Биоремедиационни характеристики, видове, предимства и недостатъци



на биоремедиацията е набор от екологични биотехнологии, които използват метаболичния капацитет на бактериални микроорганизми, гъби, растения и / или техните изолирани ензими, за да елиминират замърсителите в почвата и вода.

Микроорганизмите (бактерии и гъбички) и някои растения могат да трансформират биоразградимо голямо разнообразие от токсични и замърсяващи органични съединения, което ги прави безвредни или безвредни. Те могат дори да биоразграждат някои органични съединения до най-простите им форми, като метан (СН4) и въглероден диоксид (СО2).

Също така някои микроорганизми и растения могат да извличат или обездвижват в околната среда (на място) токсични химични елементи като тежки метали. Чрез имобилизиране на токсичното вещество в околната среда, тя вече не е достъпна за живите организми и следователно не ги засяга.

Следователно намаляването на бионаличността на токсично вещество също е форма на биоремедиация, въпреки че не предполага елиминиране на веществото от средата..

Понастоящем нараства научният и търговски интерес за разработване на икономически технологии с ниско въздействие върху околната среда (или „екологично чисти“), като например биоремедиация на повърхностни води, подземни води, утайки и замърсени почви..

индекс

  • 1 Характеристики на биоремедиацията
    • 1.1 Замърсители, които могат да бъдат биоремедиатирани
    • Физикохимични условия по време на биоремедиация
  • 2 Видове биоремедиация
    • 2.1 Биостимулация
    • 2.2 Биоагментация
    • 2.3 Компостиране
    • 2.4 Биопили
    • 2.5 Озеленяване
    • 2.6 Фиторемедиация
    • 2.7 Биореактори
    • 2.8 Микроремедиация
  • 3 Биоремедиация спрямо конвенционалните физични и химични технологии
    • 3.1 - Предимства
    • 3.2-Недостатъци и аспекти, които трябва да се вземат предвид
  • 4 Препратки

Характеристики на биоремедиацията

Замърсители, които могат да бъдат биоремедиатирани

Сред замърсителите, които са били биоремедиатирани, са тежки метали, радиоактивни вещества, токсични органични замърсители, взривни вещества, органични съединения, извлечени от петрол (полиароматни въглеводороди или HPAs), феноли и др..

Физикохимични условия по време на биоремедиация

Тъй като процесите на биоремедиация зависят от активността на микроорганизмите и живите растения или техните изолирани ензими, трябва да се запазят подходящите физикохимични условия за всеки организъм или ензимна система, за да се оптимизира тяхната метаболитна активност в процеса на биоремедиация..

Фактори, които трябва да бъдат оптимизирани и поддържани през целия процес на биоремедиация

-Концентрацията и бионаличността на замърсителя при условия на околната среда: защото, ако е твърде висока, тя може да бъде вредна за същите микроорганизми, които имат способността да ги трансформират.

-Влажност: наличието на вода е от съществено значение за живите организми, както и за ензимната активност на безклетъчни биологични катализатори. Като цяло, относителна влажност от 12 до 25% трябва да се поддържа в почви, подложени на биоремедиация.

-Температурата трябва да бъде в диапазона, който позволява оцеляването на прилаганите организми и / или изискваната ензимна активност.

-Биодостъпните хранителни вещества: от съществено значение за растежа и размножаването на микроорганизмите, представляващи интерес. Трябва да се контролира главно въглерод, фосфор и азот, както и някои основни минерали.

-Киселинността или алкалността на водната среда или рН (измерване на Н-йони+ в средата).

-Наличието на кислород: в повечето техники за биоремедиация се използват аеробни микроорганизми (например при компостиране, биопили и "Земя земеделие"), и аерирането на субстрата е необходимо. Въпреки това, анаеробните микроорганизми могат да се използват в процесите на биоремедиация, при силно контролирани лабораторни условия (с използване на биореактори).

Видове биоремедиация

Сред приложените биотехнологии за биоремедиация са следните:

биостимулация

Биостимулацията се състои от стимулация in situ на онези микроорганизми, които вече присъстват в средата, която е била замърсена (автохтонни микроорганизми), способни да биоремедират замърсяващото вещество.

