Bioremediacijos charakteristikos, tipai, privalumai ir trūkumai



The bioremediacija yra aplinkos sanitarinių biotechnologijų, naudojančių bakterinių mikroorganizmų, grybų, augalų ir (arba) jų izoliuotų fermentų metabolinius pajėgumus, rinkinys, siekiant pašalinti teršalus dirvožemyje ir vandenyje..

Mikroorganizmai (bakterijos ir grybai) ir kai kurie augalai gali biotransformuoti įvairius toksiškus ir teršiančius organinius junginius, todėl jie nėra kenksmingi ar nekenksmingi. Jie gali net biologiškai suskaidyti kai kuriuos organinius junginius į savo paprasčiausias formas, tokias kaip metanas (CH4) ir anglies dioksido (CO2).

Taip pat kai kurie mikroorganizmai ir augalai gali ekstrahuoti arba imobilizuoti aplinkoje (in situ) toksiški cheminiai elementai, pvz., sunkieji metalai. Imobilizuojant toksišką medžiagą į aplinką, jis nebėra prieinamas gyviems organizmams ir todėl jiems jų nedaro.

Todėl toksiškos medžiagos biologinis prieinamumas taip pat yra bioremediacijos būdas, nors tai nereiškia, kad medžiaga pašalinama iš terpės..

Šiuo metu auga moksliniai ir komerciniai interesai plėtoti ekonomines technologijas, turinčias mažą poveikį aplinkai („aplinkai nekenksmingas“), pavyzdžiui, paviršinio vandens, požeminio vandens, dumblo ir užteršto dirvožemio bioremediaciją..

Indeksas

  • 1 Bioremediacijos ypatumai
    • 1.1 Teršalai, kuriuos galima bioremediuoti
    • 1.2 Fizikinės ir cheminės sąlygos bioremediacijos metu
  • 2 Bioremediacijos tipai
    • 2.1 Biostimuliacija
    • 2.2 Bioaugmentacija
    • 2.3 Kompostavimas
    • 2.4 Biopiles
    • 2.5 Žemėtvarka
    • 2.6 Phytoremediation
    • 2.7 Bioreaktoriai
    • 2.8
  • 3 Bioremediacija, palyginti su įprastomis fizinėmis ir cheminėmis technologijomis
    • 3.1. Privalumai
    • 3.2. Trūkumai ir svarstytini aspektai
  • 4 Nuorodos

Bioremediacijos ypatybės

Teršalai, kuriuos galima bioremediuoti

Tarp bioremediuotų teršalų yra sunkieji metalai, radioaktyviosios medžiagos, toksiški organiniai teršalai, sprogstamosios medžiagos, organiniai junginiai, pagaminti iš naftos (poliaromatiniai angliavandeniliai arba HPA), fenoliai..

Fizikinės ir cheminės sąlygos bioremediacijos metu

Kadangi bioremediacijos procesai priklauso nuo mikroorganizmų ir gyvų augalų arba jų izoliuotų fermentų aktyvumo, reikia išlaikyti atitinkamas fizikines ir chemines kiekvieno organizmo ar fermentinės sistemos sąlygas, siekiant optimizuoti jų metabolinį aktyvumą bioremediacijos procese..

Veiksniai, kurie turi būti optimizuoti ir palaikomi visą bioremediacijos procesą

-Teršalo koncentracija ir biologinis prieinamumas aplinkos sąlygomis: nes jei tai yra per didelis, tai gali būti žalinga tiems patiems mikroorganizmams, kurie gali juos biotransformuoti..

-Drėgmė: vandens prieinamumas gyviems organizmams, taip pat biologiškai katalizatorių be fermentų aktyvumas yra būtinas. Paprastai 12–25% santykinis drėgnis turi būti palaikomas dirvožemiuose, kuriuose vyksta biologinis gydymas.

