Rostliny jako nástroj k čistění důlních a průmyslových vod?  
Metoda fytoremediace využívá zelené rostliny k odstranění znečišťujících látek z prostředí. Prostředím může být myšlena půda, sedimenty, kaly, anebo voda. Mezi znečišťující látky, které mohou být takto odstraněny, patří například těžké kovy, radionuklidy, barviva, pesticidy nebo i léčiva.

Výzkum v terénu na usazovací nádrži u dolu Lazy. Foto: archiv autorů.
Výzkum v terénu na usazovací nádrži u dolu Lazy. Foto: archiv autorů.

Na počátku výzkumu spojujícího Vysokou školu báňskou – Technickou Univerzitu v Ostravě, Palackého Univerzitu v Olomouci a Spojený ústav jaderných výzkumů v Dubně však stojí studie adaptace rákosin rostoucích ve vodních plochách ovlivněných důlních vodou.

 

Z bezpečnostních důvodů je nutné během důlního provozu čerpat vodu nacházející se v dole. Důlní voda není čerpána jen z provozovaných dolů, ale dochází také k čerpání z již uzavřených dolů, z důvodu zajištění stabilní úrovně hladiny důlních vod a nízkého tlaku důlních plynů.

 

Odběr vzorků rákosů a sedimentu. Foto: archiv autorů.
Odběr vzorků rákosů a sedimentu. Foto: archiv autorů.

Hlavními kontaminanty důlních vod jsou rozpuštěné látky. V případě vod ostravsko-karvinského revíru, což je zájmové území tohoto výzkumu, se jedná zejména o rozpuštěné anorganické soli. Tyto vody jsou vypouštěny z odkališť do vodních toků, třebaže jen v regulovaném množství. Postavení důlních vod po ukončení těžby a jejich hodnocení z hlediska nebezpečí kontaminace vodních toků naše legislativa doposud neřeší. Legislativně je ošetřena pouze kvantita vypouštěných vod, nikoliv jejich kvalita.

 

Pěstování vzorků pod LED biolampami se třemi lineárními žárovkami s více spektrálním barevným světlem, kde modrá barva je vhodná pro vegetativní růst rostlin a červené světlo povzbuzuje rostlinu v růstu i v kvetení. Foto: archiv autorů.
Pěstování vzorků pod LED biolampami se třemi lineárními žárovkami s více spektrálním barevným světlem, kde modrá barva je vhodná pro vegetativní růst rostlin a červené světlo povzbuzuje rostlinu v růstu i v kvetení. Foto: archiv autorů.

Diplomanti a doktorandky Katedry environmentálního inženýrství, Hornicko-geologické fakulty, Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava (v letech 2014–2016 především doktorandka Petra Langerová, od roku 2017 doktorandka Anna Brodská) pod vedením Jany Novákové začali řešit problematiku fytoremediace slaných důlních vod pomocí rákosin, aby zjistili míru vlivu kontaminovaných vod na vegetaci.

 

Proces fytoremediace lze v tomto případě jednoduše popsat jako bioakumulaci, to znamená transport a ukládání solí do rostlinných buněk. Počáteční působení slaných vod může spustit i tzv. vodní stres, kdy vlivem zvýšené salinity vod dochází ke snížení osmotického tlaku v buňkách.

 

Vzorky rákosu, 1 měsíc od začátku pokusu a na konci pokusu po 6 měsících. Foto: archiv autorů.
Vzorky rákosu, 1 měsíc od začátku pokusu a na konci pokusu po 6 měsících. Foto: archiv autorů.

U rostlin se tak snižuje schopnost přijímat nejen vodu, ale i minerální látky, které jsou pro ně životně důležité. A dochází i k toxickému působení vysokých koncentrací sodíku a chloridového iontu, jejichž nepříznivé účinky se projevují ve všech vývojových stádiích rostlin.

 

Vlastními experimenty bylo zjištěno, že rákos obecný (Phragmites australis), což je halofytní rostlina, se v zasolených kalových nádržích OKR s vypouštěnými důlními vodami adaptuje a dokonce expanduje.

 

První vzorek ošetřen fytohormonem m-topolinem, druhý pouze organickým rozpouštědlem, třetí ošetřen auxinem NAA, u druhé fotografie je vzorek ošetřen organickým rozpouštědlem na třetí pozici. Foto: archiv autorů.
První vzorek ošetřen fytohormonem m-topolinem, druhý pouze organickým rozpouštědlem, třetí ošetřen auxinem NAA, u druhé fotografie je vzorek ošetřen organickým rozpouštědlem na třetí pozici. Foto: archiv autorů.

Dokáže si poradit i s tzv. ložiskovými vodami, což jsou především sodno-chloridové vody se zastoupením síranů a s neutrálním pH. Jana Nováková s doktorandkou Petrou Langerovou experiment udržovali po dobu 3 let, kdy rákos obecný zasazený do kalového substrátu a zalévaný důlní vodou z dolu Lazy, zvládal přežít při extrémně vysokých koncentracích chloridů a síranů.

 

Experiment využívající fytoremediaci v systému odstraňování kovů z průmyslových odpadních vod pomocí umělých mokřadů v Laboratoři neutronové fyziky SÚJV. Foto: archiv autorů.
Experiment využívající fytoremediaci v systému odstraňování kovů z průmyslových odpadních vod pomocí umělých mokřadů v Laboratoři neutronové fyziky SÚJV. Foto: archiv autorů.

