Bioremediaation ominaisuudet, tyypit, edut ja haitat



bioremediation on joukko ympäristöä säästäviä bioteknologioita, jotka käyttävät bakteerimikro-organismien, sienien, kasvien ja / tai niiden eristettyjen entsyymien aineenvaihduntaa kapasiteetin poistamiseksi maaperässä ja vedessä..

Mikro-organismit (bakteerit ja sienet) ja jotkut kasvit voivat biotransformoida monenlaisia ​​myrkyllisiä ja saastuttavia orgaanisia yhdisteitä, jolloin ne eivät ole haitallisia tai vaarattomia. Ne voivat jopa hajottaa joitakin orgaanisia yhdisteitä yksinkertaisimpiin muotoihin, kuten metaaniin (CH4) ja hiilidioksidia (CO2).

Myös jotkut mikro-organismit ja kasvit voivat uuttaa tai immobilisoida ympäristössä (in situ) myrkyllisiä kemiallisia elementtejä, kuten raskasmetalleja. Immobilisoimalla myrkyllinen aine ympäristöön, se ei ole enää käytettävissä eläville organismeille eikä siten vaikuta niihin.

Siksi myrkyllisen aineen biologisen hyötyosuuden väheneminen on myös eräänlainen bioremediaatio, vaikka se ei tarkoita aineen poistamista väliaineesta..

Tällä hetkellä on yhä enemmän tieteellistä ja kaupallista kiinnostusta sellaisten taloudellisten teknologioiden kehittämiseen, joilla on alhainen ympäristövaikutus (tai "ympäristöystävällinen"), kuten pintavesien, pohjaveden, lietteen ja saastuneen maaperän bioremediointi..

indeksi

  • 1 Bioremediaation ominaisuudet
    • 1.1 Epäpuhtaudet, joita voidaan bioremedioida
    • 1.2 Fysikaalis-kemialliset olosuhteet bioremediaation aikana
  • 2 Bioremediaation tyypit
    • 2.1 Biostimulaatio
    • 2.2 Bioaugmentointi
    • 2.3 Kompostointi
    • 2.4 Biopiirit
    • 2.5 Maanviljely
    • 2.6 Phytoremediation
    • 2.7 Bioreaktorit
    • 2.8 Mikrohoito
  • 3 Bioremediaatio verrattuna perinteisiin fysikaalisiin ja kemiallisiin teknologioihin
    • 3.1. Edut
    • 3.2 - Haitat ja näkökohdat
  • 4 Viitteet

Bioremediaation ominaisuudet

Epäpuhtaudet, jotka voidaan bioremedioida

Bioremedioitujen epäpuhtauksien joukossa ovat mm. Raskasmetallit, radioaktiiviset aineet, myrkylliset orgaaniset epäpuhtaudet, räjähtävät aineet, maaöljystä johdetut orgaaniset yhdisteet (polyaromaattiset hiilivedyt tai HPA), fenolit..

Fysikaalis-kemialliset olosuhteet bioremediaation aikana

Koska bioremediaatioprosessit riippuvat mikro-organismien ja elävien kasvien tai niiden eristettyjen entsyymien aktiivisuudesta, kunkin organismin tai entsymaattisen järjestelmän fysikaalis-kemialliset olosuhteet on säilytettävä, jotta niiden aineenvaihduntatoiminta optimoidaan bioremediaatioprosessissa..

Tekijät, jotka täytyy optimoida ja ylläpitää koko bioremediaatioprosessin ajan

-Epäpuhtauden pitoisuus ja hyötyosuus ympäristöolosuhteissa: koska jos se on liian korkea, se voi olla haitallista samoille mikro-organismeille, joilla on kyky biotransformoida niitä.

-Kosteus: veden saatavuus on elävien organismien kannalta välttämätöntä sekä soluttomien biologisten katalyyttien entsymaattista aktiivisuutta. Yleensä 12 - 25%: n suhteellinen kosteus on säilytettävä bioremediaatiotilanteessa.

-Lämpötilan: on oltava alueella, joka mahdollistaa käytettävien organismien eloonjäämisen ja / tai vaaditun entsymaattisen aktiivisuuden.

