Bioremediační charakteristiky, typy, výhody a nevýhody



bioremediace je soubor biotechnologií šetrných k životnímu prostředí, které využívají metabolické kapacity bakteriálních mikroorganismů, hub, rostlin a / nebo jejich izolovaných enzymů k eliminaci kontaminantů v půdě a ve vodě.

Mikroorganismy (bakterie a houby) a některé rostliny mohou biotransformovat širokou škálu toxických a znečišťujících organických sloučenin, což je činí neškodnými nebo neškodnými. Mohou dokonce biodegradovat některé organické sloučeniny na své nejjednodušší formy, jako je metan (CH4) a oxidu uhličitého (CO2).

Také některé mikroorganismy a rostliny mohou extrahovat nebo imobilizovat v prostředí (in situ) toxické chemické prvky, jako jsou těžké kovy. Imobilizací toxické látky v životním prostředí již není k dispozici živým organismům, a proto je neovlivňuje.

Snížení biologické dostupnosti toxické látky je proto také formou bioremediace, i když neznamená eliminaci látky z média..

V současné době roste vědecký a komerční zájem o rozvoj ekonomických technologií s nízkým dopadem na životní prostředí (nebo „šetrných k životnímu prostředí“), jako je bioremediace povrchových vod, podzemních vod, kalů a kontaminované půdy..

Index

  • 1 Charakteristika bioremediace
    • 1.1 Kontaminanty, které mohou být bioremediated
    • 1.2 Fyzikálně-chemické podmínky během bioremediace
  • 2 Typy bioremediace
    • 2.1 Biostimulace
    • 2.2 Bioaugmentace
    • 2.3 Kompostování
    • 2.4 Biopily
    • 2.5 Landfarming
    • 2.6 Fytoremediace
    • 2.7 Bioreaktory
    • 2.8 Micorremediation
  • 3 Bioremediace versus konvenční fyzikální a chemické technologie
    • 3.1 - Výhody
    • 3.2-Nevýhody a aspekty, které je třeba zvážit
  • 4 Odkazy

Charakteristika bioremediace

Kontaminanty, které mohou být bioremediated

Mezi znečišťujícími látkami, které byly bioremediated, patří těžké kovy, radioaktivní látky, toxické organické polutanty, výbušné látky, organické sloučeniny odvozené z ropy (polyaromatické uhlovodíky nebo HPA), mimo jiné fenoly..

Fyzikálně-chemické podmínky během bioremediace

Vzhledem k tomu, že bioremediační procesy závisí na aktivitě mikroorganismů a živých rostlin nebo jejich izolovaných enzymů, musí být zachovány odpovídající fyzikálně-chemické podmínky pro každý organismus nebo enzymatický systém, aby se optimalizovala jejich metabolická aktivita v bioremediačním procesu..

Faktory, které musí být optimalizovány a udržovány během celého procesu bioremediace

-Koncentrace a biologická dostupnost znečišťující látky za podmínek prostředí: protože je-li příliš vysoká, může být škodlivá pro stejné mikroorganismy, které mají schopnost biotransformovat je..

-Vlhkost: dostupnost vody je nezbytná pro živé organismy, jakož i pro enzymatickou aktivitu biologických katalyzátorů bez buněk. Obecně platí, že relativní vlhkost 12 až 25% musí být udržována v půdách, které se podrobují bioremediace.

-Teplota: musí být v rozsahu, který umožňuje přežití použitých organismů a / nebo požadované enzymatické aktivity.

-Biologicky dostupné živiny: nezbytné pro růst a množení požadovaných mikroorganismů. Je třeba kontrolovat především uhlík, fosfor a dusík, jakož i některé nezbytné minerály.

-Kyslost nebo zásaditost vodného média nebo pH (měření H iontů+ uprostřed).

-Dostupnost kyslíku: ve většině bioremediačních technik se používají aerobní mikroorganismy (například v kompostování, biopilotech a "Landfarming"), a provzdušnění podkladu je nezbytné. Anaerobní mikroorganismy však mohou být použity v bioremediačních procesech za vysoce kontrolovaných laboratorních podmínek (s použitím bioreaktorů)..

Typy bioremediace

Mezi aplikovanými biotechnologickými biotechnologiemi patří:

Biostimulace

Biostimulace se skládá ze stimulace in situ mikroorganismů již přítomných v médiu, které bylo kontaminováno (autochtonní mikroorganismy), schopné biologické kontaminace kontaminující látky.

Biostimulace in situ to je dosaženo optimalizací fyzikálně-chemických podmínek pro to, aby nastal požadovaný proces, tj.; pH, kyslík, vlhkost, teplota, mimo jiné a přidávání nezbytných živin.

