Характеристики, виды, преимущества и недостатки биоремедиации

биоремедиации представляет собой набор биотехнологий санитарии окружающей среды, которые используют метаболические возможности бактериальных микроорганизмов, грибов, растений и / или их выделенных ферментов, для устранения загрязнений в почве и воде.

Микроорганизмы (бактерии и грибки) и некоторые растения могут биотрансформировать широкий спектр токсичных и загрязняющих органических соединений, делая их безвредными или безвредными. Они могут даже биоразлагать некоторые органические соединения до их самых простых форм, таких как метан (СН₄) и углекислый газ (CO₂).

Также некоторые микроорганизмы и растения могут извлекать или обездвиживать в окружающей среде (на месте) токсичные химические элементы, такие как тяжелые металлы. Иммобилизуя токсичное вещество в окружающей среде, оно больше не доступно для живых организмов и, следовательно, не влияет на них..

Следовательно, снижение биодоступности токсичного вещества также является формой биоремедиации, хотя это не означает удаления вещества из среды..

В настоящее время наблюдается растущий научный и коммерческий интерес к разработке экономических технологий с низким воздействием на окружающую среду (или «экологически чистых»), таких как биоремедиация поверхностных вод, подземных вод, осадка и загрязненной почвы..

индекс

• 1 Характеристики биоремедиации
  • 1.1 Загрязняющие вещества, которые могут быть биоремедиированы
  • 1.2 Физико-химические условия при биоремедиации
• 2 Типы биоремедиации
  • 2.1 Биостимуляция
  • 2.2 Биоаугментация
  • 2.3 Компостирование
  • 2.4 Биопилы
  • 2.5 Земледелие
  • 2.6 Фиторемедиация
  • 2.7 Биореакторы
  • 2.8 Микроремедиация
• 3 Биоремедиация в сравнении с обычными физическими и химическими технологиями
  • 3.1-Преимущества
  • 3.2-Недостатки и аспекты для рассмотрения
• 4 Ссылки

Характеристики биоремедиации

Загрязняющие вещества, которые могут быть биоремедиированы

В число загрязнителей, которые были биоремедиированы, входят тяжелые металлы, радиоактивные вещества, токсичные органические загрязнители, взрывчатые вещества, органические соединения, полученные из нефти (полиароматические углеводороды или ГПД), фенолы и другие..

Физико-химические условия при биоремедиации

Поскольку процессы биоремедиации зависят от активности микроорганизмов и живых растений или их изолированных ферментов, необходимо поддерживать соответствующие физико-химические условия для каждого организма или ферментативной системы, чтобы оптимизировать их метаболическую активность в процессе биоремедиации..

Факторы, которые необходимо оптимизировать и поддерживать на протяжении всего процесса биоремедиации

-Концентрация и биодоступность загрязнителя в условиях окружающей среды: потому что, если он слишком высок, он может быть вредным для тех же микроорганизмов, которые способны их биотрансформировать.

-Влажность: наличие воды необходимо для живых организмов, а также для ферментативной активности бесклеточных биологических катализаторов. Как правило, относительная влажность от 12 до 25% должна поддерживаться в почвах, подвергающихся биоремедиации.

-Температура: должна быть в диапазоне, обеспечивающем выживание применяемых организмов и / или требуемую ферментативную активность.

-Биодоступные питательные вещества: необходимы для роста и размножения представляющих интерес микроорганизмов. В основном необходимо контролировать углерод, фосфор и азот, а также некоторые важные минералы.

-Кислотность или щелочность водной среды или pH (измерение ионов H⁺ в середине).

-Доступность кислорода: в большинстве методов биоремедиации используются аэробные микроорганизмы (например, в компостировании, биопиле и «Земля хозяйство»), и аэрация основания необходима. Однако анаэробные микроорганизмы могут быть использованы в процессах биоремедиации в строго контролируемых лабораторных условиях (с использованием биореакторов)..

Типы биоремедиации

Среди прикладных биоремедиационных биотехнологий можно выделить следующие:

биостимуляция

Биостимуляция состоит из стимуляции на месте из тех микроорганизмов, уже присутствующих в загрязненной среде (автохтонные микроорганизмы), способных к биоремедиации загрязняющего вещества.

