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根圏濾過は、汚染された地下水、表層水、廃水を大量の根を通して濾過し、有毒物質や過剰な栄養素を除去する植物浄化の一種です。
概要
根圏濾過は植物浄化の一種で、水耕栽培された植物の根を使って汚染物質を吸収、濃縮、沈殿させることで汚染された水を浄化する手法を指します。また、水と土を濾過します。[要出典]
汚染された水は廃棄物処理場から集められて植物に運ばれるか、汚染された地域に植物が植えられ、根が水とそれに溶けている汚染物質を吸収します。多くの植物種は、隔離、干ばつ耐性、葉の脱落による廃棄、他の植物への干渉、病原体や草食動物に対する防御など、さまざまな理由で重金属や余分な栄養素を自然に吸収します。[1]これらの種の中には、他の種よりも優れており、これらの汚染物質を異常な量蓄積できるものもあります。そのような植物種を特定したことで、環境研究者は、これらの植物を汚染された土壌や廃水の浄化に使用できる可能性に気付きました。[要出典]
プロセス
このプロセスは、汚染物質を収穫可能な植物バイオマスに閉じ込めて除去するという点で、植物抽出と非常によく似ています。植物抽出と根濾過はどちらも、修復への基本的な道筋は同じです。まず、安定した根系を持つ植物を汚染物質に接触させて毒素に順応させます。植物は根系を通して汚染物質を吸収し、根のバイオマスに蓄積したり、茎や葉に運んだりします。植物は収穫されるまで汚染物質を吸収し続けます。その後、植物は植え替えられ、汚染物質が十分なレベルに達するまで成長/収穫サイクルが続きます。どちらのプロセスも、有機汚染物質よりも重金属の濃縮と沈殿を目的としています。根濾過と植物抽出の主な違いは、根濾過は水生環境の処理に使用されるのに対し、植物抽出は土壌の修復に使用されていることです。[要出典]
アプリケーション
根圏濾過は、表層水や地下水、産業排水や家庭排水、送電線からのダウンウォッシュ、雨水、酸性鉱山排水、農業用流出水、希釈スラッジ、放射性核種に汚染された溶液の処理に適用できる可能性がある。根圏濾過に適した植物は、急速に成長する根系を利用して、溶液から有毒金属を効率的に除去できる。様々な陸生植物種が、水溶液からCu 2+、 Cd 2+、 Cr 6+、 Ni 2+、 Pb 2+、 Zn 2+などの有毒金属を効果的に除去することがわかっている。 [2]低レベルの放射性汚染物質を液体の流れから除去できることもわかっている。 [3]これを実現するシステムは、汚染された小川の上に浮かぶ土壌の「フィーダー層」で構成され、植物はその中を成長して、大部分の根を水中に伸ばす。フィーダー層により、植物は川を汚染することなく肥料を受け取ることができ、同時に水から重金属を除去することができます。[4] 樹木も修復に利用されています。樹木は最も低コストの植物タイプです。質の低い土地でも生育でき、寿命が長いです。そのため、維持費はほとんど、またはまったくかかりません。最も一般的に使用されているのは、1年に6〜8フィート成長し、洪水耐性が高い柳とポプラです。深部汚染には、根が30フィートの深さまで伸びるハイブリッドポプラが使用されています。その根は土壌マトリックスの微細な孔に浸透し、1本の木あたり1日100リットルの水を循環させることができます。これらの木は、ほぼポンプと浄化システムのような働きをします。[5]柳は、都市下水[6]や汚染された地下水から栄養素（窒素やリンなど）を除去するための「植生フィルター」として効果的に使用されています。[7]
一般的な植物
根圏濾過に利用される水生植物と陸上植物にはさまざまな種類があり、その成功度はさまざまです。これらの植物の多くは超蓄積植物ですが、汚染物質が必ずしも新芽（茎とその付属物：葉、側芽、開花茎、花芽）に到達するわけではないため、他の植物種も利用できます。[要出典]
根圏濾過によって水から毒素を除去する能力を示した最も一般的な植物種のいくつかは次のとおりです: [8] [9]
料金
根圏濾過は、厳しい基準が適用される低濃度の汚染物質を含む大量の水を処理する場合に費用対効果が高い。[10]比較的安価でありながら、同等の技術よりも潜在的に効果的である。ヒマワリを使った水からの放射性核種の除去には、廃棄物処理費と資本コストを含め、処理水1,000ガロンあたり2～6ドルの費用がかかると推定されている。[11]
利点
根圏濾過法は、汚染された水域で直接植物を栽培する原位置法と、植物を敷地外で栽培し、後に汚染された水域に導入する原位置法の2通りで実施できる汚染処理法である。 [8]これにより、汚染物質の種類に応じて、資本コストと運用コストが低い比較的安価な手順が可能になる。[要出典]
