Karakteristike, vrste, prednosti i nedostaci bioremedijacije



bioobnova je skup ekoloških biotehnologija koje koriste metaboličke kapacitete bakterijskih mikroorganizama, gljivica, biljaka i / ili njihovih izoliranih enzima, kako bi se uklonili kontaminanti u tlu i vodi.

Mikroorganizmi (bakterije i gljivice) i neke biljke mogu biotransformirati širok raspon toksičnih i onečišćujućih organskih spojeva, što ih čini neškodljivima ili bezopasnima. Mogu čak i razgraditi neke organske spojeve do njihovih najjednostavnijih oblika, kao što je metan (CH4i ugljikov dioksid (CO2).

Također, neki mikroorganizmi i biljke mogu ekstrahirati ili imobilizirati u okolišu (in situ) toksični kemijski elementi, kao što su teški metali. Imobilizirajući toksičnu tvar u okolini, ona više nije dostupna živim organizmima i stoga ih ne utječe.

Stoga je smanjenje biološke raspoloživosti otrovne tvari također oblik bioremedijacije, iako ne podrazumijeva eliminaciju tvari iz medija.

Trenutno postoji sve veći znanstveni i komercijalni interes za razvoj ekonomskih tehnologija s niskim utjecajem na okoliš (ili "ekološki prihvatljivim"), kao što je bioremedijacija površinskih voda, podzemnih voda, mulja i onečišćenog tla..

indeks

  • 1 Značajke bioremedijacije
    • 1.1 Kontaminanti koji se mogu biološki popraviti
    • 1.2. Fizičko-kemijski uvjeti tijekom bioremedijacije
  • 2 Vrste bioremedijacije
    • 2.1 Biostimulacija
    • 2.2 Bioaugmentacija
    • 2.3 Kompostiranje
    • 2.4 Biopiles
    • 2.5 Odlagalište
    • 2.6 Fitoremedijacija
    • 2.7 Bioreaktori
    • 2.8
  • 3 Bioremedijacija u odnosu na konvencionalne fizikalne i kemijske tehnologije
    • 3.1 - Prednosti
    • 3.2-Nedostaci i aspekti koje treba razmotriti
  • 4 Reference

Značajke bioremedijacije

Kontaminanti koji se mogu bioremedirati

Među onečišćujućim tvarima koje su bioobrađivane su teški metali, radioaktivne tvari, toksični organski zagađivači, eksplozivne tvari, organski spojevi dobiveni iz nafte (poliaromatski ugljikovodici ili HPAs), fenoli, među ostalima..

Fizičko-kemijski uvjeti tijekom bioremedijacije

Budući da procesi bioremedijacije ovise o aktivnosti mikroorganizama i živih biljaka ili njihovih izoliranih enzima, moraju se održavati odgovarajući fizikalno-kemijski uvjeti za svaki organizam ili enzimski sustav kako bi se optimizirala njihova metabolička aktivnost u procesu bioremedijacije..

Čimbenici koji se moraju optimizirati i održavati tijekom procesa bioremedijacije

-Koncentracija i bioraspoloživost onečišćujuće tvari u uvjetima okoliša: jer ako je previsoka može biti štetna za iste mikroorganizme koji imaju sposobnost biotransformacije.

-Vlažnost: dostupnost vode bitna je za žive organizme, kao i za enzimatsku aktivnost bioloških katalizatora bez stanica. Općenito, relativna vlažnost zraka od 12 do 25% mora se održavati u tlima koja prolaze kroz bioremedijaciju.

-Temperatura mora biti u rasponu koji omogućuje preživljavanje primijenjenih organizama i / ili enzimatsku aktivnost.

-Bioraspoložive hranjive tvari: neophodne za rast i razmnožavanje mikroorganizama od interesa. Potrebno je kontrolirati uglavnom ugljik, fosfor i dušik, kao i neke bitne minerale.

-Kiselost ili alkalnost vodenog medija ili pH (mjerenje iona H+ u sredini).

-Dostupnost kisika: u većini tehnika bioremedijacije koriste se aerobni mikroorganizmi (na primjer u kompostiranju, biopilima i „Poljoprivreda zemlja”), a prozračivanje supstrata je potrebno. Međutim, anaerobni mikroorganizmi mogu se koristiti u bioremedijacijskim procesima, u visoko kontroliranim laboratorijskim uvjetima (korištenjem bioreaktora).

Vrste bioremedijacije

Među primijenjenim biotehnologijama bioremedijacije su:

biostimulacija

Biostimulacija se sastoji od stimulacije in situ onih mikroorganizama koji su već prisutni u mediju koji je bio kontaminiran (autohtoni mikroorganizmi), sposoban za bioremedijaciju kontaminirajuće tvari.

biostimulacija in situ to se postiže optimiziranjem fizikalno-kemijskih uvjeta za željeni proces, tj .; pH, kisik, vlaga, temperatura, između ostalog, i dodavanje potrebnih hranjivih tvari.

bioaugmentation

Bioaugmentacija podrazumijeva povećanje količine mikroorganizama od interesa (poželjno autohtonih), zahvaljujući dodavanju njihovog inokuluma uzgojenog u laboratoriju..

