מאפייני Bioremediation, סוגים, יתרונות וחסרונות

ה bioremediation היא קבוצה של ביוטכנולוגיות תברואה סביבתיים המשתמשים ביכולות המטבוליות של מיקרואורגניזמים חיידקים, פטריות, צמחים ו / או אנזימים מבודדים שלהם, כדי למנוע זיהומים בקרקע ומים.

מיקרואורגניזמים (חיידקים ופטריות) וצמחים מסוימים יכולים לבצע ביוטנספורמציה למגוון רחב של חומרים אורגניים רעילים ומזהמים, מה שהופך אותם לא מזיקים או מזיקים. הם יכולים אפילו biodegrade כמה תרכובות אורגניות לצורות הפשוטות ביותר שלהם, כגון מתאן (CH₄) ופחמן דו חמצני (CO₂).

גם כמה מיקרואורגניזמים וצמחים יכולים לחלץ או לשתק בסביבה (באתרו) אלמנטים כימיים רעילים, כגון מתכות כבדות. על ידי קיבוע החומר הרעיל בסביבה, הוא אינו זמין עוד לאורגניזמים חיים ולכן אינו משפיע עליהם.

לכן, הירידה בזמינות הביולוגית של חומר רעיל היא גם צורה של bioremediation, אם כי זה לא אומר את ביטול של החומר מן המדיום.

כיום, יש עניין מדעי וטכנולוגי הולך וגדל בפיתוח טכנולוגיות כלכליות עם השפעה סביבתית נמוכה (או "ידידותי לסביבה"), כגון bioremediation של מים עיליים, מי תהום, בוצה וקרקע מזוהמת..

אינדקס

• 1 מאפייני bioremediation
  • 1.1 מזהמים כי ניתן bioremediated
  • 1.2 תנאים פיסיקוכימיים במהלך bioremediation
• סוגי bioremediation
  • 2.1 ביוסטימולציה
  • 2.2 ביואוגמנטציה
  • 2.3 קומפוסט
  • 2.4 ביופילים
  • 2.5 נחיתה
  • 2.6 Phytorememediation
  • 2.7 ביוריאקטורים
  • 2.8 מיקור
• 3 ביורמדיאציה לעומת טכנולוגיות פיסיקליות וכימיות קונבנציונליות
  • 3.1 - יתרונות
  • 3.2-חסרונות והיבטים שיש להביא בחשבון
• 4 הפניות

מאפייני bioremediation

מזהמים כי ניתן bioremediated

מזהמים שיש עליהם biorremediados, מתכות כבדות, חומרים רדיואקטיביים, מזהמים רעילים וחומרים אורגניים, חומר נפץ, תרכובות אורגניות מנפט (פחמימנים polyaromatic או PAHs), פנולים הם, בין היתר.

תנאים פיסיקוכימיים במהלך bioremediation

בגלל תהליכי bioremediation תלויים בפעילות של מיקרואורגניזמים חיים וצמחים או האנזימים המבודדים שלהם חייב להישמר מתאים לכל תנאי physicochemical אורגניזם או אנזים מערכת, על מנת לייעל את פעילות חילוף החומרים שלהם ב bioremediation.

גורמים שיש לייעל ולשמר לאורך תהליך bioremediation

-הריכוז והזמינות הביולוגית של המזהם בתנאים סביבתיים: מכיוון שאם הוא גבוה מדי, הוא עלול להזיק לאותם מיקרואורגניזמים בעלי יכולת לבצע בהם המרה ביולוגית.

-לחות: זמינות המים חיונית לאורגניזמים חיים, כמו גם לפעילות האנזימטית של זרזים ביולוגיים נטולי תאים. בדרך כלל, לחות יחסית של 12 עד 25% חייב להיות מתוחזק בקרקעות עובר bioremediation.

-הטמפרטורה: חייבת להיות בטווח המאפשר את הישרדותם של האורגניזמים המיושמים ו / או את הפעילות האנזימטית הנדרשת.

