Bioremedieringsegenskaber, typer, fordele og ulemper



den bioremediering er et sæt miljømæssige sanitetsbioteknologier, der bruger metabolismen af ​​bakterielle mikroorganismer, svampe, planter og / eller deres isolerede enzymer for at fjerne forurenende stoffer i jord og vand.

Mikroorganismer (bakterier og svampe) og nogle planter kan biotransformere en lang række giftige og forurenende organiske forbindelser, hvilket gør dem ikke skadelige eller harmløse. De kan endda bionedbryde nogle organiske forbindelser til deres enkleste former, såsom methan (CH4) og kuldioxid (CO2).

Også nogle mikroorganismer og planter kan ekstrahere eller immobilisere i miljøet (in situ) giftige kemiske elementer, såsom tungmetaller. Ved immobilisering af det giftige stof i miljøet er det ikke længere tilgængeligt for levende organismer og påvirker derfor ikke dem.

Derfor er reduktionen i biotilgængeligheden af ​​et giftigt stof også en form for bioremediering, selvom det ikke indebærer eliminering af stoffet fra mediet.

I øjeblikket er der voksende videnskabelig og kommerciel interesse i at udvikle økonomiske teknologier med lav miljøpåvirkning (eller "miljøvenlig"), såsom bioremediering af overfladevand, grundvand, slam og forurenet jord..

indeks

  • 1 Karakteristik af bioremediering
    • 1.1 Forurenende stoffer, der kan bioremedieres
    • 1.2 Fysisk-kemiske forhold under bioremediering
  • 2 Typer af bioremediering
    • 2.1 Biostimulering
    • 2.2 Bioaugmentation
    • 2.3 Kompostering
    • 2.4 Biopiler
    • 2.5 Landfarming
    • 2.6 Phytoremediation
    • 2,7 bioreaktorer
    • 2,8 mikroremediering
  • 3 Bioremediering i forhold til konventionelle fysiske og kemiske teknologier
    • 3.1 -Advantages
    • 3.2-Ulemper og aspekter at overveje
  • 4 referencer

Karakteristik af bioremediering

Forurenende stoffer, der kan bioremedieres

Blandt de forurenende stoffer, der er bioremedieret, er tungmetaller, radioaktive stoffer, giftige organiske forurenende stoffer, eksplosive stoffer, organiske forbindelser afledt af petroleum (polyaromatiske carbonhydrider eller HPA'er), phenoler, blandt andre..

Fysisk-kemiske forhold under bioremediering

Fordi bioremedieringsprocesser afhænge af aktiviteten af ​​mikroorganismer og levende planter eller deres isolerede enzymer skal opretholdes egnet til hver organisme eller enzymsystem fysisk-kemiske forhold, for at optimere deres metaboliske aktivitet i bioremediering.

Faktorer, der skal optimeres og vedligeholdes i hele bioremedieringsprocessen

-Koncentration og biotilgængelighed af forurenende stoffer under miljømæssige forhold: fordi hvis det er for højt, kan det være skadeligt for de samme mikroorganismer, der har kapacitet til at biotransformere dem.

-Fugtighed: vand tilgængelighed er afgørende for levende organismer, samt for enzymatisk aktivitet af cellefrie biologiske katalysatorer. Generelt bør opretholdes fra 12 til 25% relativ fugtighed i jord bioremediering.

-Temperaturen skal være i det område, der tillader overlevelse af de anvendte organismer og / eller den krævede enzymatiske aktivitet.

-De biotilgængelige næringsstoffer: essentielle for vækst og multiplikation af de interesserede mikroorganismer. For det meste skal kulstof, fosfor og kvælstof kontrolleres, samt nogle vigtige mineraler.

-Syrheden eller alkaliteten af ​​det vandige medium eller pH (måling af H-ioner+ i midten).

-Tilstedeværelsen af ​​ilt: I de fleste bioremedieringsteknikker anvendes aerobiske mikroorganismer (f.eks. I kompostering, biopiler og "Land landbrug"), og beluftningen af ​​substratet er nødvendigt. Imidlertid kan anaerobe mikroorganismer anvendes i bioremedieringsprocesser under højt kontrollerede laboratoriebetingelser (ved anvendelse af bioreaktorer).

