Značilnosti, vrste, prednosti in slabosti bioremediacije



The bioremediacija je niz biotehnologij za sanacijo okolja, ki uporabljajo metabolne zmogljivosti bakterijskih mikroorganizmov, gliv, rastlin in / ali njihovih izoliranih encimov, da bi odstranili onesnaževalce v zemlji in vodi.

Mikroorganizmi (bakterije in glivice) in nekatere rastline lahko biotransformirajo veliko različnih strupenih in onesnaževalnih organskih spojin, zaradi česar so neškodljive ali neškodljive. Nekatere organske spojine lahko celo razgradijo do njihovih najpreprostejših oblik, kot je metan (CH4) in ogljikovega dioksida (CO2).

Tudi nekateri mikroorganizmi in rastline lahko izločijo ali imobilizirajo v okolju (in situ) strupenih kemičnih elementov, kot so težke kovine. Z imobilizacijo strupene snovi v okolju ni več na voljo živim organizmom in jih zato ne vpliva.

Zato je zmanjšanje biološke uporabnosti strupene snovi tudi oblika bioremediacije, čeprav ne pomeni odstranitve snovi iz gojišča..

Trenutno se povečuje znanstveni in komercialni interes za razvoj gospodarskih tehnologij z nizkim vplivom na okolje (ali "okolju prijaznim"), kot so bioremediacija površinskih voda, podtalnice, blata in onesnažene zemlje..

Indeks

  • 1 Značilnosti bioremediacije
    • 1.1 Kontaminanti, ki jih je mogoče biološko obdelati
    • 1.2 Fizikalno-kemijski pogoji med bioremediacijo
  • 2 Vrste bioremediacije
    • 2.1 Biostimulacija
    • 2.2 Bioaugmentacija
    • 2.3 Kompostiranje
    • 2.4 Biopiles
    • 2.5 Deželno kmetijstvo
    • 2.6 Fitoremediacija
    • 2.7 Bioreaktorji
    • 2.8
  • 3 Bioremediacija v primerjavi s klasičnimi fizikalnimi in kemičnimi tehnologijami
    • 3.1 - Prednosti
    • 3.2-Slabosti in vidiki, ki jih je treba upoštevati
  • 4 Reference

Značilnosti bioremediacije

Onesnaževalci, ki se lahko biološko obdelajo

Med onesnaževali, ki so biološko obdelana, so težke kovine, radioaktivne snovi, strupena organska onesnaževala, eksplozivne snovi, organske spojine, pridobljene iz nafte (poliaromatski ogljikovodiki ali HPA), med drugim tudi fenoli..

Fizikalno-kemijski pogoji med bioremediacijo

Ker so procesi bioremediacije odvisni od aktivnosti mikroorganizmov in živih rastlin ali njihovih izoliranih encimov, je treba ohraniti ustrezne fizikalno-kemijske pogoje za vsak organizem ali encimski sistem, da se optimizira njihova metabolična aktivnost v procesu bioremedijacije..

Dejavniki, ki jih je treba optimizirati in vzdrževati v celotnem procesu bioremediacije

-Koncentracija in biološka uporabnost onesnaževala v okoljskih pogojih: ker je previsoka, je lahko škodljiva za iste mikroorganizme, ki imajo sposobnost biotransformacije..

-Vlažnost: razpoložljivost vode je bistvenega pomena za žive organizme, pa tudi za encimsko aktivnost bioloških katalizatorjev brez celic. Na splošno mora biti relativna vlažnost od 12 do 25% ohranjena v tleh, ki se biološko obnavljajo.

-Temperatura mora biti v območju, ki omogoča preživetje uporabljenih organizmov in / ali zahtevano encimsko aktivnost.

-Biološko uporabna hranila: bistvena za rast in razmnoževanje zanimivih mikroorganizmov. Predvsem je treba nadzorovati predvsem ogljik, fosfor in dušik ter nekatere pomembne minerale.

-Kislost ali alkalnost vodnega medija ali pH (merjenje ionov H+ v sredini).

-Razpoložljivost kisika: v večini tehnik bioremediacije se uporabljajo aerobni mikroorganizmi (npr. Pri kompostiranju, biopilih in \ t "Deželno kmetijstvo"), in je potrebno zračenje substrata. Vendar pa se anaerobni mikroorganizmi lahko uporabljajo v procesih bioremediacije, v zelo nadzorovanih laboratorijskih pogojih (z uporabo bioreaktorjev)..

Vrste bioremediacije

Med uporabljenimi biotehnologijami bioremediacije so: \ t

Biostimulacija

Biostimulacija je stimulacija in situ tistih mikroorganizmov, ki so že prisotni v mediju, ki je bil kontaminiran (avtohtoni mikroorganizmi), ki je zmožen bioremediacije kontaminacijske snovi.

Biostimulacija in situ to se doseže z optimizacijo fizikalno-kemijskih pogojev za pojav željenega procesa, tj. pH, kisik, vlažnost, temperatura med drugim in dodajanje potrebnih hranil.

