Bioremedieringsegenskaper, typer, fördelar och nackdelar



den bioremediering är en uppsättning miljöhygieniska bioteknologier som använder metabolismen av bakteriella mikroorganismer, svampar, växter och / eller deras isolerade enzymer för att eliminera föroreningar i mark och vatten.

Mikroorganismer (bakterier och svampar) och vissa växter kan biotransformera en mängd olika giftiga och förorenande organiska föreningar, vilket gör dem skadliga eller ofarliga. De kan till och med bionedbryta vissa organiska föreningar till sina enklaste former, såsom metan (CH4) och koldioxid (CO2).

Även vissa mikroorganismer och växter kan extrahera eller immobilisera i miljön (in situ) giftiga kemiska element, såsom tungmetaller. Genom att immobilisera det giftiga ämnet i miljön är det inte längre tillgängligt för levande organismer och påverkar därför inte dem.

Därför är minskningen av biotillgängligheten hos ett giftigt ämne också en form av bioremediering, även om det inte innebär att ämnet avlägsnas från mediet.

För närvarande finns det växande vetenskapligt och kommersiellt intresse för att utveckla ekonomisk teknik med låg miljöpåverkan (eller "miljövänlig"), såsom bioremediering av ytvatten, grundvatten, slam och förorenad mark..

index

  • 1 Egenskaper för bioremediering
    • 1.1 Föroreningar som kan bioremedieras
    • 1.2 Fysikalisk-kemiska förhållanden under bioremediering
  • 2 Typ av bioremediering
    • 2.1 Biostimulering
    • 2.2 Bioaugmentation
    • 2.3 Kompostering
    • 2,4 biopiler
    • 2,5 jordbruk
    • 2.6 Fytoremediering
    • 2,7 bioreaktorer
    • 2,8 Mikroremediering
  • 3 Bioremediering kontra konventionell fysisk och kemisk teknik
    • 3.1 -Advantager
    • 3.2-Nackdelar och aspekter att överväga
  • 4 referenser

Egenskaper för bioremediering

Föroreningar som kan bioremedieras

Föroreningar som har varit biorremediados, tungmetaller, radioaktiva ämnen, föroreningar toxiska organiska, explosiva ämnen, organiska föreningar som härrör från petroleum (polyaromatiska kolväten eller PAH), fenoler är bl.a..

Fysikalisk-kemiska förhållanden under bioremediering

Eftersom bioremediering processer beroende av aktiviteten av mikroorganismer och levande växter eller deras isolerade enzymerna måste bibehållas lämplig för varje organism eller enzymsystemet fysikalisk-kemiska betingelser, i syfte att optimera deras metaboliska aktivitet i bioremediering.

Faktorer som måste optimeras och upprätthållas under hela bioremedieringsprocessen

-Föroreningarnas koncentration och biotillgänglighet under miljöförhållanden: för om den är för hög kan den vara skadlig för samma mikroorganismer som har förmåga att biotransformera dem.

-Fuktighet: tillgången på vatten är väsentlig för levande organismer, liksom för enzymaktiviteten hos cellfria biologiska katalysatorer. Generellt måste en relativ fuktighet på 12-25% bibehållas i jordar som genomgår bioremediering.

-Temperaturen måste ligga inom det intervall som tillåter överlevnad av de applicerade organismerna och / eller den enzymatiska aktiviteten som krävs.

-De biotillgängliga näringsämnena: nödvändiga för tillväxt och multiplikation av intressanta mikroorganismer. I huvudsak kol, fosfor och kväve måste kontrolleras, liksom några viktiga mineraler.

-Syrheten eller alkaliteten hos det vattenhaltiga mediet eller pH (mätning av H joner+ i mitten).

-Tillgången till syre: I de flesta biomedietekniker används aeroba mikroorganismer (till exempel vid kompostering, biopiler och "Land jordbruk"), och luftningen av substratet är nödvändigt. Anaeroba mikroorganismer kan emellertid användas i bioremedieringsprocesser, under högt kontrollerade laboratoriebetingelser (med användning av bioreaktorer).

Typer av bioremediering

Bland de applicerade biologiska medierna är bioteknik följande:

biostimulation

Biostimulering består av stimulering in situ av de mikroorganismer som redan finns närvarande i det medium som var förorenat (autochtona mikroorganismer), som är i stånd att bioremediera det förorenande ämnet.

biostimulation in situ det uppnås genom att optimera de fysikalisk-kemiska förhållandena för den önskade processen att inträffa, dvs. pH, syre, fuktighet, temperatur bland annat och tillsätta nödvändiga näringsämnen.

bioaugmentation

Bioaugmentationen innebär ökad mängd mikroorganismer av intresse (företrädesvis autochtonisk), tack vare tillsatsen av deras inokuler odlade i laboratoriet.

