Marja Palmroth Fytoremediaatio maaperän kunnostuksessa
Transcription
Marja Palmroth Fytoremediaatio maaperän kunnostuksessa
Fytoremediaatio maaperän kunnostuksessa Marja Palmroth, 19.4.2013 Esityksen teemat • • • • Fytoremediaatio käsitteenä Öljy-yhdisteiden fytoremediaatio Raskasmetallien fytoremediaatio Toteuttamiskelpoisuus Suomessa 6.5.2013 2 Fytoremediaatio - Termi tarkoittaa kasvien (fyto) käyttöä saastuneiden ympäristöjen kunnostuksessa • saastuneen maan tai pohjaveden puhdistaminen kasvien avulla joko matriisin sisällä (in situ) tai sen ulkopuolella • hajottaa haitta-aineet, poistaa matriisista, stabiloida matriisiin tai estää leviäminen Erityispiirteitä • alhaiset ylläpitokustannukset • esteettisesti miellyttävä menetelmä • soveltuu vain pinnan lähellä olevan saastuneen maan puhdistamiseen ja haitta-ainepitoisuuksille, jotka eivät myrkyllisiä käytetylle kasville • hidasta verrattuna muihin puhdistusmenetelmiin, mutta yleensä nopeampaa kuin haitta-aineiden luontainen hajoaminen Juuriston syvyys eri kasvilajeilla Sanelee fytoremediaation vaikutussyvyyden Vaihtelee kasvilajista toiseen Haavalla jopa 5 m syvyydelle Ruohot 60 cm Fytoremediaation historiaa • Kauan tiedetty, että kasvit voivat vaikuttaa ympäristönsä kemiallisiin, fysikaalisiin ja biologisiin prosesseihin • 1990-luvulla idea kasvien käytöstä orgaanisten haitta-aineiden biologisen hajotuksen nopeuttajana Fytoremediaatiolla käsiteltäviä haitta-aineita • • • • • • • • Metallit, radionuklidit Pestisidit BTEX-yhdisteet Klooratut liuottimet Räjähteet, mm. nitrotolueeni Öljy-yhdisteet Polyaromaattiset hiilivedyt (PAH) Liialliset ravinteet Fytoremediaatio Kasvien käyttöä: • Keräämään – Fytoekstraktio • Hajottamaan – Fytodegradaatio • Muuntamaan – Fytotransformaatio • Stabiloimaan – Fytostabilisaatio • Haihduttamaan – Fytovolatilisaatio haitta-aineita Öljy-yhdisteiden fytoremediaatio Haihtuvat hiilivedyt siirtyvät maasta ilmaan kasvien kautta Hiilivedyt voivat hajota tai kertyä kasvien sisään Juurieritteet stimuloivat mikrobeja hajottamaan öljy-yhdisteitä Juurten pintaan voi kiinnittyä hiilivetyjä Hiilivedyt voivat kertyä juurivyöhykkeeseen kasvien vedenoton seurauksena Fytoremediaatiotutkimus Suomessa • Tutkimusta useassa yliopistossa ja tutkimuslaitoksessa • Kenttä- ja laboratoriokokeita 6.5.2013 10 Tampereen teknillinen yliopisto • Metalleilla ja hiilivedyillä saastuneen maan fytoremediaatio – Perttu Koskinen (DI-työ) – Marja Palmroth (Väitöstyö 2006) 6.5.2013 11 Sampling of contaminated soil piles Phytoremediation Field site: soil contaminated with weathered oil and heavy metals Treatments: Compost NPK-fertilizer No additions Site preparation Kenttäkoe 2000-2003 • • kenttäkoe ikääntyneillä hiilivedyillä ja raskasmetalleilla pilaantuneella maalla Ei lisäyksiä, NPK-lannoitus ja biojätekompostin lisäys Kenttäkoe COMPOST, NO TREES COMPOST, PINE AND POPLAR NO AMENDMENTS, PINE AND POPLAR N, P, K FERTILISER, PINE AND POPLAR Kenttäkoe, tulokset • Lannoitetussa maassa hiilivetypitoisuudet laskivat 35-40 % ja lannoittamattomassa n. 30, mutta ei tilastollisesti merkittävästi • Raskasmetallit eivät kertyneet kasveihin • Maan ja suotoveden toksisuus oli alhainen Marja Palmroth 6.5.2013 17 Laboratoriokoe • Kasvi- ja lannoitekäsittelyjen vaikutus hiilivetyjen poistoon – Valkoapila, ruohoseos, haapa, mänty – NPK-lannoite, kompostiuute, ei lisäyksiä • Puhdasta hiekkaa sekametsästä, seulottu <3 mm, pH 5,9, lisätty 0,5 % dieselöljyä Laboratoriokokeen tulokset • Kasvien lisääminen kiihdytti dieselin hajoamista – yli 90 % dieselistä hävisi, mutta