Bioaugmentace

Bioaugmentace předpokládá zvýšení množství mikroorganismů, které jsou předmětem zájmu (nejlépe autochtonní), a to díky přidání jejich inokul kultivovaných v laboratoři.

Následně, jakmile byly mikroorganismy, které jsou předmětem zájmu, inokulovány in situ, Fyzikálně-chemické podmínky musí být optimalizovány (např. V biostimulaci), aby se podpořila degradační aktivita mikroorganismů..

Pro aplikaci bioaugmentace je třeba zvážit náklady na mikrobiální kultivaci v bioreaktorech v laboratoři.

Biostimulace a bioaugmentace mohou být kombinovány se všemi dalšími biotechnologiemi popsanými níže.

Kompostování

Kompostování spočívá v míchání kontaminovaného materiálu s nekontaminovanou půdou doplněnou rostlinnými nebo živočišnými látkami a živinami. Tato směs tvoří kužely vysoké až 3 m, oddělené od sebe.

Okysličování spodních vrstev kuželů by mělo být řízeno pravidelným odstraňováním z jednoho místa na druhé strojním zařízením. Také musí být dodrženy optimální podmínky pro vlhkost, teplotu, pH, živiny.

Biopily

Bioremediační technika s biopily je stejná jako technika kompostování popsaná výše, s výjimkou:

  • Absence zlepšujících činidel rostlinného nebo živočišného původu.
  • Odstranění aerace pohybem z jednoho místa na druhé.

Biopily zůstávají na stejném místě, jsou provzdušňovány v jejich vnitřních vrstvách systémem trubek, jejichž náklady na instalaci, provoz a údržbu musí být zohledněny ve fázi návrhu systému..

Landfarming

Biotechnologie nazvaná "landfarming" (přeložená z angličtiny: vyřezaná ze země), spočívá v míchání kontaminovaného materiálu (bláta nebo sedimentu) s prvních 30 cm neznečištěné půdy rozsáhlé půdy.

V těchto prvních centimetrech půdy je díky aeraci a míchání upřednostňována degradace znečišťujících látek. Pro tuto práci se používají zemědělské stroje, jako jsou pluhové traktory.

Hlavní nevýhodou skládkování je, že nutně vyžaduje velké plochy půdy, které by mohly být využity pro výrobu potravin.

Fytoremediace

Fytoremediace, také nazývaná bioremediace, za pomoci mikroorganismů a rostlin, je souborem biotechnologií založených na použití rostlin a mikroorganismů k odstranění, omezení nebo snížení toxicity kontaminujících látek v povrchových nebo podzemních vodách, kalech a půdě..

Během fytoremediační degradace se může vyskytnout extrakce a / nebo stabilizace (snížení biologické dostupnosti) kontaminantu. Tyto procesy závisí na interakcích mezi rostlinami a mikroorganismy, které žijí velmi blízko jejich kořenů, v oblasti zvané rhizosféra.

Fytoremediace byla zvláště úspěšná při odstraňování těžkých kovů a radioaktivních látek z půdy a povrchových nebo podzemních vod (nebo rhizofiltraci kontaminované vody)..

V tomto případě se rostliny hromadí ve svých tkáních kovy prostředí a pak se sklízejí a spalovají za řízených podmínek tak, aby se znečišťující látka dostala z rozptýlení do životního prostředí, aby se koncentrovala ve formě popela..

Získaný popel může být upraven tak, aby se získal kov (pokud je ekonomicky zajímavý), nebo může být opuštěn v místech konečného odstranění odpadu..

Nevýhodou fytoremediace je nedostatek důkladných znalostí o interakcích, které se vyskytují mezi zúčastněnými organismy (rostliny, bakterie a možná mykorhizní houby)..

Na druhé straně musí být zachovány podmínky prostředí, které splňují potřeby všech uplatňovaných agentur.

Bioreaktory

Bioreaktory jsou nádoby značné velikosti, které umožňují udržovat vysoce kontrolované fyzikálně-chemické podmínky ve vodném kultivačním médiu, aby se podpořil biologický proces zájmu..

V bioreaktorech lze bakteriální mikroorganismy a houby pěstovat ve velkém měřítku a v laboratoři a následně aplikovat v bioaugmentačních procesech. in situ. Mikroorganismy mohou být také kultivovány v zájmu získání jejich kontaminujících enzymů degradujících enzymy.