-את החומרים המזינים bioavailable: חיוני לצמיחה וכפל של מיקרואורגניזמים של עניין. בעיקר פחמן, זרחן וחנקן חייב להיות נשלט, כמו גם כמה מינרלים חיוניים.

-חומציות או אלקליניות של המדיום מימי או pH (מדידת יונים⁺ באמצע).

-הזמינות של חמצן: ברוב טכניקות bioremediation, מיקרואורגניזמים אירוביים משמשים (למשל קומפוסט, biopiles ו "Landfarming"), ואת אוורור של המצע הוא הכרחי. עם זאת, מיקרואורגניזמים אנאירוביים ניתן להשתמש בתהליכים bioremediation, בתנאים מעבדה מבוקרת מאוד (באמצעות bioreactors).

סוגי bioremediation

בין ביוטכנולוגיות bioremediation יישומית הם כדלקמן:

ביו-סטימולציה

Biostimulation מורכב גירוי באתרם של אותם מיקרואורגניזמים שכבר נמצאים במדיום המזוהם (מיקרואורגניזמים אוטוכתוניים), המסוגלים לחדד את החומר המזוהם.

ביו-סטימולציה באתרם היא מושגת על ידי אופטימיזציה של התנאים הפיזוכימיים עבור התהליך הרצוי להתרחש, כלומר; pH, חמצן, לחות, טמפרטורה, בין היתר, והוספת החומרים המזינים הדרושים.

ביוגאוגמנטציה

הביואוגמנטציה מרמזת על הגדלת כמות המיקרואורגניזמים המעניינים (רצוי אוטוכתונית), הודות לתוספת של האינוקולה המעובדת במעבדה.

לאחר מכן, לאחר מיקרואורגניזמים של עניין כבר מחוסן באתרם, התנאים הפיזיקליים-כימיים חייבים להיות אופטימליים (כגון ביו-סטימולציה), כדי לקדם את הפעילות המשפילה של מיקרואורגניזמים.

עבור היישום של bioaugmentation, את העלויות של התרבות המיקרוביאלית bioreactors במעבדה צריך להיחשב.

ניתן לשלב ביו-סטימולציה וביו-לוגמנטציה עם כל הביוטכנולוגיות האחרות המתוארות להלן.

קומפוסט

קומפוסט מורכב מערבוב חומר מזוהם עם אדמה מזוהמת בתוספת צמחים או בעלי חיים משפר סוכנים וחומרים מזינים. תערובת זו יוצרת קונוסים עד 3 מ 'גבוה, מופרדים זה מזה.

החמצון של השכבות התחתונות של קונוסים צריך להיות נשלט, דרך הסרה קבוע ממקום למקום עם מכונות. התנאים האופטימליים של לחות, טמפרטורה, pH, חומרים מזינים, בין היתר חייב להיות גם נשמר.

ביופילים

הטכניקה bioremediation עם biopiles זהה טכניקה קומפוסט המתואר לעיל, למעט:

• היעדר שיפור סוכני ירקות או בעלי חיים.
• חיסול אוורור על ידי תנועה ממקום למקום.

Biopiles להישאר קבוע באותו מקום, להיות סודה בשכבות הפנימיות שלהם באמצעות מערכת של צינורות, אשר עלויות ההתקנה, תפעול ותחזוקה יש לקחת בחשבון משלב התכנון של המערכת.

קרקע

ביוטכנולוגיה שנקרא "אדמה חקלאית" (מאנגלית: הכשרת קרקע), זה כרוך ערבוב החומר המזוהם (בוצה או משקע) עם 30 הסנטימטרים הראשונים של אדמת מזוהמת מן השטחים נרחבים.

באותם סנטימטרים הראשונים של הקרקע את השפלה של חומרים מזהמים הוא המועדף הודות אוורור שלה ערבוב. לצורך עבודה זו נעשה שימוש במכונות חקלאיות, כגון טרקטורים לחרוש.

החיסרון העיקרי של landfarming היא שזה בהכרח דורש שטחים גדולים של הקרקע, אשר יכול לשמש לייצור מזון.

