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