Tài liệu về môi trường - Phytodegradation - Thực vật chuyển hoá chất ô nhiễm pptx

Phytodegradation Nhóm 5 3.5. Phytodegradation (TV chuyển hóa chất ô nhiễm) 3.5.1. Định nghĩa Phytodegradation (còn gọi là Phytotransformation) là sự phân giải chất ô nhiễm nhờ các quá trình chuyển hóa chất bên trong thực vật hoặc bên ngoài thực vật nhờ tác dụng của các hợp chất enzymes do thực vật tiết ra. Điều đó đã được trình bày ở hình 1, cơ chế chính là thực vật hấp thụ và chuyển hóa chất ô nhiễm. Ngoài ra, sự phân giải có thể xảy ra ở bên ngoài thực vật, khi đó chất ô nhiễm sẽ giải phóng do sự chuyển hóa. Sự phân giải đó do các nhóm vi sinh vật gây ra với hoặc do tác động của các vi khuẩn nốt sần ở rễ thực vật. Hình 1, Phytodegradation - 1 - Phytodegradation Nhóm 5 3.5.1.1. Sự hấp thu Đối với sự phân giải xảy ra ở bên trong thực vật, các hợp chất sẽ được thực vật giữ lại. Một nghiên cứu cho thấy hơn 70 chất hữu cơ tiêu biểu cho các hợp chất được giữ lại và được tích lũy bởi 88 loài thực vật (Peterson et al. 1990). Một dữ liệu đã chứng minh kiểm tra các nhóm chất hóa học và các mẫu thực vật đã phát hiện liên quan đến sự hấp thu các hợp chất hữu cơ (Nellessen and Fletcher 1993b). Sự hấp thu phụ thuộc tính kị nước, tính tan và tính phân cực. Tính kị nước vừa phải của các hợp chất hữu cơ ( log k wo trong khoảng 0.5 đến 3.0) thì dễ dàng giữ lại và chuyển vào trong thực vật. Tính tan nhiều của hợp chất (sự thấm hút bề mặt thấp) sẽ không hấp thụ bên trên bề mặt rễ hoặc chuyển vào bên trong thực vật (Schnoor et al. 1995a; Cunningham et al. 1997). Các phân tử không cực với trọng lượng phân tử < 500 sẽ hấp thụ đến bề mặt của rễ, trong khi các phân tử có cực sẽ đi vào rễ và được chuyển dời đi (Bell 1992). Hình, 2 Sự hấp thu của Phytodegradatin trong đất - 2 - Phytodegradation Nhóm 5 Sự hấp thụ hợp chất hữu cơ của thực vật có thể phụ thuộc từng loại thực vật, tính chất của chất ô nhiễm và nhiều yếu tố vật lý và hóa học đặc trưng khác ở trong đất. Kết luận cuối cùng không thể luôn luôn làm về một chất đặc biệt. Ví dụ, khi PCP (pentachlorophenol) vào trong đất, 21% được tìm thấy ở trong rễ và 15% trong các chồi cỏ non sau 155 ngày (Qiu et al. 1994); trong một nghiên cứu khác, nhiều thực vật hấp thu rất ít PCP (Bellin và O’Connor 1990). 3.5.1.2. Sự chuyển hóa Sự chuyển hóa bên trong thực vật đã đồng nhất hóa các nhóm hợp chất hữu cơ riêng biệt, bao gồm thuốc diệt cỏ atrazine (Burken and Schoor 1997), chất khử trùng bằng clo có khả năng hòa tan TCE (Newman et al.1997a), và thuốc nổ TNT (Thompson et al. 1998). Sự chuyển hóa các hợp chất khác ngay cả thuốc trừ sâu DDT, thuốc diệt nấm hexachlorobenzenne (HCB), PCP, chất làm mềm dẻo diethylhexylphthalate (DEHP) và PCBs trong nuôi cấy tế bào thực vật (Komossa et al. 1995). Hình 3, Sự chuyển hóa chất ô nhiễm trong Phytodegradation - 3 - Phytodegradation Nhóm 5 3.5.1.3. Cây trồng – khuôn tạo enzyme Enzym thực vật đã được đồng hóa có khả năng sử dụng làm giảm chất ô nhiễm thí dụ như thuốc nổ, thuốc diệt cỏ, chất khử trùng bằng clo. Nhiều thí nghiệm chất làm dẻo đã được tiến hành để