Cyanide remediation with wetland-plants
Final Report Abstract
Das Ziel des Projektes war die Bewertung von Pflanzenkläranlagen zur Klärung cyanidhaltiger Abwässer aus dem Goldbergbau. Zu diesem Zweck wurde die Eignung der Wasserhyazinthe Eichhomia crassipes für den Einsatz in Pflanzenkläranlagen untersucht. Schwerpunkte der Untersuchungen waren die Ermittlung der Cyanid- und Kupfertoxizität, die Quantifizierung der Schadstoffaufnahme, die Verifizierung des vollständigen Cyanidmetatabolismus im pflanzlichen Gewebe sowie die Durchführung des Verfahrens im halbtechnischen Maßstab. Für Cyanid wurde ein ECso von 13 mg L'1 und für Kupfer ein ECso von 30 mg L~1 (Probit- Analyse) ermittelt. Während Eichhomia insbesondere aus sauren Lösungen den Kupfergehalt in 24 h bis zu 98% reduzierte, war bei gleichzeitiger Anwesenheit von Cyanid keine signifikante Abnahme der Kupferkonzentration im gleichen Zeitraum festzustellen. Nach dem Expositionszeitraum von 72 h konnte keine deutliche Erhöhung des Kupferanteils in den Blättern der Pflanzen erzielt werden. In den Wurzeln konnte allerdings eine bis zu 500 fache Anreicherung beobachtet werden (12 mg (g TS)~1). Der Verbleib von Cyanid wurde mit radioanalytischen Methoden untersucht. In Modellsystemen mit Blatt- und Wurzelstücken wurde eine Verlust-Kinetik der applizierten Radioaktivität 1. Ordnung beobachtet. In den Blättern und Wurzeln konnte anschließend kein Cyanid mehr nachgewiesen werden. Mittels ethanolischer Extraktion und Derivatisierung mit Phenylisothiocyanat konnte chromatographisch und radioanalytisch (HPLC) nachgewiesen werden, dass es sich nach 24stündiger Inkubation bei ca. 80% der Radioaktivität in den Blättern um freies Asparagin und Asparaginsäure im etwa äuqimolaren Verhältnis handelte. Die maximale Abbaugeschwindigkeit Vmax lag bei 33,5 mg CN kg~1h~ 1 und die Halbsättigungskonstante des Enzym-Substrat-Komplexes KM bei 11,8 mg CN L~1 (nichtlineare Regression). Der ermittelte Wert für vmax ist die bisher höchste beschriebene Cyanidabbauleistung einer Pflanze. Um den Aufnahmeweg über die Wurzeln und damit den Verbleib des Cyanids in intakten Pflanzen zu untersuchen, wurden die Pflanzen mit 14C-markiertem Cyanid in Durchfluss-Systemen inkubiert. Es stellte sich heraus, dass ca. 50% der Radioaktivität aus den Blättern freigesetzt wird. In Blättern und Wurzeln wurden ungefähr gleiche Anteile an Radioaktivität ermittelt; dies deutet auf eine stetige Translokation der Radioaktivität von den Wurzeln in die Blätter hin. In den Versuchen im halbtechnischen Maßstab zeigten die Pflanzen selbst bei Cyanidkonzentrationen von ca. 14 mg CN L"1 keinerlei phytotoxischen Symptome. Es wurde eine maximale Abbauleistung durch E. crassipes von 9 mg CN kg~1h~1 bezogen auf die pflanzliche Biomasse beobachtet. Eichhornia crassipes eignet sich zur Detoxifizierung cyanid- und schwermetallhaltigen (Cu) Prozesswassers aus dem Goldbergbau, wobei vor dem Hintergrund klimatischer Aspekte und des invasiven Potentials der Pflanze ein kontinuierlicher Betrieb in geschlossenen Pflanzenkläranlagen z.B. in Lateinamerika ein hohes Klärungsvermögen verspricht.
Publications
- Ebel, M., Evangelou, M.W.H., Schaeffer, A. (2007). Cyanide phytoremediation by water hyacinths (Eichhornia crassipes). Chemosphere 66, 816-823
- Mathias Ebel (2007). Cyanid-Phytoremediation mit Eichhornia crassipes - Eine alternative Methode zur Aufbereitung cyanid- und kupferhaltiger Abwässer aus dem Goldbergbau. Dissertation der RWTH Aachen
