Ριζοφιλτράρισμα

Το ριζοφιλτράρισμα (rhizofiltration) είναι μορφή φυτοθεραπείας κατά την οποία εκτελείται φιλτράρισμα του νερού μέσω μάζας ριζών για την αφαίρεση συγκέντρωση και ιζηματοποίηση τοξικών ουσιών ή υπερβάλλουσας ποσότητας θρεπτικών ουσιών.

 Η ρύπανση από βαρέα μέταλλα των υδάτινων οικοσυστημάτων έχει γίνει παγκόσμιο πρόβλημα. Ίχνη βαρέων μετάλλων είναι πάντα παρόντα σε γλυκά νερά από πηγές, όπως η διάβρωση των πετρωμάτων, από φυσικά φαινόμενα, όπως η ηφαιστειακή έκρηξη κ.λπ. με αποτέλεσμα τη γεωχημική ανακύκλωση των βαρέων μεταλλικών στοιχείων στα υδάτινα οικοσυστήματα. Το νερό είναι η βασική ανάγκη για τη ζωή προκειμένου να συντηρηθεί. Ωστόσο, το μολυσμένο νερό μπορεί να είναι θανατηφόρο. Συνεπώς, είναι σοβαρό το ενδιαφέρον για τον καθαρισμό του μολυσμένου νερού. Στο παρελθόν δοκιμάστηκαν διάφορες τεχνικές για την απολύμανση λυμάτων με συμβατικές μεθόδους. Οι περισσότερες τεχνικές αποδείχθηκαν μερικώς αποτελεσματικές και ιδιαίτερα δαπανηρές. Στο πρόσφατο παρελθόν χρησιμοποιήθηκαν ευρέως βιολογικοί πόροι τόσο στις αναπτυγμένες όσο και στις αναπτυσσόμενες χώρες για τον καθαρισμό των ρύπων σε υδάτινα οικοσυστήματα. Οι τεχνολογίες αυτές έχουν αποκτήσει σημαντική δυναμική στην τελευταία δεκαετία και βρίσκονται σήμερα στο στάδιο της εμπορευματοποίησης. Τα φυτά επιδεικνύουν σημαντικές δυνατότητες φυτοεξαγωγής, δηλαδή πρόσληψης και ανάκτησης των ρύπων στην υπέργεια βιομάζα και δυνατότητες φυτοσταθεροποίησης χώρων αποβλήτων με έλεγχο της διάβρωσης και την εξάτμιση μέσω διαπνοής μεγάλων ποσοτήτων νερού, όπως επίσης και φιλτραρίσματος των μετάλλων από το νερό στο ριζικό σύστημα τους σύστημα. Το ριζοφιλτράρισμα είναι τύπος φυτοθεραπείας εδάφους, με τη χρήση υδροπονικά ανεπτυγμένων ριζών για την αποκατάσταση μολυσμένου νερού με απορρόφηση, συμπύκνωση και καθίζηση των ρύπων. Επίσης, φιλτράρει μέσα από το νερό και διαφόρων ειδών ρύπους. Το μολυσμένο νερό είτε συλλέγεται από μια μολυσμένη περιοχή και φθάνει ως τα φυτά, ή τα φυτά που φυτεύονται στη μολυσμένη περιοχή, αντλούν με τις ρίζες το νερό και τους διαλυμένους ρύπους. Πολλά είδη φυτών προσλαμβάνουν με φυσικό τρόπο τα τοξικά βαρέα μέταλλα και την περίσσεια θρεπτικών ουσιών για διάφορους λόγους, ανάμεσα στους οποίους αναφέρονται η αντοχή στην ξηρασία, οι αλληλεπιδράσεις με άλλα φυτά και η άμυνα κατά των παθογόνων και των φυτοφάγων. Ορισμένα από αυτά τα είδη μπορούν να συσσωρεύσουν εξαιρετικά μεγάλες ποσότητες μολυσματικών παραγόντων. Ο προσδιορισμός των φυτικών ειδών οδήγησε