Bioremediačné charakteristiky, typy, výhody a nevýhody

biodegradačné je súbor biotechnológií na ochranu životného prostredia, ktoré využívajú metabolické kapacity bakteriálnych mikroorganizmov, húb, rastlín a / alebo ich izolovaných enzýmov na elimináciu kontaminantov v pôde a vo vode.

Mikroorganizmy (baktérie a huby) a niektoré rastliny môžu biotransformovať širokú škálu toxických a znečisťujúcich organických zlúčenín, čo ich robí neškodnými alebo neškodnými. Môžu dokonca biodegradovať niektoré organické zlúčeniny na ich najjednoduchšie formy, ako je metán (CH₄) a oxidu uhličitého (CO₂).

Niektoré mikroorganizmy a rastliny sa môžu extrahovať alebo imobilizovať v prostredí (in situ) toxických chemických prvkov, ako sú ťažké kovy. Imobilizáciou toxickej látky v životnom prostredí už nie je k dispozícii živým organizmom, a preto ich neovplyvňuje.

Zníženie biologickej dostupnosti toxickej látky je preto tiež formou bioremediácie, hoci neznamená elimináciu látky z média..

V súčasnosti rastie vedecký a komerčný záujem o rozvoj ekonomických technológií s nízkym vplyvom na životné prostredie (alebo „šetrných k životnému prostrediu“), ako je bioremediácia povrchových vôd, podzemných vôd, kalov a kontaminovanej pôdy..

index

• 1 Charakteristika bioremediácie
  • 1.1 Kontaminanty, ktoré môžu byť bioremediated
  • 1.2 Fyzikálno-chemické podmienky počas bioremediácie
• 2 Druhy bioremediácie
  • 2.1 Biostimulácia
  • 2.2 Bioaugmentácia
  • 2.3 Kompostovanie
  • 2.4 Biopily
  • 2.5
  • 2.6 Fytoremediácia
  • 2.7 Bioreaktory
  • 2.8 Micorremediation
• 3 Bioremediácia oproti konvenčným fyzikálnym a chemickým technológiám
  • 3.1 - Výhody
  • 3.2-Nevýhody a aspekty, ktoré treba zvážiť
• 4 Odkazy

Charakteristika bioremediácie

Kontaminanty, ktoré môžu byť bioremediated

Medzi znečisťujúcimi látkami, ktoré boli bioremediaované, patria ťažké kovy, rádioaktívne látky, toxické organické znečisťujúce látky, výbušné látky, organické zlúčeniny odvodené z ropy (polyaromatické uhľovodíky alebo HPA), okrem iného fenoly..

Fyzikálno-chemické podmienky počas bioremediácie

Pretože bioremediačné procesy závisia od aktivity mikroorganizmov a živých rastlín alebo ich izolovaných enzýmov, musia sa zachovať vhodné fyzikálno-chemické podmienky pre každý organizmus alebo enzymatický systém, aby sa optimalizovala ich metabolická aktivita v procese bioremediácie..

Faktory, ktoré musia byť optimalizované a udržiavané počas celého procesu bioremediácie

-Koncentrácia a biologická dostupnosť znečisťujúcej látky za podmienok prostredia: pretože ak je príliš vysoká, môže byť škodlivá pre tie isté mikroorganizmy, ktoré sú schopné ich biotransformovať..

-Vlhkosť: dostupnosť vody je nevyhnutná pre živé organizmy, ako aj pre enzymatickú aktivitu bezbunkových biologických katalyzátorov. Všeobecne platí, že relatívna vlhkosť od 12 do 25% musí byť udržiavaná v pôdach podrobených bioremediácii.

-Teplota: musí byť v rozsahu, ktorý umožňuje prežitie použitých organizmov a / alebo požadovanú enzymatickú aktivitu.

-Biologicky dostupné živiny: nevyhnutné pre rast a množenie požadovaných mikroorganizmov. Je potrebné kontrolovať najmä uhlík, fosfor a dusík, ako aj niektoré základné minerály.

-Kyslosť alebo zásaditosť vodného média alebo pH (meranie H iónov⁺ uprostred).

-Dostupnosť kyslíka: vo väčšine bioremediačných techník sa používajú aeróbne mikroorganizmy (napríklad v kompostovaní, biopiloch a "Poľnohospodárskej pôdy") a prevzdušňovanie substrátu je nevyhnutné. Anaeróbne mikroorganizmy sa však môžu používať v bioremediačných procesoch za vysoko kontrolovaných laboratórnych podmienok (s použitím bioreaktorov)..

