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Fitorremediação / Controle de erosão

ARUNDO

a Energia Biorrenovável

Controle de erosão

Arundo donax vive mais de 50 anos. Uma plantação de biomassa baseada no Arundo pode ser planejada por pelo menos 20 anos. Uma vez estabelecida, Arundo não requer cultivo, e o sistema de rizoma e raiz coloniza o solo. O sistema de raiz se liga ao solo e proporciona excelente absorção de água, Arundo tolera secas, por curto e longo período. Ele forma o solo adicionando carbono orgânico a ele e quebrando contaminantes orgânicos devido a sua rizosfera ativa.
Esta rizosfera também contribui para a fixação do nitrogênio. O nitrogênio que está fixado, eventualmente se torna disponível para o Arundo (durante o outono e inverno, em regiões de clima temperado) e o Arundo não exige adubação nitrogenada apenas nos primeiros anos do plantio.
É menos estudado como o dióxido de carbono liberado pelo metabolismo microbiano do solo é recapturado pela cobertura fechada de Arundo (CO2 fertilização espontânea, efeito Renaud).
As cinzas da queima do Arundo, um subproduto da produção de gás de síntese pode ser retornado para a plantação e usado como um fertilizante para minimizar a exportação de nutrientes.

 

Biocarvão

Biocarvão é outro subproduto potencial que pode ser utilizado para o plantio ou utilizado para alteração de outros solos. A carbonização parcial da biomassa produz um grão fino, material altamente poroso que melhora a retenção de nutrientes e água do solo.

 

Aplicações da fitorremediação

Arundo donax tem os seguintes atributos que o tornam adequado para fitorremediação

  • Arundo donax Perene com 20+ anos de cultivo, de baixa manutenção;
  • Uma taxa de crescimento fenomenal e resultante anual de rendimento de biomassa que é apoiado pelo metabolismo intenso e muito oxidativo e atividade das enzimas desintoxicantes;
  • Tolerância a uma ampla gama de pH (3 a 9),para compostos orgânicos halogenados e para os metais pesados;
  • Grande transpiração (evaporação da água, evapotranspiração) capacidade e tolerância a breves inundações, porém alta tolerância à seca também;
  • Bioacumulação de certos metais pesados;
  • Passível de modificação transgênica para adotar uma ampla gama de habilidades de fitorremediação (pesquisas a serem feitas futuramente, financiamento pendente).

Cada um desses atributos de Arundo, e suas combinações, fazem várias tecnologias de fitorremediação de solo e água possível. Fitorremediação do solo é realizado pela simples plantação e colheita. Biorremediação de água é realizado pela irrigação (aspersão ou inundação) de uma plantação de Arundo e por fluir através de áreas úmidas construídas.

Colhendo (pelo menos uma vez por ano) e a remoção dos resultados de biomassa na extração e exportação das substâncias inorgânicas ingeridas e acumuladas. Isso pode ser repetido muitas vezes enquanto o Arundo está perene. Arundo acumula uma quantidade normal de fósforo, quantidade acima da média de nitrogênio e grande quantidade de potássio (se presente em grande quantidade no solo) em sua biomassa cultivável (Tabela). Esses nutrientes principais (NPK), quando presentes em excesso, podem arruinar a qualidade da água na capilaridade do solo, água potável, e corpos d’água (lagos, rios, oceanos). Eles podem estar presentes no escoamento agrícola e causam eutrofização das águas.

Além dos principais nutrientes (NPK) Arundo retém, passivamente, outros íons inorgânico tais como sódio, cloreto, bicarbonato (sal e soda) e metais pesados (Hg, Ni, Cu, As, Se, Zn, Pb, Cd , Cr, Sn). A solubilidade (e biodisponibilidade) depende do pH. Embora Arundo donax não seja
hiperacumulador de ions de metais pesados em virtude da sua biomassa pura. A ampla biomassa contém grande quantidade de metais pesados, proporcional à concentração de tecido que pode ser tão alta como 15x a concentração no substrato. Mesmo se o fator de bioacumulação for inferior a 1 para um determinado ion, a biomassa ampla remove uma quantidade significativa de tal ion.

Existem variedades que toleram alta quantidade de sal. Nossa variedade de tolerantes a sal extrai e remove mais sódio e cloreto do que o normal. Arundo naturalmente corrige o selênio (Se). No caso desse contaminante perigoso, é extraído do solo e é volatilizado para o ar onde é disperso na atmosfera e o lugar é deixado remediado. A volatização de selênio é evidenciada pelo mau cheiro do hidrogênio do selênio, que é o produto volátil de captação de selênio e de desintoxicação. Todas as plantas, incluindo Arundo, volatilizam mercúrio, mas também em uma forma menos tóxica e elementar, contudo Arundo acumula mercúrio iônico também. (30 a 50mg / kg em biomassa colhida). As plantas transgênicas podem volatilizar mercúrio em taxas muito elevadas que levam a remediação razoavelmente rápida.