nhận ra những cây mà có thể sản xuất những enzyme này (Komossa et al). Hình 4, Khả năng chuyển hóa của cây trong Phytodegradation - 4 - Phytodegradation Nhóm 5 Một khi hoá chất hữu cơ được di chuyển, thực vật có thể lưu trữ hoá chất thành từng đám vào trong phần mới hóa gỗ của cây (cầu nối cộng hoá trị của hoá chất hoặc đám của nó vào lignin của thực vật) ; hoặc có thể volatilize, chuyển hoá, hoặc khoáng hoá hoá chất hoàn toàn với cácbon điôxít và nước. Hợp chất béo các chất hydrocarbon như là trichloroethylene (TCE) đã được báo cáo được khoáng hoá để CO2 và ít chất chuyển hoá aerobic độc (trichloroethanol, acid trichloroacetic, và acid dichloroacetic bởi Newman et al., 1997). Sản phẩm này phù hợp với những thấy trong con người sống vì TCE huỷ diệt bằng cytochrome P450, là enzim dồi dào trong thực vật nhưng tốt cho con người. Vì vậy, thực vật được đôi khi xem như " lá phổi xanh " về mặt enzim của bộ môn khoa học trong hoá sinh. Những enzyme nitroreductase và enzyme laccase trong thực vật có thể chia cắt các chất có trong chất thải trong sản xuất đạn dược như là TNT (2,4,6 - trinitrotoluene), và chúng có thể liên kết chặt chẽ cấu trúc nhân và thành nguyên liệu thực vật mới hay mảnh vụn hữu cơ trở thành bộ phận của trầm tích chất hữu cơ. Cơ chế khử độc theo phương pháp này có thể làm thay đổi hoá chất độc ban đầu để chất chuyển hoá không độc và được lưu trữ trong mô thực vật (Schnoor et al., 1995). Hiểu biết kỹ về thành phẩm và lối đi của tiến trình enzim sẽ đơn giản hóa độc tính điều tra đúng chỗ của phytoremediation. 3.5.2. Môi trường Các loại thực vật phân hủy được sử dụng trong xử lý đất, các loại trầm tích, bùn đặc và nước ngầm. Bề mặt nước cũng có thể được xử lý bằng cách sử dụng các loại thực vật phân hủy. - 5 - Phytodegradation Nhóm 5 Bảng 1, Môi trường mà phytodegration có khả năng được áp dụng 3.5.3. Những thuận lợi Các chất gây ô nhiễm bị phân hủy vì những enzyme được sản xuất bởi một cây có thể xuất hiện trong môi trường tự do của một số vi sinh vật (chẳng hạn, trong một môi trường các vi sinh vật đã bị giết chết khi chất gây ô nhiễm có nồng độ cao). Những cây có thể phát triển trong đất cằn và cũng trong đất mà có những mức độ tập trung là độc so với vi sinh vật. Như vậy, sự phân hủy bởi thực vật tiềm tàng có thể xuất hiện trong những đất nơi mà vi khuẩn không thể phân hủy. 3.5.4. Những khó khăn Sự phân hủy của thực vật có thể gặp những bất lợi sau đây: - Các dạng trung gian của chất độc hại hoặc các sản phẩm phân hủy của chúng hoặc có thể là hình thái của chúng. Trong một nghiên cứu không liên quan đến sự phân hủy của thực vật, PCP đã được chuyển hóa vào trong chuỗi tetrachlorocatechol trong cây lúa mỳ và trong nuôi cấy tế bào. - 6 - Phytodegradation Nhóm 5 - Ngày nay việc nhận dạng và xác định rõ các dạng chuyển hóa thuộc về thực vật là rất khó khăn; do đó việc phá hủy các chất ô nhiễm rất khó có thể được xác nhận. 3.5.5. Nồng độ chất Các hợp chất hữu cơ là những thể loại chính của chất gây ô nhiễm đối tượng của những thực vật có khả năng phân giải chất hữu cơ. Nói chung, những hợp