovima. Kao najznačajnije

izdvajaju se: trska (Phragmites communis Trin.), zuka (Schoenoplectus lacustris (L.) Palla), rogoz(Typha latifolia L.), barska perunika ( Iris pseudoacorus L.), sita ( Juncus effuses L.), sočivica ( Lemnaminor L.), vodena metvica ( Mentha aquatica L.) i vodena bokvica ( Alisma plantago – aquatica L.).


29/69


29

Slika 19. Izgled biljaka Phragmites communis Trin., Schoenoplectus lacustris (L.) Palla, Typhalatifolia L, Iris pseudoacorus L., Juncus effuses L. i Alisma plantago- aquatica L.

Pored napred opisanih vrsta, prema literaturnim podacima, u prečišćavanju otpadnih voda koristese i sledeće biljke.

Tabela 2. Druge biljke koje su najčešće korišćene u fitoremedijaciji zagađenih voda i zemljišta

Vrsta biljke Butomus umbellatus Carex hirta Menianthe trifoliata

Bidens tripartitus Carex rostrata Myostis palustris

Caltha palustris Descampsia caespitosa Nasturtium officinalis

Canna indica Eupaterium canabinum Phalaris arundinaceae

Carex vulpina Euphorbia palustris Polygonum hidropiper

Carex vesucaria Filipendula ulmaria Polygonum bistorta

Carex pseudocyperus Gladiolus palustris Rumex hydrolapatumCarex pendula Gratiola officinalis Sagitaria sagittifolia

Carex acutiformis Humulus lupulus Scirpus palustris

Carex elata Lychins flos-cuculi Solanum dulcamara

Carex gracilis Lysimachia nummularia Symphytum officinalis

Carex disticha Lysimachia vulgaris Valeriana officinalis

Carex riparia Lythrum salicaria Veronica beccabunga


30/69


30

Slika 20. Izgled biljaka Solanum dulcamara, Lysimachia vulgaris, Caltha palustris, Lychins flos-cuculi, Carex gracilis i Butomus umbellatus

Pored pomenutih biljaka u fitoremedijaciji se koriste i različite jestive biljke, ratarske i povrtarskekulture, ukrasne i drvenaste biljke. U upotrebi su i različiti biofilteri.

Slika 21. Biodiverzitet vrsta pogodnih za fitoremedijaciju


31/69


31

Biofilteri služe za ekstrakciju teških metala iz različitih vrsta otpadnih voda (Reedy et al., 1982).Kao adsorbent koristi se jeftina suva ili živa biomasa različitih biljnih vrsta - suva biomasa algi,lišajeva, bakterija i različitih biljnih vrsta (Davies et al., 2000; Bailey et al., 1999; Kähkönen iManninen, 1998). Drugim rečima korišćenje biofiltera otvara potpuno novo polje za efikasnokorišćenje različitih biljnih ostataka poljoprivrede i šumarstva, koji su se do sada spaljivali ili bacali.

Radi bolje efikasnosti adsorpcije ova masa može biti iseckana ili samlevena, imobilizirana nasintetički polimer ili pričvršćena na neorganski nosač ili upakovana u kolone. Kada se zasiti sametalima biomasa se regeneriše sa kiselinama ili bazama da bi se ponovo koristila (Kratochvil iVolesky, 1998).

Najveći adsorpcioni kapacitet za kadmijum, hrom, olovo i živu je do sada primećen kod: ligninaza Pb (1587 mg Pb/g lignina), citosana za Pb, Hg, Cr i Cd (796 mg Pb/g citosana, 1123 mg Hg/gcitosana, 92 mg Cr(III)/g citosana i 558 mg Cd/g citosana), pamuka za Hg (1000 mg Hg/g pamuka),treseta za Cr (76 mg Cr(III)/g treseta) i morskih algi za Cd (215 mg Cd/g morskih algi) (Bailey et al.,1999).

Hiperakumulatori mogu da tolerišu, usvajaju i translociraju visoke koncentracije nekih teškihmetala, koji su inače toksične za druge organizme (Kamal et al., 2004). Oni su definisani kao biljkečije lišće može da sadrži više od 100 mg Cd/kg suve mase, više od 1.000 mg Ni i Cu /kg suve mase iliviše od 10.000 mg Zn i Mn/kg suve mase kada se gaje (rastu) na supstratima bogatim teškim metalima(Zavoda et al., 2001). Familija Brassicaceae ima najviše predstavnika hiperakumulatora - 11 rodova i87 vrsti (Prasad i Freitas, 2003).

3.4.1 Familija Amaranthaceae - štirevi , lobodnjače

Tabela 3. Sistematika vrsta familije Amaranthaceae 1

Regnum Plantae CladeClade

Angiospermae Eudicotyledoneae

Superordo CaryophyllanaeOrdoFamilia

Caryophyllales

Amaranthaceae

Subfamilia Amaranthoideae

Genus Amaranthus sp. - amarantusiSpecies Amaranthus cruentus L.

Species Amaranthus tricolor L. Species Amaranthus paniculatus L. Species Amaranthus chlorostachys Willd.

Subfamilia Chenopodioideae

Genus BassiaSpecies

sp. Bassia

scoparia (L.) A.J. Scott - letnji čempres

1 Klasifikacija biljaka je data na osnovu važeće Klasifikacije biljnih familija po APG III (2009)


32/69


32

Biljke roda Amaranthus spp. se uglavnom gaje kao dekorativne vrste, čije seme može da se koristiu ishrani. Poslednjih nekoliko godina primećeno je da neke od ovih vrsta dobro uspevaju nazaslanjenim zemljištima i zemljištima zagađenim teškim metalima.

U različitim eksperimentima potvrđeno je da Amaranthus cruentus L. dobro usvaja olovo (Opeoluet al., 2005), a Amaranthus tricolor L. i Amaranthus paniculatus L. cink (Bigaliev et al., 2003).

Amaranthus chlorostachys Willd. se lako gaji u hidroponičkim sistemima i može da usvaja velikekoličine cezijuma (Moogouei et al., 2011).

Slika 22. Amarantusi pogodni za fitoremedijaciju ( Amaranthus cruentus L., Amaranthus tricolor L. i Amaranthus paniculatus L.)

U okviru ove familije postoji još dekorativnih vrsta, koje proizvode veliku biomasu i dobrousvajaju teške metale i radionukleide. Bassia

scoparia (L.) A.J. Scott - letnji čempres može da se

koristi za fitoremedijaciju U, Cr, Pb, Hg, Ag i Zn, a tolerantan je in a prisustvo selena (McCutcheon iSchnoor, 2003)

3.4.2 Familija Asteraceae - glavočike

.

Tabela 4. Sistematika vrsta familije Asteraceae 2

Regnum Plantae CladeClade

Angiospermae Eudicotyledoneae

Clade AsteridaeClade CampanulidaeSuperordo AsteranaeOrdo AsteralesFamilia A

steraceae Bercht. & J.Presl

Genus Bidens sp.Species Bidens tripartita L. - kozji rogovi

2 Klasifikacija biljaka je data na osnovu važeće Klasifikacije biljnih familija po APG III (2009)

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=%22Moogouei%20R%22%5BAuthor%5Dhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=%22Moogouei%20R%22%5BAuthor%5Dhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=%22Moogouei%20R%22%5BAuthor%5D


33/69


33

Genus Tussilago sp.Species Tussilago farfara L. - podbel

Tribus Anthemideae

Genus Tanacetum

Species

sp.

Tanacetum vulgare L. - vratić

Tribus Astereae

biljke pogodne za fitoremedijaciju - nevena cule 2011

Documents