Fator de bioacumulação (FB) é a concentração de um produto químico particular num tecido por concentração de químico no substrato (solo ou água). Um fator de bioconcentração maior que 1.0 indica que o produto químico em questão é preferencialmente absorvido, ou seja, um hiperacumulador. Se o fator de bioacumulação for inferior a um, a planta exclui o produto químico em alguns graus. Um fator de bioconcentração que é inferior a um, não exclui a utilidade de Arundo para limpeza, pois em virtude do seu alto rendimento a remoção do brownfield ainda será significativa. Arundo não é afetado por arseniato de até 600 μg/L em uma solução hidropónica que exiba um FB de 15,0. Algumas previsões podem ser feitas. Em um típico rendimento anual de 24 toneladas por hectare uma colheita de Arundo eliminaria 0,22 kg de arseniato biodisponível (expresso em trióxido de arsênico), isso é 29.2% por ano do tanque de arseniato biodisponível em uma camada profunda de 33 cm de um hectare de terra, ou 99,9% (limpeza completa) em 20 anos, ou tanto quanto 82% em menos de cinco anos.

No entanto FB não é constante, mas sempre mudando com a disponibilidade de arseniato, começando a partir de cerca de 2,4 a níveis mínimos de arseniato, atingindo um máximo de 15 a
600 μg/L arseniato e caindo para 7 em 1000 mg / L de arseniato com gotejamento concomitante com rendimento em 17%. Ao nível mínimo de 1000 ug / L arseniato e reduzido FB observado de 7.0 a colheita ainda removeria 11.3% do arseniato biodisponível e conforme o nível de arseniato cai, taxas de remoção aumentam, mas enquanto os níveis de arseniato for inferior a 600 μg/L, taxas de remoção iriam cair novamente para o mínimo de 2.99% baseado em 35% de redução de rendimento enquanto arseniato na verdade estimula o crescimento, alcançando o máximo a 600 μg/L. É possível que Arundo não esteja concentrando todos os elementos de destino. Para um contaminante a 600 μg/L com um FB hipotético de 0.9 a taxa de remoção seria 0.95% por ano ou 17.34% em 20 anos.

Por causa de seu valor nutritivo podem ser utilizados em sistemas agrícolas irrigados onde o corte é suposto a assumir e exportar esses nutrientes em excesso com as biomassas colhidas. Uma dada terra e o corte escolhido pode utilizar apenas NPK contendo muita água/lama, porquê não há saída de NPK para o subsolo e para água capilar, podendo exceder a capacidade de suporte desse local. Quando qualquer um dos indicadores de qualidade de água excede o limite permitido nos poços de teste, a continuação da aplicação de águas residuais / lamas é proibida e a terra deve descansar. Arundo donax, em virtude de sua alta produção de biomassa, pode transportar mais NPK e pode estender a vida útil de um projeto de irrigação.

Existem terras que não são apropriadas para agricultura, tais como minas de fosfato, espólios de mina de carvão, etc, que podem ser vegetadas e remediadas com Arundo donax, devido a sua extrema tolerância a pH e metais pesados. Espólios de mina de carvão podem ser ácidos e a lama de bauxita pode ser muito alcalina. Arundo é conhecido por ser o único, ou uma das poucas plantas que podem naturalmente crescer em minas de carvão (acidífero, China) e espólios de minério (metais pesados, China, Chile) e tem um bom crescimento em solos altamente alcalinos (pH>9) e lama bauxita (nossas publicações).

A remediação da água e do solo pode ser combinada com a utilização da biomassa e, assim, tornar a operação rentável.
Existem soluções transgênicas muito potentes para a eficiência do arsénio e para a fitorremediação do mercúrio pelas plantas (nossas publicações sobre o mercúrio), mas a adaptação destes para o Arundo requer pelo menos dois anos de desenvolvimento.

Arundo tem boa tolerância a contaminantes orgânicos halogenados, tais como tricloroetileno
(tricloroetileno, TCE) um agente desengordurante industrial, fenóis halogenados (pesticidas e plastificantes), bifenilos policlorados (PCB, isolador em capacitores através da rede elétrica).

