Фиторемедиация сельскохозяйственных земель от загрязнений тяжелыми металлами

ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А.»

 

                                                                                           Кафедра Экология

 

 

 

Курсовая работа

по  дисциплине «Техногенные системы и экологический риск»

на тему:

«Фиторемедиация сельскохозяйственных земель от загрязнений тяжелыми металлами »

 

 

Выполнила:

Студенка группы ЭКЛ-41

Нигматуллина К.М..

 

 

Проверила:

Профессор кафедры «Экология», д.х.н. Губина Т. И.

     (Ф.И.О.)                                                                    (дата)                  (подпись)

Члены комиссии:

Зав. кафедрой д.б.н., проф. Тихомирова Е.И.

     (Ф.И.О.)                                                                    (дата)                   (подпись)

Доцент Косарев А. В. к.х.н.

     (Ф.И.О.)                                                                    (дата)                   (подпись)

 

 

 

 

Саратов – 2013

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

Основная часть…………………………………………………………………….4

1 Тяжелые металлы……………………………………………………………….4

1. Причины загрязнения тяжелыми металлами сельскохозяйственных земель…………………………………..5
2. Методы очистки сельскохозяйственных земель……………………..6
1. Биовентилирование……………………………………………...7
2. Грибковые технологии………………………………………….8
3. Использование ила………………………………………………9
4. Фиторемедиация………………………………………………..10

Заключение……………………………………………………………………….12

Список использованной литературы…………………………………………...13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В настоящее время проблема загрязнения сельскохозяйственных территорий тяжёлыми металлами является самой актуальной и серьёзной. Именно тяжелые металлы занимают одно из лидирующих мест среди всех загрязнителей, что существуют в окружающей среде.

Такие металлы как свинец, медь, цинк, кадмий и многие другие представители данной группы, даже в совсем малых количествах могут и способны вызывать онкологические, иммунологические и многие другие виды человеческих заболеваний.

Те ученые, что проводили исследования, доказали, что примерно 70% тяжелых металлов поступает в организм человека в процессе питания. Подобного рода загрязнения носит местный характер [1].

 Самое оптимальное  загрязнения почв можно наблюдать около автомагистралей, промышленных центров и мегаполисов. Даже сельскохозяйственные территории в пределах городов, где наблюдается большая степень антропогенного воздействия, не являются исключением.

Растительная продукция, выращенная на подобных территориях, способна накапливать тяжелые металлы, превышающие  концентрации предельно допустимых (т.е. ПДК), а так же максимально допустимых уровней (МДУ).

Очистка почв от загрязнений тяжелыми металлами является перспективной. Разработаны очень много способов очистки почв, такие как физические, химические, физико-химические и биохимические.

Целью моей работы является рассмотрение биохимического метода очистки почв, которая в свою очередь подразделяется на несколько видов: биовентилирование, фиторемедиацию, грибковые технологии, использование ила. В данной курсовой работе я рассмотрю один из видов биохимической очистки, а именно фиторемедиацию [2].

 

 

Основная часть

1. Тяжелые металлы

Тяжелые металлы – группа химических элементов со свойствами металлов и значительным весом либо плотностью. На данный момент известно около сорока разных определений термина «тяжелые металлы» и практически невозможно указать из них наиболее принятое. Из-за этого список тяжелых металлов будет включать разные элементы. Критерием в данном случае выступает либо атомный вес либо плотность.

Тяжелыми металлами являются хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, галлий, германий, молибден, кадмий, олово, сурьма, теллур, вольфрам, ртуть, таллий, свинец, висмут. 

Природным источником тяжелых металлов являются породы (магматические и осадочные) и породообразующие минералы. Многие элементы поступают в атмосферу с космической и метеоритной пылью, с вулканическими газами, горячими источниками, газовыми струями.

Поступление тяжелых металлов в биосферу вследствие техногенного рассеивания осуществляется разнообразными путями (например промышленность и т.д) [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Загрязнение сельскохозяйственных земель тяжелыми металлами

Среди различных факторов негативного воздействия на окружающую среду все возрастающую роль играет промышленное загрязнение почв. Главными источниками  поступления  тяжелых металлов в почву в пределах сельскохозяйственных зон являются выбросы в атмосферу загрязняющих веществ. Значительный вклад при этом вносят тепловые электростанции, транспорт, промышленные предприятия, химические средства защиты сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей. Не малую роль в загрязнении сельскохозяйственных почв привносят минеральные и органические удобрения, пестициды, орошение водами с повышенным содержанием тяжелых металлов.

Тяжелые металлы обладают способностью образовывать комплексные соединения с органическими веществами почвы.

Тяжелые металлы являются большой опасностью для человека, для природных и сельскохозяйственных экосистем. Они достаточно быстро накапливаются в почве, но при этом очень долгое время из неё не удаляются. Это составляет большую проблему. Большие площади сельскохозяйственных земель не успевают обновляться. Происходит их ухудшение, теряется основное свойство – плодородие [4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Методы очистки сельскохозяйственных  земель

Способы очистки почв от загрязнений подразделяют на физические, химические, физико-химические и биохимические.