Druhy bioremediácie

Medzi aplikovanými bioremediačnými biotechnológiami patria:

biostimulačný

Biostimulácia sa skladá zo stimulácie in situ tých mikroorganizmov, ktoré sú už prítomné v médiu, ktoré bolo kontaminované (autochtónne mikroorganizmy), schopné bioremediacie kontaminujúcej látky.

biostimulačný in situ je dosiahnutý optimalizáciou fyzikálno-chemických podmienok pre požadovaný proces, tj; pH, kyslík, vlhkosť, teplota, okrem iného, ​​a pridanie potrebných živín.

bioaugmentace

Bioaugmentácia znamená zvýšenie množstva mikroorganizmov, ktoré sú predmetom záujmu (prednostne autochtónne), a to vďaka pridaniu ich inokulov kultivovaných v laboratóriu..

Následne, akonáhle boli mikroorganizmy, ktoré sú predmetom záujmu, inokulované in situ, Fyzikálno-chemické podmienky sa musia optimalizovať (napríklad pri biostimulácii), aby sa podporila degradačná aktivita mikroorganizmov..

Pri aplikácii bioaugmentácie by sa mali zvážiť náklady na mikrobiálnu kultúru v bioreaktoroch v laboratóriu.

Biostimulácia a bioaugmentácia sa môžu kombinovať so všetkými ďalšími biotechnológiami opísanými nižšie.

kompostovanie

Kompostovanie pozostáva z miešania kontaminovaného materiálu s nekontaminovanou pôdou doplnenou o rastlinné alebo živočíšne látky a živiny. Táto zmes tvorí šišky až 3 m vysoké, oddelené od seba.

Okysličovanie spodných vrstiev kužeľov by sa malo kontrolovať prostredníctvom pravidelného odoberania strojov z jedného miesta na druhé. Tiež je potrebné zachovať optimálne podmienky vlhkosti, teploty, pH, živín.

biocells

Bioremediačná technika s biopílmi je rovnaká ako technika kompostovania opísaná vyššie, okrem:

• Neprítomnosť zlepšujúcich činidiel rastlinného alebo živočíšneho pôvodu.
• Odstránenie prevzdušňovania pohybom z jedného miesta na druhé.

Biopily zostávajú pevné na tom istom mieste, prevzdušňujú sa vo svojich vnútorných vrstvách systémom rúrok, ktorých náklady na inštaláciu, prevádzku a údržbu sa musia brať do úvahy už vo fáze návrhu systému..

landfarming

Biotechnológia nazývaná "landfarming" (preložené z angličtiny: vyrezaná zo zeme) pozostáva z miešania kontaminovaného materiálu (bahna alebo sedimentu) s prvých 30 cm neznečistenej pôdy rozsiahlej pôdy..

V týchto prvých centimetroch pôdy sa vďaka prevzdušňovaniu a miešaniu uprednostňuje degradácia znečisťujúcich látok. Pre túto prácu sa používajú poľnohospodárske stroje, ako napríklad pluhové traktory.

Hlavnou nevýhodou skládkovania je, že nevyhnutne vyžaduje veľké plochy pôdy, ktoré by mohli byť použité na výrobu potravín.

phytoremediation

Fytoremediácia, tiež nazývaná bioremediácia s pomocou mikroorganizmov a rastlín, je súborom biotechnológií založených na použití rastlín a mikroorganizmov na odstránenie, obmedzenie alebo zníženie toxicity kontaminujúcich látok v povrchových alebo podzemných vodách, kaloch a pôde..

Počas fytoremediačnej degradácie sa môže vyskytnúť extrakcia a / alebo stabilizácia (zníženie biologickej dostupnosti) kontaminantu. Tieto procesy závisia od interakcií medzi rastlinami a mikroorganizmami, ktoré žijú veľmi blízko svojich koreňov, v oblasti nazývanej rhizosphere.

Fytoremediácia bola obzvlášť úspešná pri odstraňovaní ťažkých kovov a rádioaktívnych látok z pôdy a povrchových alebo podzemných vôd (alebo rhizofiltrácii kontaminovanej vody)..

V tomto prípade sa rastliny hromadia vo svojich tkanivách s kovmi životného prostredia a potom sa zberajú a spaľujú za kontrolovaných podmienok tak, aby sa znečisťujúca látka dostala z rozptýlenia do životného prostredia, aby sa koncentrovala vo forme popola..

Získaný popol sa môže upravovať tak, aby sa získal kov (ak je to ekonomicky dôležité), alebo sa môže opustiť v miestach konečného zneškodnenia odpadu..

Nevýhodou fytoremediácie je nedostatočná znalosť interakcií, ktoré sa vyskytujú medzi zúčastnenými organizmami (rastliny, baktérie a prípadne mykorízne huby)..

Na druhej strane sa musia zachovať environmentálne podmienky, ktoré spĺňajú potreby všetkých uplatňovaných agentúr.

bioreaktory

Bioreaktory sú nádoby značnej veľkosti, ktoré umožňujú udržiavať vysoko kontrolované fyzikálno-chemické podmienky vo vodných kultivačných médiách, aby sa podporil biologický proces, ktorý je predmetom záujmu..