Bioaugmentacija

Bioaugmentacija pomeni povečanje količine interesnih mikroorganizmov (prednostno avtohtonih), zahvaljujoč dodajanju njihovega inokuluma, ki se ga goji v laboratoriju..

Kasneje, potem ko so bili inokulirani mikroorganizmi, ki nas zanimajo in situ, Fizikalno-kemijski pogoji morajo biti optimizirani (npr. Pri biostimulaciji), da se spodbudi degradacijska aktivnost mikroorganizmov..

Pri uporabi bioaugmentacije je treba upoštevati stroške mikrobne kulture v bioreaktorjih v laboratoriju.

Biostimulacija in bioaugmentacija se lahko kombinirajo z vsemi drugimi biotehnologijami, opisanimi spodaj.

Kompostiranje

Kompostiranje je sestavljeno iz mešanja kontaminiranega materiala z nekontaminiranimi tlemi, dopolnjenimi z rastlinskimi ali živalskimi sredstvi in ​​hranili. Ta mešanica tvori stožci do 3 m visoko, ločeni drug od drugega.

Oksigenacijo spodnjih plasti stožcev je treba nadzorovati z rednim odstranjevanjem z enega mesta na drugega s stroji. Prav tako je treba ohraniti optimalne pogoje za vlažnost, temperaturo, pH, hranila in druge.

Biopiles

Tehnika bioremediacije z biopili je ista kot zgoraj opisana tehnika kompostiranja, razen:

  • Odsotnost izboljševalnih sredstev rastlinskega ali živalskega izvora.
  • Odprava prezračevanja z gibanjem iz enega kraja v drugega.

Biopile ostanejo pritrjene na istem mestu, v notranjih slojih se prelivajo skozi sistem cevi, katerih stroške namestitve, delovanja in vzdrževanja je treba upoštevati od faze načrtovanja sistema..

Landfarming

Biotehnologija, ki se imenuje "odlagališče" (prevedena iz angleščine: izrezljana iz zemlje), je sestavljena iz mešanja kontaminiranega materiala (blata ali sedimenta) s prvimi 30 cm nekontaminirane zemlje obsežne zemlje..

V tistih prvih centimetrih tal je zaradi dezinfekcije onesnaževalnih snovi ugodno, ker ima prezračevanje in mešanje. Za to delo se uporablja kmetijska mehanizacija, kot so plugi.

Glavna pomanjkljivost odlagališč je, da nujno zahteva velika zemljišča, ki bi se lahko uporabila za proizvodnjo hrane.

Fitoremediacija

Fitoremediacija, imenovana tudi bioremediacija s pomočjo mikroorganizmov in rastlin, je niz biotehnologij, ki temeljijo na uporabi rastlin in mikroorganizmov za odstranjevanje, omejevanje ali zmanjševanje strupenosti onesnaževalnih snovi v površinski ali podzemni vodi, blatu in zemlji..

Med fitoremediacijo se lahko pojavi razgradnja, ekstrakcija in / ali stabilizacija (zmanjšanje biološke uporabnosti) onesnaževalca. Ti procesi so odvisni od interakcij med rastlinami in mikroorganizmi, ki živijo zelo blizu korenin, na območju, ki ga imenujemo rizosfera.

Fitoremedijacija je bila še posebej uspešna pri odstranjevanju težkih kovin in radioaktivnih snovi iz tal in površinskih ali podzemnih voda (ali rizofiltracija kontaminirane vode)..

V tem primeru se rastline kopičijo v svojih tkivih kovine okolja, nato pa se pobirajo in sežigajo v nadzorovanih pogojih, tako da onesnaževalo postane razpršeno v okolju, da se koncentrira v obliki pepela..

Dobljeni pepel se lahko obdela za pridobivanje kovine (če je to gospodarskega pomena), ali pa se lahko opustijo na mestih končnega odlaganja odpadkov..

Pomanjkljivost fitoremediacije je pomanjkanje poglobljenega poznavanja interakcij, ki se pojavljajo med vključenimi organizmi (rastline, bakterije in morda mikorizne glive)..

Po drugi strani je treba ohraniti okoljske pogoje, ki izpolnjujejo potrebe vseh uporabljenih agencij.

Bioreaktorji

Bioreaktorji so vsebniki velike velikosti, ki omogočajo vzdrževanje visoko nadzorovanih fizikalno-kemijskih pogojev v vodnih gojiščih, da bi omogočili biološki proces, ki je zanimiv..

V bioreaktorjih se lahko bakterijski mikroorganizmi in glive gojijo v velikem obsegu in v laboratoriju ter nato uporabijo v bioaugmentacijskih procesih. in situ. Mikroorganizme lahko gojimo tudi v interesu pridobivanja njihovih encimov, ki razgrajujejo encime.