τους περιβαλλοντολόγους στην αξιοποίηση των συγκεκριμένων δυνατοτήτων τους για την αποκατάσταση μολυσμένων εδαφών και των λυμάτων. Ως πρότυπο φυτό για ριζοφιλτράρισμα επιλέγεται συνήθως η Brassica juncea' (ινδική μουστάρδα) επειδή έχει την ικανότητα να συσσωρεύει υψηλά επίπεδα μολύβδου και άλλων βαρέων μετάλλων, υπερβαίνοντας τις δυνατότητες αρκετών εμπορικά καλλιεργούμενων φυτικών ειδών. Επιπλέον, αρκετά μέλη της οικογένειας των Σταυρανθών ή των Βρασσικιδών έχει αποδειχθεί ότι συσσωρεύουν ασυνήθιστα υψηλές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων και στους βλαστούς και στις ρίζες. Ο μόλυβδος (Pb), το κάδμιο (Cd), ο χαλκός (Cu), το χρώμιο (Cr), το νικέλιο (Ni), και ο ψευδάργυρος (Zn) είναι συνήθως οι πανταχού παρόντες ρύποι που περιέχεται στα βιομηχανικά, γεωργικά και αστικά απόβλητα. Το ριζοφιλτράρισμα είναι ενδεχόμενη λύση για την επεξεργασία επιφανειακών και υπόγειων υδάτων, βιομηχανικών και οικιστικών αποβλήτων, όμβριων υδάτων, όξινων απορροών ορυχείων, γεωργικών απορροών και υδάτων μολυσμένων από ραδιονουκλεΐδια. Με τα κατάλληλα φυτά είναι αποτελεσματική η αφαίρεση τοξικών μετάλλων από ένα διάλυμα με τη χρήση συστημάτων ταχείας ανάπτυξης της ρίζας. Διάφορα είδη φυτών απομακρύνουν αποτελεσματικά τοξικά μέταλλα όπως τα Cu2+, Cd2+, Cr6+, Ni2+, Pb2+ και Zn2+ από υδατικά διαλύματα. Διαπιστώθηκε, επίσης, ότι ραδιενεργοί ρύποι χαμηλού επιπέδου είναι δυνατόν να απομακρυνθούν από υγρά ρεύματα. Για να επιτευχθεί η απομάκρυνση διαμορφώνεται «στρωμνή τροφοδότης» πάνω από το μολυσμένο ρεύμα μέσω της οποίας μεγαλώνουν τα φυτά, επεκτείνοντας το μεγαλύτερο τμήμα των ριζών τους μέσα στο νερό. Η στρωμνή τροφοδότησης επιτρέπει να λαμβάνουν τα φυτά την κατάλληλη λίπανση, χωρίς να μολύνουν τη μάζα ύδατος, ενώ ταυτόχρονα αφαιρούν τα τοξικά βαρέα μέταλλα από το νερό. Για αυτού του είδους τη βιοθεραπεία χρησιμοποιούνται και δέντρα, που αντιπροσωπεύουν και το χαμηλότερο κόστος. Μπορούν να αναπτυχθούν σε έδαφος με οριακή ποιότητα και να έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής. Αυτό οδηγεί σε μικρό ή μηδαμινό κόστος συντήρησης. Τα πλέον χρησιμοποιούμενα είδη είναι οι ιτιές και οι λεύκες, οι οποίες μπορούν να αναπτυχθούν περίπου 15 εκ. ανά έτος και να έχουν υψηλή ανοχή στην εισβολή μολυντών. Για περιπτώσεις βαθιάς μόλυνσης, χρησιμοποιούνται υβριδικές λεύκες με ρίζες που εκτείνονται περίπου σε 10 μέτρα βάθος. Οι ρίζες τους εισχωρούν στους πόρους του εδάφους και μπορούν να ανακυκλώσουν ως και 100 λίτρα νερού ανά ημέρα