-Temperatūra: turi būti tokiame intervale, kad būtų galima panaudoti taikomus organizmus ir (arba) reikalingą fermentinį aktyvumą.

-Biologiškai prieinamos maistinės medžiagos: būtinos mikroorganizmų augimui ir dauginimui. Būtina kontroliuoti daugiausia anglies, fosforo ir azoto, taip pat kai kuriuos esminius mineralus.

-Vandeninės terpės rūgštingumas arba šarmingumas arba pH (H jonų matavimas)+ viduryje.

-Deguonies prieinamumas: daugumoje bioremediacinių metodų naudojami aerobiniai mikroorganizmai (pvz., Kompostuojant, biopilose ir „Landfarming“), o substrato aeravimas yra būtinas. Tačiau anaerobiniai mikroorganizmai gali būti naudojami bioremediacijos procesuose esant labai kontroliuojamoms laboratorinėms sąlygoms (naudojant bioreaktorius).

Bioremediacijos tipai

Tarp taikomų bioremediacinių biotechnologijų yra šios:

Biostimuliacija

Biostimuliaciją sudaro stimuliacija in situ tų mikroorganizmų, kurie jau yra užterštoje terpėje (autochtoniniai mikroorganizmai), galintys bioremediuoti užterštą medžiagą.

Biostimuliacija in situ tai pasiekiama optimizuojant fizikines ir chemines sąlygas norimam procesui, ty; be kita ko, pH, deguonies, drėgmės, temperatūros ir reikalingų maistinių medžiagų.

Bioaugmentacija

Bioaugmentacija reiškia, kad mikroorganizmų kiekis padidėja (pageidautina autochtoninis), nes jų inokuliacija auginama laboratorijoje..

Vėliau, kai bus užkrėsti dominančiais mikroorganizmais in situ, Fizinės ir cheminės sąlygos turi būti optimizuotos (pvz., Biostimuliacijos metu), kad būtų skatinamas mikroorganizmų skaidomasis aktyvumas..

Taikant bioaugmentaciją, reikėtų apsvarstyti mikrobiologinės kultūros bioreaktoriuose išlaidas laboratorijoje.

Biostimuliaciją ir bioaugmentaciją galima derinti su visomis kitomis toliau aprašytomis biotechnologijomis.

Kompostavimas

Kompostavimas susideda iš užterštos medžiagos maišymo su neužterštu dirvožemiu, papildytu augalų ar gyvūnų gerinančių medžiagų ir maistinių medžiagų. Šis mišinys sudaro iki 3 m aukščio kūgius, atskirtus vienas nuo kito.

Būtina kontroliuoti apatinių kūgio sluoksnių deguonį, reguliariai pašalinant mašinas iš vienos vietos į kitą. Taip pat reikia išlaikyti optimalias drėgmės, temperatūros, pH, maistinių medžiagų sąlygas.

Biopiles

Bioremediacijos technika su biopilėmis yra tokia pati kaip pirmiau aprašyta kompostavimo technika, išskyrus:

  • Nėra geresnių augalinės ar gyvūninės kilmės medžiagų.
  • Aeracijos pašalinimas judant iš vienos vietos į kitą.

Biopilos išlieka fiksuotos toje pačioje vietoje, jų vidiniuose sluoksniuose aeruojamos per vamzdžių sistemą, kurios įrengimo, eksploatavimo ir techninės priežiūros išlaidos turi būti vertinamos nuo sistemos projektavimo etapo..

Žemėtvarka

Biotechnologiją, vadinamą „žemdirbyste“ (išversta iš anglų kalbos: išraižyta žemė), sudaro užterštos medžiagos (purvo ar nuosėdų) maišymas su pirmuosius 30 cm neužteršto žemės ploto žemės.

Pirmuosiuose centimetruose dirvožemio teršalų skilimas yra palankesnis dėl jo aeracijos ir maišymo. Šiam darbui naudojama žemės ūkio technika, pvz., Plūgų traktoriai.

