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، 38 درصد پروژه‌های تحقیقاتی سازمان محیط‌زیست ایالات متحده (EPA) در سال 2018 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 45 خانواده از گیاهان مختلف شامل گونه‌هاي انباشت‌گر فلز و بيش از 400 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 1).
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 1). 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 1- فناوری‌های گیاهپالایی و گونه‌های گیاهی متناظر (عبدالهی شریف و جعفرپور، 1397)
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 2) تشریح شده است.
جدول 2- مزایا و محدودیت‌های فناوری‌های گیاهپالایی (عبدالهی شریف و جعفرپور، 1397)
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 2 و 3). 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.
منابع:
عبدالهی شریف، ج؛ جعفرپور، ا. (1397). کاربردهای فناوری گیاهپالایی در تصفیه پساب‌های معدنی. ارومیه: انتشارات دانشگاه صنعتی ارومیه
کاظم‌زاده خویی، ج؛ سادات نوری، ا. (1391). 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 management, 231, 886-895.
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 safety, 174, 714-727.
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 contamination, 3, 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 safety, 168, 1-8.
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.