-Biologisesti käyttökelpoiset ravintoaineet ovat välttämättömiä kiinnostavien mikro-organismien kasvulle ja lisääntymiselle. Pääasiassa hiiltä, ​​fosforia ja typpeä on valvottava sekä joitakin välttämättömiä mineraaleja.

-Vesipitoisen väliaineen happamuus tai emäksisyys tai pH (H-ionien mittaus)+ keskellä).

-Hapen saatavuus: useimmissa bioremediaatiotekniikoissa käytetään aerobisia mikro-organismeja (esimerkiksi kompostoinnissa, biopiileissä ja "Land viljely") ja substraatin ilmastus on tarpeen. Anaerobisia mikro-organismeja voidaan kuitenkin käyttää bioremediaatioprosesseissa hyvin kontrolloiduissa laboratorio-olosuhteissa (bioreaktorien avulla).

Bioremediaation tyypit

Käytetyistä bioremediaatioteknologioista ovat seuraavat:

biostimulaatio

Biostimulaatio koostuu stimulaatiosta in situ sellaisten mikro-organismien joukosta, jotka ovat jo läsnä saastuneessa väliaineessa (autoteettiset mikro-organismit), jotka kykenevät bioremedioimaan saastuttavan aineen.

biostimulaatio in situ se saavutetaan optimoimalla fysikaalis-kemialliset olosuhteet halutulle prosessille, ts. muun muassa pH, happi, kosteus, lämpötila ja tarvittavien ravintoaineiden lisääminen.

bioaugmentation

Bioaugmentointi merkitsee mielenkiintoisten mikro-organismien määrän lisäämistä (mieluiten autochtonous) laboratoriossa kasvatetun inokulaationsa ansiosta..

Sen jälkeen kun kiinnostavat mikro-organismit on siirrostettu in situ, Fysikaalis-kemialliset olosuhteet on optimoitava (kuten biostimulaatiossa) mikro-organismien hajoavan aktiivisuuden edistämiseksi.

Bioaugmentaation soveltamiseksi olisi harkittava mikrobiologisen viljelyn kustannuksia laboratoriossa olevissa bioreaktoreissa.

Sekä biostimulaatiota että bioaugmentaatiota voidaan yhdistää kaikkien muiden alla kuvattujen bioteknologioiden kanssa.

kompostointi

Kompostointi koostuu saastuneen materiaalin sekoittamisesta saastuttamattomaan maaperään, johon on lisätty kasvi- tai eläinparannusaineita ja ravinteita. Tämä seos muodostaa enintään 3 metriä korkeita, toisistaan ​​erotettuja kartioita.

Kourien alempien kerrosten hapettumista tulisi ohjata säännöllisesti poistamalla koneesta yhdestä paikasta toiseen. Myös kosteuden, lämpötilan, pH: n, ravinteiden optimaaliset olosuhteet on säilytettävä.

biocells

Bioremediointitekniikka biopiileillä on sama kuin edellä kuvattu kompostointitekniikka, lukuun ottamatta seuraavia:

  • Kasvin- tai eläinperäisten parantavien aineiden puuttuminen.
  • Ilmanpoiston poistaminen liikkumalla paikasta toiseen.

Biopileet pysyvät kiinteinä samassa paikassa, ne on ilmastettu niiden sisäisissä kerroksissa putkijärjestelmän kautta, jonka asennus-, käyttö- ja huoltokustannukset on otettava huomioon järjestelmän suunnitteluvaiheessa..

viljelypuhdistuksessa

Biotekniikka, jota kutsutaan maankäyttöä varten (käännetty englanniksi: veistetty maasta), koostuu saastuneen materiaalin (mutan tai sedimentin) sekoittamisesta ensimmäisen 30 cm: n saastuttamattoman maaperän kanssa laajasta maasta..

Näissä ensimmäisissä senttimetreissä pilaavien aineiden hajoaminen suosii sen ilmastoinnin ja sekoittumisen ansiosta. Tässä työssä käytetään maatalouskoneita, kuten aura-traktorit.

