BIOREMEDIACIJA: ZNAČILNOSTI, VRSTE, PREDNOSTI IN SLABOSTI - BIOLOGIJA - 2026

Bioremediacija je niz biotehnologije sanitarij Ob presnovni zmogljivosti bakterijskih mikroorganizmov, gliv, rastlin in / ali izoliramo encimi, da odstranimo kontaminante v zemlji in vodi.

Mikroorganizmi (bakterije in glive) in nekatere rastline lahko biotransformirajo najrazličnejše onesnaževalne in strupene organske spojine, dokler niso škodljive ali neškodljive. Lahko tudi razgrajuje nekatere organske spojine z njihovimi najenostavnejših oblik, kot so metan (CH ₄ ) in ogljikovega dioksida (CO ₂ ).

Slika 1. Onesnaženje okolja z razlitjem nafte, kasneje obdelano z bioremediacijo Vir: commons.wikimedia.org

Nekateri mikroorganizmi in rastline lahko tudi izločijo ali imobilizirajo strupene kemične elemente, kot so težke kovine, v okolju (in situ). Z imobilizacijo strupene snovi v okolju živim organizmom ni več na voljo in zato nanje ne vpliva.

Zato je zmanjšanje biološke uporabnosti strupene snovi tudi oblika bioremediacije, čeprav ne pomeni odstranjevanja snovi iz okolja.

Trenutno narašča znanstveni in komercialni interes za razvoj ekonomičnih in nizkih vplivov na okolje (ali "okolju prijaznih") tehnologij, kot so bioremediacija površinske in podzemne vode, blata in onesnaženih tal.

Značilnosti bioremediacije

Kontaminanti, ki jih lahko bioremediacije

Med onesnaževala, ki so bila bioremediativna, so težke kovine, radioaktivne snovi, strupena organska onesnaževala, eksplozivne snovi, organske spojine, pridobljene iz nafte (poliaromatski ogljikovodiki ali HPA), fenoli.

Fizikalno-kemijske razmere med bioremediacijo

Ker so procesi bioremediacije odvisni od aktivnosti mikroorganizmov in živih rastlin ali njihovih izoliranih encimov, je treba vzdrževati ustrezne fizikalno-kemijske pogoje za vsak organizem ali encimski sistem, da se optimizira njihova presnovna aktivnost v procesu bioremediacije.

Dejavniki, ki jih je treba optimizirati in vzdrževati v celotnem procesu bioremediacije

-Koncentracija in biološka uporabnost onesnaževala v okoljskih pogojih: ker je previsoka, je lahko škodljiva za iste mikroorganizme, ki jih lahko biotransformirajo.

-Vlažnost: razpoložljivost vode je bistvena za žive organizme, pa tudi za encimsko aktivnost bioloških katalizatorjev brez celic. Na splošno je treba vzdrževati od 12 do 25% relativne vlage v tleh, ki so pod bioremediacijo.

-Temperatura: mora biti v območju, ki omogoča preživetje uporabljenih organizmov in / ali zahtevano encimsko aktivnost.

- Biološko dostopna hranila: bistvena za rast in razmnoževanje mikroorganizmov, ki nas zanimajo. V glavnem je treba nadzorovati ogljik, fosfor in dušik ter nekatere bistvene minerale.

-Kislost ali alkalnost vodnega medija ali pH (merjenje ionov H ⁺ v mediju).

-Razpoložljivost kisika: v večini tehnik bioremediacije se uporabljajo aerobni mikroorganizmi (na primer pri kompostiranju, biopilih in "zemeljskem hranjenju"), zračenje substrata pa je potrebno. Vendar pa se anaerobni mikroorganizmi lahko uporabljajo v postopkih bioremediacije, pod zelo nadzorovanimi pogoji v laboratoriju (z uporabo bioreaktorjev).

Vrste bioremediacije

Med uporabljenimi biotehnološkimi biotehnologijami so naslednje:

Biostimulacija

Biostimulacija je sestavljena iz stimulacije in situ tistih mikroorganizmov, ki so že prisotni v kontaminiranem okolju (avtohtoni mikroorganizmi), ki lahko bioremedirajo onesnaževalno snov.

Instino biostimulacijo dosežemo z optimizacijo fizikalno-kemijskih pogojev za želeni proces, to je; pH, kisik, vlažnost, temperatura med drugim in dodajanje potrebnih hranil.

Bioavmentacija

Bioaugmentacija vključuje povečanje količine mikroorganizmov, ki nas zanimajo (po možnosti avtohtone), zahvaljujoč dodajanju njihove inokule, gojene v laboratoriju.

Potem, ko so mikroorganizmi, ki nas zanimajo, inokulirani in situ, je treba fizikalno-kemijske pogoje optimizirati (na primer pri biostimulaciji), da bi spodbudili razgradno aktivnost mikroorganizmov.

