Utilisation de plantes pour éliminer les polluants du sol et des eaux souterraines (techniques de phytoremédiation)
La phytoremédiation fait référence à l'utilisation de plantes pour éliminer les polluants du sol et des eaux souterraines, ou pour contribuer à la dégradation des contaminants en une forme moins toxique.
Certaines usines sont capables d'extraire et de concentrer des éléments particuliers de l'environnement, offrant ainsi un moyen permanent de restauration. Le tissu végétal, riche en contaminants accumulés, peut être récolté et traité en toute sécurité.
L'assainissement se produit également lorsque les bactéries présentes sur les racines de la plante dégradent les espèces polluantes ou lorsque les racines attirent l'humidité du sol contaminé plus près de la surface, exposant ainsi les espèces contaminantes à des microbes dans un environnement contenant plus d'oxygène. Certaines des techniques sont présentées dans cette section. Ils sont comme suit:
1. Phytoextraction:
La phytoextraction est l'utilisation de plantes pour éliminer les contaminants de l'environnement et les concentrer dans les tissus végétaux aériens.
Applicabilité:
La phytoextraction était principalement utilisée pour récupérer les métaux lourds des sols; toutefois, cette technologie est maintenant applicable à d'autres matériaux dans différents milieux. Des systèmes hydroponiques à effet de serre utilisant des plantes avec une absorption de racines de contaminant élevée et une translocation médiocre vers les pousses font actuellement l'objet de recherches pour éliminer les métaux lourds et les radionucléides de l'eau.
Ces plantes sont également appelées hyperaccumulateurs. Les plantes à taux de croissance élevé (> 3 tonnes de matière sèche / hectare-an) et capables de tolérer des concentrations élevées en métaux dans les parties récoltables des plantes (> 1 000 mg / kg) sont nécessaires pour un traitement réalisable.
Limites:
L'extraction efficace des métaux toxiques par les hyperaccumulateurs est limitée aux sols peu profonds pouvant aller jusqu'à 24 pouces. Si la contamination se situe à des profondeurs beaucoup plus grandes (6 à 10 pieds, par exemple), des peupliers à racines profondes peuvent être utilisés. Toutefois, la litière de feuilles et les résidus toxiques associés suscitent des préoccupations.
En dépit de leurs caractéristiques d’accumulation de métaux, les hyperaccumulateurs disponibles actuellement manquent de production de biomasse appropriée, d’adaptabilité physiologique aux conditions climatiques et d’adaptabilité aux techniques agronomiques actuelles.
2. Phytostabilisation:
La phytostabilisation implique la réduction de la mobilité des métaux lourds dans le sol. L'immobilisation des métaux peut être réalisée en réduisant la poussière soulevée par le vent, en minimisant l'érosion des sols et en réduisant la solubilité des contaminants ou la biodisponibilité dans la chaîne alimentaire. L'ajout d'amendements au sol, tels que la matière organique, les phosphates, les agents alcalinisants et les biosolides peut réduire la solubilité des métaux dans le sol et minimiser le lessivage dans les eaux souterraines.
La mobilité des contaminants est réduite par l'accumulation de contaminants par les racines des plantes, leur absorption sur les racines ou la précipitation dans la zone racinaire. Dans certains cas, un contrôle hydraulique visant à empêcher la migration des lixiviats peut être obtenu en raison de la grande quantité d'eau transpirée par les plantes.
Applicabilité:
Le recours à la phytostabilisation pour conserver les métaux à leur emplacement actuel est particulièrement attrayant lorsque d’autres méthodes de restauration de vastes zones faiblement contaminées ne sont pas envisageables. L'assainissement est difficile dans les endroits où la concentration de métaux est élevée en raison de la toxicité du sol. Les plantes doivent être capables de tolérer des niveaux élevés de contaminants, une forte production de biomasse racinaire avec la capacité d'immobiliser des contaminants et de retenir les contaminants dans les racines.