Descobrimos que Arundo em culturas hidropônicas, metaboliza rapidamente triclorofenol
em concentração próxima da saturação em água; 90% em 1 dia e 99,9% em 10 dias. Arundo contém níveis elevados de atividade de peroxidase nas raízes, que são capazes de dehaloperoxidase (peróxido de início a remoção do cloreto (o halogénio) a partir do anel orgânico) e, assim, a desintoxicação. TCE é um líquido denso de solubilidade limitada em água, mas o suficiente de TCE vai dissolver e terá efeitos adversos na saúde, e contaminação de águas subterrâneas por TCE também é de grande preocupação. Arundo tolera TCE e pode reduzir os níveis de TCE por evapotranspiração; Arundotem 3 vezes mais a taxa de evapotranspiração do que a vegetação nativa no sul dos Estados Unidos. TCE também é atacado por peroxidases em plantas. A USC Arundo, tecnologia in vitro, torna possível selecionar linhas Arundo de elite que têm elevado nível de atividades dehaloperoxidase.

Arundo, como todas as plantas, tem uma rizosfera, de uma zona de raiz da exsudação, consistindo de raízes que servem de alimento para os micróbios, micróbios associados, em uma fina camada do solo. Uma vez que as plântulas do Arundosão produzidas in vitro,elas podem ser utilizadas para selecionar micróbios para criar um rizosfera sintética antes do plantio, assim, assegurando que os micróbios benéficos tenha vantagem sobre a microflora natural do solo. O parceiro microbiano pode ser um microrganismo benéfico, por exemplo estirpes de bactérias que são capazes de  desagregar produtos petrolíferos. Nós temos uma bateria de micróbios remediadores de petróleo, alguns dos quais foram testados para a compatibilidade com Arundo in vitro, e a associação Arundo bactéria sintética foi capaz de limpar petróleo bruto na zona de raiz in vitro e in natura também. Mudas pre inoculadas de Arundo podem ser produzidas em massa para o plantio em locais impactados com petróleo bruto ou refinado.

Arundo é útil para desaguamento e dessecação. Arundo tolera períodos curtos de inundação e é conhecido por ter grande habilidade no uso da água, quando a mesma é abundante. Esta capacidade elevada de transpiração de água pode ser utilizada em aplicações fitorremediadoras onde é necessário desidratação / dessecação. Arundo quando plantado sobre estruturas subterrâneas, podem manter a água do solo controlada. Dragagem de rios e portos resulta em material que tem concentrações de sulfeto ou níveis elevados de metais pesados e contaminantes orgânicos perigosos resultantes de atividades industriais rio acima ou ambos. Os sulfetos em dragagem, especialmente a fração de tamanho de partícula fina, expostos ao ar começa a oxidar em ácido sulfúrico dentro de horas. Isso faz com que a água capilar subterrânea acidifique e este ácido libere metais pesados, tornando-os biodisponível e, portanto, perigoso para a vida selvagem. O espólio de dragagem contém muita água em relação ao solo e conforme essa água sai, ela leva embora os metais pesados causando poluição e a água ácida prejudica os peixes, outros animais, como também a vegetação. Os danos do ácido são observados em estruturas vizinhas também.

Soluções tecnológicas para remediação de espólios de dragagem inclui, remediação de efluentes resultados de desaguamento de despojo de dragagem fresca. Arundo donax é capaz de remediar espólios de dragagem desidratadas e ‘extrair’ alguns dos metais pesados que são então removidos do local, com a biomassa colhida. A eficiência da biomassa depende da fertilidade do espólio de dragagem, que pode ser baixo e talvez necessite de aperfeiçoamento de NPK. Idealmente, Arundo pode ser plantado e estabelecido primeiramente entre o espólio de dragagem e o corpo da água, para capturar o efluente.

Para o tratamento dos contaminantes orgânicos perigosos, várias versões da reação de Fenton são utilizadas, o que implica a injeção de ferro solúvel, onde os ions do ferro catalizam, oxidam e mineralizam os contaminantes orgânicos.Arundo donax, com as suas enzimas oxidativas, tem sido utilizado para oxidar compostos orgânicos halogenados, sem tratamento prévio com ferro.

A oportunista habilidade de evapotranspiração de água do Arundo donax, pode ser utilizada em áreas úmidas construídas para a purificação de águas residuais e das águas residuais de desaguamento, contendo sólidos , tais como lodo de esgoto, pena de fazendas de processamento de aves, e parasita (e seus ovos) de água infestada.

What is Phytoremediation?

Cost efficient and easily controlled

The costs of the phytoremediation is lower than that of other processes of remediating soil. At the same time, the plants used for this process can be easily monitored.

Safest option

It is the least harmful method of soil cleansing, because it utilises naturally occurring organisms and preserves the environment in a more natural state. Other methods of soil mediation cleans the soil at the price of it’s fertility. Phytoremediation preserves the topsoil layer of the lands, maintaining the fertility of the soil.

Extra benefits

Apart from preserving the topsoil, it also increase soil health, yield, and plant phytochemicals. As a byproduct the use of plants also reduces erosion, a huge concern, and metal leaching in the soil.

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