F I T O R E M E D I

1
F I T O R E M E D I Á C I Óa természetbarát
technológia a szennyezett környezet
megtisztítására
2
Fitoremediáció 2007/2008. tanév II. félév
(20) Prof. Dr. Erdei László, Dr. Tari Irma, Dr.
Csiszár Jolán, Dr. Pécsváradi Attila Szerda
10-12, Új kiseloadó. 2009. 02.04.(EL) Fitoremed
iáció és bioremediáció. Fogalma, típusai,
általános bevezetés. Antropogén hatások a
környezet szennyezése, terhelése. A
környezetszennyezô anyagok osztályozása,
elofordulása, veszélyességi határértékei. A
szervetlen környezetszennyezôk lég-, nehézfém-
és szalinitás. Szerves környezetszennyezo
anyagok szénhidrogének, szintetikus anyagok
szerves halogének, inszekticidek,
peszticidek. 2009. 02.11. (EL) A növények
védomechanizmusai, válaszreakciói a szennyezo
faktorokkal szemben. Stresszválasz,
akklimatizációs és adaptációs válaszreakciók.
2009. 02.18.(EL) Anorganikus komponensek a
nehézfémek immobilizálása, extrakciója, felvétele
és akkumulációja. Fitobányászat. Hiperakkumuláló
és indikátorfajok. 2008.02.25. (EL.) A fémion
akkumuláció mechanizmusa. ABC transzporterek,
egyéb transzporterek. Molekuláris biológiai
módszerek használata a fitoremediációban.
3
2009. 03.04. (CsJ) A glutation és a kapcsolódó
mechanizmusok szerepe (fitokeletinok,
glutation-S-transzferáz). Metallotioneinek. 2009.
03.11. (TI) Egyéb kelátképzo komponensek.
Fitosziderofórok. A vas mobilizálása és
felvétele. A fitosziderofórok szerepe más
nehézfémionnok felvételében és hosszútávú
transzportjában. Szintetikus vas-kelátok a
fitoremediációban és hosszútávú
hatásaik. 2009.03.18. (TI) A szerves és
veszélyes szennyezok fitoremediációja. Atrazin,
robbanóanyagok, klórozott alifás vegyületek, BTEX
komponensek (benzol, toluol, etilbenzol, xilén).
Olajszennyzôk felvétele, metabolikus átalakítása,
lebontása. A cyt P450-dependens monooxigenázok
szerepe az aromások detoxifikálásában. Oxidatív
degradáció. 2009.03.25. Fitovolatilizáció a
szelén és a higany eltávolítása.
(TI) 2009.04.01. (PA) A szennyezett környezet
(talaj, hulladék, szennyvizek) megtisztítása és
helyreállítása mikroorganizmusokkal. A rizoszféra
mikroorganizmusai. 2009.04.08. (PA)
Technológiai eljárások megfelelo növény a
megfelelô helyre. Komplex rendszerek, élogépek,
reaktorok. (A talajdegradáció okai és a
helyreállítás céljai. Becslési stratégiák a
környezeti minoség megállapítása,
helyspecificitás, talajértékelés. Korábbi ipari
tevékenység helyeinek helyreállítása.
Helyreállítási technikák.). 2009.04. 22.
(PA) Radioaktív szennyezok és kezelésük. 2009.
04. 29. (EL) Fitoremediáció mint komplex
technológia. Jogi háttér. COST Akcióprogramok.
4

• Fitoremediáció a szennyezett környezet
  megtisztítása növényekkel
• Bio(fito)remediáció a szennyezett környezet
  megtisztítása növényekkel mikroorganizmusok
  (baktériumok és gombák) közremuködésével