Bioreaktorji se uporabljajo v procesih bioremediacije ex situ, ko se kontaminirani substrat zmeša z mikrobnim gojiščem kulture, kar daje prednost razgradnji onesnaževalca.

Mikroorganizmi, ki se gojijo v bioreaktorjih, so lahko celo anaerobni, v tem primeru vodni gojišče ne sme vsebovati raztopljenega kisika..

Med biotehnologijami bioremediacije je uporaba bioreaktorjev relativno draga zaradi vzdrževanja opreme in zahtev po mikrobni kulturi..

Micorremediation

Micorremediation je uporaba glivičnih mikroorganizmov (mikroskopskih gliv) v procesih bioremediacije strupene kontaminantne snovi.

Upoštevati je treba, da je gojenje mikroskopskih gliv običajno bolj kompleksno kot pri bakterijah in zato pomeni višje stroške. Poleg tega glive rastejo in se razmnožujejo počasneje kot bakterije, pri čemer je bioremediacija s pomočjo gob počasnejši proces.

Bioremediacija v primerjavi s klasičnimi fizikalnimi in kemičnimi tehnologijami

-Prednosti

Biotehnologija bioremediacije je veliko bolj ekonomična in prijaznejša do okolja kot kemijsko in fizikalno-sanitarne tehnologije, ki se običajno uporabljajo..

To pomeni, da ima uporaba bioremediacije manjši vpliv na okolje kot običajna fizikalno-kemijska praksa.

Po drugi strani pa lahko med mikroorganizmi, ki se uporabljajo v procesih bioremediacije, nekateri nadaljujejo z mineralizacijo kontaminirajočih spojin, da zagotovijo njihovo izginotje iz okolja, kar je težko doseči v enem koraku z običajnimi fizikalno-kemijskimi procesi..

-Slabosti in vidiki, ki jih je treba upoštevati

Mikrobne presnovne zmogljivosti v naravi

Glede na to, da je bilo izoliranih le 1% obstoječih mikroorganizmov, je ena od omejitev bioremediacije natančno identifikacija mikroorganizmov, ki so sposobni biorazgraditi določeno onesnaževalo..

Nepoznavanje uporabljenega sistema

Po drugi strani pa bioremediacija deluje s kompleksnim sistemom dveh ali več živih organizmov, ki na splošno ni povsem znan.

Nekateri preučevani mikroorganizmi so biotransformirali kontaminirne spojine v še bolj strupene stranske proizvode. Zato je v laboratoriju potrebno predhodno proučiti bioreedicijske organizme in njihove interakcije v globino.

Poleg tega je treba opraviti majhne pilotne teste (na terenu), preden jih masovno uporabimo, in končno je treba spremljati procese bioremediacije. in situ, zagotovitev pravilne sanacije okolja.

Ekstrapolacija rezultatov, pridobljenih v laboratoriju

Zaradi velike kompleksnosti bioloških sistemov rezultati, pridobljeni v majhnem obsegu v laboratoriju, niso vedno ekstrapolirani na poljske procese..

Posebnosti vsakega procesa bioremedijacije

Vsak proces bioremediacije vključuje specifično načrtovanje preskušanja glede na posebne pogoje onesnaženega območja, vrsto onesnaževalca, ki ga je treba obdelati, in organizme, ki jih je treba uporabiti..

Nato je potrebno, da te procese vodijo interdisciplinarne skupine strokovnjakov, med katerimi so biologi, kemiki, inženirji, med drugim.

Ohranjanje fizikalno-kemijskih pogojev okolja za pospeševanje rasti in presnovne dejavnosti, ki nas zanima, pomeni trajno nalogo v procesu bioremedijacije.

Potreben čas

Končno, procesi bioremediacije lahko trajajo dlje kot običajni fizikalno-kemijski procesi.

Reference

  1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Bioremediacija izrabljenih olj kontaminiranih tal s perutninsko steljo. Raziskovalni čas v inženirstvu in uporabnih znanostih3 (2) 124-130
  2. Adams, O. (2015). "Bioremediacija, biostimulacija in bioaugmentacija: pregled". Mednarodni časopis za okoljsko bioremediacijo in biodegracijo. 3 (1): 28-39.
  3. Boopathy, R. (2000). "Dejavniki, ki omejujejo tehnologije bioremediacije". Tehnologija biološkega izvora. 74: 63-7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
  4. Eweis J. B., Ergas, S.J., Chang, D.P.Y. in Schoeder, D. (1999). Načela Biorrecuperación. McGraw-Hill Interamericana de España, Madrid. 296.
  5. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. in Brock, T. (2015). Brockova biologija mikroorganizmov. 14 ed. Benjamin Cummings. str. 1041.
  6. McKinney, R. E. (2004). Mikrobiologija nadzora onesnaževanja okolja. M. Dekker str. 453.
  7. Pilon-Smits E. 2005. Fitoremedijacija. Annu. Plant Biol. 56: 15-39.