Bioremediācijas īpašības, veidi, priekšrocības un trūkumi



The bioremediacija ir vides sanitārijas biotehnoloģiju kopums, kas izmanto baktēriju mikroorganismu, sēņu, augu un / vai to izolēto fermentu vielmaiņas spējas, lai novērstu piesārņotājus augsnē un ūdenī..

Mikroorganismi (baktērijas un sēnītes) un daži augi var biotransformēt dažādus toksiskus un piesārņojošus organiskos savienojumus, padarot tos nekaitīgus vai nekaitīgus. Tie var bioloģiski noārdīt dažus organiskos savienojumus līdz vienkāršākajiem veidiem, piemēram, metānam (CH4) un oglekļa dioksīdu (CO2).

Arī daži mikroorganismi un augi var iegūt vai imobilizēt vidi (in situ) toksiskie ķīmiskie elementi, piemēram, smagie metāli. Imobilizējot toksisko vielu vidē, tā vairs nav pieejama dzīviem organismiem, un tāpēc neietekmē tos.

Tāpēc toksiskas vielas biopieejamības samazināšanās ir arī bioremediācijas veids, lai gan tas nenozīmē vielas izvadīšanu no barotnes..

Pašlaik arvien pieaug zinātnes un komerciālā interese attīstīt ekonomiskas tehnoloģijas ar zemu ietekmi uz vidi (vai „videi draudzīgu”), piemēram, virszemes ūdeņu, gruntsūdeņu, dūņu un piesārņotās augsnes bioremediāciju..

Indekss

  • 1 Bioremediācijas raksturojums
    • 1.1. Piesārņotāji, kurus var bioremedificēt
    • 1.2 Fizikāli ķīmiskie apstākļi bioremediācijas laikā
  • 2 Bioremediācijas veidi
    • 2.1 Biostimulācija
    • 2.2 Bioaugmentācija
    • 2.3 Kompostēšana
    • 2.4 Biopiles
    • 2.5. Zemes apsaimniekošana
    • 2.6 Phytoremediation
    • 2.7. Bioreaktori
    • 2.8. Mikroremediācija
  • 3 Bioremediacija pret tradicionālajām fizikālajām un ķīmiskajām tehnoloģijām
    • 3.1. Priekšrocības
    • 3.2. Trūkumi un aspekti, kas jāapsver
  • 4 Atsauces

Bioremediācijas raksturojums

Piesārņotāji, kurus var bioremedificēt

Bioremedificēto piesārņotāju vidū ir smagie metāli, radioaktīvās vielas, toksiskie organiskie piesārņotāji, sprāgstvielas, organiskie savienojumi, kas iegūti no naftas (poliaromātiskie ogļūdeņraži vai HPA), fenoli..

Fizikāli ķīmiskie apstākļi bioremediācijas laikā

Tā kā bioremediācijas procesi ir atkarīgi no mikroorganismu un dzīvu augu vai to izolēto fermentu aktivitātes, ir jāsaglabā katram organismam vai fermentatīvajai sistēmai atbilstošie fizikāli ķīmiskie apstākļi, lai optimizētu to metabolisko aktivitāti bioremediācijas procesā..

Faktori, kas jāoptimizē un jāuztur visā bioremediācijas procesā

-Piesārņojošās vielas koncentrācija un biopieejamība vides apstākļos: jo, ja tas ir pārāk augsts, tas var būt kaitīgs tiem pašiem mikroorganismiem, kas spēj tos biotransformēt..

-Mitrums: ūdens pieejamība ir būtiska dzīviem organismiem, kā arī šūnu nesaturošu bioloģisko katalizatoru enzīmu aktivitātei. Kopumā relatīvais mitrums 12 līdz 25% jāsaglabā augsnēs, kurās notiek bioremediacija.

-Temperatūrai: jābūt tādā diapazonā, kas ļauj izmantot izmantotos organismus un / vai vajadzīgo fermentatīvo aktivitāti.

-Biopieejamās barības vielas: būtiskas mikroorganismu augšanai un vairošanai. Galvenokārt ir jākontrolē ogleklis, fosfors un slāpeklis, kā arī daži būtiski minerāli.

-Ūdens vides vai pH skābums vai sārmainība (H jonu mērīšana)+ vidū).

-Skābekļa pieejamība: vairumā bioremediācijas metožu izmanto aerobos mikroorganismus (piemēram, kompostēšanā, biopilēs un "Landfarming"), un substrāta aerācija ir nepieciešama. Tomēr anaerobos mikroorganismus var izmantot bioremediācijas procesos ļoti kontrolētos laboratorijas apstākļos (izmantojot bioreaktorus)..

Bioremediācijas veidi

Viens no pielietotajiem bioremediācijas biotehnoloģijām ir šāds:

Biostimulācija

Biostimulāciju veido stimulācija in situ no tiem mikroorganismiem, kas jau ir inficētajā vidē (autohtoniskie mikroorganismi), kas spēj bioremedenēt piesārņojošo vielu..

Biostimulācija in situ tas tiek panākts, optimizējot fizikāli ķīmiskos apstākļus vēlamajam procesam, ti; cita starpā, pH, skābeklis, mitrums, temperatūra un nepieciešamo uzturvielu pievienošana.

