UKLANJANJE TEŠKIH METALA

FITOREMEDIJACIJOM NA

PODRUČJU VARAŽDINA I OKOLICE

Doc.dr.sc. Dinko Vujević, viši znanstveni suradnik

Doc.dr.sc. Zvjezdana Stančić, znanstveni suradnik

22. travnja 2013.

Sveučilište u Zagrebu

Geotehnički fakultet

Zavod za inženjerstvo okoliša

HR-42000 Varaždin

E-mail: Dinko.Vujevic@gfv.hr

Zvjezdana.Stancic@gfv.hr

SADRŽAJ PREDAVANJA

• Teški metali u okolišu, fitoremedijacija,

fitoremedijatori

• Projekt - svrha

• Metodologija uzorkovanja i analize

• Mogućnosti oporabe metala iz biljnog

materijala

TEŠKI METALI

• neki teški metali su u našem organizmu

fiziološki prisutni i neophodni u vrlo niskim

koncentracijama

• svi oni s gustoćom > 5 g/cm3

• u većim koncentracijama predstavljaju

opasnost

• neosporni otrovi Pb, Cd & Hg

• već kod vrlo niskih konc. izazivaju poremećaje

gastrointestinalnog trakta, srčana, bubrežna i

neurološka oštećenja

TEŠKI METALI (nast.)

• industrijska

proizvodnja

• poljoprivreda

dospijevaju u

atmosferu, vodu, tlo

i žive organizme

• jednom kad dospiju u organizam nakupljaju se

u bubrezima, jetri, mozgu i masnom tkivu iz

kojih se višestruko dulje izlučuju

• promet

TEŠKI METALI (nast.)

• npr. povećana konc. Cd uzrokuje

degenerativnu koštanu bolest - „ouch-ouch"

• manifestira se jakim bolovima u zglobovima

• uzgoj riže u Japanu navodnjavanjem vodom s

visokom konc. Cd

• rijeka Jinzu kontaminirana zbog vađenja i

prerade Zn rudače

TEŠKI METALI (nast.)

Esencijalni

elementi u

ljudskom

organizmu

• željezo

• mangan

• bakar

• cink

• nikal

• krom

• kobalt

TEŠKI METALI U OKOLIŠU NA

PODRUČJU RH

• teški metali iz izvora onečišćenja transportiraju

se na velike udaljenosti

• atmosfersko taloženje na nekim područjima

čini značajan, ako ne i dominantan udio u

onečišćenju tla i voda

• npr. emisija Pb se znatno smanjila u odnosu

na 1990. g. kao rezultat postupnog povećanja

udjela bezolovnog benzina u cestovnom

prometu

• isto tako, smanjena je emisija Cd zbog

smanjene upotrebe lož ulja

TEŠKI METALI U OKOLIŠU NA

PODRUČJU RH (nast.)

Emisije Pb i doprinos pojedinih sektorskih

opterećenja u razdoblju od 1990.-2008. (AZO, NISO

2010.)

TEŠKI METALI U OKOLIŠU NA

PODRUČJU RH (nast.)

Emisije Cd i Hg u razdoblju od 1990.-2008. (AZO,

NISO 2010.)

FITOREMEDIJACIJA

„phyto„ – grč. biljka

metoda čišćenja tla, vode i

zraka od raznih onečišćivala ili

tvari organskog i anorganskog

porijekla pomoću biljaka

• U komercijalnoj primjeni od 80.-tih godina 20. st.

„remedium„ – lat. lijek

• Zelena tehnologija

• Održivi razvoj

TIPOVI FITOREMEDIJACIJE

• FITOSTABILIZACIJA – biljka korijenom stabilizra

onečišćenje

• FITOFILTRACIJA – rizosferna akumulacija

• FITOEKSTRAKCIJA – akumulacija onečišćenja u

biljci

• FITOVOLATIZACIJA – emisija onečišćenja iz tla u

bezopasnom obliku, kroz lišće

• FITOTRANSFORMACIJA – pretvorba onečišćivala

u netoksične spojeve i skladištenje u biljnom

tkivu

FITOREMEDIJACIJA (nast.)

PREDNOSTI

• najmanje štetna

za okoliš

• relativno niski

troškovi

• jednostavan

„monitoring„

NEDOSTACI

• mogćnost

ponovnog

korištenja metala

• ograničenost na

površinski sloj

(dubina korijena)

• dugogodišnji

proces

• ispiranje

onečišćivala u

podzemne vode

• kontakt životinja s

fitoremedijatorom

• spriječava eroziju

PREDNOST FITOREMEDIJACIJE

• mogućnost korištenja biljaka kao bioindikatora

• usporedba s maksimalno dopuštenim

vrijednostima

• mogućnost praćenja kakvoće zraka pomoću

biljaka pozata je > od 100 godina

• prednost biomonitoringa je mogućnost

dugoročnog praćenja onečišćenja i

jednostavnog uzorkovanja bez upotrebe skupe

opreme

FITOREMEDIJATORI

• biljne vrste kojima je moguće provoditi

fitoremedijaciju

• podnošljivost visoke koncentracije onečišćivala

• mogućnost nakupljanja velike količine

onečišćivala

• otpornost na bolesti i pesticide

FITOREMEDIJATORI (nast.)

