Bioremediációs jellemzők, típusok, előnyök és hátrányok

az bioremediation a környezetvédelmi higiéniai biotechnológiák halmaza, amelyek a baktérium mikroorganizmusok, gombák, növények és / vagy izolált enzimeik anyagcseréjét használják a talajban és a vízben lévő szennyeződések kiküszöbölésére.

Mikroorganizmusok (baktériumok és gombák) és egyes növények biotranszformálhatnak számos mérgező és szennyező szerves vegyületet, így nem károsak vagy ártalmatlanok. Néhány szerves vegyületet is legegyszerűbb formájukra, például metánra (CH₄) és szén-dioxid (CO₂).

Néhány mikroorganizmus és növény is kivonatolható vagy immobilizálható a környezetben (in situ) mérgező kémiai elemek, például nehézfémek. A mérgező anyag környezetben történő rögzítésével az élő szervezetek számára már nem áll rendelkezésre, ezért nem befolyásolja őket.

Ezért a mérgező anyag biológiai hozzáférhetőségének csökkenése szintén a bioremediáció egyik formája, bár nem jelenti az anyag közegből történő eltávolítását..

Jelenleg egyre nagyobb a tudományos és kereskedelmi érdeklődés az alacsony környezeti hatású (vagy „környezetbarát”) gazdasági technológiák fejlesztésére, mint például a felszíni vizek, talajvíz, iszap és szennyezett talaj bioremediációja..

index

• 1 A bioremediáció jellemzői
  • 1.1 Bioremediálható szennyezőanyagok
  • 1.2 Fizikai-kémiai feltételek a bioremediáció során
• 2 A bioremediáció típusai
  • 2.1 Biostimuláció
  • 2.2 Bioaugmentáció
  • 2.3 Komposztálás
  • 2.4 Biopiles
  • 2.5 Földművelés
  • 2.6 Phytoremediation
  • 2.7. Bioreaktorok
  • 2.8 Mikroremediáció
• 3 Bioremediáció a hagyományos fizikai és kémiai technológiákkal szemben
  • 3.1. Előnyök
  • 3.2. Hátrányok és szempontok
• 4 Referenciák

A bioremediáció jellemzői

Bioremediálható szennyezőanyagok

A bioremediált szennyező anyagok közül többek között a nehézfémek, a radioaktív anyagok, a mérgező szerves szennyező anyagok, a robbanóanyagok, a kőolajból származó szerves vegyületek (poliaromás szénhidrogének vagy HPA-k), a fenolok..

Fizikai-kémiai feltételek a bioremediáció során

Mivel a bioremediációs folyamatok a mikroorganizmusok és az élő növények vagy az izolált enzimek aktivitásától függenek, az egyes organizmusok vagy enzimrendszerek megfelelő fizikai-kémiai feltételeit meg kell őrizni, hogy a bioremediációs folyamatban a metabolikus aktivitásuk optimalizálódjon..

A bioremediációs folyamat során optimalizálandó és fenntartható tényezők

-A szennyező anyag koncentrációja és biohasznosulása környezeti körülmények között: mert ha túl magas, akkor káros lehet ugyanazon mikroorganizmusokra, amelyek képesek biotranszformálni őket.

-Páratartalom: a víz rendelkezésre állása létfontosságú az élő szervezetek számára, valamint a sejtmentes biológiai katalizátorok enzimatikus aktivitása szempontjából. Általában 12–25% relatív páratartalmat kell fenntartani a bioremediáció alatt álló talajokban.

-A hőmérsékletnek olyan tartományban kell lennie, amely lehetővé teszi az alkalmazott szervezetek túlélését és / vagy a szükséges enzimatikus aktivitást.

-A biohasznosítható tápanyagok: a fontos mikroorganizmusok növekedéséhez és szaporodásához nélkülözhetetlenek. Főként szén-, foszfor- és nitrogént kell szabályozni, valamint néhány alapvető ásványi anyagot.

-A vizes közeg savtartalma vagy lúgossága vagy a pH (H ionok mérése)⁺ közepén.

-Az oxigén rendelkezésre állása: a legtöbb bioremediációs technikában aerob mikroorganizmusokat használnak (pl. Komposztálás, biopiles és „Land gazdálkodás”), és a szubsztrát levegőztetése szükséges. Az anaerob mikroorganizmusok azonban bioremediációs eljárásokban is alkalmazhatók, erősen ellenőrzött laboratóriumi körülmények között (bioreaktorok használata).

A bioremediáció típusai

Az alkalmazott bioremediációs biotechnológiák a következők:

biostimulációja

A biostimuláció stimulációból áll in situ a szennyezett közegben már jelen lévő mikroorganizmusok (autontonikus mikroorganizmusok), amelyek képesek a szennyező anyag bioremediálására.

biostimulációja in situ ez a kívánt folyamat fizikai-kémiai feltételeinek optimalizálásával érhető el, azaz; a pH, az oxigén, a páratartalom, a hőmérséklet, többek között, és a szükséges tápanyagok hozzáadása.

bioaugmentációs

A bioaugmentáció magában foglalja az érdeklődésre számot tartó mikroorganizmusok mennyiségének (lehetőleg autochtonikus) növelését a laboratóriumban tenyésztett inokula hozzáadásának köszönhetően..