Bioaugmentācija

Bioaugmentācija nozīmē interesējošo mikroorganismu daudzuma palielināšanos (vēlams autochtonisku), pateicoties to inokulātu pievienošanai laboratorijā..

Pēc tam, kad ir inokulēti interesējošie mikroorganismi in situ, Jāveicina fizikāli ķīmiskie apstākļi (piemēram, biostimulācijā), lai veicinātu mikroorganismu degradējošo darbību..

Bioaugmentācijas pielietošanai jāņem vērā mikrobioloģiskās kultūras izmaksas bioreaktoros laboratorijā.

Gan biostimulāciju, gan bioaugmentāciju var apvienot ar visām citām turpmāk aprakstītajām biotehnoloģijām.

Kompostēšana

Kompostēšana ir piesārņota materiāla sajaukšana ar neārstētu augsni, kas papildināta ar augu vai dzīvnieku uzlabojošiem līdzekļiem un barības vielām. Šis maisījums veido līdz 3 m augstus konusus, kas atdalīti viens no otra.

Būtu jākontrolē konusu apakšējo slāņu oksidēšana, regulāri pārvietojot no vienas vietas uz otru ar mašīnām. Jāsaglabā arī optimālie mitruma, temperatūras, pH, uzturvielu nosacījumi.

Biopiles

Bioremediācijas tehnika ar biopilēniem ir tāda pati kā iepriekš aprakstītā kompostēšanas tehnika, izņemot:

  • Augu vai dzīvnieku izcelsmes uzlabojošu aģentu trūkums.
  • Aerācijas likvidēšana, pārvietojoties no vienas vietas uz otru.

Biopieļi paliek nemainīgi vienā un tajā pašā vietā, to iekšējos slāņos aerē caur caurulēm, kuru uzstādīšanas, ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas jāņem vērā no sistēmas projektēšanas posma..

Zemes apglabāšana

Biotehnoloģija, kas tiek saukta par "zemju apsaimniekošanu" (tulkota no angļu valodas: cirsts no zemes), ir sajaukts piesārņotais materiāls (dubļi vai nogulsnes) ar pirmo 30 cm lielu, nepiesārņotu augsni..

Šajos pirmajos centimetros augsnē piesārņojošo vielu degradācija ir labvēlīga, pateicoties tās aerācijai un sajaukšanai. Šim darbam tiek izmantotas lauksaimniecības mašīnas, piemēram, arklu traktori.

Galvenais zemju apsaimniekošanas trūkums ir tas, ka tas noteikti prasa lielas zemes platības, ko varētu izmantot pārtikas ražošanai.

Phytoremediation

Phytoremediation, ko sauc arī par mikroorganismiem un augiem, ir biotehnoloģiju kopums, kas balstīts uz augu un mikroorganismu izmantošanu, lai noņemtu, ierobežotu vai samazinātu piesārņojošo vielu toksicitāti virsmas vai pazemes ūdeņos, dūņās un augsnē..

Fitoremediācijas laikā var rasties piesārņojuma noārdīšanās, ekstrakcija un / vai stabilizācija (biopieejamības samazināšana). Šie procesi ir atkarīgi no mijiedarbības starp augiem un mikroorganismiem, kas dzīvo ļoti tuvu viņu saknēm rizosfēra.

Phytoremediation ir bijusi īpaši veiksmīga smago metālu un radioaktīvo vielu noņemšanai no augsnes un virsmas vai gruntsūdeņiem (vai piesārņota ūdens rizofiltrācijas)..

Šajā gadījumā augi savos audos uzkrājas vides metāli, pēc tam tos ievāc un sadedzina kontrolētos apstākļos, lai piesārņotājs nonāktu apkārtējā vidē, lai koncentrētos pelnu formā..

Iegūtos pelnus var apstrādāt, lai atgūtu metālu (ja tas ir ekonomiski ieinteresēts), vai arī tos var atteikties atkritumu galīgās apglabāšanas vietās..

Phytoremediation trūkums ir nepietiekamas zināšanas par mijiedarbību, kas notiek starp iesaistītajiem organismiem (augiem, baktērijām un, iespējams, mikroshizas sēnēm)..

No otras puses, jāsaglabā vides apstākļi, kas atbilst visu iesniegto aģentūru vajadzībām.

Bioreaktori

Bioreaktori ir liela izmēra konteineri, kas ļauj uzturēt ļoti kontrolētus fizikāli ķīmiskos apstākļus ūdens barotnes vidē, lai veicinātu bioloģisko procesu..

Bioreaktoros baktēriju mikroorganismus un sēnītes var audzēt plašā mērogā un laboratorijā un pēc tam izmantot bioaugmentācijas procesos. in situ. Mikroorganismus var arī kultivēt, lai iegūtu to piesārņojošo enzīmu noārdīšanās fermentus.

Bioreaktorus izmanto bioremediācijas procesos ex situ, ja piesārņoto substrātu sajauc ar mikrobiālo barotni, veicinot piesārņotāja degradāciju.