Limites:
La phytostabilisation est utile sur les sites peu contaminés et relativement peu contaminés. Les plantes qui accumulent des métaux lourds dans les racines et dans la zone racinaire sont généralement efficaces à des profondeurs allant jusqu'à 24 pouces. Les métaux qui se déplacent facilement des feuilles dans les plantes peuvent limiter l’applicabilité de la phytostabilisation en raison des effets potentiels sur la chaîne alimentaire.
3. Phytostimulation:
La phytostimulation, également appelée biodégradation améliorée de la rhizosphère, ou biodégradation / biorestauration assistée par une plante, est la décomposition de contaminants organiques dans le sol via une activité microbienne accrue dans la zone racinaire ou la rhizosphère de la plante. L'activité microbienne est stimulée dans la rhizosphère de plusieurs manières: 1. des composés, tels que les sucres, les glucides, les acides aminés, les acétates et les enzymes, exsudés par les racines, enrichissent les populations microbiennes indigènes; 2. Les systèmes racinaires apportent de l'oxygène à la rhizosphère, ce qui assure les transformations aérobies. 3 la biomasse à racines fines augmente le carbone organique disponible; 4. Les mycorhizes, qui se développent dans la rhizosphère, peuvent dégrader des contaminants organiques impossibles à transformer uniquement par des bactéries en raison de voies enzymatiques uniques. et 5. l'habitat de l'augmentation des populations microbiennes et de l'activité est amélioré par les plantes.
Applicabilité:
Cette méthode est utile pour éliminer les sols, les sédiments et les contaminants organiques, tels que les pesticides, les aromatiques et les hydrocarbures aromatiques polynucléaires (HAP). Les solvants chlorés ont également été ciblés sur des sites de démonstration.
Limites:
Les sites où la phytostimulation doit être mise en œuvre devraient être peu contaminés dans les zones peu profondes. Des niveaux élevés de contaminants peuvent être toxiques pour les plantes.
4. Phytotransformation:
La phytotransformation, également appelée phytodégradation, est la décomposition des contaminants organiques séquestrés par les plantes via: (1) les processus métaboliques au sein de la plante; ou (2) l'effet de composés, tels que des enzymes, produits par la plante. Les contaminants organiques sont dégradés en composés plus simples intégrés aux tissus végétaux, ce qui favorise la croissance des plantes. La régénération d'un site par phytotransformation dépend de l'absorption directe des contaminants par le milieu et de son accumulation dans la végétation.
La libération de contaminants volatils dans l'atmosphère via la transpiration des plantes, appelée phytovolatilisation, est une forme de phytotransformation. Bien que le transfert de contaminants dans l'atmosphère puisse ne pas atteindre l'objectif d'une assainissement complet, une phytovolatilisation peut être souhaitable dans la mesure où l'exposition prolongée au sol et le risque de contamination des eaux souterraines sont réduits.
Applicabilité:
La phytotransformation peut être utilisée pour remédier aux sites contaminés par des composés organiques. Certaines enzymes produites par les plantes sont capables de décomposer et de convertir les solvants chlorés (par exemple, le trichloréthylène), les déchets de munitions et les herbicides. Cette technologie peut également être utilisée pour éliminer les contaminants des sites pétrochimiques et des zones de stockage, des déversements de carburant, des lixiviats d'enfouissement et des produits chimiques agricoles.
La mise en œuvre réussie de cette technologie nécessite que les composés transformés qui s'accumulent dans la plante soient non toxiques ou significativement moins toxiques que les composés parents. Dans certaines applications, la phytotransformation peut être utilisée conjointement avec d'autres technologies de dépollution ou en tant que traitement de polissage.
Limites:
Cette technologie nécessite généralement plus d'une saison de croissance pour être efficace. Le sol doit avoir une profondeur inférieure à 3 pieds et les eaux souterraines à moins de 10 pieds de la surface. Les contaminants peuvent toujours pénétrer dans la chaîne alimentaire par le biais d'animaux ou d'insectes qui se nourrissent de matériel végétal. Des amendements de sol peuvent être nécessaires, y compris des agents chélatants pour faciliter l'absorption par les plantes en brisant les liaisons liant les contaminants aux particules de sol.