Рассмотрим один из видов очистки – биохимические. Этот вид очистки становиться всё более популярным. В свою очередь данный метод делиться на следующие виды: биовентилирование, грибковые технологии, использование ила, фиторемедиацию [5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 Биовентилирование

 Биовентилирование используется за рубежом для удаления из почв нефти и нефтепродуктов. В теле загрязненного грунта бурятся скважины, в которые подается воздух. Этот метод увеличивает скорость биологического разложения, которая сдерживается недостатком кислорода в грунте. Так же метод может сочетаться с технологией откачки грунтовых испарений. В таком варианте часть скважин может использоваться для закачки воздуха, а остальная часть наоборот для откачивания образовавшихся испарений и далее идет очистка от летучих загрязняющих веществ [6].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Грибковые технологии

При грибковом методе очистки почв от загрязнений производят заселение различными грибковыми культурами. Этот способ пригоден для разрушения тех токсических веществ, которые трудно разлагаются, в том числе полиароматические, углеводороды типа полихлорированных дефинилов. Метод так возможен и в принципе продолжается в зимних условиях. Происходит снижение концентрации.

Метод может нести смешанный характер. Например в США разработан метод восстановления почв носит комбинированный характер, который включает в себя биохимические и физические методы очитки. При этом сам процесс идёт в несколько стадий [7]. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Использование ила

Данный вид очистки относят к сельскому хозяйству. При этом метод используется для очистки разливов нефти и нефтепродуктов.

 Состав содержит нефтеокисляющие микроорганизмы, удобрение и адсорбент. В качестве нефтеокисляющих микроорганизмов используют активный ил. В качестве удобрения используют навоз и производят рыхление загрязненной почвы.

Данный вид очистки позволяет достигать экологически чистый состав для очистки почвы, при этом происходит повышение экономичности метода.

Существуют некоторые недостатки метода: узкая область применения, происходит очищение только поверхностного слоя почвы, проведению метода мешают повышенные температуры, сложность состава и его начальное приготовления и сложность в выборе состава компонентов их соотношения [8].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Фиторемедиация

Фиторемедиация – (в переводе с греческого «фитон» - растение, и талинского «ремедиум» - восстанавливать) способ очистки почв с помощью зелёных растений [9].

Для того  чтобы обезвредить почву от различных видов загрязнителей (например от тяжелых металлов), используют различные микроорганизмы.

Но они не способны удалять из почвы тяжелые металлы.

Лучше всего извлекают из почвы и накапливают в своих тканях тяжелые металлы – зелёные растения. После растительность можно сжечь, а остатки пепла захоронить или использовать в качестве вторичного сырья.

Метод имеет большую эффективность и экономически выгоден. Но это выяснилось уже после, как обнаружили растения-гипераккумуляторы тяжелых металлов, которые имеют способность накапливать в своих листьях элементы. При проведении расчетов выяснилось, что гипераккумуяторы в десять раз больше способны накапливать тяжелые металлы, чем обычные растения.  

Использовать растения-гипераккумуляторы начали в начале 80-х годов. Но при этом существовали сложности метода в том, что биомасса этих растений была невелика и в том, что не была разработана технология выращивания.

Большую часть дикорастущих растений-гипераккумуляторов относят к семейству крестоцветных (капуста, горчица).

Но многие тяжелые металлы растения плохо усваивают. Потому что тяжелые металлы находятся в виде малорастворимых соединений.

Но проблему удалось решить уже после, когда обнаружили, что поступление тяжелых металлов в растения стимулируют вещества, образующие с металлами устойчивые, но растворимые комплексные соединения. Но человек, к сожалению, еще мало знаком с механизмом накопления тяжелых металлов.

Успешные эксперименты с веществами стимуляторами предполагают, что растения усваивают малорастворимые соединения тяжелых металлов в результате того, что их корневая система выделяет в почву природные вещества-комплексообразователи (например, фитосидерофоры).

Но лучше всего изучены фитосидерофоры ячменя и кукурузы – это кислоты. Предполагается, что в роли фитосидерофоров играют белки, которые способны связывать тяжелые металлы и делать тем самым доступными для растений.

Для того чтобы тяжелые металлы стали доступными для растений необходимо, чтобы в мембранах корневых клеток был повышен  фермент редуктаза. Так же для доступности тяжелых металлов немалую роль может играть и корневая микрофлора.

Механизм переноса тяжелых металлов из корневой части растения в наземные, меньше всего изучен. Одно ясно, что малорастворимые соли тяжелых металлов перемещаются по сосудистой системе в виде комплексных соединений (например, с органическими кислотами).

Перспектива развития метода фиторемедиации возможно ожидать тогда, когда при помощи методов генной инженерии будут созданы такие растения, которые будут способны более эффективно накапливать в себе тяжелые металлы [10].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В данной курсовой работе я рассмотрела методы очистки сельскохозяйственных земель от загрязнений тяжелыми металлами. Эта проблема в настоящее время является серьёзной и актуальной.

Мною были рассмотрены биохимические методы очистки: биовентилирование, грибковые технологии, использование ила и фиторемедиация.

Более подробно я рассмотрела метод фиторемедиации – очистка с помощью зелёных растений.

Можно сделать следующие выводы:

1. Является перспективным методом и развивается в настоящее время.
2. Наиболее экологически чистый метод.
3. Является доступным методом
4. Возможно дальнейшее развитие совместно с развитием генной инженерии.