فناوری گیا‌ه‌­پالایی؛ بازسازی پایدار و زیست‌سازگار معادن


امیر جعفرپور- پایش معدن هوشمند

امروزه بکارگیری فناوری­‌های زیست‌­سازگار در بازسازی معادن که یکی از مهم‌­ترین مراحل اجرایی معدنکاری پایدار محسوب می‌­شود، از سوی محققان و مجریان طرح‌­های معدنی پیشنهاد می‌­شود. اجرای این فناوری‌­های نوظهور در معادن، نیاز به شناخت اصول و نحوه اجرای آنها دارد. یکی از روش‌­های پرکاربرد در این خصوص، فناوری گیاه­‌پالایی است که در سال­‌های اخیر بسیار مورد توجه کارشناسان بوده است. در این نوشتار، سعی بر آن است که روش‌­های گیاه‌­پالایی معرفی شوند. همچنین برخی از مهم­ترین گونه‌­های گیاهی مرتبط با هر روش و مکانیزم­‌های مختلف گیاهان در مواجهه با آلاینده‌­های معدنی مورد اشاره قرار گرفته است.

بازسازی معادن؛ ضرورتی ناگزیر

امروزه در جوامع علمی و معدنی، کنترل و مدیریت انواع آلاینده­‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. این مسئله در مرحله بازسازی معادن، نقش بسیار مهمی را ایفا می‌­کند. بخشی از آلاینده­‌ها از نظر ساختاری، ترکیبی مشابه ترکیبات طبیعی دارند که از بین بردن آنها توسط ارگانیسم‌­های موجود در آب و خاک با روش­‌های بیولوژیکی امکان­‌پذیر است. این در حالی است که بخش اصلی آلاینده­‌های معدنی از عناصر فلزی سنگین و غیرفلزی سمّی تشکیل شده است. به دلیل این که تخریب این عناصر مخرب با سرعت بسیار اندکی صورت می‌گیرد، این عناصر تجمعاتی را تشکیل می‌­دهند که در صورت بی­‌توجهی به این امر، آسیب‌­ها و خطرات جبران­‌ناپذیری به وجود می­‌آید. این آسیب­‌های زیست­‌محیطی می‌­تواند علاوه بر تحمیل هزینه‌­های سنگین مالی، خطرات جانی برای اهالی منطقه را به همراه داشته باشد.

گیاه­‌پالایی؛ فناوری زیست­‌سازگار

در دو دهه اخیر، مزایای قابل توجه فناوری گیاه‌­پالایی، مورد توجه مدیران مجتمع­‌های صنعتی، متخصصان معدنکاری و فعالان محیط‌‌ ­زیستی قرار گرفته است و این روش زیست­‌سازگار، هم ­اکنون مراحل تجاری شدن خود را طی می‌­کند. به­ عنوان مثال، ۳۸ درصد پروژه­‌های تحقیقاتی سازمان محیط­­‌زیست ایالات متحده (EPA) در سال ۲۰۱۸ اختصاص به پروژه­‌های گیاه‌­پالایی فلزات سنگین و مواد رادیواکتیو داشت. از سوی دیگر، در شمار قابل توجهی از پروژه‌­های معدنکاری کانادا، به منظور بازسازی محدوده معادن از گیاه‌­پالایی استفاده شده و حتی در طراحی سیستم­‌های تصفیه بیولوژیکی آب­‌های صنعتی و شرب کشورهایی نظیر: استرالیا، کانادا، هلند، اسپانیا و آلمان، از این فناوری پایدار بهره گرفته می­‌شود.

