Metale ciężkie.pdf

BIOREMEDIACJA METALI CIĘŻKICH I

INNYCH ZANIECZYSZCZEŃ Z GLEBY

Bioremediacja – bioodzysk jest określana jako użycie biologicznych układów

w celu redukcji wielkości zanieczyszczenia powietrza, wody i gleby lub transformacji

różnego rodzaju zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe.

Stosowane są różne układy biologiczne: rośliny (fitoremediacja),

drobnoustroje (biohydrometalurgia). Potencjalne możliwości mikroorganizmów są

olbrzymie i dotychczas nie w pełni poznane.

Bioremediacja wybranych metali ciężkich

Metale ciężkie są bardzo ważnym elementem skorupy ziemskiej. Uważane są

za nieodnawialne bogactwa naturalne. Problem środowiskowy, jaki one stwarzają,

jest złożony. Z jednej strony mamy do czynienia ze znacznym ubytkiem rud, w skład

których one wchodzą, z drugiej zaś, występują one w coraz wyższych stężeniach w

żywych organizmach (rośliny, zwierzęta, ludzie) i środowisku, w którym bytują te

organizmy. Przyczyną rozproszenia i wzrostu toksycznego wpływu wielu metali na

organizmy żywe są głównie procesy antropogeniczne.

Ekspansywna gospodarka realizowana przez człowieka doprowadziła do

znacznego ubytku głównych zasobów naturalnych. Gdy względy technologiczne, a

przede wszystkim ekonomiczne, nie pozwalają na eksploatację ubogich rud,

wówczas niezbędne okazują się metody biotechnologiczne . Wykorzystują one

swoiste właściwości drobnoustrojów .

W wyniku wydobycia rud i dalszych procesów związanych z wykorzystaniem

wydobytego surowca powstają odpady. Zawierają one metale ciężkie. Często są one

kierowane do wód, gleb i atmosfery, a stamtąd do roślin. Rośliny są głównym odbior-

cą składników mineralnych, w tym metali ciężkich i jednocześnie głównym źródłem

tych pierwiastków w pożywieniu ludzi i zwierząt.

Istnieje pilna potrzeba stosowania takich procesów, które pozwolą na odzysk

metali ciężkich z odpadów i z ubogich rud, aby jednocześnie ograniczyć do minimum

ich negatywny wpływ na organizmy żywe.

Najczęściej stosowane są metody fizykochemiczne np.: ekstrakcja, strącanie,

wymiana jonowa, procesy membranowe i in. W niewielkim stopniu wykorzystywane

są procesy biologiczne, które wykorzystywałyby naturalne procesy warunkujące

obieg metali w przyrodzie. W przyszłości stanowić one będą tzw. “ekologicznie

czyste” technologie.

Bioodzysk (bioremediacja) jest zespołem zabiegów stymulujących

charakterystyczne, dla określonego środowiska, mikroorganizmy do usuwania

chemicznych zanieczyszczeń (w tym metali ciężkich) głównie z gleby i wód

gruntowych. W ciągu ostatnich kilkunastu lat najpopularniejsza stała się metoda

remediacji bakteryjnej.

Metoda wykorzystująca zdolność niektórych gatunków roślinnych do

akumulowania m.in. metali ciężkich w ilościach przekraczających potrzeby

pokarmowe roślin to fitoodzysk (fitoremediacja) .

Nauka o technologiach i technicznych sposobach wykorzystania

mikroorganizmów w procesach wydobycia, przetwórstwa metali oraz biologicznych

metodach ekstrakcji z roztworów i odpadów nosi nazwę biohydrometalurgii .

METALE NIEZBĘDNE I TOKSYCZNE

Spośród ponad stu pierwiastków układu okresowego występujących w

biosferze, znaczną ich część stanowią metale. Większość metali nie występuje w

stanie czystym a jedynie w rudach razem z innymi składnikami. Metale dzieli się na:

niezbędne i toksyczne, żeliwne i nieżeliwne, lekkie i ciężkie oraz wyróżnia się grupę

metali szlachetnych.

Metale ciężkie to te metale, których gęstość jest większa od 4,5 [g/cm³].

Należą one często do grupy pierwiastków śladowych. Dzieli się na cztery grupy:

- pierwiastki o bardzo wysokim stopniu potencjalnego zagrożenia dla

środowiska, do których zalicza się m.in.: Cd, Hg, Cr, Ag, Zn, Au, Sb, Sn, Tl,

- pierwiastki o wysokim stopniu potencjalnego zagrożenia dla środowiska:

Mo, Mn, Fe, Se i in.,

- pierwiastki o średnim stopniu potencjalnego zagrożenia dla środowiska: V,

Ni, Co, W i in.,

- pierwiastki o niskim stopniu potencjalnego zagrożenia dla środowiska: Zr,

Ta, La, Nb i in.

Metale, w tym metale ciężkie, w środowisku mają w przeważającej większości

naturalne pochodzenie. Wskutek naturalnych i antropogenicznych procesów

następuje ich ciągłe przemieszczanie z pierwotnego źródła do innego elementu

środowiska a tym samym ich rozproszenie. Towarzyszy temu zmiana formy, stopnia

utlenienia oraz stężenia danego pierwiastka.

Do naturalnych procesów, warunkujących zmianę miejsca występowania metali

ciężkich w środowisku, należą następujące procesy:

- magmowe i pomagmowe,

- metamorficzne (przemiany skał osadowych lub magmowych pod wpływem

wzrostu temperatury, ciśnienia i in.),

- hipergeniczne (zachodzące pod wpływem czynników hydro-, atmo- i biosfery,

np. wietrzenie skał, transport, sedymentacja itp.).