Suncokret

(Helianthus anuus)

Crna rotkva

(Brasica nigra)

FITOREMEDIJATORI (nast.)

Slak (Ipomea

triloba) Repa (Raphanus

sativus)

FITOREMEDIJATORI (nast.)

Muštarda (Brasica juncea)

OGRANIČENJA

• pri pH > 7, mobilnost metalnih iona je vrlo

slaba, što znači da se može očekivati

adsorpcija teških metala kroz listove, a ne

kroz korijenski dio biljke

• naime, mobilnost metalnih iona se smanjuje u

kiselom području, pH < 5

• pH tla – važan pokazatelj

SUDBINA TEŠKIH METALA U BILJCI

• posebna analiza korijenja, stabljika, opranog i

neopranog lišća

• metali koji su se adsorbirali kroz lišće mogu se

premjestiti u druge dijelove biljke

• inače, izvjesna količina Cu u biljkama je

esencijalna za njihov metabolizam

• normalna konc. Cu u biljkama iznosi od 2 do

20 mg/kg suhe mase, a koncentracije od 30

mg/kg su fitotoksične

SUDBINA TEŠKIH METALA U BILJCI

(nast.)

• Cu može djelovati antagonistički na sorpciju Cd

• slično kao i Cu, Zn je mikroelement koji je

neophodan u svim organizmima jer ima važnu

ulogu u biosintezi enzima

• smatra se da cink nije fitotoksičan, negova

granična fitotoksičnost penje se do 300 – 400

mg/kg Zn i ovisi o biljnoj vrsti te razvojnom

stadiju

SUDBINA TEŠKIH METALA U BILJCI

(nast.)

• Cu-Zn imaju sličan mehanizam adsorpicje stoga

mogu usporavati adsorpciju kroz korijen jedan

drugome

• normalne koncentracije olova u biljkama su

manje od 10 mg/kg

• fitotoksične koncentracije olova variraju od 30

do 300 mg/kg

• biljke koje mogu adsorbirati iznadprosječne

količine metala iz tla zovu se hiperakumulatori

SUDBINA TEŠKIH METALA U BILJCI

(nast.)

• hiperakumulatori sadrže metale u sljedećim

količinama:

Cd > 100 mg/kg

Cu > 1000 mg/kg

• u pravilu biljke bolje podnose povećane

koncentracije metala nego njihov manjak

Pb > 1000 mg/kg

Zn > 10000 mg/kg

O PROJEKTU

• trajanje projekta 1 godinu

• 15 odabranih lokacija na području grada

Varaždina i okolice u urbanoj i industrijskoj

zoni, uz prometnice te izvan grada (javne

površine)

• uzorkovanje u svibnju i lipnju 2013. –

maksimum vegetacijskog ciklusa

SVRHA PROJEKTA

• određivanje konc. Cu, Pb, Zn, Ni, Mn, Fe, Cd

• uzorci tla i biljnog materijala – lišće, grančice i

korijenje

• određivanje bioakumulacijskog potencijala

• tri autohtone samonikle biljne vrste

U OKVIRU OVOG PROJEKTA (nast.)

Suličasti ili uskolisni

trputac (Plantago

lanceolata L. anuus) Veliki trputac

(Plantago maior L.)

U OKVIRU OVOG PROJEKTA (nast.)

Velika kiselica (Rumex

acetosa L.)

RAZLOZI ODABIRA OVIH BILJAKA

• autohtone, samonikle biljke koje rastu na ovom

području na gotovo svim vrstama tla

• rastu u ruralnom području kao i onom s

povećanom koncentracijom onečišćenja

• mogu preživjeti u širokom temperaturnom

području

• korištene kao fitoremedijatori

METODOLOGIJA ODREĐIVANJA

TEŠKIH METALA

• jedan dio biljnog materijala se ispere

destiliranom vodom

• homogenizacija uzoraka u laboratorijskom

mlinu te prosijavanje kroz sito s otvorima

veličine 0,2 mm

• svi uzorci se osuše do konstantne mase u

razdoblju od 15 dana

• USEPA metoda 3050B

METODOLOGIJA ODREĐIVANJA

TEŠKIH METALA (nast.)

