Bioremediatsiooni omadused, liigid, eelised ja puudused



The bioremediatsioon on keskkonna sanitaartehnoloogiate kogum, mis kasutab bakteriaalsete mikroorganismide, seente, taimede ja / või nende isoleeritud ensüümide ainevahetusvõimet, et kõrvaldada saasteained pinnases ja vees.

Mikroorganismid (bakterid ja seened) ning mõned taimed võivad biotransformeerida mitmesuguseid toksilisi ja saastavaid orgaanilisi ühendeid, muutes need kahjulikeks või kahjututeks. Nad võivad isegi mõned orgaanilised ühendid bioloogiliselt laguneda oma lihtsaimateks vormideks, nagu metaan (CH4) ja süsinikdioksiid (CO2).

Samuti võivad mõned mikroorganismid ja taimed keskkonda ekstraheerida või immobiliseerida (in situ) toksilised keemilised elemendid, nagu raskemetallid. Mürgise aine immobiliseerimisel keskkonda ei ole see elusorganismidele enam kättesaadav ja ei mõjuta neid.

Seetõttu on mürgise aine biosaadavuse vähenemine ka bioremediatsiooni vorm, kuigi see ei tähenda aine kõrvaldamist söötmest..

Praegu on kasvav teaduslik ja kaubanduslik huvi vähese keskkonnamõjuga (või "keskkonnasõbraliku") majanduslike tehnoloogiate, näiteks pinnavee, põhjavee, muda ja saastunud pinnase bioremediatsiooni arendamiseks..

Indeks

  • 1 Bioremediatsiooni karakteristikud
    • 1.1 Saasteained, mida saab bioremedifitseerida
    • 1.2 Füüsikalis-keemilised tingimused bioremediatsiooni ajal
  • 2 Bioremediatsiooni tüübid
    • 2.1 Biostimulatsioon
    • 2.2 Bioaugmentatsioon
    • 2.3 Kompostimine
    • 2.4 Biopiletid
    • 2.5 Maakasutus
    • 2.6 Phytoremediation
    • 2.7 Bioreaktorid
    • 2.8 Mikroregulatsioon
  • 3 Bioremediatsioon võrreldes tavaliste füüsikaliste ja keemiliste tehnoloogiatega
    • 3.1
    • 3.2. Puudused ja kaalutlused
  • 4 Viited

Bioremediatsiooni karakteristikud

Saasteained, mida saab bioremedifitseerida

Bioremedifitseeritud saasteainete hulgas on muu hulgas raskemetallid, radioaktiivsed ained, mürgised orgaanilised saasteained, lõhkeained, naftast saadud orgaanilised ühendid (polüaromaatsed süsivesinikud või HPA), fenoolid..

Füüsikalis-keemilised tingimused bioremediatsiooni ajal

Kuna bioremediatsiooniprotsessid sõltuvad mikroorganismide ja elustaimede või nende isoleeritud ensüümide aktiivsusest, tuleb säilitada iga organismi või ensümaatilise süsteemi asjakohased füüsikalis-keemilised tingimused, et optimeerida nende metaboolset aktiivsust bioremediatsiooniprotsessis..

Tegurid, mida tuleb kogu biorediatsiooniprotsessi jooksul optimeerida ja säilitada

-Saasteaine kontsentratsioon ja biosaadavus keskkonnatingimustes: sest kui see on liiga kõrge, võib see olla kahjulik samadele mikroorganismidele, mis on võimelised neid biotransformeerima..

-Niiskus: vee kättesaadavus on oluline nii elusorganismidele kui ka rakuvabade bioloogiliste katalüsaatorite ensümaatilisele aktiivsusele. Üldiselt tuleb bioremediatsioonil olevates muldades säilitada suhteline niiskus 12–25%.

-Temperatuur: peab olema vahemikus, mis võimaldab rakendatud organismide ellujäämist ja / või vajalikku ensümaatilist aktiivsust.

-Biosaadavad toitained: olulised huvipakkuvate mikroorganismide kasvuks ja paljunemiseks. Peamiselt tuleb kontrollida süsinikku, fosforit ja lämmastikku ning mõningaid olulisi mineraale.

-Vesikeskkonna happesus või leelisus või pH (H ioonide mõõtmine)+ keskel).

-Hapniku kättesaadavus: enamikus bioremediatsioonitehnikates kasutatakse aeroobseid mikroorganisme (näiteks kompostimisel, biopilides ja "Maakasutus") ja substraadi õhutamine on vajalik. Anaeroobseid mikroorganisme võib siiski kasutada bioremediatsiooniprotsessides kõrgelt kontrollitud laboritingimustes (kasutades bioreaktoreid)..

Bioremediatsiooni tüübid

Rakendatavate bioloogiliste biotehnoloogiate hulgas on järgmised:

Biostimulatsioon

Biostimulatsioon koosneb stimulatsioonist in situ mikroorganismid, mis on juba saastunud keskkonnas (autohtoonsed mikroorganismid), mis on võimelised saastavat ainet bioremediseerima.