Phytoremediation

Phytoremediation, המכונה גם מיקרואורגניזמים bioremediation בסיוע וצמחים, היא קבוצה של הביוטכנולוגיה מבוסס על השימוש צמחים ומיקרואורגניזמים להסיר, מכילים או להקטין את הרעילות של חומרים מזהמים לתוך השטח או מי תהום, בוצה וקרקעות.

במהלך הפירוק phytoremediation, מיצוי ו / או ייצוב (הפחתת הזמינות הביולוגית) של המזהם עלול להתרחש. תהליכים אלה תלויים באינטראקציות בין צמחים למיקרואורגניזמים החיים קרוב מאוד לשורשיהם, באזור הנקרא ריזוספירה.

Phytoremediation היה מוצלח במיוחד בהסרת מתכות כבדות וחומרים רדיואקטיביים מהקרקע, פני השטח או מי התהום (או rezofiltration של מים מזוהמים).

במקרה זה, הצמחים לצבור מתכות ברקמות שלהם בינונית ולאחר מכן נקצרים ונשרפו בתנאים מבוקרים, כך החומר המזהם עובר מלהיות מפוזרים בסביבה, כדי להיות מרוכזים בצורת אפר.

אפר שהתקבל ניתן לטפל כדי לשחזר את המתכת (אם זה עניין כלכלי), או שהם יכולים להיות נטושים במקומות סילוק סופי של פסולת..

חסרון של phytoremediation הוא חוסר ידע מעמיק של אינטראקציות המתרחשות בין האורגניזמים המעורבים (צמחים, חיידקים ואולי פטריות mycorrhal)..

מאידך גיסא, יש לשמור על תנאים סביבתיים העונים על הצרכים של כל הסוכנויות שיושמו.

ביאורקטורים

ביוריאקטורים הם מכולות בגודל ניכר, המאפשרים לשמור על תנאים פיסיקוכימיים מבוקרת מאוד בתקשורת תרבות מימית, על מנת להעדיף תהליך ביולוגי של עניין.

ב bioreactors, מיקרואורגניזמים חיידקים פטריות ניתן לגדל על בקנה מידה גדול במעבדה ולאחר מכן להחיל תהליכים bioaugmentation באתרם. מיקרואורגניזמים יכולים גם להיות מעובדים על האינטרסים של קבלת האנזים שלהם מזיק אנזימים משפילים.

Bioreactors משמשים תהליכים bioremediation באתרו, כאשר המצע מזוהמים מעורבב עם המדיום תרבות מיקרוביאלית, לטובת השחתה של המזהם.

המיקרואורגניזמים הגדלים בביוריאקטורים עשויים אפילו להיות אנאירוביים, ובמקרה זה, המדיום התרבותי המימי חייב להיות חסר חמצן מומס.

בין ביוטכנולוגיות bioremediation, השימוש bioreactors הוא יקר יחסית, בשל תחזוקת הציוד ודרישות לתרבות חיידקים.

מיקור

Micorremediation הוא השימוש מיקרואורגניזמים פטרייתיים (פטריות מיקרוסקופיות), בתהליכים bioremediation של חומר מזהם רעילים.

יש לחשוב כי טיפוח פטריות מיקרוסקופיות הוא בדרך כלל מורכב יותר מזה של חיידקים ולכן מרמז על עלויות גבוהות יותר. בנוסף, פטריות לגדול ולשכפל לאט יותר מאשר חיידקים, עם bioremediation בסיוע פטריות להיות תהליך איטי יותר.

ביורמדיאציה לעומת טכנולוגיות פיסיקליות וכימיות קונבנציונליות

-יתרונות

ביוטכנולוגיות ביורמדיאציות הן הרבה יותר חסכניות וידידותיות לסביבה מאשר בטכנולוגיות התברואה הכימיות והגופניות הסביבתיות..

משמעות הדבר היא כי היישום של bioremediation יש השפעה סביבתית נמוכה יותר מאשר שיטות פיזיקליות קונבנציונאלי.