Za uporabo bioavmentacije je treba upoštevati stroške mikrobne kulture v bioreaktorjih v laboratoriju.

Biostimulacijo in bioavmentacijo lahko kombiniramo z vsemi drugimi biotehnologijami, opisanimi spodaj.

Kompostiranje

Kompostiranje je sestavljeno iz mešanja onesnaženega materiala z nekontaminirano zemljo, dopolnjeno z rastlinskimi ali živalskimi sredstvi in ​​hranili. Ta mešanica tvori stožce, visoke do 3 m, narazen.

Oksigenacijo spodnjih plasti stožcev je treba nadzorovati z rednim odstranjevanjem z enega mesta na drugega s stroji. Med drugim je treba vzdrževati tudi optimalne pogoje vlažnosti, temperature, pH, hranil.

Biopile

Tehnika bioremediacije z biopili je enaka zgoraj opisani tehniki kompostiranja, razen:

• Odsotnost plemenskih agentov rastlinskega ali živalskega izvora.
• Odprava aeracije s premikanjem z enega mesta na drugega.

Biopile ostanejo pritrjene na istem mestu in se v sistemih cevi prezračujejo v notranjih plasteh, katerih stroški namestitve, obratovanja in vzdrževanja morajo biti upoštevani od faze načrtovanja sistema.

Ozemljitve

Biotehnologija, imenovana "zemeljsko kmetijstvo" (prevedeno iz angleščine: obdelovanje zemlje), sestoji iz mešanja onesnaženega materiala (blata ali usedlin) s prvih 30 cm nekontaminirane zemlje velikega območja.

V prvih centimetrih zemlje je razkroj onesnaževalnih snovi ugoden zaradi njegovega zračenja in mešanja. Za te naloge se uporablja kmetijska mehanizacija, kot so plužni traktorji.

Glavna pomanjkljivost kmetovanja je ta, da nujno potrebuje velike zemljišča, ki bi jih lahko uporabili za pridelavo hrane.

Fitoremediacija

Fitoremediacija, imenovana tudi mikroorganizem in rastlinsko bioremediacija, je skupek biotehnologij, ki temeljijo na uporabi rastlin in mikroorganizmov za odstranjevanje, omejitev ali zmanjšanje toksičnosti onesnaževalnih snovi v površinskih ali podzemnih vodah, blatu in tleh.

Med fitoremediacijo lahko pride do razgradnje, ekstrakcije in / ali stabilizacije (zmanjšanje biološke uporabnosti) onesnaževalca. Ti procesi so odvisni od interakcij med rastlinami in mikroorganizmi, ki živijo zelo blizu svojih korenin, na območju, ki se imenuje rizfera.

Slika 2. Bioremediacija vode, onesnažene z rastlinami in mikroorganizmi. Vir: Wikyhelper, iz Wikimedia Commons

Fitoremediacija je bila še posebej uspešna pri odstranjevanju težkih kovin in radioaktivnih snovi iz tal in površinske ali podzemne vode (ali rifofiltracije onesnažene vode).

V tem primeru rastline kopičijo kovine iz okolja v svojih tkivih, nato pa jih pobirajo in sežgejo v nadzorovanih pogojih, tako da se onesnaževalo od razpršitve v okolju do koncentracije v obliki pepela.

Pridobljeni pepel je mogoče obdelati za pridobivanje kovine (če je to gospodarskega pomena) ali pa ga zapustiti na mestih dokončnega odlaganja odpadkov.

Pomanjkljivost fitoremediacije je pomanjkanje poglobljenega znanja o medsebojnih odnosih med organizmi (rastline, bakterije in morda mikorizne glive).

Po drugi strani je treba ohranjati okoljske pogoje, ki zadovoljujejo potrebe vseh uporabljenih organizmov.

Bioreaktorji

Bioreaktorji so vsebniki velike velikosti, ki omogočajo vzdrževanje zelo nadzorovanih fizikalno-kemijskih razmer v vodnih kulturah z namenom, da spodbujajo biološki proces, ki nas zanima.

Bakterijske mikroorganizme in glive je mogoče v velikem obsegu gojiti v laboratoriju v bioreaktorjih in nato uporabiti in situ postopke bioagmentacije. Mikroorganizme je mogoče gojiti tudi zaradi pridobivanja encimov, ki razgrajujejo onesnaževala.

Bioreaktorji se uporabljajo v procesu bioremediacije ex situ z mešanjem kontaminiranega substrata z mikrobnim gojiščnim sredstvom, kar daje prednost razgradnji onesnaževala.

Mikroorganizmi, ki se gojijo v bioreaktorjih, so lahko celo anaerobni, v tem primeru mora biti vodni kulturni medij brez raztopljenega kisika.