Bioreaktory se používají v bioremediačních procesech ex situ, když je kontaminovaný substrát smíchán s mikrobiálním kultivačním médiem, což podporuje degradaci kontaminantu.

Mikroorganismy pěstované v bioreaktorech mohou být dokonce anaerobní, v takovém případě musí vodní kultivační médium obsahovat rozpuštěný kyslík..

Mezi biotechnologickými biotechnologiemi je použití bioreaktorů poměrně nákladné, a to díky údržbě zařízení a požadavkům na mikrobiální kulturu..

Micorremediation

Micorremediation je použití houbových mikroorganismů (mikroskopické houby), v bioremediačních procesech toxické kontaminující látky.

Je třeba vzít v úvahu, že kultivace mikroskopických hub je obvykle složitější než kultivace bakterií, a proto znamená vyšší náklady. Kromě toho houby rostou a rozmnožují se pomaleji než bakterie, přičemž pomalejší proces má bioremediace podporovaná houbami.

Bioremediace versus konvenční fyzikální a chemické technologie

-Výhody

Biotechnologické biotechnologie jsou mnohem ekonomičtější a šetrnější k životnímu prostředí než konvenční chemické a fyzikální technologie sanitace životního prostředí..

To znamená, že aplikace bioremediace má menší dopad na životní prostředí než konvenční fyzikálně-chemické postupy.

Na druhé straně, mezi mikroorganismy používanými v bioremediačních procesech, někteří mohou pokračovat v mineralizaci kontaminujících sloučenin, zajištění jejich vymizení z prostředí, něčeho obtížného dosáhnout v jediném kroku s konvenčními fyzikálně-chemickými procesy.

-Nevýhody a aspekty, které je třeba zvážit

Mikrobiální metabolické kapacity v přírodě

Vzhledem k tomu, že bylo izolováno pouze 1% existujících mikroorganismů, jedním z omezení bioremediace je právě identifikace mikroorganismů schopných biologicky odbourat specifickou znečišťující látku..

Neznalost aplikovaného systému

Na druhé straně, bioremediace pracuje s komplexním systémem dvou nebo více živých organismů, který obecně není úplně známý.

Některé studované mikroorganismy biotransformovaly kontaminující sloučeniny na ještě toxičtější vedlejší produkty. Proto je nutné v laboratoři dříve studovat bioremediační organismy a jejich interakce do hloubky.

Kromě toho musí být provedeny malé pilotní testy (v terénu) před jejich masivním použitím a nakonec musí být sledovány bioremediační procesy. in situ, zajistit, aby k hygieně životního prostředí docházelo správně.

Extrapolace výsledků získaných v laboratoři

Vzhledem k vysoké složitosti biologických systémů nelze výsledky získané v malém měřítku v laboratoři vždy extrapolovat na polní procesy..

Zvláštnosti každého bioremediačního procesu

Každý bioremediační proces zahrnuje specifický experimentální návrh, v závislosti na konkrétních podmínkách kontaminovaného místa, typu kontaminantu, který má být ošetřen a organismů, které mají být aplikovány..

Je tedy nutné, aby tyto procesy byly řízeny interdisciplinárními skupinami odborníků, mezi nimiž jsou mimo jiné biologové, chemici, inženýři..

Udržování fyzikálně-chemických podmínek prostředí, které podporují růst a metabolickou aktivitu, vyžaduje trvalý úkol během procesu bioremediace.

Potřebný čas

Bioremediační procesy mohou trvat déle než konvenční fyzikálně-chemické procesy.

Odkazy

  1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Bioremediace půdy kontaminované vyhořelým olejem pomocí drůbežího steliva. Výzkumný časopis v inženýrství a aplikovaných vědách3 (2) 124-130
  2. Adams, O. (2015). "Bioremediace, biostimulace a bioaugmentace: recenze". Mezinárodní deník životního prostředí Bioremediation a biodegrace. 3 (1): 28-39.
  3. Boopathy, R. (2000). "Faktory omezující bioremediační technologie". Technologie biologických zdrojů. 74: 63-7. doi: 10,1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
  4. Eweis J. B., Ergas, S. J., Chang, D. P.Y. a Schoeder, D. (1999). Zásady Biorrecuperación. McGraw-Hill Interamericana de España, Madrid. pp 296.
  5. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. a Brock, T. (2015). Brockova biologie mikroorganismů. 14 ed. Benjamin Cummings. pp 1041.
  6. McKinney, R. E. (2004). Mikrobiologie kontroly znečištění životního prostředí. M. Dekker pp 453.
  7. Pilon-Smits E. 2005. Phytoremediation. Annu. Plant Biol., 56: 15-39.