chất hữu cơ với log giữa 0.5 và 3.0 có thể là đối tượng của của những thực vật có khả năng phân giải chất hữu cơ bên trong của cây. Những chất vô cơ cũng được xử lý thông qua sự hấp thụ và sự chuyển hóa của cây. Những cây trồng có khả năng phân giải chất hữu cơ bên ngoài cây thì không phụ thuộc vào log và sự hấp thụ của cây. (Bảng 2) 3.5.5.1. Những chất hữu cơ * Chất khử trùng clo Những enzim dehalogennase trong cây có thể khử những hợp chất clorin, đã được phát hiện trong trầm tích (Mc Cutcheon, 1996) TCE đã chuyển hóa trichloroethanhnol, trichloroacetic axit, và axits dichloroacetic trong cây dương lai (Newman et al, 1997). Trong một nghiên cứu tương tự, những cây dương lai đã được tiếp xúc với nước chứa khoảng 50 TCE ppm và đã chuyển hóa TCE bên trong cây (Newman et al, 1997). Rễ cây cải ngựa (loài cây có hoa trắng, thuộc họ cây mù tạc) có thể xử lý được nước thải chứa 850 ppm 2.4 –diclorophenol (Dec and Bollag, 1994) *Chất diệt cỏ Atrazine trong đất đã được đưa lên bởi cây sau đó thủy phân và khử amin trong rễ, những chất chuyển hóa được so sánh trong cây và nghiên cứu đánh giá độc tính của atrazine chỉ ra rằng các chất chuyển hóa từ Atrazine ít độc hại hơn Atrazine - 7 - Phytodegradation Nhóm 5 Enzim nitrilase trong cây có thể phân hủy chất diệt cỏ, đã được phát hiện trong trầm tích (Carreira, 1996 ). Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng bentazon trong thuốc diệt cỏ được phân hủy trong cây liễu đen, như là chỉ thị bởi bentazon mất trong thời gian nghiên cứu, trong nhà ươm và đó là sự chuyển hóa trong cây. Bentazon là đọc tố đến 6 loài cây ở nồng độ 1000-2000 mg/l. Tại 150mg/kg, những chất chuyển hóa bentazon đã được phát hiện trong thân cây và các mẫu mô vòm lá. (Corger and Portier, 1997 ). Dùng 60.4 g/kg Atrazine (tương đương với khoảng 3 lần mức ứng dụng) đã được sử dụng để nghiên cứu khả năng hấp thu chất hữu cơ trong dương lai.(Burken and Schnoor, 1997) Chất diệt cỏ bentazon là chất đọc đối với cây trồng ở nồng độ 1000-2000 mg/l, nhưng ở nồng độ 150 mg/l thì cây có thể phát triển được (Corger and Portier, 1997) *Thuốc trừ sâu Enzim photphatase tách từ thực vật có thể phân hủy thuốc trừ sâu photphat hữu cơ, có thể được áp dụng làm thực vật phân giải chất hữu cơ *Thuốc nổ Enzim nitroreductase trong cây có thể phân giải đan dược, đã được phát hiện trong trầm tích, enzim này trong cây rong xương cá có thể phân hủy TNT ((Mc Cutcheon, 1996) Cây dương lai chuyển hóa TNT thành 4- amino-2,6- dinitrotuloene, 2- amino-4,6- dinitrotuloene và một số hợp chất không xá định khác (Thompson et al, 1998) Nồng độ TNT trong đất ngập nước giảm từ 128 xuống 10 ppm khi dùng cây rong xương cá (Schoor et al, 1995) - 8 - Phytodegradation Nhóm 5 *Phenols Nồng dộ chlorinnated phenol trong nước thải giảm khi có mặt của enzim oxidoreductase trong rễ cây cải ngựa (Dec and Bollag, 1994). 