W wyniku wyżej wymienionych procesów pierwotne miejsce występowania

metali ciężkich ulega zmianie. Przemieszczają się one do atmo-, hydro-, biosfery i

gleb, a stamtąd do organizmów żywych. Najczęściej ich stężenie nie przekracza

kilkunastu [mg/kg] (ppm).

Obecność metali ciężkich w wodach warunkowana jest głównie ich

rozpuszczalnością, zależną od: domieszek i zanieczyszczeń w wodzie, pH,

potencjału utleniająco–redukującego, możliwości tworzenia rozpuszczalnych

kompleksów.

Stężenie metali ciężkich w glebach zależy od wielkości adsorpcji, na którą ma

wpływ: obecność związków humusowych i innych składników gleby, pH, potencjał

utleniająco–redukcyjny i in.

Występowanie metali w organizmach żywych jest konsekwencją występowania

ich w środowisku, w którym żyją.

Na intensywność migracji metali ciężkich w biosferze ma wpływ wiele

czynników, m.in.: geochemiczne, fizyczno-chemiczne, klimatyczne i biologiczne.

Do antropogenicznych procesów, będących źródłem metali ciężkich należą:

- wydobywanie rud metali,

- transport rudy do punktu przeróbki,

- przetwarzanie,

- eksploatacja,

- końcowe zagospodarowanie bądź utylizacja zużytych produktów.

Rozproszenie metali ciężkich i związane z tym zagrożenia dla organizmów

żywych i środowiska jest w głównej mierze efektem procesów antropogenicznych.

Powstałe odpady stałe, płynne bądź gazowe kierowane są do: wody, gleby,

atmosfery.

Główne zanieczyszczenie wód stanowią ścieki przemysłowe. Pochodzą one z:

hut, przemysłu galwanizerskiego, garbarskiego, produkcji nawozów sztucznych,

środków ochrony roślin, z zakładów farbiarskich, włókienniczych,

elektrochemicznych, motoryzacyjnych, energetycznych oraz z zakładów

produkujących baterie, akumulatory, katalizatory itp..

Obecność metali ciężkich w ściekach może być też skutkiem korozji

rurociągów, obecnością w detergentach, odprowadzanymi ściekami z myjni i garaży

samochodowych.

Tabela 1. Wybrane metale ciężkie i gałęzie przemysłu będące źródłem ich emisji do

środowiska

Metale

Gałęzie przemysłu

Galwanizernie, produkcja barwników, baterii, akumulatorów,

farb i tworzyw sztucznych, stabilizatorów polimerów, przem.

chemiczny, ochrony roślin, zakłady graficzne i drukarskie

Produkcja barwników, akumulatorów, baterii, nawozów,

motoryzacja, przem. energetyczny, ochrony roślin,

elektrochemiczny

Przemysł galwanizerski, garbarski, impregnacji drewna,

włókienniczy, produkcji barwników i tworzyw sztucznych,

zakłady drukarskie i graficzne

Przemysł metalurgiczny, farbiarski, tekstylny, produkcja

środków ochrony roślin i nawozów

Produkcja baterii, kwasu fosforowego, sody kaustycznej,

celulozowni, produkcja środków ochrony roślin i wytwarzania

rtęci metalicznej

Przemysł galwanizerski, papierniczy, rafinerie, stalownie,

fabryki nawozów sztucznych

Produkcja baterii, farb, przem. tekstylny, tworzyw sztucznych,

stabilizatorów polimerów, zakłady drukarskie i graficzne

Produktem oczyszczania ścieków są osady ściekowe, w których stężenie metali

ciężkich jest wielokrotnie wyższe niż w ściekach.

Zanieczyszczenie gleb jest wynikiem emisji pyłów pochodzących z: operacji

przemysłowych, energetyki, motoryzacji. Mogą je powodować odpady: przemysłowe,

komunalne i osady ściekowe, stosowane do nawożenia oraz środki ochrony roślin.

Metale ciężkie wchodzić mogą w reakcje chemiczne ze składnikami gleby, tworząc

jako formy słabo rozpuszczalne. Część z nich może być pobierana jest przez rośliny,

podstawowe ogniwo łańcucha pokarmowego.

W atmosferze obecność metali ciężkich warunkowana jest przede wszystkim

emisją pyłów pochodzących z przemysłu, motoryzacji i energetyki. Obecność metali

w atmosferze ulega szybkiej migracji i zmianom. Pyły opadają i kumulują się w glebie

i wodzie, wchodzą w reakcje ze składnikami gleb, wód.

Niektóre metale ciężkie należące do grupy pierwiastków śladowych, występując

w środowisku w swym naturalnym stężeniu , spełniają pozytywne działanie. Określa

się je mianem mikroelementu. Katalizują one wiele reakcji biochemicznych,

zachodzących w organizmach.

Wpływ metali na procesy biochemiczne organizmów jest różnorodny i

specyficzny. Uczestniczą w tworzeniu: krwinek czerwonych, hormonów, witamin,

procesów oddychania, utleniania i redukcji, fotosyntezy czy tworzenia pigmentów.

W zależności od własności chemicznych oraz miejsca w układzie okresowym,

niektóre metale ciężkie spełniają ważną rolę w przemianie materii, wchodzą w skład

układu kostnego i tkanek organizmów żywych, biorą udział podczas funkcjonowania

systemów nerwowych.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: