Principe
Fytoextractie (grondverontreiniging)
Bij het rechtstreeks in-situ verwijderen van verontreiniging worden (hyper)accumulerende gewassen geteeld. Het gewas wordt gemaaid en afgevoerd ter compostering of gecontroleerde verbranding. In landbouwgebieden is het de bedoeling dat dit wordt uitgevoerd door de landbouwers zelf.
Voor deze techniek zijn met name die plantensoorten geschikt die een hoge opname capaciteit hebben. Daarnaast is het van belang dat het gewas een hoge opbrengst aan (maaibare) droge stof heeft. Indien het gewas verder nog economische en/of landbouwkundige waarde heeft, is dit zeker een pluspunt.
Grassen en klaver blijken ideaal te zijn voor fytoremediatie omdat ze een vezelachtig wortelstelsel hebben dat een continue compacte rhizosfeer (d.i. de bodem in de onmiddellijke omge-ving van de plantenwortels) vormt. Dit geeft tevens het bijkomend voordeel dat de bodem beschermd wordt tegen water- en winderosie. De literatuur maakt melding van de volgende grassen: alfalfa, klaver, zwenkgras, bermudagras en raaigras.
Planten kunnen ook getransformeerd worden om selectief zware metalen te extraheren en te accumuleren, zodanig dat eventueel metaalrijke residu's kunnen gerecycleerd worden. Voorbeelden zijn transgene tabak en aardappel. Door deze transformatie wordt ook de tolerantie voor zware metalen verhoogd.
De mogelijkheid van planten om de biodegradatie te verhogen is gebaseerd op het feit dat planten bepaalde organische stoffen (exudaten) in de bodem vrijlaten die de biodegradatie op de volgende wijzen stimuleren:
- stimulering van de bodemorganismen in de rhizosfeer;
- ze bevatten enzymen die organische verbindingen kunnen transformeren;
- ze kunnen co-metabolische transformaties van verontreinigingen door micro-organismen stimuleren.
Als opvolging van de sanering dienen regelmatig grondstaalnames en -analyses te worden genomen.
Hyperaccumulerende gewassen worden gekweekt zoals andere landbouwgewassen, hetgeen ook dezelfde, arbeidsintensieve, onderhoudseisen stelt (regelmatige opeenvolging van zaaien, planten en oogsten). Ook de plantengroei vereist voldoende opvolging.
Ten aanzien van stimulering biodegradatie wordt geen extra opvolging en onderhoud verwacht.
Bij het rechtstreeks in-situ verwijderen van verontreiniging worden (hyper)accumulerende gewassen geteeld. Het gewas wordt gemaaid en afgevoerd ter compostering of verbranding.
Fytoextractie (grondwaterverontreiniging)
In-situ fytoremediatie van gecontamineerd grondwater kan door middel van bomen, welke grote volumes grondwater oppompen. Voorbeeld hiervan zijn populieren, zij pompen gemiddeld 260 liter per boom per dag wat neerkomt op 4,2 miljoen liter per hectare in 6 maanden.
Polluenten opgelost in het water dat door de plantwortels wordt opgezogen kunnen in de plant worden afgebroken (fytodegradatie). Zowel plant-eigen enzymen als bacteriën die in de plant leven (endofytische bacteriën) kunnen de afbraak bewerkstelligen. Een voorbeeld van pollutie die op deze wijze effectief kan worden afgebroken is tolueen.
De door de planten via de wortels opgenomen verontreiniging wordt echter niet altijd (volledig) afgebroken. Bepaalde vluchtige contaminanten worden via de stengels/takken en de bladeren terug vrijgegeven via evapo-transiratie (fytovolatilisatie). Eventueel wordt de polluent hierbij omgezet in andere chemische verbindingen (fytotransformatie). Een voorbeeld van een polluent die, opgenomen via het grondwater door b.v. populieren, vrijwel volledig vervluchtigt naar de atmosfeer is trichloorethyleen (TCE).
Fytostabilisatie
Hierbij worden planten gebruikt, eventueel samen met gepaste bodemadditieven om de vervuiling in de bodem vast te leggen. Deze techniek leidt niet tot het verwijderen van de contaminanten. De biobeschikbaarheid van de polluenten wordt hierdoor verlaagt met als voornaamste doelstelling de verdere verspreiding van de verontreiniging te voorkomen. Een goed gesloten vegetatiedek verhindert bovendien het verder verspreiden via wind- en watererosie en leidt tot een drastische verlaging van de percolatie van contaminanten naar het grondwater.