いくつかのケースでは、汚染物質が非常に短い時間で大幅に減少したことが示されています。ある研究では、ヒマワリの根がわずか24時間でウラン濃度を約95%減少させたことがわかりました。[2]
この処理方法は見た目にも美しく、水の浸入や汚染物質の浸出も減少します。[5]
収穫後、作物は化石燃料の代替品であるバイオ燃料ブリケットに変換される可能性があります。[12]
デメリット
この汚染処理方法には限界があります。根の深さより下にある汚染物質は抽出されません。使用される植物は、汚染度の高い地域では生育できない可能性があります。最も重要なのは、規制レベルに達するまでに何年もかかる可能性があることです。このため、長期にわたるメンテナンスが必要になります。[要出典]
また、汚染された場所のほとんどは、多種多様な汚染物質で汚染されています。金属と有機物が混在している可能性があり、根圏濾過による処理では不十分です。[5]
汚染された水と土壌で育った植物は人間と動物の健康に潜在的な脅威となるため、収穫プロセスには細心の注意を払う必要があり、根圏濾過浄化法では飼料用ではない作物のみを選択する必要があります。[12]
参照
参考文献
- ^ Boyd, RS「重金属を過剰に蓄積する植物」。RR Brooks編。ウィリングフォード、イギリス：CAB International、1998年。181-201。
- ^ ab Dushenkov、Viatcheslav、Harry Motto、Ilya Raskin、および Pba Nanda Kumar。「根圏濾過：水流から重金属を除去するための植物の利用」Environmental Science & Technology 30 (1995): 1239-1245。
- ^ EPA、1998 年、「市民のための植物浄化ガイド」、米国環境保護庁、固形廃棄物および緊急対応局、EPA 542-F-98-011、8 月。
- ^ ラスキン、イリヤ、ロバート・D・スミス、デビッド・E・ソルト。「金属の植物による修復：植物を使った環境汚染物質の除去」バイオテクノロジーの最新意見。8:2 (1997): 221-226。
- ^ abc Suthersan、Susan S. 修復エンジニアリング：設計コンセプト。CRC P、1997年。
- ^ Guidi Nissim W.、Jerbi A.、Lafleur B.、Fluet R.、Labrecque M. (2015)「都市下水処理のための柳：異なる灌漑率での長期的パフォーマンス」エコロジカルエンジニアリング 81: 395-404. https://dx.doi.org/10.1016/j.ecoleng.2015.04.067
- ^ Guidi Nissim W.、Voicu A.、Labrecque M. (2014)「汚染された地下水の処理のための柳の短期伐採林」生態工学、62:102-114 https://dx.doi.org/10.1016/j.ecoleng.2013.10.005
- ^ ab Henry, Jeanna R.、「鉛と水銀の植物浄化の概要」、米国環境管理研究全国ネットワーク、米国環境保護庁、(2000)。21-22。
- ^ Ellen L. Arthur、Pamela J. Rice、Patricia J. Rice、Todd A. Anderson、Sadika M. Baladi、Keri LD Henderson、Joel R. Coats (2005) Phytoremediation—An Overview、Critical Reviews in Plant Sciences、24:2、109-122、DOI: 10.1080/07352680590952496
- ^ Miller, R.、1996、「植物浄化、技術概要レポート」、地下水浄化技術分析センター、シリーズ O、第 3 巻、10 月。
- ^ Cooney, C M. 「進行中の植物修復フィールドテストでヒマワリが水から放射性核種を除去」Environmental Science and Technology 30 (1996): 194。
- ^ ab 根圏濾過のモデル化：植物の根による重金属の吸収 P. Verma*、KV George、HV Singh、SK Singh、A. Juwarkar、RN Singh 国立環境工学研究所 (NEERI)、Nehru Marg、Nagpur 440 020、インド
外部リンク
- ファイトレメディエーションと超蓄積植物の包括的な概要。
- 植物を使って土壌を浄化する - 農業研究誌より
- 根圏濾過のモデル化：植物の根による重金属の吸収に関する大量のデータ。