از سوی دیگر، گیاهان معمولاً املاح، مواد مغذی و فلزات سنگین را از خاک، آب و هوا جذب می­‌کنند. این در حالی است که بیش­ترین میزان جذب از طریق خاک صورت می­‌پذیرد. مقدار کلی یک فلز در خاک، متأثر از سنگ منشأ خاک‌­ساز اولیه و فعالیت‌­های معدنی ناحیه است. پاسخ طبیعی گونه‌­های مختلف گیاهان در محیط ‌هایی با غلظت زیاد فلزات سنگین، به دو صورت است؛ مکانیسم اول، اجتناب (یا پرهیز) است که گیاهان از جذب و انتقال فلزات به درون بافت­‌ها و ساختار خود جلوگیری می­‌کنند که این گیاهان را غیرانباشت‌گر (Non-accumulator) می‌نامند. مکانیسم دوم، تجمع فلزات است که گیاهان دارای این مکانیسم، ظرفیت بسیار بالایی برای جذب فلزات توسط ریشه­‌ها و انتقال و ذخیره­‌ی آن در اندام هوایی دارا هستند که این گیاهان را نیز بیش‌انباشت‌گر (Hyper-accumulator) می­‌نامند.

معجزه طبیعت: جاذب­‌های بیولوژیکی و تصفیه­‌کننده­‌های سبز

تاكنون تقريباً ۴۵ خانواده از گیاهان مختلف شامل گونه‌­هاي انباشت‌گر فلز و بيش از ۴۰۰ گونه گیاهی بيش‌انباشت‌گر شناسایی شده است. برخي از گونه­‌هاي بيش‌­انباشت‌گر علاوه بر كاربردهاي زیست‌­محیطی، به ­عنوان ردياب­‌هاي جغرافياي گياهي در اكتشافات معدني (ژئوبوتانی) استفاده مي‌­شوند. این گیاهان، در مناطق آلوده پس از رشد، به یک معدن زنده از فلزات تبدیل می­‌شوند. همچنین گیاهان با کاهش ماده آلاینده و اثرات مخرب آن، سبب پالایش خاک، آب­‌های زیرزمینی و پساب‌­ها می‌­شوند. این روش، یک فرآیند پالایش غیرمستقیم و طولانی­ مدت است و نیاز به هزینه‌­ی زیاد و دانش فنی بالایی ندارد.

نکته بسیار مهمی که وجود دارد، این است که برای هر نوع خاص از آلاینده­‌ها، روش گیاه‌­پالایی متفاوتی وجود دارد که ممکن است دربرگیرنده انواع مختلفی از گیاهان باشد. به­ طور کلی، گیاهان در تصفیه محیط­ زیست، چندین فرآیند اصلی را به کار می­‌برند که عبارتند از: استخراج گیاهی (Phyto-extraction)، تثبیت گیاهی (Phyto-stabilization)، تبدیل گیاهی (Phyto-degradation)، تجمع گیاهی (Phyto-stimulation) یا تجمع در محیط ریشه گیاه توسط فعالیت میکروب­‌های خاک، دگرسازی گیاهی (Phyto-transformation)، تبخیر گیاهی (Phyto-volatilization)، عدم جابه­‌جایی گیاهی (Phyto-immobilization) و پالایش ریشه‌­ای (Rhizo-filtration) است (شکل ۱).

شکل ۱- فرآیندهای مختلف گیاه­‌پالایی (Favas et al., 2014)

همچنین نکته قابل توجه این است که برای هر یک از شیوه­‌های گیاه­‌پالایی مذکور، گیاهان مختلفی مورد ارزیابی قرار گرفته‌­اند و نتایج پزوهش‌­ها نشان می­‌دهد که گونه‌­های مختلف گیاهی، مکانیزم مختص خود را در مواجهه با عناصر مخرب محیط­ زیست دارند (جدول ۱). لازم به ذکر است که علاوه بر عوامل مختلف زیست‌محیطی و عملیاتی، مسائل آب­ وهوایی، اقلیمی و جغرافیایی منطقه معدنکاری نیز در انتخاب گونه گیاهی مناسب برای فرآیند گیاه‌­پالایی مؤثر هستند.

جدول ۱- فناوری­‌های گیاه‌­پالایی و گونه‌­های گیاهی متناظر (عبدالهی شریف و جعفرپور، ۱۳۹۷)

گیاه­‌پالایی معدنی؛ آری یا نه؟!