5
Az eljárás típusai és lehetoségei

• Fitoextrakció a növény akkumulálja a szennyezo
  anyagot nehézfémek eltávolítása (ólom, cink,
  kadmium stb)
• Fitodegradáció szerves anyagok átalakítása,
  lebontása mikroorganizmusokkal együtt (szerves
  oldószerek, olajszennyezodés, robbanóanyagok)
• Rizofiltráció a gyökérre adszorbeálódik, vagy
  felvevodik a szennyezo anyag. Folyadékkultúrában.
• Fitostabilizáció a szennyezo anyag helyben való
  megkötése, védelem a kimosódás ellen
• Fitovolatilizáció gáznemuvé átalakítva a
  légtérbe juttatja a szennyezo anyagot (higany,
  arzén, szelén)

6
4. Partitioning
3. Long distance transport
1. Mobilization of minerals
2. Uptake in roots
7
Mi történik a gyökér környezetében?A rizoszféra
szerepe
8
Környezetszennyezo anyagok

• Szervetlen szennyezok
• Nehézfémek (kadmium, ólom, cink, króm)
• Higany , szelén, arzén
• Túladagolt mutrágya komponensek (nitrát)
• Ipari szennyvizek
• Szerves szennyezok
• Policiklikus aromás szénhidrogének (PAH)
• Benzol-származékok
• Xenobiotikumok (peszticidek, herbicidek)
• Kommunális szennyvizek

9
Alkalmazás Közeg Szennyezok Tipikus növények
Fitoextrakció Talaj, üledék Nehézfémek (ólom, kadmium cink, nickel, réz) Keresztesvirágúak (indiai mustár, , repce, komló, napraforgó)
Fitodegradáció (transzformáció) Talaj, talajvíz, szeméttelep kifolyások, szennyvíz alkalmazásakor Herbicidek, aromás vegyületek (benzol, toluol), klórozott vegyületek, robbanó vegyületek (TNT) Mélyen gyökerezo fák (nyár fajok, fuz), fufélék, cirok, pillangósok, pl. lucerna, vízinövények
Rizofiltráció Talajvíz, szennyvíz Nehézfémek, radioaktív ionok (cézium, stroncium, urán), olajos szennyezok Vízi növények (gyékény, nád)
Fitostabilizáció Talaj, üledék Nehézfémek, szerves szennyezok Intenzíven transpiráló mélyen gyökerezo fák,, eros gyökérzetu fufélék, suru gyökérzetu fajok
Fitovolatilizáció Talaj, üledék, szennyvíz Higany, szelén, arzén Keresztesvirágúak, Astragalus (csudfu) transzgenikus növények
10
Országos Környezeti Kármentesítési Program (OKKP)
D kármentesítési szennyezettségi határérték
11
Fitoextrakció

• A növény akkumulálja a szennyezo anyagot
  nehézfémek eltávolítása (ólom, cink, kadmium stb).

12
                   
A legjobb hiperakkumulátor (cink,
kadmium) Thlaspi cearulescens (tarsóka,
Brassicaceae)
A folyamatos fitoextrakció módszere
A T.c. levelében az akkumulált Zn a száraz tömeg
2-4 -át is elérheti
13
Az indukált fitoextrakció
Kelátorok EDTA (etiléndiamin-tetraecetsav) Citrom
sav Gyorsan lebomló szerves komponensek Pl.
EDDS (etiléndiamin-diszukcinát)
Alkalmazott fajok kukorica, napraforgó, Salix
viminalis, stb
14
Phacelia sericea
15
A fitoextrakció szélsoséges esete fitobányászat
Phacelia
16
Fitodegradáció

• Szerves anyagok átalakítása, lebontása
  mikroorganizmusokkal együtt (szerves oldószerek,
  olajszennyezodés, robbanóanyagok)
• Alkalmazott fajok Mélyen gyökerezo fák (nyár
  fajok, fuz), fufélék, cirok, pillangósok, pl.
  lucerna, vízinövények

17
Fitodegradációa szerves szennyezodések
inaktiválódásának lehetoségei

• Kapcsolódás glükózzal (glukoziláció) (alkoholos
  és fenolos OH csoportok, karboxil csoport, amino
  csoport stb)
• Konjugátumképzés peptidekkel (legfonosabbak a
  GLUTATION (GSH) konjugátumok)
• Oxidáció (lépései hidroxiláció, hidrolitikus
  hasítás, a gyuru felhasadása, további lebontás)
• A folyamat kezdo és legfontosabb enzimei a
  citokróm P450-dependens monooxigenázok