Maanviljelyn tärkein haittapuoli on se, että se edellyttää välttämättä suuria maa-alueita, joita voitaisiin käyttää elintarviketuotantoon.

fytoremediaatio

Phytoremediation, jota kutsutaan myös bioremediaatioksi, jota avustavat mikro-organismit ja kasvit, on joukko bioteknologioita, jotka perustuvat kasvien ja mikro-organismien käyttöön pinnan tai maanalaisen veden, lietteen ja maaperän saastuttavien aineiden myrkyllisyyden poistamiseksi, rajoittamiseksi tai vähentämiseksi..

Fytoremediaation aikana saattaa esiintyä epäpuhtauden hajoamista, uuttamista ja / tai stabilointia (biologisen hyötyosuuden väheneminen). Nämä prosessit riippuvat vuorovaikutuksesta kasvien ja mikro-organismien välillä, jotka elävät hyvin lähellä juuriaan, kutsutulla alueella rhizosphere.

Phytoremediation on ollut erityisen onnistunut raskasmetallien ja radioaktiivisten aineiden poistamisessa maaperästä ja pintavesistä tai pohjavedestä (tai saastuneen veden risofiltraatiosta)..

Tällöin kasvit kerääntyvät kudoksissaan ympäristön metalleja ja sitten ne kerätään ja poltetaan valvotuissa olosuhteissa, niin että epäpuhtaus menee hajaantuneena ympäristöön ja keskittyy tuhkaan..

Saatua tuhkaa voidaan käsitellä metallin talteenottamiseksi (jos se on taloudellisesti kiinnostavaa), tai ne voidaan hylätä jätteen loppusijoituspaikoilla..

Phytoremediationin haittapuolena on syvällisen tuntemuksen puuttuminen vuorovaikutuksista, joita esiintyy mukana olevien organismien (kasvit, bakteerit ja mahdollisesti mycorrhizal-sienet) välillä..

Toisaalta on säilytettävä ympäristöolosuhteet, jotka täyttävät kaikkien sovellettavien virastojen tarpeet.

bioreaktorit

Bioreaktorit ovat suurikokoisia säiliöitä, joiden avulla voidaan ylläpitää hyvin kontrolloituja fysikaalis-kemiallisia olosuhteita vesipitoisessa viljelyalustassa kiinnostavan biologisen prosessin edistämiseksi.

Bioreaktoreissa bakteeri-mikro-organismeja ja sieniä voidaan kasvattaa suuressa mittakaavassa ja laboratoriossa ja sitten niitä voidaan käyttää bioaugmentaatioprosesseissa in situ. Mikro-organismeja voidaan viljellä myös niiden saastuttavan entsyymin hajottavan entsyymin saamiseksi.

Bioreaktoreita käytetään bioremediaatioprosesseissa ex situ, kun kontaminoitunut substraatti sekoitetaan mikrobikasvatusalustaan, edistäen epäpuhtauden hajoamista.

Bioreaktoreissa kasvatetut mikro-organismit voivat jopa olla anaerobisia, jolloin vesipitoisen kasvualustan ei tarvitse olla liuennutta happea.

Bioremediaatioteknologioiden joukossa bioreaktorien käyttö on suhteellisen kallista laitteiden ylläpidon ja mikrobikulttuurin vaatimusten vuoksi..

mycoremediation

Micorremediation on sieni-mikro-organismien (mikroskooppisten sienien) käyttö myrkyllisen epäpuhtausaineen bioremediaatioprosesseissa..

On katsottava, että mikroskooppisten sienten viljely on tavallisesti monimutkaisempi kuin bakteerien, ja siksi se aiheuttaa suurempia kustannuksia. Lisäksi sienet kasvavat ja lisääntyvät hitaammin kuin bakteerit, ja sieni-avusteinen bioremediaatio on hitaampi prosessi.

Bioremediaatio verrattuna perinteisiin fysikaalisiin ja kemiallisiin teknologioihin

-hyöty

Bioremediaation bioteknologiat ovat paljon taloudellisempia ja ympäristöystävällisempiä kuin perinteisesti sovellettavat kemialliset ja fyysiset ympäristön puhtaanapitoteknologiat.