Biostimulatsioon in situ see saavutatakse optimeerides soovitud protsessi füüsikalis-keemilisi tingimusi, st. muu hulgas pH, hapnik, niiskus, temperatuur ja vajalike toitainete lisamine.

Bioaugmentatsioon

Bioaugmentatsioon eeldab huvipakkuvate mikroorganismide koguse suurenemist (eelistatult autokontseeni) tänu laboris kasvatatud inokulaadi lisamisele..

Seejärel, kui huvipakkuvad mikroorganismid on inokuleeritud in situ, Füüsikalis-keemilised tingimused peavad olema optimeeritud (näiteks biostimuleerimisel), et soodustada mikroorganismide alandavat toimet.

Bioaugmentatsiooni rakendamiseks tuleks kaaluda mikroobikultuuri kulusid laboris bioreaktorites.

Nii biostimulatsiooni kui bioaugmentatsiooni saab kombineerida kõigi teiste allpool kirjeldatud biotehnoloogiatega.

Kompostimine

Kompostimine seisneb saastunud materjali segamises saastamata pinnasega, millele on lisatud taime- või loomaparandavaid aineid ja toitaineid. See segu moodustab kuni 3 m kõrgused koonused, mis on üksteisest eraldatud.

Koonuste alumiste kihtide hapnikuga varustamist tuleks kontrollida, eemaldades masinaga regulaarselt ühest kohast teise. Samuti tuleb säilitada optimaalsed niiskuse, temperatuuri, pH, toitainete tingimused.

Biopsid

Bioremediatsioonimeetod biopilvidega on sama, nagu eespool kirjeldatud kompostimismeetod, välja arvatud:

  • Kasvu- või loomset päritolu parandavate ainete puudumine.
  • Aereerumise kõrvaldamine liikumise teel ühest kohast teise.

Biopsid jäävad samasse kohta fikseerituks, neid õhutatakse nende sisekihtides läbi torude süsteemi, mille paigaldamise, kasutamise ja hooldamise kulud tuleb arvestada süsteemi projekteerimisetapis..

Maakasutus

Biotehnoloogia, mida nimetatakse "maakasutuseks" (tõlgitud inglise keelest: nikerdatud), seisneb saastunud materjali (muda või setete) segamises ulatusliku maa esimese 30 cm saastamata pinnasega..

Neis esimestes sentimeetrites eelistatakse saastavate ainete lagunemist tänu selle õhutamisele ja segamisele. Selle töö jaoks kasutatakse põllumajandusmasinaid, nagu näiteks adertraktorid.

Maakasutamise peamine puudus on see, et see nõuab tingimata suuri maa-alasid, mida võiks kasutada toiduainete tootmiseks.

Phytoremediation

Phytoremediation, mida nimetatakse ka bioremediatsiooniks mikroorganismide ja taimede abil, on biotehnoloogiate kogum, mis põhineb taimede ja mikroorganismide kasutamisel, et eemaldada, piirata või vähendada toksilisust pinnase- või põhjavees, reoveesettes ja pinnases..

Fütoremediaadi ajal võib tekkida saasteaine lagunemine, ekstraheerimine ja / või stabiliseerimine (biosaadavuse vähendamine). Need protsessid sõltuvad nende taimede ja mikroorganismide vahelistest koostoimetest, mis elavad väga lähedalt nende juurtele risosfäär.

Phytoremediation on olnud eriti edukas raskmetallide ja radioaktiivsete ainete eemaldamisel pinnasest ja pinnasest või põhjaveest (või saastunud vee risofiltreerimisest)..

Sellisel juhul kogunevad taimed oma kudedesse keskkonna metallid ja seejärel kogutakse ja põletatakse kontrollitud tingimustes, nii et saasteaine läheb keskkonda hajutatuks ja kontsentreerub tuhka..

Saadud tuhka saab töödelda metalli taaskasutamiseks (kui see on majanduslikult huvipakkuv) või neid võib loobuda jäätmete lõpliku kõrvaldamise kohtades..

Phytoremediation'i puuduseks on puudulike teadmiste puudumine vastavate organismide (taimed, bakterid ja võimalikud mükoriisa seened) vaheliste koostoimete kohta..

Teisest küljest tuleb säilitada keskkonnatingimused, mis vastavad kõigi taotletud asutuste vajadustele.

Bioreaktorid

Bioreaktorid on märkimisväärse suurusega mahutid, mis võimaldavad säilitada väga kontrollitud füüsikalis-keemilisi tingimusi vesikeskkonnas, et soodustada huvipakkuvat bioloogilist protsessi..

Bioreaktorites võib bakteriaalseid mikroorganisme ja seeni kasvatada suures ulatuses ja laboris ning seejärel rakendada bioaugmentatsiooniprotsessides. in situ. Mikroorganisme võib kasvatada ka nende saastavate ensüümide lagundavate ensüümide saamiseks.

Bioreaktoreid kasutatakse bioremediatsiooniprotsessides ex situ, kui saastunud substraat segatakse mikroobse söötmega, soodustab saasteaine lagunemist.