Slika 3. Bioreaktor. Vir: es.m.wikipedia.org

Med bioremediacijskimi biotehnologijami je uporaba bioreaktorjev sorazmerno draga, zaradi vzdrževanja opreme in zahtev za mikrobno kulturo.

Mikroremediacija

Uporaba glivičnih mikroorganizmov (mikroskopskih gliv) v bioremediacijskih postopkih strupenega onesnaževalca se imenuje mikorremediacija.

Upoštevati je treba, da je kultura mikroskopskih gliv običajno bolj zapletena kot kultura bakterij in zato pomeni večje stroške. Poleg tega glive rastejo in se razmnožujejo počasneje kot bakterije, pri čemer je bioremedijacija, ki jo podpirajo glive, proces počasnejši.

Bioremediacija v primerjavi s klasičnimi fizikalnimi in kemičnimi tehnologijami

-Prednost

Biotehnične biotehnologije so veliko bolj ekonomične in okolju prijazne kot klasično uporabljene kemijske in fizikalne tehnologije sanacije okolja.

To pomeni, da ima uporaba bioremediacije manjši vpliv na okolje kot običajne fizikalno-kemijske prakse.

Po drugi strani lahko nekateri mikroorganizmi, ki se uporabljajo v bioremediacijskih procesih, mineralizirajo onesnaževalne spojine in tako izginejo iz okolja, kar je težko doseči v enem koraku z običajnimi fizikalno-kemijskimi procesi.

- Slabosti in vidiki, ki jih je treba upoštevati

Presnovne zmogljivosti mikrobov, ki obstajajo v naravi

Glede na to, da je v naravi izoliranih samo 1% mikroorganizmov, je omejitev bioremediacije natančno identifikacija mikroorganizmov, ki so sposobni biorazgraditi določeno onesnaževalno snov.

Pomanjkanje znanja o uporabnem sistemu

Po drugi strani bioremediacija deluje s kompleksnim sistemom dveh ali več živih organizmov, ki na splošno ni popolnoma razumljen.

Nekateri preučeni mikroorganizmi imajo biotransformirane onesnaževalne spojine v še bolj strupene stranske produkte. Zaradi tega je treba predhodno poglobljeno preučiti bioremediacijske organizme in njihovo medsebojno delovanje.

Poleg tega je treba pred njihovo množično uporabo opraviti manjše pilotne preskuse (na terenu), na koncu pa je treba nadzirati postopke bioremediacije in situ, da se zagotovi pravilno delovanje okoljskih sanitarij.

Ekstrapolacija rezultatov, dobljenih v laboratoriju

Zaradi velike zapletenosti bioloških sistemov majhnih rezultatov v laboratoriju ne moremo vedno ekstrapolirati na terenske procese.

Posebnosti vsakega procesa bioremediacije

Vsak postopek bioremediacije vključuje posebno eksperimentalno zasnovo glede na posebne pogoje onesnaženega območja, vrsto onesnaževalcev, ki jih je treba zdraviti, in organizme, ki jih je treba uporabiti.

Nato je potrebno, da te procese usmerjajo interdisciplinarne skupine specialistov, med katerimi morajo biti med drugim tudi biologi, kemiki, inženirji.

Vzdrževanje okoljskih fizikalno-kemijskih pogojev za spodbujanje rasti in metabolične aktivnosti, ki nas zanima, pomeni stalno delo v procesu bioremediacije.

Potreben čas

Končno lahko postopki bioremediacije trajajo dlje od običajnih fizikalno-kemijskih procesov.

Reference

1. Adams, GO, Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Bioremediacija izrabljenih tal, onesnaženih z nafto, z uporabo perutninskega stelja. Časopis za raziskave inženiringa in uporabnih znanosti3 (2) 124-130
2. Adams, O. (2015). "Bioremediacija, biostimulacija in bioaugmentacija: pregled". Mednarodni časopis za okoljsko bioremediacijo in biodegredacijo. 3 (1): 28–39.
3. Boopathy, R. (2000). "Dejavniki, ki omejujejo bioremediacijske tehnologije". Bioresurna tehnologija. 74: 63–7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
4. Eweis JB, Ergas, SJ, Chang, DPY in Schoeder, D. (1999). Načela Biorecovery. McGraw-Hill Interamericana iz Španije, Madrid. str. 296.
5. Madigan, MT, Martinko, JM, Bender, KS, Buckley, DH Stahl, DA in Brock, T. (2015). Brock biologija mikroorganizmov. 14 izd. Benjamin Cummings. pp 1041.
6. McKinney, RE (2004). Mikrobiologija nadzora onesnaževanja okolja. M. Dekker. str. 453.
7. Pilon-Smits E. 2005. Fitoremediacija. Annu Rev. rastlinski biol. 56: 15–39.