Ezt követően, miután az érdekelt mikroorganizmusokat beoltottuk in situ, A mikroorganizmusok lebomló aktivitásának elősegítése érdekében a fizikai-kémiai körülményeket optimalizálni kell (például a biostimuláció során)..

A bioaugmentáció alkalmazásához figyelembe kell venni a laboratóriumi bioreaktorok mikrobiológiai kultúrájának költségeit.

Mind a biostimuláció, mind a bioaugmentáció kombinálható az alábbiakban ismertetett összes többi biotechnológiával.

komposztáló

A komposztálás a szennyezett anyagnak a növényi vagy állatjavító szerekkel és tápanyagokkal kiegészített szennyezett talajjal való összekeverése. Ez a keverék legfeljebb 3 m magas kúpokat képez, egymástól elválasztva.

A kúpok alsó rétegeinek oxigenizációját szabályozni kell a géppel egy helyről a másikra történő rendszeres eltávolítással. A páratartalom, a hőmérséklet, a pH, a tápanyagok optimális feltételeit is meg kell őrizni.

biocells

A biopiles bioremediációs technika megegyezik a fent leírt komposztálási technikával, kivéve:

• A növényi vagy állati eredetű javítószerek hiánya.
• A levegőztetés megszüntetése egy helyről a másikra történő mozgással.

A biopilák ugyanazon a helyen rögzítve maradnak, és belső rétegeikben a csövek rendszerén keresztül levegőztetik őket, amelyek telepítési, üzemeltetési és karbantartási költségeit figyelembe kell venni a rendszer tervezési fázisában..

landfarming

A "földművelésnek" nevezett biotechnológia (angolról lefordítva: a földből faragott) a szennyezett anyag (sár vagy üledék) összekeverése az első 30 cm-es, szennyezett talajjal..

A talaj első centiméterében a szennyező anyagok lebomlása a levegőztetés és keverés miatt kedvező. Ehhez a munkához mezőgazdasági gépeket használnak, mint pl.

A földművelés fő hátránya, hogy szükségszerűen nagy földterületeket igényel, amelyeket az élelmiszertermeléshez lehetne felhasználni.

fitoremediációra

A mikroorganizmusok és növények által bioremediációnak nevezett fitoremediáció a növények és mikroorganizmusok használatán alapuló biotechnológiák halmaza, amely a felszíni vagy a felszín alatti vízben, az iszapban és a talajban lévő szennyező anyagok toxicitásának eltávolítására, korlátozására vagy csökkentésére szolgál..

A fitoremediáció során a szennyeződés lebomlása, extrahálása és / vagy stabilizálása (a biológiai hozzáférhetőség csökkenése) előfordulhat. Ezek a folyamatok a növények és a gyökereikhez közeli mikroorganizmusok közötti kölcsönhatásoktól függenek, egy adott területen rhizoszféra.

A fitoremediáció különösen sikeres volt a nehézfémek és a radioaktív anyagok talajból és felszíni vagy talajvízből történő eltávolításából (vagy a szennyezett víz rizofiltrációjából)..

Ebben az esetben a növények a szöveteikben felhalmozódnak a környezet fémei, majd betakarítják és égetik ellenőrzött körülmények között, hogy a szennyező anyag a környezetben diszpergálódjon, és hamarosan koncentrálódjon..

A kapott hamu kezelhető a fém visszanyeréséhez (ha ez gazdasági érdekű), vagy el lehet hagyni a hulladék végleges elhelyezésének helyén..

A fitoremediáció hátránya az érintett szervezetek (növények, baktériumok és esetleg mikorrhiza gombák) közötti kölcsönhatások mélyreható ismereteinek hiánya..

Másrészről fenn kell tartani a környezeti feltételeket, amelyek megfelelnek az összes alkalmazott ügynökség igényeinek.

bioreaktorok

A bioreaktorok jelentős méretű tartályok, amelyek lehetővé teszik a magasan szabályozott fizikai-kémiai körülmények fenntartását a vizes tenyésztőközegekben, hogy elősegítsék a biológiai folyamatot..

A bioreaktorokban a bakteriális mikroorganizmusok és gombák nagy mennyiségben és a laboratóriumban termeszthetők, majd bioaugmentációs folyamatokban alkalmazhatók. in situ. Mikroorganizmusok is termeszthetők a szennyező enzimek lebontó enzimjeinek megszerzése érdekében.

A bioreaktorokat bioremediációs folyamatokban használják ex situ, ha a szennyezett szubsztrátumot összekeverjük a mikrobiális tenyésztő tápközeggel, a szennyeződés lebomlását előnyben részesítjük.