Typer af bioremediering

Blandt de anvendte bioremedier er bioteknologier følgende:

biostimulering

Biostimulering består af stimulering in situ af de mikroorganismer, der allerede er til stede i det medium, der var forurenet (autochtoniske mikroorganismer), der er i stand til at bioremediere det forurenende stof.

biostimulering in situ det opnås ved at optimere de fysisk-kemiske betingelser for den ønskede proces at forekomme, dvs. pH, ilt, fugtighed, temperatur, blandt andet, og tilsætning af de nødvendige næringsstoffer.

bioaugmentation

Bioaugmenteringen indebærer en stigning i mængden af ​​mikroorganismer af interesse (fortrinsvis autochtonisk) takket være tilsætningen af ​​deres inokula dyrket i laboratoriet.

Efterfølgende, når mikroorganismer af interesse er blevet podet in situ, Fysisk-kemiske forhold skal optimeres (såsom i biostimulering) for at fremme mikroorganismernes nedbrydende aktivitet.

Til anvendelse af bioaugmentering bør omkostningerne ved mikrobiell kultur i bioreaktorer i laboratoriet overvejes.

Både biostimulering og bioaugmentering kan kombineres med alle andre bioteknologier beskrevet nedenfor.

kompostering

Kompostering består af at blande forurenet materiale med ukontamineret jord suppleret med plante- eller dyreforbedrende midler og næringsstoffer. Denne blanding danner kegler på op til 3 m høj, adskilt fra hinanden.

Oxygeneringen af ​​de nederste lag af keglerne skal kontrolleres ved regelmæssig fjernelse fra et sted til et andet med maskiner. De optimale forhold med hensyn til fugtighed, temperatur, pH, næringsstoffer, skal også opretholdes.

biocells

Bioremedieringsteknikken med biopiler er den samme som komposteringsteknikken beskrevet ovenfor med undtagelse af:

  • Manglen på forbedrende midler af vegetabilsk eller animalsk oprindelse.
  • Fjernelse af beluftning ved bevægelse fra et sted til et andet.

Biopilerne forbliver faste på samme sted, idet de luftes i deres indre lag gennem et rørsystem, hvis omkostninger til installation, drift og vedligeholdelse skal overvejes fra systemets designfase.

landfarming

Den bioteknologi, der hedder "landfarming", består af at blande det forurenede materiale (mudder eller sedimenter) med de første 30 cm ukontaminerede jord i et omfattende land.

I de første centimeter jord begraenses nedbrydning af forurenende stoffer takket være dets beluftning og blanding. Til dette arbejde anvendes landbrugsmaskiner, såsom plov traktorer.

Den største ulempe ved opdræt er, at det nødvendigvis kræver store arealer, der kunne anvendes til fødevareproduktion.

fytoremediering

Fytoremediering, også kaldet assisteret bioremediering mikroorganismer og planter, er et sæt af bioteknologi baseret på anvendelsen af ​​planter og mikroorganismer til fjernelse, indeholde eller mindske toksiciteten af ​​forurenende stoffer i overfladevand eller grundvand, slam og jord.

Under nedbrydning af fytoremedieringen kan der forekomme ekstraktion og / eller stabilisering (reduktion af biotilgængeligheden) af forureningen. Disse processer er afhængige af samspillet mellem planter og mikroorganismer, der lever meget tæt på deres rødder i et kaldt område rhizosfære.

Phytoremediation har været særlig vellykket i fjernelsen af ​​tungmetaller og radioaktive stoffer fra jord og overflade eller grundvand (eller rhizofiltrering af forurenet vand).

I dette tilfælde akkumulerer planterne i deres væv miljøets metaller og derefter høstes de og forbrændes under kontrollerede forhold, således at forurenende stoffer spredes i miljøet og koncentreres i form af aske.

Den opnåede aske kan behandles for at genvinde metalmetallet (hvis det er af økonomisk interesse), eller de kan overlades til bortskaffelse af affald..

En ulempe ved fytoremediering er manglen på dybtgående kendskab til de vekselvirkninger, der forekommer mellem de involverede organismer (planter, bakterier og muligvis mycorrhizale svampe)..

På den anden side skal miljøforholdene opretholdes, der opfylder behovene hos alle de anvendte agenturer.

bioreaktorer

Bioreaktorerne er beholdere af betydelig størrelse, som tillader at opretholde højt kontrollerede fysisk-kemiske tilstande i vandige kulturmedier for at favorisere en biologisk proces af interesse.

I bioreaktorerne kan bakterielle mikroorganismer og svampe dyrkes i stor skala og i laboratoriet og derefter påføres i bioaugmenteringsprocesser in situ. Mikroorganismer kan også dyrkes med henblik på at opnå deres forurenende enzymnedbrydende enzymer.

Bioreaktorer anvendes i bioremedieringsprocesser ex situ, når det forurenede substrat blandes med det mikrobielle dyrkningsmedium, der favoriserer nedbrydningen af ​​forureningen.