Pagrindinis žemės ūkio paskirties žemės trūkumas yra tai, kad jis būtinai reikalauja didelių žemės plotų, kurie galėtų būti naudojami maisto gamybai.

Phytoremediation

Phytoremediation, taip pat vadinamas bioremediacija, padedama mikroorganizmų ir augalų, yra biotechnologijų rinkinys, pagrįstas augalų ir mikroorganizmų naudojimu, siekiant pašalinti, apriboti ar sumažinti toksiškumą užterštoms medžiagoms paviršiniame arba požeminiame vandenyje, dumble ir dirvožemyje..

Fitoremediacijos metu gali atsirasti degradacija, ekstrahavimas ir (arba) stabilizavimas (biologinio prieinamumo sumažėjimas). Šie procesai priklauso nuo sąveikos tarp augalų ir mikroorganizmų, kurie gyvena labai arti jų šaknų rizosfera.

Phytoremediation ypač sėkmingai pašalino sunkiuosius metalus ir radioaktyvias medžiagas iš dirvožemio ir paviršiaus ar požeminio vandens (arba užteršto vandens rizofiltracijos)..

Tokiu atveju augalai susikaupia jų audiniuose aplinkos metalai, o tada jie nuimami ir sudeginami kontroliuojamomis sąlygomis, kad teršalas nepatektų į aplinką, koncentruotųsi pelenų pavidalu..

Gautus pelenus galima apdoroti, kad būtų galima atgauti metalą (jei jis yra ekonomiškai naudingas), arba juos galima atsisakyti galutinio atliekų šalinimo vietose..

Phytoremediation trūkumas yra tai, kad trūksta išsamių žinių apie sąveiką, kuri atsiranda tarp susijusių organizmų (augalų, bakterijų ir galbūt mikorizijos grybų)..

Kita vertus, turi būti išlaikytos aplinkos sąlygos, atitinkančios visų taikomų agentūrų poreikius.

Bioreaktoriai

Bioreaktoriai yra didelės apimties talpyklos, kurios leidžia išlaikyti labai kontroliuojamas fizikines ir chemines sąlygas vandenyje esančiose terpėse, kad būtų skatinamas biologinis procesas..

Bioreaktoriuose bakteriniai mikroorganizmai ir grybai gali būti auginami dideliu mastu ir laboratorijoje, o vėliau naudojami bioaugmentacijos procesuose. in situ. Mikroorganizmai taip pat gali būti auginami norint gauti jų užterštus fermentus.

Bioreaktoriai naudojami bioremediacijos procesuose ex situ, kai užterštas substratas yra sumaišytas su mikrobinės kultūros terpe, skatinantis teršalo skaidymą.

Bioreaktoriuose išauginti mikroorganizmai gali būti netgi anaerobiniai, tokiu atveju vandeninės kultūros terpėje neturi būti ištirpusio deguonies..

Bioremediacinių biotechnologijų bioreaktorių naudojimas yra palyginti brangus dėl įrangos priežiūros ir mikrobų kultūros reikalavimų..

Mikroreguliacija

Mikroreguliacija - tai grybelinių mikroorganizmų (mikroskopinių grybų) naudojimas toksiškos teršalų medžiagos biologiniuose procesuose..

Turėtų būti laikoma, kad mikroskopinių grybų auginimas paprastai yra sudėtingesnis už bakterijų auginimą ir todėl reiškia didesnes išlaidas. Be to, grybai auga ir dauginasi lėčiau nei bakterijos, o grybelinis bioremediacija yra lėtesnis procesas.

Bioremediacija, palyginti su įprastomis fizinėmis ir cheminėmis technologijomis

-Privalumai

Bioremediacija biotechnologijos yra daug ekonomiškesnės ir palankesnės aplinkai nei įprastai taikomos cheminės ir fizinės aplinkos sanitarijos technologijos.