מצד שני, בין מיקרואורגניזמים המיושמים בתהליכים bioremediation, כמה יכול להמשיך מינרליזציה של חומרים מזהמים, הבטחת היעלמותם מן הסביבה, משהו שקשה להשיג בשלב אחד עם תהליכים פיזיקופיים קונבנציונאלי.

-חסרונות והיבטים שיש להביא בחשבון

יכולות מטבוליות מיקרוביאליות הקיימות בטבע

בהתחשב בכך רק 1% של מיקרואורגניזמים הקיימים בטבע היו מבודדים, מגבלה אחת של bioremediation היא דווקא זיהוי של מיקרואורגניזמים המסוגלים biodegrading חומר מזהמים מסוים..

בורות של המערכת המיושמת

מצד שני, bioremediation עובד עם מערכת מורכבת של שני אורגניזמים חיים או יותר, אשר בדרך כלל לא ידוע לחלוטין.

כמה מיקרואורגניזמים שנחקרו ביו-טרנספורמציות הפכו את המרכיבים המזהמים לתוצרי לוואי רעילים עוד יותר. לכן, יש צורך קודם ללמוד במעבדה את אורגניזמים bioremediating ואת האינטראקציות שלהם לעומק.

בנוסף, בדיקות בקנה מידה קטן טייס (בתחום) חייב להיעשות לפני יישום אותם מסיבית, ולבסוף, תהליכים bioremediation חייב להיות פיקוח. באתרם, כדי להבטיח כי תברואה סביבתי מתרחשת כראוי.

אקסטרפולציה של תוצאות המתקבלות במעבדה

בשל המורכבות הגבוהה של המערכות הביולוגיות, התוצאות המתקבלות בקנה מידה קטן במעבדה לא תמיד ניתנות לאקסטרפולציה לתהליכי שדה.

הפרטיות של כל תהליך bioremediation

כל תהליך bioremediation כרוך בעיצוב ניסיוני ספציפי, על פי התנאים הספציפיים של האתר המזוהם, סוג של זיהום להיות מטופלים ואת האורגניזמים להיות מיושם..

יש צורך בכך שתהליכים אלה מכוונים על ידי קבוצות מומחים בין-תחומיות, וביניהן ביולוגים, כימאים, מהנדסים, בין היתר.

תחזוקה של תנאים פיסיקליים כימיים כדי לקדם צמיחה ופעילות מטבולית של עניין, מרמז על משימה קבועה במהלך תהליך bioremediation.

הזמן הדרוש

לבסוף, תהליכים bioremediation עשוי להימשך זמן רב יותר מאשר תהליכים פיזיקליים קונבנציונליים.

הפניות

1. אדמס, G.O, Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Bioremediation של קרקעות מזוהמות שמן מזוהם באמצעות עופות המלטה. מגזין מחקר בהנדסה ומדעים יישומיים 3 (2) 124-130
2. אדמס, O. (2015). "Bioremediation, Biostimulation ו Bioaugmentation: סקירה". כתב העת הבינלאומי של Bioremediation הסביבה ביודגרציה. 3 (1): 28-39.
3. בופאת'י, ר '(2000). "גורמים המגבילים טכנולוגיות bioremediation". טכנולוגיה Bioresource. 74 ו youפרד. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
4. Eweis J. B., Ergas, S.J., Chang, D. P.Y. ו- Schoeder, D. (1999). עקרונות של Biorrecuperación. McGraw-Hill Interamericana de España, מדריד. עמ '296.
5. Madigan, M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A.and Brock, T. (2015). ברוק ביולוגיה של מיקרואורגניזמים. 14 ed. בנימין קאמינגס. עמ '1041.
6. McKinney, R. (2004). מיקרוביולוגיה של בקרת זיהום הסביבה. מ 'דקר עמ '453.
7. Pilon-Smits E. 2005. Phytoremediation. אנו. Rev. ביול Biol 56: 15-39.