3.5.5.2. Chất vô cơ * Chất dinh dưỡng Nitrate sẽ được đưa lên bởi thưc vật và được biến đổi cho đến protein và khí nito (Licht and Schoor 1993). Bảng 2, Khả năng tập trung nồng độ các chất độc trong rễ - 9 - Phytodegradation Nhóm 5 3.5.6. Độ sâu của rễ Phytodegradation thường được giới hạn ở vùng rễ, và có thể dưới vùng rễ nếu dịch của rễ tiết ra được hòa tan, không hấp thu được, và vận chuyển bên dưới vùng rễ. Mức độ mà điều này xảy ra là không chắc chắn. Phydegradation của chất ô nhiễm hữu cơ trong đất đã được quan sát về mối tương quan giữa giảm nồng độ ô nhiễm với việc tăng độ sâu đất. Nghiên cứu trên thuốc trừ sâu cũng như ô nhiễm công nghiệp có cho thấy là đất độ sâu là xem xét chủ yếu trong có hiệu lực ở nơi khôi phục sinh thái (Veeh et al., 1996 ; Strand et al., 1995). Ảnh hưởng của cây cỏ gì lên đất nhiễm bẩn với các kim loại nặng cũng giảm khi tăng độ sâu (Ou et al., 1995). Quan hệ giữa khả năng chuyển hóa với độ sâu của đất chưa được đánh giá những cây có khả năng xử lý chất gây ô nhiễm hữu cơ. Hình thái của rễ đóng vai trò trong hiệu quả của thực vật xử lý. Thực vật với cấu trúc rễ xơ, và do đó lĩnh vực bề mặt rễ lớn, có thể cải tiến dissipation hữu cơ hơn thực vật với đơn giản, ít hệ thống xơ (Aprill và Sims, 1990). Nghiên cứu này được thiết kế để kiểm tra ảnh hưởng của độ sâu của và bề mặt lên khả năng chuyển hóa của dầu khí hyđrô cácbua trong đất. Mục tiêu là (1) so sánh khả năng chuyển hóa của antraxen, benzo [α] antraxen (BA), BaP, và TPH (dầu diesel) tại 3 độ sâu khác nhau trong đất cột với thực vật ở cạn và thực vật ở nước; (2) giám sát hoạt động vi sinh vật trong đất và so sánh mật độ vi khuẩn có trong ba độ sâu của đất cho thực vật ở cạn, thực vật ở nước, trong vùng bị ô nhiễm và vùng không bị ô nhiễm; (3) định lượng tăng trưởng của bộ rễ trong đất; và (4) đánh giá tương quan khả năng chuyển hóa sinh học của chất gây ô nhiễm hữu cơ. - 10 - [...]... trong các hệ thống thực vật và đất và sự hấp thụ các chất ô nhiễm bởi thực vật Nhiều loài thực vật khác nhau và các loại ô nhiễm được trình bày trong tài liệu này Những bảng và đồ thị được xem xét trong tài liệu cung cấp thông tin về số lượng thực vật hấp thụ Các kinh nghiệm hướng dẫn về thực vật hấp thụ hexachlorobenzene, phenol, toluene và TCE được mô tả kĩ lưỡng 2) Burken, J.G., and J.L Schnoor 1997... đó nằm ngoan cố trong lớp dưới bề mặt môi trường phản ứng đã nhanh chóng bốc hơi trong bầu không khí với gốc hydrôxyl, chất oxi hoá tạo thành trong chu kỳ quang hoá Chuyển giao của chất gây ô nhiễm từ đất hoặc nước ngầm để không khí không hấp dẫn như suy thoái ở đúng chỗ, nhưng nó có thể được thích hơn là tiếp xúc kéo dài trong đất môi trường và nguy cơ nước ngầm nhiễm bẩn 3.5.9 Tình hình nghiên cứu... pháp Phytodegradation mang tính chất tham khảo - 16 - Phytodegradation Nhóm 5 3.5.11 Những tài liệu tham khảo được lựa chọn 1) Bell, R.M.1992 Higher Plant Accumulation of Organic Pollutants from Soils Risk Reduction Engineering Laboratory ( Thực vật tích lũy ô nhiễm hữu cơ từ đất cao) Trang này bao gồm 1 tài liệu chuyên sâu xem xét sự ứng xử của các chất ô nhiễm hữu cơ trong các hệ thống thực vật và... nghiên cứu Phytodegradation tại một số phòng thí nghiệm Ngoài ra ứng dụng vào trong thực vật chuyển hóa tại những khu vực bị nhiễm hóa dầu và