با توجه به مقبولیت عمومی فرآیندهای مختلف فناوری گیاه‌­پالایی و نظر به سازگاری آنها با محیط­­‌زیست پیرامون معادن، دو دیدگاه متضاد درباره این روش طبیعی وجود دارد که ناشی از مزایا و محدودیت­‌های این فناوری نوین است. فرآیندهای گیاه­‌پالایی نیز علاوه بر مزایای بی­شماری که پژوهشگران برای آن برشمرده‌­اند، محدودیت‌هایی نیز دارند که در (جدول ۲) تشریح شده است.

جدول ۲- مزایا و محدودیت‌­های فناوری­‌های گیاه‌­پالایی (عبدالهی شریف و جعفرپور، ۱۳۹۷)

تصفیه­‌خانه‌­های زیستی؛ جاذبه­‌های گردشگری

علاوه بر تمامی مواردی که در بالا ذکر شد، با ایجاد مزارع و تالاب­‌های گیاه‌­پالایی در مجاورت معادن (بازسازی همزمان با استخراج) و یا در کل محدوده معدنکاری ­شده (بازسازی پس از اتمام فرایند استخراج)، می‌­توان از قابلیت­‌های گردشگری آنها بهره‌­مند شد (شکل­های ۲ و ۳). این موضوع در خصوص معادن بازسازی‌­شده نیز صدق می‌­کند. یکی از مهم­ترین کارکردهای پسامعدنی مجتمع­‌های بزرگ معدنی جهان، استفاده از محدوده‌­های معدنی است که پس از اتمام مراحل بازسازی، در قالب پارک­‌های حیات­ وحش، دریاچه­‌های مصنوعی، غارهای تفریحی و حتی پیست­‌های دوچرخه­‌سواری و غیره کاربردهای گردشگری متنوعی یافته‌­اند.

شکل ۲- مزارع و تالاب­‌های گیاه‌­پالایی دارای پتانسیل گردشگری (Softech, 2015)
شکل ۳- استفاده از جاذبه گردشگری مزارع گیاه‌­پالایی واقع در محدوده یک معدن زیرزمینی متروکه (Softech, 2015)

منابع:

عبدالهی شریف، ج؛ جعفرپور، ا. (۱۳۹۷). کاربردهای فناوری گیاه‌­پالایی در تصفیه پساب‌­های معدنی. ارومیه: انتشارات دانشگاه صنعتی ارومیه

کاظم‌­زاده خویی، ج؛ سادات نوری، ا. (۱۳۹۱). گیاه‌­پالایی. تهران: سازمان انتشارات جهاد دانشگاهی.

Álvarez-Mateos, P., Alés-Álvarez, F. J., & García-Martín, J. F. (2019). Phytoremediation of highly contaminated mining soils by Jatropha curcas L. and production of catalytic carbons from the generated biomass. Journal of environmental management231, ۸۸۶-۸۹۵.

Ashraf, S., Ali, Q., Zahir, Z. A., Ashraf, S., & Asghar, H. N. (2019). Phytoremediation: Environmentally sustainable way for reclamation of heavy metal polluted soils. Ecotoxicology and environmental safety174, ۷۱۴-۷۲۷.

Eid, E. M., Galal, T. M., Sewelam, N. A., Talha, N. I., & Abdallah, S. M. (2020). Phytoremediation of heavy metals by four aquatic macrophytes and their potential use as contamination indicators: a comparative assessment. Environmental Science and Pollution Research, 1-14.

Favas, P. J., Pratas, J., Varun, M., D’Souza, R., & Paul, M. S. (2014). Phytoremediation of soils contaminated with metals and metalloids at mining areas: potential of native flora. Environmental risk assessment of soil contamination3, 485-516.

Li, X., Wang, X., Chen, Y., Yang, X., & Cui, Z. (2019). Optimization of combined phytoremediation for heavy metal contaminated mine tailings by a field-scale orthogonal experiment. Ecotoxicology and environmental safety168, ۱-۸.

Saxena, G., Purchase, D., Mulla, S. I., Saratale, G. D., & Bharagava, R. N. (2020). Phytoremediation of heavy metal-contaminated sites: eco-environmental concerns, field studies, sustainability issues, and future prospects. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology Volume 249, 71-131.

Softech, B. D. (2015). Quzhou Luming Park proves that natural processes offer the most sustainable solutions (Technical Report).