lyhytketjuiset hiilivedyt pääosin haihtumalla • 90 päivässä – 95 % häviäminen apilakäsittelyssä – haapa- ja mäntykäsittelyissä 80 % – ruohokäsittelyssä 75 % – ilman kasveja 70 % – Lannoitus ei lisännyt hajoamista • Toksisuusoireita haapakäsittelyssä, biomassaa vähemmän dieselmaassa Marja Palmroth 6.5.2013 19 Johtopäätökset • Fytoremediaatio soveltui paremmin äskettäin dieselöljyllä saastuneelle maalle kuin ikääntyneille öljyhiilivedyille, jotka hajosivat hitaasti. • Ikääntyneiden hiilivetyjen hajoamista fytoremediaatiossa voitiin tehostaa maan lannoituksella Marja Palmroth 6.5.2013 20 Metsäntutkimuslaitos • Haapa saastuneen maan (öljy, PAH) puhdistajana – haapaa, sienijuuret ja bakteerit sekä niiden vuorovaikutussuhteet • • • • Puiden ja bakteerien saastetoleranssit Puun kasvu ja laatutekijät Resistanssitekijät Kyky sopeutua erilaisiin ympäristöihin – Tulokset lupaavia, jopa 40 % dieselöljystä hävinnyt vuodessa 6.5.2013 21 Itä-Suomen yliopisto • Sirpa Kärenlampi ja Arja Tervahauta – Tavoitteena on ymmärtää metallien kertymistä kasveihin tunnistamalla siihen vaikuttavia geenejä – Kevättaskuruohon hyperakkumulaatiomekanismien genetiikan selvitys ja geenimuuntelu – Akatemiaprojekti vuoteen 2016 asti 6.5.2013 22 Helsingin yliopisto • Helsingin yliopisto, Elintarvike- ja ympäristötieteiden laitos: – Leena Suominen ja Kristina Lindström • http://www.helsinki.fi/elintarvike-jaymparisto/tutkimus/tutkimusryhmat/mikrobivuorovaikutus.htm l • Raakaöljyllä pilaantuneen peltoalueen vuohenherneavusteinen biologinen kunnostus, typensidontamekanismi vuohenherne-Rhizobium-symbioosi • Helsingin yliopisto, Biotieteiden laitos – Kim Yrjälä, Haapa fytoremediaatiossa, Molecular Environmental Microbiology Group • Yhteistyö Metlan kanssa Luumäellä ja Voikoskella 6.5.2013 23 Helsingin yliopisto • Helsingin yliopisto, Maataloustieteiden laitos – Petra Egilmez, Pirjo Mäkelä, Fred Stoddard, Markku Yli-Halla – Kasvien fytoremediaatiopotentiaali CCA:lla saastuneen maan puhdistuksessa – Mekanismina hyperakkumulaatio Marja Palmroth 6.5.2013 24 Pirkanmaan ympäristökeskus: Fytoremediaatio pilaantuneen maan kunnostuskeinona (2002-2010) Julkaisu Nopeasti kasvavan ja syväjuurisen haaparisteymän käyttö öljyhiilivedyillä saastuneen maan kunnostukseen • Tutkittiin puiden puhdistusvaikutusta öljyhiilivedyillä saastuneisiin maihin. • Kohteet Helsingissä, Ylöjärvellä ja Kokkolassa , joissa seurattiin istutetun haapa-, koivu- ja pajutaimikon aiheuttamaa muutosta öljyn hajoamisnopeuteen 3 - 5 kasvukauden ajan. • Yhdellä kohteella tutkittiin myös lannoituskäsittelyn vaikutusta. • Havaittiin kevyempien hiilivetyjakeiden myrkyllisyys istutetuille puille • Ei voitu todistaa että hiilivetyjen hajoaminen maassa olisi lisääntynyt puiden istutuksen avulla, johtuen osittain öljyhiilivetyjen huonosta biosaatavuudesta 6.5.2013 26 TTY:ssä tehtävä tutkimus • Ihmisvirtsan käyttö lannoitteena ja lääkeaineiden kohtalo prosessissa (Sanna Pynnösen väitöskirja 2012-2015) • Kasvihuonekokeet aloitetaan tänä vuonna – Lääkeaineiden hajoaminen ja kertyminen maahan ja kasvin eri osiin 6.5.2013 27 Yhteenveto • Fytoremediaatio on kehitteillä oleva puhdistusmenetelmä, joka hyödyntää monia mekanismeja • Menetelmä vaatii kohdekohtaista suunnittelua ja valvontaa • Ei sovellu kohteisiin, joissa vaaditaan pikaista kunnostusta ja tavoitellaan täydellistä haitta-aineiden poistoa • Sopii parhaiten laajoille lievästi pilaantuneille alueille, joissa haitta-aineet ovat biosaatavia, mutta sitä voidaan käyttää maaperän stabilointiin • Suomen olosuhteissa yhä kokeiluasteella