Bioreaktoros audzētie mikroorganismi var būt pat anaerobi, tādā gadījumā ūdens nesējvielai nedrīkst būt izšķīdušā skābekļa..

Bioremediācijas biotehnoloģiju vidū bioreaktoru izmantošana ir samērā dārga, pateicoties aprīkojuma uzturēšanai un mikrobu kultūras prasībām..

Mikroremediācija

Mikroremediācija ir sēnīšu mikroorganismu (mikroskopisko sēņu) izmantošana toksisku piesārņotāju bioremediācijas procesos..

Jāņem vērā, ka mikroskopisko sēnīšu audzēšana parasti ir sarežģītāka nekā baktēriju audzēšana, un tas nozīmē augstākas izmaksas. Turklāt sēnītes aug un pavairojas lēnāk nekā baktērijas, un sēņu bioremediacija ir lēnāks process.

Bioremediacija pret tradicionālajām fizikālajām un ķīmiskajām tehnoloģijām

-Priekšrocības

Bioremediācijas biotehnoloģijas ir daudz ekonomiskākas un videi draudzīgākas nekā tradicionāli izmantotās ķīmiskās un fizikālās vides sanitārijas tehnoloģijas.

Tas nozīmē, ka bioremediācijas piemērošanai ir mazāka ietekme uz vidi nekā parastajai fizikāli ķīmiskajai praksei.

No otras puses, starp mikroorganismiem, ko izmanto bioremediācijas procesos, daži var turpināt mineralizēt piesārņojošos savienojumus, nodrošinot to izzušanu no vides, kaut ko grūti sasniegt vienā posmā ar parastajiem fizikāli ķīmiskajiem procesiem..

-Trūkumi un aspekti, kas jāapsver

Mikrobu vielmaiņas spējas dabā

Ņemot vērā, ka tikai 1% no dabā esošajiem mikroorganismiem ir izolēti, viens bioremediācijas ierobežojums ir tieši to mikroorganismu noteikšana, kas spēj bioloģiski noārdīt konkrētu piesārņojošu vielu..

Lietotās sistēmas nezināšana

No otras puses, bioremediacija darbojas ar divu vai vairāku dzīvo organismu kompleksu sistēmu, kas parasti nav pilnībā zināma.

Daži pētītie mikroorganismi biotransformē piesārņojošos savienojumus vēl toksiskākos blakusproduktos. Tāpēc iepriekš ir nepieciešams laboratorijā izpētīt bioremedējošos organismus un to mijiedarbību.

Turklāt pirms to masveida pielietošanas jāveic neliela izmēra izmēģinājuma testi (laukā), un, visbeidzot, jākontrolē bioremediācijas procesi. in situ, lai nodrošinātu pareizu vides sanitāriju.

Laboratorijā iegūto rezultātu ekstrapolācija

Ņemot vērā bioloģisko sistēmu augsto sarežģītību, laboratorijā nelielā mērogā iegūtie rezultāti ne vienmēr var tikt ekstrapolēti uz lauka procesiem..

Katra bioremediācijas procesa īpatnības

Katrs bioremediācijas process ietver specifisku eksperimentālu dizainu atbilstoši piesārņotā vietas īpašajiem apstākļiem, apstrādājamā piesārņojuma veidam un piemērojamiem organismiem..

Tad ir nepieciešams, lai šos procesus vadītu starpdisciplināras speciālistu grupas, kuru vidū ir arī biologi, ķīmiķi, inženieri..

Vides fizikāli ķīmisko apstākļu saglabāšana, lai veicinātu interesi par augšanu un vielmaiņu, nozīmē pastāvīgu uzdevumu bioremediācijas procesa laikā..

Nepieciešamais laiks

Visbeidzot, bioremediācijas procesi var ilgt ilgāk nekā parastie fizikāli ķīmiskie procesi.

Atsauces

  1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Izlietoto eļļu piesārņotā augsnes bioremediacija, izmantojot mājputnu pakaišus. Pētniecības žurnāls inženierzinātnēs un lietišķajās zinātnēs3 (2) 124-130
  2. Adams, O. (2015). "Bioremediacija, biostimulācija un bioaugmentācija: pārskats". Starptautiskais vides bioremediācijas un bioloģiskās integrācijas žurnāls. 3 (1): 28-39.
  3. Boopathy, R. (2000). "Bioremediācijas tehnoloģiju ierobežojošie faktori". Bioresource tehnoloģija. 74: 63-7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
  4. Eweis J. B., Ergas, S.J., Chang, D. P.Y. un Schoeder, D. (1999). Biorrecuperación principi. McGraw-Hill Interamericana de España, Madride. pp. 296.
  5. Madigan, M. T., Martinko, J.M., Benders, K.S., Buckley, D.H. Stahls, D.A. un Broka, T. (2015). Mikroorganismu bioloģija. 14 ed. Benjamin Cummings. pp 1041.
  6. McKinney, R. E. (2004). Vides piesārņojuma kontroles mikrobioloģija. M. Dekker pp 453.
  7. Pilon-Smits E. 2005. Phytoremediation. Annu. Aug. Biol. 56: 15-39.