Bioreaktorites kasvatatud mikroorganismid võivad isegi olla anaeroobsed, millisel juhul ei tohi vesikeskkonnas olla lahustunud hapnikku..

Bioremediaatorite biotehnoloogiate hulgas on bioreaktorite kasutamine suhteliselt kallis seadmete hoolduse ja mikroobikultuuri nõuete tõttu..

Mikroregulatsioon

Mikroregulatsioon on seenmikroorganismide (mikroskoopiliste seente) kasutamine mürgiste saasteainete bioremediatsiooniprotsessides..

Tuleb arvestada, et mikroskoopiliste seente kasvatamine on tavaliselt keerulisem kui bakterite kasvatamine ja seega suuremad kulud. Lisaks kasvavad seened ja paljunevad aeglasemalt kui bakterid, kusjuures seente abistatav bioremediatsioon on aeglasem protsess.

Bioremediatsioon võrreldes tavaliste füüsikaliste ja keemiliste tehnoloogiatega

-Eelised

Bioremediatsiooni biotehnoloogiad on palju ökonoomsemad ja keskkonnasõbralikumad kui tavapäraselt kasutatavad keemilised ja füüsilised keskkonna sanitaartehnoloogiad.

See tähendab, et bioremediatsiooni rakendamisel on madalam keskkonnamõju kui tavapärastel füüsikalis-keemilistel tavadel.

Teisest küljest võivad bioremediatsiooniprotsessides kasutatavate mikroorganismide seas mõned saastavad ühendid minimeerida, tagades nende kadumise keskkonnast, mida on raske saavutada ühes etapis tavapäraste füüsikalis-keemiliste protsessidega..

-Kaalutavad puudused ja aspektid

Looduses esinevad mikroobsed metaboolsed võimed

Arvestades, et ainult 1% looduses esinevatest mikroorganismidest on eraldatud, on üks bioremediatsiooni piiramine just spetsiifiliste saasteainete biolagundamiseks võimekate mikroorganismide identifitseerimine..

Rakendatava süsteemi teadmatus

Teisest küljest töötab bioremediatsioon kahe või enama elusorganismi keerulise süsteemiga, mis üldiselt ei ole täielikult teada.

Mõned uuritud mikroorganismid on saastavaid ühendeid biotransformeerinud veelgi toksilisemateks kõrvalsaadusteks. Seetõttu on vajalik eelnevalt laboris uurida bioremediseeruvaid organisme ja nende koostoimeid.

Lisaks tuleb enne massiivset rakendamist teha väikesemahulisi katseprojekte (põllul) ja lõpuks tuleb jälgida bioremediatsiooniprotsesse. in situ, tagada keskkonna sanitaartingimuste nõuetekohane toimimine.

Laboris saadud tulemuste ekstrapoleerimine

Bioloogiliste süsteemide suure keerukuse tõttu ei ole laboris väikesemahulisi tulemusi alati võimalik välitöötlusteks ekstrapoleerida.

Iga bioremediatsiooniprotsessi eripära

Iga bioremediatsiooniprotsess hõlmab spetsiifilist eksperimentaalset disaini vastavalt saastunud ala konkreetsetele tingimustele, töödeldava saasteaine tüübile ja rakendatavatele organismidele..

Seejärel on vaja, et neid protsesse juhivad interdistsiplinaarsed spetsialistide rühmad, kelle hulgas on muu hulgas bioloogid, keemikud, insenerid..

Keskkonna füüsikalis-keemiliste tingimuste säilitamine huvipakkuva kasvu ja metaboolse aktiivsuse soodustamiseks eeldab püsivat ülesannet bioremediatsiooniprotsessi ajal..

Vajalik aeg

Lõpuks võivad bioremediatsiooniprotsessid võtta kauem aega kui tavalised füüsikalis-keemilised protsessid.

Viited

  1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Kasutatud õli saastunud muldade bioremediatsioon kodulindude pesakonna abil. Teadusajakiri inseneri- ja rakendusteadustes3 (2) 124-130
  2. Adams, O. (2015). "Bioremediatsioon, biostimulatsioon ja bioaugmentatsioon: ülevaade". Rahvusvahelise keskkonna bioloogilise leviku ja bioloogilise lagunemise ajakiri. 3 (1): 28-39.
  3. Boopathy, R. (2000). "Bioremediatsioonitehnoloogiaid piiravad tegurid". Bioresource tehnoloogia. 74: 63-7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
  4. Eweis J. B., Ergas, S. J., Chang, D. P.Y. ja Schoeder, D. (1999). Biorrecuperacioni põhimõtted. McGraw-Hill Interamericana de España, Madrid. lk. 296.
  5. Madigan, M.T., Martinko, J. M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. ja Brock, T. (2015). Mikroorganismide bioloogiline bioloogia. 14 ed. Benjamin Cummings. lk 1041.
  6. McKinney, R. E. (2004). Keskkonna saastamise kontrolli mikrobioloogia. M. Dekker lk. 453.
  7. Pilon-Smits E. 2005. Phytoremediation. Annu. Rev. Plant Biol. 56: 15-39.