• ovako pripremljeni uzorci analiziraju se

pomoću AAS metode

• tako pripremljene otopine se kvantitativno

prebace u odmjerne tikvice od 25 ml te razrijede

s dvostruko destiliranom vodom

• odvaže se 0,25 g uzorka koji se zatim otapa

prema USEPA metodi

USPOREDBA DOBIVENIH VRIJEDNOSTI

S MDK* VRIJEDNOSTIMA

MDK,

mg/kg

Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn

Pjeskovit

o tlo

0 – 0,5 0 – 40 0 – 60 0 – 0,5 0 – 30 0 – 50 0 – 60

Praškasto

-ilovasto

tlo

0,5 – 1,0 40 – 80 60 – 90 0,5 – 1,0 30 – 50 50 – 100 60 – 150

Glinasto

tlo

1,0 – 2,0 80 – 120 90 – 120 1,0 – 1,5 50 – 75 100 – 150 150 – 200

*Pravilnik o zaštiti poljoprivrednog zemljišta od onečišćenja (NN 32/10)

PRAĆENJE KAKVOĆE ZRAKA U

VARAŽDINSKOJ ŽUPANIJI

• na području te regije nalazi se jedna postaja

državne mreže u Desiniću u Krapinsko-

zagorskoj županiji

• Varaždinska županije s još 5 susjednih županija

= jedna prostorna cjelina odnosno regija

• na području Varaždinske županije se od 1997.

godine više ne obavlja mjerenje kakvoće zraka

jer postaja na varaždinskom aerodromu nije

udovoljavala kriterijima za praćenje regionalnog

transporta onečišćujućih tvari

EKSPLOATACIJA METALA POMOĆU

BILJAKA (FITO-RUDARENJE)

• iskustva s fito-rudarenjem nikla, talija, kobalta,

zlata i srebra

• nudi mogućnost oporabe metala iz okoliša

onečišćenog istima

• zelena alternativa klasičnom dobivanju metala

EKONOMIČNOST FITO-RUDARENJA

- sadržaj metala u tlu i biljci

• ovisi o mnoštvu faktora:

- godišnjoj proizvodnji biomase

- mogućnosti oporabe energije

dobivene iz biomase

• najvažniji faktor – trenutačna cijena metala na

tržištu

• cijena metala varira, npr. Pt 45686 US$ do 2 US$

za Pb

EKONOMIČNOST FITO-RUDARENJA

(nast.)

• najatraktivniji metali za fito-rudarenje su Au, Tl,

Co i Ni zbog visoke cijene i visoke konc. metala

u biomasi

Metal Cijena, US$

Zlato 49.256

Platina 45.686

Srebro 742

Bakar 6,9

Nikal 15,4

Olovo 2

Kobalt 26

Kositar 20,3

Cink 1,8

LITERATURA

• S.M. Serbula, D.Dj. Miljković, R.M. Kovačević, A.A. Ilić,

Assessment of airborne heavy metal pollution using plant

parts and topsoil, Ecotoxicology and Environmental

Safety 76 (2012) 209-214.

• USEPA, 1996. USEPA 3050B. Acid digestion of

sediments, sludges and soils.

http://www.epa.gov/wastes/hazard/testmethods/sw846/pdf

s/2050b.pdf, datum pristupa 02.04.2013.

• P.K. Padamavathiama, L.Y. Li, Phytoremediation

technology: hyper-accumulation metals in plants, Water,

Air, Soil Pollution 184 (2007) 105-126.

• V. Sheoran, A.S. Sheoran, P. Ponia, Phytomining: A

Review, Minerals Engineering 22 (2009) 1007-1019.

LITERATURA (nast.)

• KITCO Bullion dealers http://www.kitco.com, datum

pristupa 19.04.2013.

• http://www.platinum.mattey.com, datum pristupa

19.04.2013.

• www.lme.com, datum pristupa 19.04.2013.

• Pravilnik o praćenju kakvoće zraka (NN 155/05)

• Zakon o zaštiti zraka (NN 178/04, 60/08, 130/11)

• Pravilnik o zaštiti poljoprivrednog zemljišta od

onečišćenja (NN 32/10)

• Nacrt izvješća o stanju okoliša u RH, AZO 2010.

ZAHVALA

ANDREA GREDELJ

NATALIJA KUNJEŠIĆ

Studentice 3. godine

prediplomskog studija,

na Geotehničkom

fakultetu, smjer

Inženjerstvo okoliša MARIJA ŠPARAVEC

VARAŽDINSKA

ŽUPANIJA

Dr.sc. Dragutin Vincek

Ivana Dukši, dipl.ing.

GEOTEHNIČKI

FAKULTET Doc.dr.sc. Ivan Kovač

GRAD

VARAŽDIN