Tämä tarkoittaa, että bioremediaation soveltaminen on ympäristövaikutuksia pienempi kuin perinteiset fysikaalis-kemialliset käytännöt.

Toisaalta bioremediaatioprosesseissa käytettyjen mikro-organismien joukossa jotkut voivat jatkaa epäpuhtauksien mineralisointia, varmistamalla niiden häviämisen ympäristöstä, jotain vaikeaa saavuttaa yhdessä vaiheessa tavanomaisilla fysikaalis-kemiallisilla prosesseilla..

-Haitat ja näkökohdat, jotka on otettava huomioon

Luonnossa olemassa olevat mikrobien aineenvaihduntaa

Koska vain 1% luonnossa olevista mikro-organismeista on eristetty, yksi bioremediaation rajoitus on nimenomaan sellaisten mikro-organismien tunnistaminen, jotka kykenevät biologisesti hajottamaan tietyn epäpuhtausaineen..

Tietämättömyys sovelletusta järjestelmästä

Toisaalta bioremediaatio toimii kahden tai useamman elävän organismin monimutkaisella järjestelmällä, joka ei yleensä ole täysin tiedossa.

Jotkut tutkitut mikro-organismit ovat biotransformoineet kontaminoivat yhdisteet entistä myrkyllisemmiksi sivutuotteiksi. Siksi on tarpeen tutkia aiemmin laboratoriossa bioremedioivia organismeja ja niiden vuorovaikutuksia syvällisesti.

Lisäksi pienimuotoiset kokeilutestit (kentällä) on tehtävä ennen niiden massiivista levittämistä, ja lopuksi on valvottava bioremediaatioprosesseja. in situ, varmistaa, että ympäristön puhtaanapito tapahtuu oikein.

Laboratoriossa saatujen tulosten ekstrapolointi

Biologisten järjestelmien suuresta monimutkaisuudesta johtuen laboratoriossa pienellä mittakaavalla saatuja tuloksia ei aina voida ekstrapoloida kenttäprosesseihin.

Jokaisen bioremediaatioprosessin erityispiirteet

Kussakin bioremediaatioprosessissa on erityinen kokeellinen suunnittelu saastuneen alueen erityisolosuhteiden, käsiteltävän epäpuhtauden ja sovellettavien organismien mukaan..

Sitten on välttämätöntä, että näitä prosesseja ohjaavat monialaiset asiantuntijaryhmät, joiden joukossa muun muassa biologit, kemistit, insinöörit,.

Ympäristön fysikaalis-kemiallisten olosuhteiden ylläpitäminen kiinnostuksen kohteena olevan kasvun ja aineenvaihduntatoiminnan edistämiseksi merkitsee pysyvää tehtävää bioremediointiprosessin aikana.

Tarvittava aika

Lopuksi bioremediaatioprosessit voivat kestää kauemmin kuin tavanomaiset fysikaalis-kemialliset prosessit.

viittaukset

  1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Käytetyn öljyn pilaantuneen maaperän bioremediointi siipikarjan pentueella. Tutkimuslehti Engineering and Applied Sciences3 (2) 124-130
  2. Adams, O. (2015). "Bioremediointi, biostimulaatio ja bioaugmentaatio: arvostelu". International Bioremediation ja Biodegration -lehti. 3 (1): 28-39.
  3. Boopathy, R. (2000). "Bioremediaatioteknologiaa rajoittavat tekijät". Bioresource-tekniikka. 74: 63-7. doi: 10,016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
  4. Eweis J. B., Ergas, S.J., Chang, D. P.Y. ja Schoeder, D. (1999). Biorrecuperaciónin periaatteet. McGraw-Hill Interamericana de España, Madrid. s. 296.
  5. Madigan, M.T., Martinko, J. M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. ja Brock, T. (2015). Mikrobien biologinen biologia. 14 toim. Benjamin Cummings. s. 1041.
  6. McKinney, R. E. (2004). Ympäristön pilaantumisen torjunnan mikrobiologia. M. Dekker s. 453.
  7. Pilon-Smits E. 2005. Phytoremediation. Annu. Rev. Plant Biol. 56: 15-39.