V bioreaktoroch môžu byť bakteriálne mikroorganizmy a huby pestované vo veľkom meradle av laboratóriu a potom aplikované v bioaugmentačných procesoch. in situ. Mikroorganizmy môžu byť tiež kultivované v záujme získania ich enzýmov degradujúcich enzým.

Bioreaktory sa používajú v bioremediačných procesoch ex situ, keď je kontaminovaný substrát zmiešaný s mikrobiálnym kultivačným médiom, čo podporuje degradáciu kontaminantu.

Mikroorganizmy pestované v bioreaktoroch môžu byť dokonca anaeróbne, v takom prípade musí vodné kultivačné médium obsahovať rozpustený kyslík..

Medzi biotechnologickými biotechnológiami je používanie bioreaktorov relatívne drahé, čo je spôsobené údržbou zariadenia a požiadavkami na mikrobiálnu kultúru..

mycoremediation

Micorremediation je použitie mikroorganizmov húb (mikroskopické huby) v bioremediačných procesoch toxickej kontaminujúcej látky..

Je potrebné vziať do úvahy, že kultivácia mikroskopických húb je zvyčajne zložitejšia ako kultivácia baktérií, a preto znamená vyššie náklady. Okrem toho huby rastú a rozmnožujú sa pomalšie ako baktérie, pričom bioremediácia s pomocou húb je pomalší proces.

Bioremediácia versus konvenčné fyzikálne a chemické technológie

-výhoda

Biotechnologické biotechnológie sú oveľa ekonomickejšie a šetrnejšie k životnému prostrediu ako konvenčné technológie chemickej a fyzikálnej hygieny životného prostredia..

To znamená, že aplikácia bioremediácie má menší vplyv na životné prostredie ako konvenčné fyzikálno-chemické postupy.

Na druhej strane, medzi mikroorganizmami používanými v bioremediačných procesoch sa môžu niektorí dostať k mineralizácii znečisťujúcich látok, čo zabezpečí ich zmiznutie z prostredia, čo je ťažké dosiahnuť v jedinom kroku s konvenčnými fyzikálno-chemickými procesmi..

-Nevýhody a aspekty, ktoré treba zvážiť

Mikrobiálne metabolické kapacity existujúce v prírode

Vzhľadom na to, že sa izolovalo iba 1% existujúcich mikroorganizmov, jedným z obmedzení bioremediácie je presne identifikácia mikroorganizmov schopných biologicky odbúrať špecifickú znečisťujúcu látku..

Neznalosť aplikovaného systému

Na druhej strane, bioremediácia pracuje s komplexným systémom dvoch alebo viacerých živých organizmov, ktorý nie je všeobecne známy.

Niektoré študované mikroorganizmy biotransformovali kontaminujúce zlúčeniny na ešte toxickejšie vedľajšie produkty. Preto je potrebné vopred študovať v laboratóriu bioremediačné organizmy a ich interakcie do hĺbky.

Okrem toho sa musia vykonať malé pilotné testy (v teréne) pred ich masívnym použitím a nakoniec sa musia monitorovať bioremediačné procesy. in situ, aby sa zabezpečila správna environmentálna hygiena.

Extrapolácia výsledkov získaných v laboratóriu

Vzhľadom na vysokú komplexnosť biologických systémov nie je možné výsledky získané v malom meradle v laboratóriu vždy extrapolovať na poľné procesy..

Osobitosti každého bioremediačného procesu

Každý bioremediačný proces zahŕňa špecifickú experimentálnu konštrukciu podľa konkrétnych podmienok kontaminovaného miesta, typu kontaminantu, ktorý má byť ošetrený a organizmov, ktoré sa majú aplikovať..

Je potrebné, aby tieto procesy riadili interdisciplinárne skupiny špecialistov, medzi ktorými sú okrem iného biológovia, chemici, inžinieri..

Udržiavanie fyzikálno-chemických podmienok v životnom prostredí na podporu rastu a metabolickej aktivity vyvoláva trvalú úlohu počas bioremediačného procesu..

Potrebný čas

Nakoniec, bioremediačné procesy môžu trvať dlhšie ako bežné fyzikálno-chemické procesy.

referencie

1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Bioremediácia pôdy kontaminovanej vyhoreným olejom pomocou hydinového podstielky. Výskumný časopis v inžinierstve a aplikovaných vedách3 (2) 124-130
2. Adams, O. (2015). "Bioremediácia, biostimulácia a bioaugmentácia: prehľad". Medzinárodný časopis pre environmentálnu bioremediáciu a biodegráciu. 3 (1): 28-39.
3. Boopathy, R. (2000). "Faktory obmedzujúce bioremediačné technológie". Technológia biologických zdrojov. 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 biológia mikroorganizmov. 14 ed. Benjamin Cummings. pp 1041.
6. McKinney, R.E. (2004). Mikrobiológia kontroly znečisťovania životného prostredia. M. Dekker pp 453.
7. Pilon-Smits E. 2005. Phytoremediation. Annu. Plant Biol., 56: 15-39.