биостимулация in situ това се постига чрез оптимизиране на физикохимичните условия за възникване на желания процес, т.е. рН, кислород, влажност, температура, между другото, и добавяне на необходимите хранителни вещества.

bioaugmentation

Биоаугментацията предполага увеличаване на количеството микроорганизми, които представляват интерес (за предпочитане автохтонни), благодарение на добавянето на тяхната инокула, култивирана в лабораторията..

След това, след като се инокулират микроорганизмите, които представляват интерес in situ, Физико-химичните условия трябва да бъдат оптимизирани (например при биостимулация), за да се насърчи разрушителната активност на микроорганизмите..

За прилагането на биоаугментацията трябва да се вземат предвид разходите за микробна култура в биореакторите в лабораторията.

Биостимулацията и биоаугментацията могат да бъдат комбинирани с всички други биотехнологии, описани по-долу.

компостиране

Компостирането се състои от смесване на замърсения материал с незамърсена почва, допълнена с вещества за подобряване на растенията или животните и хранителни вещества. Тази смес образува шишарки до 3 m високи, разделени една от друга.

Оксигенацията на долните слоеве на конусите трябва да се контролира чрез редовно преместване от едно място на друго с машини. Оптималните условия на влажност, температура, pH, хранителни вещества, наред с други, също трябва да се поддържат.

biocells

Техниката на биоремедиация с биопили е същата като техниката за компостиране, описана по-горе, с изключение на:

  • Отсъствието на подобрители от растителен или животински произход.
  • Премахването на аерацията чрез придвижване от едно място на друго.

Биопилите остават фиксирани на едно и също място, аерирани в техните вътрешни слоеве чрез система от тръби, чиито разходи за инсталиране, експлоатация и поддръжка трябва да се вземат предвид от фазата на проектиране на системата.

landfarming

Биотехнологията, наречена "земеделско земеделие" (в превод от английски: издълбана от земята), се състои в смесване на замърсения материал (кал или утайка) с първите 30 см незамърсена почва на обширна земя..

При тези първи сантиметри почвата благоприятства разграждането на замърсяващите вещества благодарение на аерацията и смесването. За тази работа се използва селскостопанска техника, като плугови трактори.

Основният недостатък на земеделското земеделие е, че той задължително изисква големи площи земя, които могат да бъдат използвани за производство на храни.

фиторемедиация

Фиторемедиацията, наричана още биоремедиация с помощта на микроорганизми и растения, е набор от биотехнологии, основани на използването на растения и микроорганизми за отстраняване, ограничаване или намаляване на токсичността на замърсяващи вещества в повърхностни или подземни води, утайки и почви..

По време на фиторемедиацията може да настъпи разграждане, екстракция и / или стабилизация (намаляване на бионаличността) на замърсителя. Тези процеси зависят от взаимодействията между растенията и микроорганизмите, които живеят в непосредствена близост до корените им, в област, наречена ризосферната.

Фиторемедиацията е особено успешна при отстраняването на тежки метали и радиоактивни вещества от почвата и повърхностните или подземните води (или ризофилтрация на замърсената вода).

В този случай, растенията натрупват в тъканите си металите на околната среда и след това се събират и изгарят при контролирани условия, така че замърсителят преминава от разпръскване в околната среда до концентриране под формата на пепел..

Получената пепел може да бъде обработена за възстановяване на метала (ако е от икономически интерес) или може да бъде изоставен в местата за окончателно обезвреждане на отпадъците..

Недостатък на фиторемедиацията е липсата на задълбочени познания за взаимодействията между засегнатите организми (растения, бактерии и евентуално микоризни гъби)..

От друга страна, трябва да се поддържат екологични условия, които отговарят на нуждите на всички прилагани агенции.

биореактори

Биореакторите са контейнери със значителни размери, които позволяват да се поддържат високо контролирани физикохимични условия във водни хранителни среди, за да се благоприятства биологичният процес, който представлява интерес.

В биореакторите бактериалните микроорганизми и гъби могат да се отглеждат в голям мащаб и в лаборатория и след това да се прилагат в процеси на биоаугментация. in situ. Микроорганизмите могат също да бъдат култивирани в интерес на получаването на техните замърсяващи ензими, разграждащи ензимите.

Биореакторите се използват в процесите на биоремедиация ex situ, когато замърсеният субстрат се смесва с микробната културална среда, благоприятствайки разграждането на замърсителя.