Nakon toga, nakon što su inokulirani mikroorganizmi od interesa in situ, Fizikalno-kemijski uvjeti moraju biti optimizirani (kao u biostimulaciji), kako bi se promicala razgradna aktivnost mikroorganizama.

Za primjenu bioaugmentacije treba razmotriti troškove mikrobne kulture u bioreaktorima u laboratoriju.

I biostimulacija i bioaugmentacija mogu se kombinirati sa svim drugim biotehnologijama opisanim u nastavku.

kompostiranja

Kompostiranje se sastoji od miješanja kontaminiranog materijala s nezagađenim tlima dopunjenim sredstvima za poboljšanje biljaka ili životinja i hranjivim tvarima. Ova mješavina tvori čunjeve do 3 m visoke, odvojene jedna od druge.

Potrebno je kontrolirati oksigenaciju donjih slojeva čunjeva, putem redovitog uklanjanja s jednog mjesta na drugo pomoću strojeva. Optimalni uvjeti vlažnosti, temperature, pH, hranjivih tvari, između ostalog, moraju se održavati.

biocells

Tehnika bioremedijacije s biopilima je ista kao i gore opisana tehnika kompostiranja, osim:

  • Nepostojanje poboljšavajućih sredstava biljnog ili životinjskog podrijetla.
  • Uklanjanje prozračivanja pomicanjem s jednog mjesta na drugo.

Biopili ostaju učvršćeni na istom mjestu, aerirani u svojim unutarnjim slojevima kroz sustav cijevi, čiji se troškovi postavljanja, rada i održavanja moraju uzeti u obzir u fazi projektiranja sustava..

landfarming

Biotehnologija nazvana "landfarming" (prevedena s engleskog: uklesana na zemlji), sastoji se od miješanja kontaminiranog materijala (blato ili sediment) s prvim 30 cm nekontaminiranog tla velike površine..

U tim prvim centimetrima tla pogodna je degradacija zagađujućih tvari zahvaljujući prozračivanju i miješanju. Za ovaj rad koriste se poljoprivredni strojevi, kao što su plugovi.

Glavni nedostatak odlaganja zemljišta je to što nužno zahtijeva velika područja zemljišta, koja se mogu koristiti za proizvodnju hrane.

fitoremedijacija

Fitoremedijacija, također nazvana bioremedijacija uz pomoć mikroorganizama i biljaka, skup je biotehnologija koje se temelje na upotrebi biljaka i mikroorganizama za uklanjanje, ograničavanje ili smanjenje toksičnosti kontaminirajućih tvari u površinskim ili podzemnim vodama, mulju i tlu..

Tijekom fitoremedijacije može doći do razgradnje, ekstrakcije i / ili stabilizacije (smanjenja bioraspoloživosti) kontaminanta. Ti procesi ovise o interakcijama između biljaka i mikroorganizama koji žive vrlo blizu njihovih korijena, u području koje se zove Rhizosphere.

Fitoremedijacija je posebno uspješna u uklanjanju teških metala i radioaktivnih tvari iz tla i površinskih ili podzemnih voda (ili rizofiltriranja kontaminirane vode).

U tom slučaju, biljke se u tkivima nakupljaju metali okoline, a zatim se ubiru i spaljuju u kontroliranim uvjetima, tako da onečišćujuća tvar prelazi iz raspršivanja u okoliš, da se koncentrira u obliku pepela..

Dobiveni pepeo se može obraditi da bi se metal povratio (ako je od ekonomskog interesa), ili se može napustiti na mjestima konačnog odlaganja otpada..

Nedostatak fitoremedijacije je nedostatak detaljnog poznavanja interakcija koje se događaju između uključenih organizama (biljke, bakterije i moguće mikorizne gljive)..

S druge strane, moraju se održavati uvjeti okoliša koji zadovoljavaju potrebe svih primijenjenih agencija.

bioreaktora

Bioreaktori su kontejneri znatne veličine, koji omogućuju održavanje visoko kontroliranih fizikalno-kemijskih uvjeta u vodenoj podlozi za kulturu, kako bi se favorizirao biološki proces od interesa.

U bioreaktorima, bakterijski mikroorganizmi i gljivice mogu se uzgajati u velikoj mjeri iu laboratoriju, a zatim primijeniti u procesima bioaugmentacije. in situ. Mikroorganizmi se također mogu kultivirati u interesu dobivanja njihovih enzima za razgradnju enzima koji kontaminiraju.