Mikroorganismerne, der dyrkes i bioreaktorerne, kan endda være anaerobe, i hvilket tilfælde det vandige kulturmedium skal mangle opløst oxygen.

Blandt biomedicinske biologiske medier er brugen af ​​bioreaktorer forholdsvis dyr på grund af udstyrsvedligeholdelse og krav til mikrobiell kultur.

mycoremediation

Mikrobremsning er brugen af ​​svampemikroorganismer (mikroskopiske svampe), i bioremedieringsprocesser af en giftig forurenende substans.

Det bør overvejes, at dyrkning af mikroskopiske svampe normalt er mere kompleks end bakteriernes og derfor indebærer højere omkostninger. Derudover vokser og reproducerer svampe langsommere end bakterier, med svampebistandet bioremediering er en langsommere proces.

Bioremediering i forhold til konventionelle fysiske og kemiske teknologier

-fordel

Bioteknologier med biomediering er meget mere økonomiske og miljøvenlige end de kemiske og fysiske miljømæssige sanitære teknologier, der traditionelt anvendes.

Dette betyder, at anvendelsen af ​​bioremediering har en lavere miljøpåvirkning end konventionel fysisk-kemisk praksis.

På den anden side kan blandt de mikroorganismer, der anvendes i bioremedieringsprocesser, nogle fortsætte med at mineralisere de forurenende forbindelser, sikre deres forsvinden fra miljøet, noget, der er svært at opnå i et enkelt trin med de konventionelle fysisk-kemiske processer.

-Ulemper og aspekter at overveje

Mikrobielle metaboliske kapaciteter eksisterende i naturen

Da kun 1% af de eksisterende mikroorganismer er isoleret, er en begrænsning af bioremediering netop identifikation af mikroorganismer, der kan bionedbryde et bestemt forurenende stof..

Uvidelse af det anvendte system

På den anden side arbejder bioremediering med et komplekst system af to eller flere levende organismer, som generelt ikke er helt kendt.

Nogle undersøgte mikroorganismer har biotransformeret de forurenende forbindelser til endnu mere giftige biprodukter. Derfor er det nødvendigt at tidligere studere i bioremediaterende organismer og deres interaktioner i dybden.

Derudover skal småforsøgsforsøg (i marken) udføres, før de anvendes massivt, og endelig skal bioremedieringsprocesserne overvåges. in situ, at sikre, at miljømæssig sanitet finder sted korrekt.

Ekstrapolering af resultater opnået i laboratoriet

På grund af de biologiske systemers høje kompleksitet kan de opnåede resultater i laboratoriet ikke altid ekstrapoleres til feltprocesser.

Særlige forhold i hver bioremedieringsproces

Hver bioremedieringsproces involverer et specifikt eksperimentelt design i henhold til de særlige forhold på det forurenede sted, hvilken type forurenende stof der skal behandles, og hvilke organismer der skal anvendes..

Det er nødvendigt at disse processer styres af tværfaglige grupper af specialister, blandt hvilke biologer, kemikere, ingeniører, blandt andre.

Vedligeholdelsen af ​​miljømæssige fysisk-kemiske forhold til fremme af vækst og metabolisk aktivitet af interesse indebærer en permanent opgave under bioremedieringsprocessen.

Tid er nødvendig

Endelig kan bioremedieringsprocesser tage længere tid end konventionelle fysisk-kemiske processer.

referencer

  1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Bioremediering af brugt olieforurenet jord med fjerkrækuld. Forskning Journal in Engineering and Applied Sciences3 (2) 124-130
  2. Adams, O. (2015). "Bioremediering, biostimulation og bioaugmentation: En gennemgang". Internation Journal of Environmental Bioremediation and Biodegration. 3 (1): 28-39.
  3. Boopathy, R. (2000). "Faktorer, der begrænser bioremedieringsteknologier". Bioresource Technology. 74: 63-7. doi: 10,1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
  4. Eweis J. B., Ergas, S.J., Chang, D. P.Y., og Schoeder, D. (1999). Principper for biorrecuperación. McGraw-Hill Interamericana de España, Madrid. s. 296.
  5. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A.and Brock, T. (2015). Brockbiologi af mikroorganismer. 14 udg. Benjamin Cummings. s. 1041.
  6. McKinney, R. E. (2004). Miljøforureningskontrol Mikrobiologi. M. Dekker s. 453.
  7. Pilon-Smits E. 2005. Phytoremediation. Annu. Rev. Plant Biol. 56: 15-39.