5. Rhizofiltration:
La rhizofiltration désigne l'utilisation de racines de plantes pour absorber, concentrer et précipiter les métaux toxiques des eaux souterraines contaminées. Initialement, les plantes appropriées avec un système racinaire stable sont alimentées en eau contaminée pour les acclimater. Ces plantes sont ensuite transférées sur le site contaminé pour collecter les contaminants et, une fois les racines saturées, elles sont récoltées. La rhizofiltration permet un traitement in situ, minimisant les perturbations de l'environnement.
Applicabilité:
Une installation adaptée aux applications de rhizofiltration peut éliminer les métaux toxiques de la solution sur une période prolongée grâce à son système racinaire à croissance rapide. On a constaté que diverses espèces végétales éliminent efficacement les métaux toxiques tels que le Cu (2+), le Cd (2+), le Cr (6+), le Ni (2+), le Pb (2+) et le Zn (2+) des solutions aqueuses. solutions. Les contaminants radioactifs de faible niveau peuvent également être éliminés des flux liquides.
Limites:
La rhizofiltration est particulièrement efficace dans les applications impliquant de faibles concentrations et de grands volumes d'eau. Les plantes capables de transloquer les métaux vers les pousses ne doivent pas être utilisées pour la rhizofiltration, car davantage de résidus de plantes contaminés sont produits.
6. Zones humides construites:
Les zones humides construites sont des écosystèmes artificiels et artificiels spécialement conçus pour traiter les eaux usées, le drainage des mines et d'autres eaux en optimisant les processus biologiques, physiques et chimiques qui se produisent dans les systèmes de zones humides naturelles. Les zones humides aménagées peuvent fournir un traitement efficace, économique et écologiquement rationnel des eaux usées, tout en servant d'habitat à la faune.
Les systèmes de zones humides construites sont regroupés en trois types principaux: la surface en eau libre (FWS), les systèmes à écoulement souterrain (SFS) et les systèmes de plantes aquatiques (APS). Les systèmes FWS, ou systèmes de substrats de sol, sont constitués de plantes aquatiques enracinées dans un substrat de sol dans un bassin en terre construite, qui peut être revêtu ou non en fonction des exigences de perméabilité du sol et de protection des eaux souterraines.
Les systèmes FWS sont conçus pour accepter les eaux usées à faible vitesse ayant subi un traitement préalable, en flux continu, sur le substrat de sol ou à une profondeur comprise entre 1 et 18 pouces. Les SFS sont généralement des systèmes de substrat de gravier similaires aux systèmes FWS. Cependant, la végétation aquatique est plantée dans du gravier ou de la pierre concassée et les eaux usées s'écoulent à environ 6 pouces sous la surface du support.
L'agrégat a généralement une profondeur comprise entre 12 et 24 pouces. SFS ne présente pas d'écoulement de surface visible. Les systèmes APS ressemblent également aux systèmes FWS, mais l'eau est située dans des étangs plus profonds et des plantes aquatiques flottantes aquatiques ou des plantes immergées sont utilisées.
Applicabilité:
Les zones humides construites peuvent être utilisées pour traiter les eaux usées municipales, les eaux de ruissellement agricoles, le drainage des mines et autres effluents. La demande biochimique en oxygène (DBO) et le total des solides en suspension (MES) sont efficacement réduits par ces systèmes de zones humides artificielles.
Limites:
Les directives techniques pour la conception et l'exploitation de zones humides construites peuvent être limitées en raison du manque de données opérationnelles à long terme. La variabilité saisonnière potentielle et l'impact sur la faune peuvent avoir un impact négatif sur le fonctionnement du système et l'obtention des permis, respectivement. Des parcelles de terre relativement grandes sont nécessaires et la consommation d'eau est élevée en raison des taux élevés d'évapotranspiration.