Микроорганизмите, отглеждани в биореакторите, могат дори да бъдат анаеробни, като в този случай, водната хранителна среда не трябва да има разтворен кислород..

Сред биотехнологиите за биоремедиация използването на биореактори е сравнително скъпо, поради поддръжката на оборудването и изискванията за микробна култура..

mycoremediation

Микроремедиация е използването на гъбични микроорганизми (микроскопични гъби), в процесите на биоремедиация на токсично замърсяващо вещество.

Трябва да се има предвид, че отглеждането на микроскопични гъби обикновено е по-сложно от това на бактериите и следователно предполага по-високи разходи. В допълнение, гъбичките растат и се размножават по-бавно от бактериите, като биоремедиацията с помощта на гъби е по-бавен процес.

Биоремедиация спрямо конвенционалните физични и химични технологии

-облага

Биотехнологиите за биоремедиация са много по-икономични и по-благоприятни за околната среда, отколкото химико-физическите и екологични санитарни технологии, които се прилагат традиционно.

Това означава, че прилагането на биоремедиация има по-ниско въздействие върху околната среда от конвенционалните физикохимични практики.

От друга страна, сред микроорганизмите, прилагани в процесите на биоремедиация, някои могат да продължат да минерализират замърсяващите съединения, като гарантират тяхното изчезване от околната среда, нещо, което е трудно да се постигне в един етап от конвенционалните физикохимични процеси.

-Недостатъци и аспекти за разглеждане

Съществуващите в природата микробни метаболитни капацитети

Като се има предвид, че само 1% от съществуващите в природата микроорганизми са изолирани, едно ограничение на биоремедиацията е именно идентифицирането на микроорганизми, способни да биоразграждат специфично замърсяващо вещество..

Незнание на приложената система

От друга страна, биоремедиацията работи със сложна система от два или повече живи организма, която като цяло не е напълно позната.

Някои изследвани микроорганизми биотрансформират замърсяващите съединения в още по-токсични странични продукти. Ето защо е необходимо в лабораторията предварително да се изследват биоремедиантните организми и техните взаимодействия в дълбочина.

Освен това трябва да се извършат малък пилотен тест (на място) преди масовото им прилагане и накрая, процесите на биоремедиация трябва да бъдат наблюдавани. in situ, да се гарантира, че екологичните санитарни условия се случват правилно.

Екстраполация на резултатите, получени в лабораторията

Поради високата сложност на биологичните системи, резултатите, получени в малък мащаб в лабораторията не винаги могат да бъдат екстраполирани към полеви процеси..

Особености на всеки процес на биоремедиация

Всеки процес на биоремедиация включва специфичен експериментален проект, в зависимост от конкретните условия на замърсеното място, вида на замърсителя, който ще се третира, и организмите, които ще се прилагат..

Необходимо е тогава тези процеси да се ръководят от интердисциплинарни групи от специалисти, сред които биолози, химици, инженери и др..

Поддържането на физикохимични условия на околната среда за насърчаване на растежа и метаболитната дейност, представляваща интерес, предполага постоянна задача по време на процеса на биоремедиация.

Необходимо време

Накрая, процесите на биоремедиация могат да отнемат повече време от конвенционалните физикохимични процеси.

препратки

  1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Биоремедиация на отработени масла, замърсени с почва, с използване на домашни птици. Научен журнал по инженерни и приложни науки3 (2) 124-130
  2. Adams, O. (2015). "Биоремедиация, биостимулация и биоаугментация: преглед". Международно списание за биоремедиация на околната среда и биоразграждане. 3 (1): 28-39.
  3. Boopathy, R. (2000). "Фактори, ограничаващи технологиите за биоремедиация". Технология за биоресурси. 74: 63-7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
  4. Eweis J. B., Ergas, S.J., Chang, D.P.Y. и Schoeder, D. (1999). Принципи на Biorrecuperacion. Макгроу Хил Интерамерика де Еспаня, Мадрид. стр. 296.
  5. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. and Brock, T. (2015). Брокова биология на микроорганизмите. 14 изд. Бенджамин Къмингс. 1041.
  6. McKinney, R. E. (2004). Микробиология на контрола на замърсяването на околната среда. M. Dekker 453.
  7. Pilon-Smits Е. 2005. Фиторемедиация. Annu. Plant Biol. 56: 15-39.