khu vực nhà kho, nước thải của những khu sản xuất đạn dược, nhiên liệu vết do làm đổ, các chất hydrocarbon dung môi, nước rỉ rác từ hố chôn rác (bao gồm yêu cầu khí oxy hoá sinh (BOD) và yêu cầu khí oxy - 15 - Phytodegradation Nhóm 5 hoá chất (COD)), và hoá chất sử... khối chất gây ô nhiễm tiếp tục trong đất : 3.5.8.3 Điều kiện khí hậu Những nghiên cứu Phytoremediation có liên quan đến phytodegradation được tiến hành theo nhiều điều kiện khí hậu - 13 - Phytodegradation Nhóm 5 Một hình thức khác của phytodegradation là phytovolatilization, qua đó hoá chất không ổn định hay của họ sản phẩm chuyển hoá được tung ra để không khí qua khả năng bốc hơi của thực vật Nhiều chất. .. poplars (hấp thụ và chuyển hóa sinh học tri-clo-etylen bởi những cây dương lai) Sự thảo luận được trình bày việc những môi trường nuôi cấy tế bào khối u không kí chủ trên cây dương được cho 1 liều TCE và những mẫu thí nghiệm cái mà được phân tích cho việc phân hủy các sản phẩm và 14CO2 Những tế bào nghiên cứu đã chuyển hóa TCE đến tri-clo-etanol và di, tri-clo-acetic axit Các môi trường đã oxy hóa 1... của phytodegradation cho hợp chất hữu cơ đã được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, nhà kính, và lô đất nhỏ Chất gây ô nhiễm được hoặc thu hồi như đã bao bọc phế liệu trong đất hoặc thực vật, chuyển hoá, hoặc bốc hơi như được trình bày trong hình 5 Hình 6, Các dạng chuyển hóa và khả năng vận chuyển trong thí nghiệm Nghiên cứu cân đối khối lượng đã hoàn tất sử dụng 14 Hợp chất Clabeled, các dạng chuyển. .. 20% đồng vị phóng xạ giữ lại như là chất cặn bã lắng lại trong mô thực vật Sự phân giải atrazine trong các đất không có thực vật cũng tương tự như sự phân giải trong đất trồng thực vật Cách thức chuyển hóa atrazine cũng được trình bày 3) McCutcheon, S.1996 Phytoremediation of organic compounds: Science validationand field Testing In W W.Kovalick and R Olexsey - 17 - Phytodegradation Nhóm 5 (eds.), workshop... được có thể xử lý bởi hệ thống này Phytodegradation có thể cũng xuất hiện trong tầng nước mặt, nếu nước có thể hỗ trợ sự tăng trưởng của những cây thích hợp - 12 - Phytodegradation Nhóm 5 3.5.8.2 Điều kiện về đất Phytodegradation thích hợp nhất cho những vùng đất lớn đang có sự nhiễm bẩn nông Từ phương trình (1) trên, có thể ước tính sức hấp dẫn tỉ lệ của chất gây ô nhiễm Yêu cầu đầu tiên động lực học... xạ TNT được trồng trong hệ thống nước và cát Nhiều TNT được giới hạn trong rễ, với sự chuyển vị tương đối nhỏ . ô nhiễm bởi thực vật. Nhiều loài thực vật khác nhau và các loại ô nhiễm được trình bày trong tài liệu này. Những bảng và đồ thị được xem xét trong tài liệu cung cấp thông tin về số lượng thực vật. nối cộng hoá trị của hoá chất hoặc đám của nó vào lignin của thực vật) ; hoặc có thể volatilize, chuyển hoá, hoặc khoáng hoá hoá chất hoàn toàn với cácbon điôxít và nước. Hợp chất béo các chất hydrocarbon. Thực vật tích lũy ô nhiễm hữu cơ từ đất cao). Trang này bao gồm 1 tài liệu chuyên sâu xem xét sự ứng xử của các chất ô nhiễm hữu cơ trong các hệ thống thực vật và đất và sự hấp thụ các chất ô nhiễm