Därefter, när mikroorganismerna av intresse har inokulerats in situ, Fysikalisk-kemiska förhållanden måste optimeras (såsom vid biostimulering), för att främja mikroorganismernas nedbrytande aktivitet.

För tillämpning av bioaugmentering bör kostnaden för mikrobiell kultur i bioreaktorer i laboratoriet övervägas.

Både biostimulering och bioaugmentering kan kombineras med alla andra bioteknologier som beskrivs nedan.

kompostering

Kompostering innefattar blandning material kontaminerat med jord inte förorenats kompletterat med förbättringsmedlen vegetabiliskt eller animaliskt ursprung, och näringsämnen. Denna blandning bildar koner upp till 3 meter höga, separerade från varandra.

Syresättningen av de nedre skikten av kottarna bör kontrolleras genom regelbunden avlägsnande från en plats till en annan med maskiner. De optimala förhållandena för luftfuktighet, temperatur, pH, näringsämnen, måste också bibehållas.

Bioceller

Bioremedieringstekniken med biopiler är densamma som komposteringstekniken beskriven ovan, med undantag för:

  • Frånvaron av förbättrade medel av vegetabiliskt eller animaliskt ursprung.
  • Avlägsnande av luftning med rörelse från en plats till en annan.

Biopilerna förblir fasta på samma plats, luftade i sina inre skikt genom ett rörsystem, vars kostnader för installation, drift och underhåll måste beaktas från systemets konstruktionsfas.

landfarming

Bioteknik kallas "land jordbruk" (översatt från engelska: jordbearbetning) handlar det att blanda det kontaminerade materialet (slam eller sediment) med de första 30 cm av icke-förorenad jord från stora marker.

I de första centimeterna av jord favoriseras nedbrytningen av förorenande ämnen tack vare luftning och blandning. För detta arbete används jordbruksmaskiner, såsom plogstraktorer.

Den främsta nackdelen med att få uppfödning är att det nödvändigtvis kräver stora arealer som kan användas för livsmedelsproduktion.

fytoremediering

Fytoremediering, även kallad stöd bioremediering mikroorganismer och växter, är en uppsättning av bioteknik baserad på användningen av växter och mikroorganismer för att avlägsna, innehålla eller minska toxiciteten av föroreningar i ytan eller grundvattnet, slam och jordar.

Under nedbrytningen av fytormediation kan extraktion och / eller stabilisering (minskning av biotillgängligheten) av föroreningen förekomma. Dessa processer beror på växelverkan mellan växter och mikroorganismer som lever mycket nära sina rötter, i ett område som kallas rhizosfären.

Fytormediering har varit särskilt framgångsrik vid borttagning av tungmetaller och radioaktiva ämnen från mark och yta eller grundvatten (eller rhizofiltrering av förorenat vatten).

I detta fall, växterna ackumulera metaller i sina vävnader medium och därefter skördas och förbränns under kontrollerade betingelser, så att kontaminanten passerar från att dispergeras i miljön, som skall koncentreras i form av aska.

Den erhållna aska kan behandlas för att återvinna metallen (om den är av ekonomiskt intresse), eller de kan överges i ställen för slutförvaring av avfall..

En nackdel med fytormediering är bristen på djupgående kunskaper om de interaktioner som uppstår mellan de involverade organismerna (växter, bakterier och eventuellt mykorrhizala svampar)..

Å andra sidan måste miljöförhållandena upprätthållas som tillgodoser behoven hos alla tillämpade myndigheter.

bioreaktorer

Bioreaktorerna är behållare av avsevärd storlek, vilket möjliggör upprätthållande av högt kontrollerade fysikalisk-kemiska betingelser i vattenhaltigt odlingsmedium för att gynna en biologisk process av intresse.

I bioreaktorerna kan bakteriella mikroorganismer och svampar odlas i stor skala och i laboratoriet och appliceras sedan i bioaugmenteringsprocesser in situ. Mikroorganismer kan också odlas i intresse för att erhålla deras förorenande enzymnedbrytande enzymer.