Bioreaktori se koriste u procesima bioremedijacije ex situ, kada se kontaminirani supstrat pomiješa s mikrobnim kulturnim medijem, što pogoduje degradaciji kontaminanta.

Mikroorganizmi koji se uzgajaju u bioreaktorima mogu biti čak i anaerobni, u kojem slučaju vodeni medij kulture mora imati nedostatak otopljenog kisika.

Među biotehnologijama bioremedijacije, uporaba bioreaktora je relativno skupa, zbog održavanja opreme i zahtjeva za mikrobnu kulturu..

mycoremediation

Mikorederacija je upotreba gljivičnih mikroorganizama (mikroskopskih gljiva), u procesima bioremedijacije toksične kontaminantne tvari.

Treba uzeti u obzir da je uzgoj mikroskopskih gljiva obično složeniji od bakterija i stoga podrazumijeva veće troškove. Osim toga, gljive rastu i razmnožavaju se sporije od bakterija, a bioremedijacija uz pomoć gljiva je sporije.

Bioremedijacija u odnosu na konvencionalne fizikalne i kemijske tehnologije

-korist

Biotehnologija bioremedijacije mnogo je ekonomičnija i prihvatljivija za okoliš od kemijskih i fizikalnih sanitarnih tehnologija koje se uobičajeno primjenjuju.

To znači da primjena bioremedijacije ima manji utjecaj na okoliš od konvencionalnih fizikalno-kemijskih postupaka.

S druge strane, među mikroorganizmima koji se primjenjuju u procesima bioremedijacije, neki mogu ići na mineralizaciju kontaminirajućih spojeva, osiguravajući njihov nestanak iz okoline, nešto što je teško postići u jednom koraku s konvencionalnim fizičko-kemijskim procesima..

-Nedostaci i aspekti koje treba razmotriti

Postojeći mikrobni metabolički kapaciteti u prirodi

S obzirom da je izolirano samo 1% postojećih mikroorganizama u prirodi, jedno ograničenje bioremedijacije je upravo identifikacija mikroorganizama sposobnih za biorazgradnju određene tvari za zagađenje..

Nepoznavanje primijenjenog sustava

S druge strane, bioremedijacija radi sa složenim sustavom od dva ili više živih organizama, što općenito nije potpuno poznato.

Neki proučavani mikroorganizmi su biotransformirali onečišćujuće spojeve u još toksičnije nusproizvode. Stoga je u laboratoriju potrebno prethodno proučiti bioreedijacijske organizme i njihove interakcije u dubini.

Osim toga, prije masovne primjene moraju se provesti mali pilot-testovi (na terenu), a na kraju se moraju pratiti i procesi bioremedijacije. in situ, kako bi se osigurala ispravna sanacija okoliša.

Ekstrapolacija rezultata dobivenih u laboratoriju

Zbog velike složenosti bioloških sustava, rezultati dobiveni u malom mjerilu u laboratoriju ne mogu se uvijek ekstrapolirati na procese na terenu.

Posebnosti svakog procesa bioremedijacije

Svaki proces bioremedijacije uključuje specifičan eksperimentalni dizajn, u skladu s posebnim uvjetima kontaminiranog područja, vrstu kontaminanta koji se tretira i organizme koji se primjenjuju..

Neophodno je da te procese vode interdisciplinarne skupine stručnjaka, među kojima su i biolozi, kemičari, inženjeri, između ostalih.

Održavanje fizikalno-kemijskih uvjeta u okolišu za promicanje rasta i metaboličke aktivnosti od interesa, podrazumijeva stalni zadatak tijekom procesa bioremedijacije.

Vrijeme potrebno

Konačno, procesi bioremedijacije mogu trajati dulje od uobičajenih fizikalno-kemijskih procesa.

reference

  1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Bioremedijacija istrošenog ulja kontaminiranog tla pomoću stelje peradi. Časopis za inženjerstvo i primijenjene znanosti3 (2) 124-130
  2. Adams, O. (2015). "Bioremedijacija, biostimulacija i bioaugmentacija: pregled". Međunarodni časopis za bioremedijaciju i biorazgradnju okoliša. 3 (1): 28-39.
  3. Boopathy, R. (2000). "Čimbenici koji ograničavaju tehnologije bioremedijacije". Tehnologija bio-izvora. 74: 63-7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
  4. Eweis J. B., Ergas, S.J., Chang, D.P.Y. i Schoeder, D. (1999). Načela Biorrecuperación. McGraw-Hill Interamericana de España, Madrid. str. 296.
  5. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. and Brock, T. (2015). Brockova biologija mikroorganizama. 14 ed. Benjamin Cummings. str. 1041.
  6. McKinney, R.E. (2004). Mikrobiologija kontrole zagađenja okoliša. M. Dekker str. 453.
  7. Pilon-Smits E. 2005. Fitoremedijacija. Annu. Plant Biol. 56: 15-39.