18
Polycyclic aromatic hydrocarbons PAHs

• 2-lépéses reakció lipidek és aminosavak
  lebomlása 2- és 4- C-atomszámú szabad gyökökre,
  amelyek azután egymással reagálva stabil termékké
  alakulnak (PAH)

Benzo(a)pyrene PAH produced when Foods cooked at
high Temperatures (gt250C)
19
Xenobiotic Metabolism
Xenobiotic/drug
Phase I
Phase II
Intermediate
Phase II
Excreted
20
Fitodegradációa szerves szennyezodések
felvétele és transzportja

• Gyökéren keresztül
• Diffúzió, vízoldékonyság, pH, töltés
• Levélen keresztül kutikula léte fontos
• Lipofil tulajdonság, szénatomszám
• Szisztemikusan transzlokálódó és helyben maradó
  anyagok
• Exkréció lehetosége (levélen, gyökéren)

21
Rizofiltráció

• A szennyezo anyag a gyökérre adszorbeálódik,
  vagy felvevodik. Folyadékkultúrában, mesterséges
  vízinövény telepeken.

22
Rizofiltráció
23
Rizofiltráció
Felszínen átfolyó 40 cm mély, sok vízinövény,
2-14 ha/1000 m3/nap Felszín alatt folyó 60-100
cm mély kavicságy, vízinövények, négyszeres
terhelést bír el horizontális vertikális 3-5
m2 személyenként (p.e. people equivalent) Példa
a felszín alatt átfolyó horizontális telepre
olasz tehenészet, 80 tehén 8 t tej/nap
24
Mezogazdasági eredetu szennyvíz kezelése
rizofiltrációbioremediáció alkalmazásával Olasz
példa Tehenészet 80 marha, napi 25 l szennyvíz
állatonként 2000 liter Építmény 2 ágyás, 12,5
x 6 m, 1,1m mély, 1,5 lejtés PVC bélelés, 0,9
m kavicsréteg, nád telepítés, 150 m2 Átfolyási
sebesség 6 m3/nap Eredmény
Paraméter Befolyás Kifolyás / Határérték
Szuszpendált szilárd (mg/liter) 760 70 / 80
COD (mgO2/liter) 1380 105 / 160
BOD (mgO2/liter) 505 32 / 80
Össz-N (mg/liter) 57 31
Ammónium-N (mg/liter) 22 23 / 25
Nitrát-N (mg/liter) 9 6 / 20
Foszfor (mg/liter) 14 5 / 15
Szerves-N 36 7
Olasz szabályozás szerint (1983)
25
Az ideális elképzelés
26
Fitostabilizáció
27
Fitostabilizáció

• A szennyezo anyag helyben való megkötése, védelem
  a kimosódás ellen
• Hosszú ideju, tartós védelem
• Inkább fém-kizáró fajok
• Gyors növekedés, suru gyökérzet
• Rizómás, fém-toleráns fufélék (Festuca rubra)
• Kombináció nagytermetu fákkal a hidraulikus
  lift szerepe (nyárfa)
• Alacsony fenntartási költségek

28
Table 1. Phytoremediation field investigations
3.
Fitostabilizáció
Site/Media Contaminants Plants Performance Location
1 acre test plot - abandoned smelter, barren land (demonstration) Pb, Zn, Cd(Pb and Zn at gt20,000 ppm) Poplars 50 survival after 3 years site successfully revegetated Dearing, KS
1-acre test plot - mine wastes(demonstration) As, Cd Poplars 5 survival inclement weather, deer browse, toxicity blamed Whitewood Cr., SD
29
Fitovolatilizáció

• Gáznemuvé átalakítva a légtérbe juttatja a
  szennyezo anyagot (higany, arzén, szelén)