Bioreaktorer används i bioremedieringsprocesser ex situ, när det förorenade substratet blandas med det mikrobiella odlingsmediet, vilket främjar nedbrytningen av föroreningen.

De mikroorganismer som odlas i bioreaktorerna kan till och med vara anaeroba, i vilket fall det vattenhaltiga odlingsmediet måste sakna upplöst syre.

Bland biotekniska biologiska medier är användningen av bioreaktorer relativt dyr på grund av underhåll av utrustning och krav på mikrobiell kultur.

mycoremediation

Mikroförmedling är användningen av svampmikroorganismer (mikroskopiska svampar), i biomedieringsprocesser av en giftig förorenande substans.

Man bör överväga att odling av mikroskopiska svampar vanligen är mer komplex än bakterier och innebär därför högre kostnader. Dessutom växer svampar och reproducerar långsammare än bakterier, med svampassisterad bioremediering är en långsammare process.

Bioremediering kontra konventionell fysisk och kemisk teknik

-nytta

Bioremedieringsbioteknologier är mycket mer ekonomiska och miljövänliga än de kemiska och fysiska miljöanpassningsteknikerna som konventionellt tillämpas.

Detta innebär att användningen av bioremediering har en lägre miljöpåverkan än konventionella fysikalisk-kemiska metoder.

Å andra sidan kan bland de mikroorganismer som tillämpas i bioremedieringsprocesser, vissa fortsätta att mineralisera de förorenande föreningarna, säkerställa deras försvinnande från miljön, något som är svårt att uppnå i ett enda steg med konventionella fysikalisk-kemiska processer.

-Nackdelar och aspekter att överväga

Mikrobiell metabolisk kapacitet som existerar i naturen

Med tanke på att endast 1% av de mikroorganismer som existerar i naturen har isolerats, är en begränsning av bioremediering exakt identifikation av mikroorganismer som kan bionedbryta en specifik förorenande substans..

Okunnighet för det applicerade systemet

Å andra sidan arbetar bioremediering med ett komplext system av två eller flera levande organismer, vilket i allmänhet inte är fullständigt känt.

Vissa mikroorganismer som studerats har biotransformerat de förorenande föreningarna till ännu mer giftiga biprodukter. Därför är det nödvändigt att tidigare studera bioremediaterande organismer och deras interaktioner i djupet i laboratoriet.

Dessutom måste småskaliga pilotprov (i fältet) utföras innan de appliceras massivt, och slutligen måste bioremedieringsprocesserna övervakas. in situ, för att säkerställa att miljöhälsan sker korrekt.

Extrapolering av resultat som erhållits i laboratoriet

På grund av de biologiska systemens höga komplexitet kan resultaten i liten skala i laboratoriet inte alltid extrapoleras till fältprocesser.

Särskilda kännetecken för varje bioremedieringsprocess

Varje bioremedieringsprocess innebär en specifik experimentell design, enligt de specifika förhållandena på den förorenade platsen, typen av förorenande substans som skall behandlas och organismerna skall appliceras..

Det är nödvändigt då att dessa processer styrs av tvärvetenskapliga grupper av specialister, bland vilka biologer, kemister, ingenjörer, bland andra.

Behållandet av miljö fysikalisk-kemiska förhållanden för att främja tillväxt och metabolisk aktivitet av intresse, innebär en permanent uppgift under bioremedieringsprocessen.

Den tid som behövs

Slutligen kan bioremedieringsprocesser ta längre tid än konventionella fysikalisk-kemiska processer.

referenser

  1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Bioremediering av förbrukade oljekontaminerade jordar med användning av fjäderfäskräde. Forskningstidskrift i teknik och tillämpad vetenskap3 (2) 124-130
  2. Adams, O. (2015). "Bioremediering, biostimulering och bioaugmentation: En granskning". Internation Journal of Environmental Bioremediation and Biodegration. 3 (1): 28-39.
  3. Boopathy, R. (2000). "Faktorer som begränsar biologiska medier". Bioresource Technology. 74: 63-7. doi: 10,1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
  4. Eweis J. B., Ergas, S. J., Chang, D. P.Y. och Schoeder, D. (1999). Principer för 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. och Brock, T. (2015). Brockbiologi av mikroorganismer. 14 ed. Benjamin Cummings. s. 1041.
  6. McKinney, R.E. (2004). Miljökonsekvenskontroll mikrobiologi. M. Dekker s. 453.
  7. Pilon-Smits E. 2005. Fytormediering. Annu. Rev. Plant Biol. 56: 15-39.