биостимуляция на месте это достигается путем оптимизации физико-химических условий для желаемого процесса, т.е. pH, кислород, влажность, температура, среди прочего, и добавление необходимых питательных веществ.

биоаугментации

Биоаугментация подразумевает увеличение количества представляющих интерес микроорганизмов (предпочтительно автохтонных) благодаря добавлению их инокулятов, культивируемых в лаборатории..

Впоследствии, как только интересующие микроорганизмы были привиты на месте, Физико-химические условия должны быть оптимизированы (например, при биостимуляции), чтобы способствовать ухудшению активности микроорганизмов..

Для применения биоаугментации следует учитывать стоимость микробной культуры в биореакторах в лаборатории..

И биостимуляция, и биоаугментация могут сочетаться со всеми другими биотехнологиями, описанными ниже..

компостирование

Компостирование состоит из смешивания загрязненного материала с незагрязненной почвой, дополненной растительными или животными улучшающими агентами и питательными веществами. Эта смесь образует шишки до 3 м высотой, отделенные друг от друга.

Оксигенация нижних слоев колбочек должна контролироваться путем регулярного удаления из одного места в другое с помощью оборудования. Оптимальные условия влажности, температуры, pH, питательных веществ, среди прочего, также должны поддерживаться.

biocells

Техника биоремедиации с биопилами такая же, как методика компостирования, описанная выше, за исключением:

• Отсутствие улучшающих агентов растительного или животного происхождения.
• Устранение аэрации при движении из одного места в другое.

Биопленки остаются зафиксированными в одном и том же месте, будучи проветриваемыми в своих внутренних слоях через систему труб, затраты на монтаж, эксплуатацию и обслуживание которых должны учитываться на этапе проектирования системы..

запахивание в почву

Биотехнология, называемая «земледелие» (перевод с английского: высеченный из земли), состоит из смешивания загрязненного материала (грязи или осадка) с первыми 30 см незагрязненной почвы обширной земли.

В этих первых сантиметрах почвы деградация загрязняющих веществ благоприятна благодаря ее аэрации и перемешиванию. Для этой работы используется сельскохозяйственная техника, такая как тракторные плуги.

Основным недостатком земледелия является то, что оно обязательно требует больших площадей земли, которые могут быть использованы для производства продуктов питания..

фиторемедиация

Фиторемедиация, также называемая биоремедиацией с помощью микроорганизмов и растений, представляет собой набор биотехнологий, основанных на использовании растений и микроорганизмов для удаления, ограничения или снижения токсичности загрязняющих веществ в поверхностных или подземных водах, илах и почве..

Во время фиторемедиации может происходить деградация, экстракция и / или стабилизация (снижение биодоступности) загрязнителя. Эти процессы зависят от взаимодействия растений и микроорганизмов, которые живут очень близко к своим корням, в области, называемой ризосфера.

Фиторемедиация была особенно успешной в удалении тяжелых металлов и радиоактивных веществ из почвы и поверхностных или подземных вод (или ризофильтрации загрязненных вод)..

В этом случае растения накапливают в своих тканях металлы окружающей среды, а затем их собирают и сжигают в контролируемых условиях, так что загрязняющее вещество переходит от рассеивания в окружающей среде к концентрации в виде пепла..

Полученный пепел можно обработать для извлечения металла (если это представляет экономический интерес), или его можно оставить в местах окончательной утилизации отходов..

Недостатком фиторемедиации является отсутствие глубоких знаний о взаимодействиях, которые происходят между вовлеченными организмами (растениями, бактериями и, возможно, микоризными грибами)..

С другой стороны, должны поддерживаться условия окружающей среды, отвечающие потребностям всех применяемых учреждений..

биореакторы

Биореакторы представляют собой контейнеры значительных размеров, которые позволяют поддерживать строго контролируемые физико-химические условия в водных культуральных средах, чтобы способствовать интересному биологическому процессу..

В биореакторах бактериальные микроорганизмы и грибы можно выращивать в больших масштабах и в лаборатории, а затем применять в процессах биоаугментации. на месте. Микроорганизмы могут также культивироваться в интересах получения их загрязняющих ферментов, разрушающих ферменты..