Planten welke gebruikt kunnen worden voor fytostabilisatie moeten tolerant zijn aan de in de bodem aanwezige contaminanten en aan de specifieke groeicondities van de betreffende site. Ze accumuleren de contaminanten niet of slechts in beperkte mate in de bovenste delen om verspreiding in de voedselketen te vermijden. Ze bezitten een uitgebreid wortelstelsel voor een goede stabilisatie van de bodem en voor de opname van bodemwater. Vaak worden ook bodemadditieven ingezet voor de immobilisatie van zware metalen. Deze additieven zorgen voor een omzetting van de vrije en gemakkelijk oplosbare en uitwisselbare vormen van metalen naar meer stabiele vormen. Tevens reduceren ze de biobeschikbaarheid voor planten en de percolatie naar grondwater.
Rhizodegradatie
In de nabijheid van de (haar)wortels van planten bevinden zich doorgaans veel grotere aantallen micro-organismen dan buiten de wortelzone. Organische polluenten zoals minerale olie of PAK’s kunnen door deze micro-organismen versneld (aëroob) worden afgebroken. De techniek kan worden toegepast bij sanering m.b.v. biopiles die worden ingezaaid met planten zoals b.v. alfalfa (luzerne).
Metabolische processes (in of ex-planta) kunnen ook door de plant zelf gedreven worden. Contaminanten kunnen geadsorbeerd worden door de plant en afgebroken door enzymes afkomstig van de plant. Voorbeelden hiervan zijn TNT-afval, BTEX en pesticiden.
Toepassinggebied en toepassingsvoorwaarden
Verontreinigingstype
Het telen van (hyper)accumulerende gewassen is alleen geschikt voor verontreiniging die worden opgenomen door de planten zoals zware metalen (cadmium, lood, koper, kwik, selenium, nikkel, kobalt) .
Voor het toepassen van in-situ fytoremediatie moet de verontreiniging zich in de toplaag van de bodem (de wortelzone) bevinden. De concentratie mag het fytotoxiciteitsniveau niet overschrijden.
In-situ zal de techniek voornamelijk gebruikt worden voor lichte grootschalige diffuse verontreinigingen zoals:
- depositie van stoffen uit de industrie (bijv. metallurgische industrie en afvalverbrandings-installaties);
- verstroming van uiterwaarden;
- autoverkeer;
- hoogspanningsmasten en bovenleidingen;
- terreinophoging;
- aanbrengen van GFT-compost, zuivering- of baggerslib.
Ex-situ stimulatie van bioremediatie is enkel van toepassing voor biologisch afbreekbare verontreinigingen. Bij vluchtige verbindingen is er nog een extra voordeel, zijnde dat "tilling" van de grond om te beluchten niet nodig is omdat extra zuurstof door de planten in de grond wordt gebracht. Hierdoor wordt de verontreiniging bijna volledig door biodegradatie verwijderd en niet door een combinatie van vervluchtiging en biodegradatie.
Bodemtype
Afhankelijk van de plantensoort zal het bodemtype een rol spelen. De plantengroei kan ook gestimuleerd worden door bemesting.
Voor een grootschalige diffuse zware metalen verontreiniging is het kweken van hyper-accumulerend gewas de enige verwijderingstechniek die praktisch uitvoerbaar is. Vaak wordt in deze gevallen een beheersvariant toegepast (bijv. bekalken). Naar verwachting zullen wellicht voldoende resultaten worden geboekt (tot rond de achtergrondwaarde). De maatregel duurt echter meerdere seizoenen, mogelijk decennia (nog verder onderzoek nodig).
Het te bekomen resultaat bij fytoremediatie ter stimulering van de biologische afbraak is afhankelijk van de factoren die de biologische afbraak beïnvloeden (soort verontreiniging, bodemtype,..). Fytoremediatie zal enkel de biodegradatiesnelheid verhogen.
Kosten
De verschillende fytoremediatiemethoden worden als kosteneffectief beschouwd gezien de pollutie biologisch en in-situ (of on-site) wordt gesaneerd zonder dat er sprake is van een hoog energie-verbruik, saneringsinstallaties, productie van afvalstoffen en/of verbruik van secundaire grondstoffen.
The exacte kosten hangen af van de gekozen uitvoeringswijze (ex-situ vergt kosten voor ontgraving, opzetten van biopiles,…). Doorgaans wordt een kostenvork van 20 – 100 euro per m³ gehanteerd.
Milieubelasting en te nemen maatregelen
Bij het telen van hyperaccumulerend gewas zijn ter plaatse geen negatieve effecten te verwachten. De verwerking (composteren of verbranden) gebeurt elders; mogelijk vindt storten van asresten plaats.
Stimuleren van de biologische afbraak brengt geen bijkomende negatieve aspecten met zich mee.
Ten aanzien van veiligheid worden geen negatieve aspecten verwacht.