30
A higany redukciója fémhigannyá
31
A fémrezisztencia alapjai és mechnizmusai

• Kelátképzés (metallotioneinek, fitokelatinok,
  oldhatatlan sók precipitátumai)
• Kompartmentalizáció (vakuolumban, levél
  trichómákban)
• Biotranszformáció (króm, szelén, arzén)
• A fém hozzáférhetosége (fitosziderofórok,
  kelátképzok szintézise)
• Xilém transzport (hisztidinnel, citráttal,
  aszparaginnal, nikocánaminnal kötodve)

32
A detoxifikáció mechanizmusai
33
Fitokelatinok
34
Gyakorlati tennivalók

• Határértékek ismerete
• Szennyezett terület ismerete
• Szennyezés típusa, fajtája, formája (speciáció)
• Szennyezés mértéke
• Szennyezo anyag mennyisége
• Milyen technológiát használjunk?
• Anyagmérleg szükséges ido kiszámítása
• Kockázat
• Költség - (haszon)

35
10/2000. (VI. 2.) KöM-EüM-FVM-KHVM együttes
rendeleta felszín alatti víz és a földtani közeg
minoségi védelméhez szükséges határértékekrol
k a kimutathatósági határ értéke
Ki lehet (K1, K2) a kockázatos anyag minosítése
az Európai Gazdasági Közösség által kiadott
"Tanács 80/86 (1979. XII. 17.)" számú irányelv
függelékének figyelembevételével
36
10/2000. (VI. 2.) KöM-EüM-FVM-KHVM együttes
rendeleta felszín alatti víz és a földtani közeg
minoségi védelméhez szükséges határértékekrol
37
10/2000. (VI. 2.) KöM-EüM-FVM-KHVM együttes
rendeleta felszín alatti víz és a földtani közeg
minoségi védelméhez szükséges határértékekrol
38
10/2000. (VI. 2.) KöM-EüM-FVM-KHVM együttes
rendeleta felszín alatti víz és a földtani közeg
minoségi védelméhez szükséges határértékekrol
39
10/2000. (VI. 2.) KöM-EüM-FVM-KHVM együttes
rendeleta felszín alatti víz és a földtani közeg
minoségi védelméhez szükséges határértékekrol
40
10/2000. (VI. 2.) KöM-EüM-FVM-KHVM együttes
rendeleta felszín alatti víz és a földtani közeg
minoségi védelméhez szükséges határértékekrol
41
10/2000. (VI. 2.) KöM-EüM-FVM-KHVM együttes
rendeleta felszín alatti víz és a földtani közeg
minoségi védelméhez szükséges határértékekrol
42
10/2000. (VI. 2.) KöM-EüM-FVM-KHVM együttes
rendeleta felszín alatti víz és a földtani közeg
minoségi védelméhez szükséges határértékekrol
43
10/2000. (VI. 2.) KöM-EüM-FVM-KHVM együttes
rendeleta felszín alatti víz és a földtani közeg
minoségi védelméhez szükséges határértékekrol
44
10/2000. (VI. 2.) KöM-EüM-FVM-KHVM együttes
rendelet
45
A talajszennyezettség minosítése a hazai
szabályozásban.(Kármentesítési kézikönyv 2)
C1- fokozottan érzékenynek minosített területen,
C2 - érzékenynek minosített területen, C3 -
kevésbé érzékeny egyéb területeken.
46
A talajszennyezettség minosítése a hazai
szabályozásban.(Kármentesítési kézikönyv 2)
47
A talajszennyezettség minosítése a hazai
szabályozásban.(Kármentesítési kézikönyv 2)
48
A talajszennyezettség minosítése a hazai
szabályozásban.(Kármentesítési kézikönyv 2)
49
A talajszennyezettség minosítése a hazai
szabályozásban.(Kármentesítési kézikönyv 2)
50
(No Transcript)
51
(No Transcript)
52
(No Transcript)