και ανά δέντρο. Αυτά τα δέντρα δρουν σχεδόν ως σύστημα άντλησης και αποκατάστασης. Το ριζοφιλτράρισμα είναι οικονομικά αποδοτική διαδικασία αποκατάστασης για μεγάλους όγκους νερού που έχουν χαμηλές συγκεντρώσεις ρύπων και υπόκεινται σε αυστηρές προδιαγραφές. Είναι σχετικά φθηνή διαδικασία, αλλά δυνητικά αποτελεσματικότερη από ό,τι συγκρίσιμες τεχνολογίες. Η απομάκρυνση των ραδιονουκλιδίων από το νερό με τη χρήση ηλιοτρόπιων εκτιμάται ότι κοστίζει μεταξύ 2 και 6 ευρώ ανά χίλια λίτρα νερού η επεξεργασία, συμπεριλαμβανομένων των εξόδων διάθεσης των αποβλήτων στα κεφάλαια επένδυσης. Το ριζοφιλτράρισμα είναι μέθοδος αποκατάστασης που μπορεί να διεξαχθεί in situ, με φυτά που καλλιεργούνται απ' ευθείας στο μολυσμένο σώμα νερού. Πρόκειται για σχετικά φθηνή διαδικασία με χαμηλό κόστος κεφαλαίου. Το κόστος λειτουργίας είναι επίσης χαμηλό, αλλά εξαρτάται από τον τύπο του μολυντή. Είναι μέθοδος βιοθεραπείας αισθητικά ευχάριστη και οδηγεί σε μείωση και έκπλυση των ρύπων μέσω της διήθησης του νερού[8] Μετά τη συγκομιδή, η καλλιέργεια μπορεί να μετατραπεί σε βιοκαύσιμο, υποκατάστατο των ορυκτών καυσίμων. Η συγκεκριμένη μέθοδος βιοθεραπείας έχει τα όριά της. Οποιοσδήποτε ρυπαντής βρίσκεται κάτω από το βάθος της ριζόσφαιρας δεν μπορεί να εξαχθεί, επίσης, τα φυτά που χρησιμοποιούνται δεν είναι πάντα σε θέση να αναπτυχθούν σε περιοχές με μεγάλο δείκτη μόλυνσης. Το σημαντικότερο είναι ότι απαιτείται διάρκεια προκειμένου να επιτευχθεί το επιθυμητό επίπεδο βιοαποκατάστασης, κάτι που οδηγεί στην ανάγκη μακροχρόνιας συντήρησης. Εκτός αυτού οι περισσότερες μολυσμένες περιοχές έχουν ρυπανθεί με πολλά διαφορετικά είδη των ρύπων. Είναι ιδιαίτερα πιθανό σε μια τέτοια περίπτωση να υπάρχει συνδυασμός μετάλλων και οργανικών ρυπαντών, οπότε και η αποκατάσταση μέσω ριζοφιλτραρίσματος δεν είναι αρκετή. Τα φυτά που καλλιεργούνται για μολυσμένα νερά και εδάφη μπορούν να γίνουν δυνητική απειλή για την υγεία ανθρώπων και ζώων, και ως εκ τούτου χρειάζεται να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στη διαδικασία συγκομιδής και περαιτέρω επεξεργασίας της συγκομισμένης βιομάζας. Βιοθεραπεία εδάφους Radin, John W.. «Using Superplants To Clean Up Our Environment». AgResearch Magazine (United States Department of Agriculture). https://agresearchmag.ars.usda.gov/2000/jun/soil. Verma, P., George, K.V., Singh, H.V. et al. (2006). «Modeling rhizofiltration: heavy-metal uptake by plant roots». Environ Model Assess 11 (4): 387–394. doi:10.1007/s10666-005-9039-x.