Tai reiškia, kad bioremediacija turi mažesnį poveikį aplinkai nei įprastinė fizikinė ir cheminė praktika.

Kita vertus, tarp mikroorganizmų, naudojamų bioremediacijos procesuose, kai kurie gali toliau mineralizuoti užterštus junginius, užtikrindami jų išnykimą iš aplinkos, ką sunku pasiekti vienu etapu su įprastais fizikiniais ir cheminiais procesais..

-Trūkumai ir svarstytini aspektai

Mikrobiniai medžiagų apykaitos gebėjimai gamtoje

Atsižvelgiant į tai, kad buvo išskirti tik 1% gamtoje esančių mikroorganizmų, vienas bioremediacijos apribojimas yra būtent mikroorganizmų, galinčių biologiškai suskaidyti tam tikrą teršalų medžiagą, identifikavimas..

Taikomos sistemos nežinojimas

Kita vertus, bioremediacija veikia su sudėtinga dviejų ar daugiau gyvų organizmų sistema, kuri paprastai nėra visiškai žinoma.

Kai kurie tirti mikroorganizmai užterštus junginius biotransformavo dar labiau nuodingais šalutiniais produktais. Todėl būtina iš anksto laboratorijoje ištirti bioremediatorinius organizmus ir jų sąveiką.

Be to, prieš pradedant jas masiškai taikyti, reikia atlikti nedidelius bandomuosius bandymus (lauke), o galiausiai reikia stebėti bioremediacijos procesus. in situ, užtikrinti, kad aplinkos sanitarija būtų teisinga.

Laboratorijoje gautų rezultatų ekstrapoliacija

Dėl didelių biologinių sistemų sudėtingumo, laboratorijoje nedideliu mastu gauti rezultatai ne visada gali būti ekstrapoliuoti į lauko procesus..

Kiekvieno bioremediacijos proceso ypatumai

Kiekvienas bioremediacijos procesas apima konkretų eksperimentinį projektą, atsižvelgiant į konkrečias užterštos vietovės sąlygas, apdorojamų teršalų rūšį ir taikytinus organizmus..

Tuomet būtina, kad šiuos procesus valdytų tarpdisciplininės specialistų grupės, tarp kurių, be kita ko, biologai, chemikai, inžinieriai..

Aplinkos fizikinių ir cheminių sąlygų palaikymas, siekiant skatinti dominančią augimą ir metabolinę veiklą, reiškia nuolatinę užduotį bioremediacijos proceso metu..

Reikalingas laikas

Galiausiai, bioremediacijos procesai gali užtrukti ilgiau nei įprastiniai fizikiniai ir cheminiai procesai.

Nuorodos

  1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Panaudotų naftos užterštų dirvožemių bioremediacija naudojant naminių paukščių kraikas. Tyrimų žurnalas inžinerijos ir taikomųjų mokslų srityje3 (2) 124-130
  2. Adams, O. (2015). "Bioremediacija, biostimuliacija ir bioaugmentacija: apžvalga". Tarptautinis biologinio biologinio gydymo ir biologinio skaidymo leidinys. 3 (1): 28-39.
  3. Boopathy, R. (2000). "Veiksniai, ribojantys bioremediacijos technologijas". Bioresource technologijos. 74: 63-7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
  4. Eweis J. B., Ergas, S.J., Chang, D. P.Y. ir Schoeder, D. (1999). Biorrecuperación principai. McGraw-Hill Interamericana de España, Madridas. pp 296.
  5. Madigan, M. T., Martinko, J. M., Benderio, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. ir Brock, T. (2015). Mikroorganizmų biologija. 14 red. Benjamin Cummings. p. 1041.
  6. McKinney, R. E. (2004). Aplinkos taršos kontrolės mikrobiologija. M. Dekker pp 453.
  7. Pilon-Smits E. 2005. Phytoremediation. Annu. Plant Biol. 56: 15-39.