Биореакторы используются в процессах биоремедиации ex situ, когда загрязненный субстрат смешивают с микробной культуральной средой, способствуя деградации загрязнителя.

Микроорганизмы, выращенные в биореакторах, могут быть даже анаэробными, и в этом случае в водной культуральной среде не должно быть растворенного кислорода.

Среди биотехнологий биоремедиации использование биореакторов относительно дорогое из-за обслуживания оборудования и требований к микробной культуре.

mycoremediation

Микроремедиация - это использование грибковых микроорганизмов (микроскопических грибов) в процессах биоремедиации токсичного загрязняющего вещества..

Следует учитывать, что выращивание микроскопических грибов, как правило, более сложное, чем культивирование бактерий, и, следовательно, предполагает более высокие затраты. Кроме того, грибы растут и размножаются медленнее, чем бактерии, причем биоремедиация с помощью грибов является более медленным процессом..

Биоремедиация против обычных физико-химических технологий

-выгода

Биотехнологии биоремедиации намного более экономичны и безопасны для окружающей среды, чем технологии химической и физической санитарии окружающей среды, которые обычно применяются.

Это означает, что применение биоремедиации оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем обычные физико-химические методы..

С другой стороны, среди микроорганизмов, применяемых в процессах биоремедиации, некоторые могут продолжать минерализовать загрязняющие соединения, обеспечивая их исчезновение из окружающей среды, чего трудно достичь за один этап с помощью обычных физико-химических процессов..

-Недостатки и аспекты для рассмотрения

Микробные метаболические возможности, существующие в природе

Учитывая, что только 1% микроорганизмов, существующих в природе, были выделены, одним из ограничений биоремедиации является именно идентификация микроорганизмов, способных к биоразложению определенного загрязняющего вещества..

Незнание применяемой системы

С другой стороны, биоремедиация работает со сложной системой из двух или более живых организмов, которая, как правило, не полностью известна..

Некоторые исследованные микроорганизмы биотрансформировали загрязняющие соединения в еще более токсичные побочные продукты. Поэтому необходимо предварительно изучить в лаборатории биоремедиационные организмы и их взаимодействие в глубине.

Кроме того, небольшие экспериментальные испытания (в полевых условиях) должны проводиться перед их массовым применением, и, наконец, процессы биоремедиации должны контролироваться. на месте, обеспечить, чтобы экологическая санитария происходила правильно.

Экстраполяция результатов, полученных в лаборатории

Из-за высокой сложности биологических систем результаты, полученные в небольших масштабах в лаборатории, не всегда можно экстраполировать на полевые процессы..

Особенности каждого процесса биоремедиации

Каждый процесс биоремедиации включает в себя конкретный экспериментальный дизайн в соответствии с конкретными условиями загрязненного участка, типом загрязняющего вещества, подлежащего обработке, и организмами, подлежащими применению..

Тогда необходимо, чтобы этими процессами руководили междисциплинарные группы специалистов, среди которых биологи, химики, инженеры и другие..

Поддержание физико-химических условий окружающей среды для стимулирования роста и метаболической активности, представляющей интерес, подразумевает постоянную задачу в процессе биоремедиации.

Нужно время

Наконец, процессы биоремедиации могут занять больше времени, чем обычные физико-химические процессы..

ссылки

1. Adams G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Биоремедиация отработанных нефтезагрязненных почв с использованием птичьего помета. Научно-исследовательский журнал по техническим и прикладным наукам3 (2) 124-130
2. Адамс, О. (2015). «Биоремедиация, биостимуляция и биоаугментация: обзор». Международный журнал экологической биоремедиации и биодеградации. 3 (1): 28-39.
3. Бупатия, Р. (2000). «Факторы, ограничивающие технологии биоремедиации». Биоресурсные технологии. 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). Принципы Biorrecuperación. McGraw-Hill Interamericana de España, Мадрид. С. 296.
5. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. and Brock, T. (2015). Брок биологии микроорганизмов. 14 изд. Бенджамин Каммингс. с. 1041.
6. McKinney, R.E. (2004). Микробиология контроля загрязнения окружающей среды. М. Деккер стр. 453.
7. Пилон-Смитс Е. 2005. Фиторемедиация. Annu. Rev. Plant Biol. 56: 15-39.