A bioreaktorokban termesztett mikroorganizmusok még anaerobok is lehetnek, ebben az esetben a vizes tenyésztőközegnek hiányosnak kell lennie az oldott oxigénnel..

A bioremediációs biotechnológiák közül a bioreaktorok használata viszonylag drága, a berendezések karbantartása és a mikrobiológiai kultúra követelményei miatt.

mycoremediation

Mikroremediáció a gombás mikroorganizmusok (mikroszkópos gombák) alkalmazása toxikus szennyezőanyag bioremediációs folyamataiban..

Figyelembe kell venni, hogy a mikroszkópos gombák termesztése általában bonyolultabb, mint a baktériumoké, és ezért magasabb költségeket jelent. Emellett a gombák lassabban nőnek és szaporodnak, mint a baktériumok, és a gomba által támogatott bioremediáció lassabb folyamat..

Bioremediáció a hagyományos fizikai és kémiai technológiákkal szemben

-haszon

A bioremediációs biotechnológiák sokkal gazdaságosabbak és környezetbarátabbak, mint a hagyományosan alkalmazott kémiai és fizikai környezeti higiéniai technológiák.

Ez azt jelenti, hogy a bioremediáció alkalmazása kisebb hatással van a környezetre, mint a hagyományos fizikai-kémiai gyakorlatok.

Másrészről a bioremediációs folyamatokban alkalmazott mikroorganizmusok közül egyesek tovább folytathatják a szennyező vegyületek mineralizálását, biztosítva azok eltűnését a környezetből, amit nehéz elérni egy lépésben a hagyományos fizikai-kémiai folyamatokkal..

-Hátrányok és megfontolandó szempontok

Mikrobiális anyagcsere-képesség a természetben

Tekintettel arra, hogy a természetben létező mikroorganizmusok mindössze 1% -át izolálták, a bioremediáció egyik korlátozása pontosan az adott szennyező anyag biológiai lebontására képes mikroorganizmusok azonosítása..

Az alkalmazott rendszer ismeretlensége

Másrészről a bioremediáció két vagy több élő szervezet komplex rendszerével működik, ami általában nem teljesen ismert.

Néhány vizsgált mikroorganizmus biotranszformálta a szennyező vegyületeket még toxikusabb melléktermékekké. Ezért szükséges a laboratóriumban korábban tanulmányozni a bioremediáló szervezeteket és azok kölcsönhatásait.

Ezen túlmenően, kis méretű kísérleti teszteket kell elvégezni (a területen), mielőtt azokat masszívan alkalmazzák, és végül a bioremediációs folyamatokat figyelemmel kell kísérni. in situ, annak biztosítása érdekében, hogy a környezetvédelmi higiénia helyesen történjen.

A laboratóriumban kapott eredmények extrapolálása

A biológiai rendszerek nagy bonyolultsága miatt a laboratóriumban kis méretekben kapott eredményeket nem mindig lehet a terepi folyamatokra extrapolálni.

Minden bioremediációs folyamat sajátosságai

Minden bioremediációs eljárás egy specifikus kísérleti tervet foglal magában, a szennyezett terület sajátos körülményeinek, a kezelendő szennyező anyag típusának és az alkalmazandó szervezeteknek megfelelően..

Szükséges tehát, hogy ezeket a folyamatokat interdiszciplináris szakértői csoportok irányítsák, köztük biológusok, vegyészek, mérnökök, többek között.

A környezet fizikai-kémiai feltételeinek fenntartása a növekedés és az anyagcsere-aktivitás elősegítése érdekében tartós feladatot jelent a bioremediációs folyamat során..

Szükséges idő

Végül a bioremediációs folyamatok hosszabb ideig tarthatnak, mint a hagyományos fizikai-kémiai folyamatok.

referenciák

1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). A kiégett olaj szennyezett talajainak bioremediációja baromfi-almával. Kutatási folyóirat a mérnöki és az alkalmazott tudományok területén3 (2) 124-130
2. Adams, O. (2015). "Bioremediáció, biostimuláció és bioaugmentáció: áttekintés". Nemzetközi környezetvédelmi bioremediáció és biológiai integráció. 3 (1): 28-39.
3. Boopathy, R. (2000). "A bioremediációs technológiákat korlátozó tényezők". Bioresource technológia. 74: 63-7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
4. Eweis J. B., Ergas, S. J., Chang, D. P. Y. és Schoeder, D. (1999). A Biorrecuperación alapelvei. McGraw-Hill Interamericana de España, Madrid. pp.
5. Madigan, M. T., Martinko, J. M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. és Brock, T. (2015). A mikroorganizmusok biológiai biológiája. 14 szerk. Benjamin Cummings. pp. 1041.
6. McKinney, R. E. (2004). Környezetszennyezés elleni mikrobiológia. M. Dekker 453. oldal.
7. Pilon-Smits E. 2005. Phytoremediation. Annu. Rev. Plant Biol. 56: 15-39.