Koncentrace, které následně omezovaly další růst rákosu obecného, byly u chloridů 25 g∙l-1, u síranů pak 4 g∙l-1. Na základě déletrvajících experimentů a analýz (105 měření po dobu 3 let) se podařilo stanovit křivku závislosti koncentrace chloridů a konduktivity ve vodách, tedy schopnosti vody vést elektrický proud, kde koeficient korelace byl 0,81 a ukazoval výraznou závislost těchto dvou parametrů. Tato metoda umožnila okamžitou detekci důlních vod v povrchových vodách, pokud nebyly vypouštěny jiné kontaminanty. Tuto jednoduchou a finančně nenáročnou metodu začalo využívat i Povodí Odry ve vybraných měřících profilech. Dále byla testována adaptace, postupné zvyšování solného stresu, a naopak rychlý solný stres.

 

Cílem navazujícího výzkumu bylo ověřit fytoremediační schopnosti rákosu, stimulovaného aplikací fytohormonů. Fytohormony jsou důležité součásti rostlinného metabolismu, výrazně ovlivňující růst a vývoj rostliny. Tento výzkum probíhá v olomoucké Laboratoři růstových regulátorů Univerzity Palackého a Ústavu experimentální botaniky AV ČR pod vedením Jany Kočířové, Karla Doležala a Petra Hekery. Byly použity dva druhy fytohormonů – auxiny a cytokininy. Testované rostliny byly odebrány ze zasolených vod ostravsko-karvinského revíru. Byly umístěny ve fytotronu a část z nich byla ošetřena roztokem s auxiny, část cytokininy a část pouze dimethylsulfoxidem, jakožto organickým rozpouštědlem. Bylo prokázáno, že rákosy ošetřené fytohormony jsou schopny bioakumulovat vyšší koncentrace než rákosy neošetřené.

 

Příprava vzorků biomasy na stopovou analýzu. Foto: archiv autorů.
Příprava vzorků biomasy na stopovou analýzu. Foto: archiv autorů.

Vzorky biomasy z obou výzkumů byly analyzovány instrumentální neutronovou aktivační analýzou ve Frankově laboratoři neutronové fyziky ve Spojeném ústavu jaderných výzkumů v Dubně. Základní princip spočívá ve vystavení analyzovaného vzorku proudu neutronů. Terčová jádra se po střetu s neutrony stávají nestabilními a emitují gama záření charakteristické pro jednotlivé prvky. To je následně změřeno. Je možné provádět kvalitativní i kvantitativní mnoha prvkovou analýzu vzorků, přičemž určovat lze jak přítomnost stopových prvků, tak makroprvků.

 

Jedním z cílů zmiňovaných výzkumů je zjistit, kam se sůl, ale také jiné prvky působící jako kontaminanty v životním prostředí, ukládají, jak jsou distribuovány metabolicky a jaké změny fyziognomie u rostlin způsobují. Pro účely výzkumu je nutné zjistit a popsat mechanismy distribuce prvků v rostlině: kořenem, do stonku a do listů. Proto byly analyzovány vzorky kořene, stonku, listu a také dnových sedimentů. S pomocí neutronové aktivační analýzy jsme schopni určit mobilitu, či naopak akumulaci 25 prvků, jejichž koncentrace byly výsledkem analýzy.

 

Vzorky biomasy. Foto: archiv autorů.
Vzorky biomasy. Foto: archiv autorů.

V současnosti probíhá výzkum využívající fytoremediaci také na půdě SÚJV. Cílem je ověřit, zda a za jakých podmínek lze aplikovat konstruovanou kořenovou čistírnu pro čištění průmyslových odpadních vod, zatížených zejména těžkými kovy. Zkoumány jsou různé druhy rostlin, zasazených v různých typech substrátu. Vybudována je kořenová čistírna v laboratorním měřítku a její účinnost je testována pro průmyslovou odpadní vodu o různých koncentracích znečišťujících látek.


S podporou projektů 3+3 a Grantu zplnomocněného představitele vlády ČR v SÚJV, se hledají možnosti adaptace rostlin na zasolování vod i půd. Zkoumá se, jak budou reagovat na možné klimatické změny či na tzv. sekundární salinizaci, vyvolanou antropogenními vlivy. Podstatným účelem části výzkumu je navrhnout plně vyhovující kořenovou čistírnu pro konkrétní průmyslové odpadní vody, jelikož její realizace by byla finančně i technologicky méně náročná než jiné metody používané pro čistění odpadních vod.

Autorský kolektiv: Aneta Svozilíková Krakovská, Jana Nováková, Jana Kočířová, Karel Doležal, Petr Hekera a Hana Švehláková.

 

Napsáno pro SÚJV a OSEL.


Datum: 01.12.2021
Tisk článku

Související články:

Zajímá českou veřejnost stav vody v našich rybnících?     Autor: Katarína Slabeyová (12.01.2016)
(Eko)logické zemědělství I     Autor: Jan Kašinský (21.03.2016)
(Eko)logické zemědělství II     Autor: Jan Kašinský (23.03.2016)
Většina z vytěženého dřeva zakrátko končí na skládkách     Autor: Josef Pazdera (03.05.2019)
Aktivisté milují hesla, momentálně frčí „Zemi nekompromisně zalesnit!“     Autor: Josef Pazdera (13.07.2019)
Dřevo v globálním uhlíkovém cyklu     Autor: Josef Pazdera (07.09.2021)



Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán

Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace