Phytoremediation of Stable Cesium from Solutions

C e s i u m i s v a s t l y o b s e r v e d i n n u c l e a r w a s t e w a t e r s a n d i s p o t e n t i a l l y c o n s i d e r e d a h a z a r d o u s m a t e r i a l, t h e r e f o r e, i t s r e m o v a l f r o m n u c l e a r s i t e w a s t e w a t e r s i s a n i m p o r t a n t t a s k. R e m o v a l o f r a d i o n u c l i d e s a n d h e a v y m e t a l s b y p h y t o r e m e d i a t i o n i s f a s t b e c o m i n g a t t r a c t i v e, d u e t o i t s h i g h e f f i c i e n c y a n d l o w c o s t. F u r t h e r m o r e, n a t i v e p l a n t s, i n t e r m s o f s u r v i v a l, g r o w t h a n d a l s o r e p r o d u c t i o n u n d e r e n v i r o n m e n t a l s t r e s s e s, h a v e m o r e s t a b i l i t y t h a n p l a n t s i n t r o d u c e d f r o m o t h e r e n v i r o n m e n t s. F o r p h y t o r e m e d i t i o n p u r p o s e s, i t i s e s s e n t i a l t o c h o o s e m e t a l t o l e r a n t a n d a c c u m u l a t o r p l a n t s p e c i e s t h a t a r e c a p a b l e o f c o n t a m i n a n t t r a n s p o r t a n d a c c u m u l a t i o n i n a r e l a t i v e l y s h o r t t r e a t m e n t t i m e. I n t h i s r e s e a r c h, t h e p o t e n t i a l o f C h e n o p o d i u m a l b u m f o r p h y t o r e m e d i a t i o n o f s o l u t i o n s c o n t a m i n a t e d w i t h c e s i u m w a s s t u d i e d. C h e n o p o d i u m a l b u m s e e d s w e r e g e r m i n a t e d i n s a n d, a n d t h e n o n e-m o n t h-o l d p l a n t l e t s w e r e t r a n s p l a n t e d i n p l a s t i c t r a y s c o n t a i n i n g n u t r i e n t s o l u t i o n s. H y d r o p o n i c a l l y g r o w n p l a n t s w e r e i n c u b a t e d i n d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n s o f c e s i u m c h l o r i d e, r e p r e s e n t i n g 0.47, 1.58, 3.95 m g l$^{-1}$ o f c e s i u m i o n s i n t h e s o l u t i o n s, f o r a s e t p e r i o d. A t t h e e n d o f 14 d a y s, c e s i u m c o n c e n t r a t i o n s i n t h e s o l u t i o n s w e r e 0.15$p m$ 0.01, 0.95$p m$ 0.05 a n d 1.85$p m$ 0.29m g l$^{-1}$r e s p e c t i v e l y, m e a n i n g t h a t 68.08$p m$ 2.12%, 39.66$p m$ 3.4% a n d 52.99$p m$ 7.75% o f c e s i u m h a s b e e n r e m e d i a t e d f r o m t h e c o n t a m i n a t e d s o l u t i o n s. {i t C h e n o p o d i u m a l b u m} p l a n t s w e r e f o u n d t o b e e f f i c i e n t i n r e m e d i a t i n g c e s i u m i n a l l c o n c e n t r a t i o n s t e s t e d. P l a n t a n a l y s i s i n d i c a t e d t h a t 396.16$p m$ 6.33,521.4$p m$ 45.65 a n d 1256.66$p m$ 93.07 m g k g$^{-1}$ o f c e s i u m w e r e a c c u m u l a t e d i n p l a n t s a f t e r 14 d a y s. F u r t h e r m o r e, t h e u p t a k e a n d a c c u m u l a t i o n i n c r e a s e d w i t h i n c r e a s i n g m e t a l c o n c e n t r a t i o n s i n t h e s o l u t i o n s. A t l o w e s t c e s i u m c o n c e n t r a t i o n, p l a n t u p t a k e o f c e s i u m w a s f o u n d t o b e h i g h e r. F o r a n a t o m i c a l s t u d i e s a e r i a l o r g a n s o f p l a n t s, i n c l u d i n g t h e s t e m a n d l e a f, w e r e f i x e d, h a n d y s e c t i o n s w e r e p r e p a r e d a n d c o l o r e d a n d, c o n s e q u e n t l y, p h o t o g r a p h e d. A n a t o m i c a l s t u d i e s w e r e p e r f o r m e d i n m a n y p a r t s, i n c l u d i n g t h e p r i m a r y a n d s e c o n d a r y s t r u c t u r e o f t h e c o n t r o l p l a n t s, t h e s t r u c t u r e o f c o n t r o l l e a v e s a n d t h e a n a t o m i c a l s t r u c t u r e o f a e r i a l o r g a n s a f t e r t r e a t m e n t w i t h c e s i u m. M i c r o s c o p i c o b s e r v a t i o n o f a e r i a l o r g a n s i n d i c a t e d t h a t t h e t i s s u e s t r u c t u r e s o f t h e s e o r g a n s h a d n o t c h a n g e d. M o r e o v e r, i n c r e a s i n g c e s i u m c o n c e n t r a t i o n i n s o l u t i o n s c a u s e d a h i g h l e v e l o f c e s i u m a c c u m u l a t i o n i n s h o o t s, f o l l o w e d b y d e v e l o p m e n t i n x y l e m o r g a n s a n d c r y s t a l l i n e. C o o p e r a t i n g c e s i u m i n t h e c r y s t a l s t r u c t u r e a n d i t s a c c u m u l a t i o n i n v a c u o l e s p e r m i t t h e p l a n t t o u p t a k e m o r e r a d i o a c t i v e c e s i u m f r o m t h e e n v i r o n m e n t w i t h o u t a n y s e r i o u s l y i n c u r r e d d a m a g e t o t h e p l a n t. T h e s e c h a n g e s c o u l d b e a c c o u n t e d a s p l a n t r e s p o n s e s t o c e s i u m t o x i c i t y. I t i s c o n c l u d e d t h a t h y d r o p o n i c a l l y g r o w n {i t C h e n o p o d i u m a l b u m} c o u l d b e u s e d a s a p o t e n t i a l c a n d i d a t e p l a n t f o r p h y t o r e m e d i a t i o n o f s o l u t i o n s c o n t a m i n a t e d w i t h c e s i u m. M o r e o v e r, t h e p r e s e n t s t u d y o f f e r s a n e f f e c t i v e a n d h i g h l y e c o n o m i c a l m e a n s o f c o n t r o l l i n g r a d i o a c t i v e w a s t e w a t .