Ciri-ciri, jenis, kelebihan dan kekurangan bioremediasi



The bioremediasi adalah satu set bioteknologi sanitasi alam sekitar yang menggunakan kapasiti metabolik mikroorganisma bakteria, kulat, tumbuhan dan / atau enzim mereka yang terpencil, untuk menghilangkan bahan cemar di dalam tanah dan air.

Mikroorganisma (bakteria dan kulat) dan sesetengah tumbuh-tumbuhan boleh biotransform pelbagai jenis toksik dan mencemarkan sebatian organik, menjadikannya tidak berbahaya atau tidak berbahaya. Mereka juga boleh membiodkan beberapa sebatian organik ke bentuk yang paling sederhana, seperti metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2).

Juga beberapa mikroorganisma dan tumbuhan boleh mengekstrak atau melumpuhkan dalam persekitaran (in situ) unsur kimia toksik, seperti logam berat. Dengan melumpuhkan bahan toksik di alam sekitar, ia tidak lagi tersedia untuk organisma hidup dan oleh itu tidak memberi kesan kepada mereka.

Oleh itu, pengurangan bioavailabiliti bahan toksik juga merupakan bentuk bioremediasi, walaupun ia tidak menyiratkan penghapusan bahan dari medium.

Pada masa ini, terdapat minat saintifik dan komersial dalam mengembangkan teknologi ekonomi dengan kesan alam sekitar yang rendah (atau "mesra alam"), seperti bioremediasi air permukaan, air bawah tanah, enap cemar dan tanah yang tercemar..

Indeks

  • 1 Ciri-ciri bioremediasi
    • 1.1 Bahan pencemar yang boleh bioremediasi
    • 1.2 Keadaan fizikokimia semasa bioremediasi
  • 2 jenis bioremediasi
    • 2.1 Biostimulasi
    • 2.2 Bioaugmentation
    • 2.3 Pengkomposan
    • 2.4 Biopil
    • 2.5 Limbungan tanah
    • 2.6 Phytoremediation
    • 2.7 Bioreaktor
    • 2.8 Micorremediation
  • 3 Bioremediasi berbanding teknologi fizikal dan kimia konvensional
    • 3.1 -Advantages
    • 3.2-Kekurangan dan aspek yang perlu dipertimbangkan
  • 4 Rujukan

Ciri-ciri bioremediasi

Bahan pencemar yang boleh diselaraskan

Bahan cemar yang mempunyai biorremediados telah, logam berat, bahan-bahan radioaktif, bahan pencemar toksik organik, bahan letupan, sebatian organik yang berasal dari petroleum (hidrokarbon poliaromatik atau PAH), fenol, antara lain.

Keadaan fizikokimia semasa bioremediasi

Kerana bioremediation memproses aktiviti bergantung mikroorganisma dan tumbuhan hidup atau enzim terpencil mereka mesti dikekalkan bagi setiap sistem enzim organisma atau sesuai keadaan fizikokimia, untuk mengoptimumkan aktiviti metabolik mereka dalam pemulihan persekitaran.

Faktor yang perlu dioptimumkan dan dikekalkan sepanjang proses bioremediasi

-Kepekatan dan bioavailabiliti bahan pencemar di bawah keadaan persekitaran: kerana jika terlalu tinggi, ia boleh memudaratkan mikroorganisma yang sama yang mempunyai keupayaan untuk biotransform mereka.

-Kelembapan: ketersediaan air adalah penting untuk organisma hidup, dan juga untuk aktiviti enzim penjanaan biologi bebas sel. Secara umumnya, kelembapan relatif 12 hingga 25% mesti dikekalkan dalam tanah yang menjalani bioremediasi.

-Suhu: mestilah dalam julat yang membolehkan kelangsungan hidup organisma dan / atau aktiviti enzim yang diperlukan.

-Nutrisi bioavailable: penting untuk pertumbuhan dan pendaraban mikroorganisma yang menarik. Terutamanya karbon, fosforus dan nitrogen mesti dikawal, serta beberapa mineral penting.

-Keasidan atau kealkalian medium air atau pH (ukuran ion H+ di tengah).

-Ketersediaan oksigen: dalam kebanyakan teknik bioremediasi, mikroorganisma aerobik digunakan (contohnya dalam pengkomposan, biopil dan "Limbungan tanah"), dan pengudaraan substrat diperlukan. Walau bagaimanapun, mikroorganisma anaerobik boleh digunakan dalam proses bioremediasi, di bawah keadaan makmal yang sangat terkawal (menggunakan bioreaktor).

Jenis bioremediasi

Antara bioteknologi bioremediasi yang diterapkan adalah seperti berikut:

Biostimulasi

Biostimulasi terdiri daripada rangsangan in situ daripada mikroorganisma yang sudah ada dalam medium yang terkontaminasi (mikroorganisma autochthonous), yang mampu bioremediating bahan tercemar.

Biostimulasi in situ ia dicapai dengan mengoptimumkan keadaan fizikokimia untuk proses yang diingini berlaku, iaitu; pH, oksigen, kelembapan, suhu, antara lain, dan menambah nutrien yang diperlukan.

Bioaugmentation

Bioaugmentation membayangkan peningkatan kuantiti mikroorganisma yang menarik (sebaiknya autochthonous), terima kasih kepada penambahan inocula mereka yang ditanam di makmal.

Seterusnya, apabila mikroorganisma yang menarik telah diinokulasi in situ, Keadaan fiziko-kimia mesti dioptimumkan (seperti dalam biostimulasi), untuk mempromosikan aktiviti merosakkan mikroorganisma.

Untuk penerapan bioaugmentation, kos budaya mikrob dalam bioreaktor di makmal harus dipertimbangkan.

Kedua-dua biostimulasi dan bioaugmentasi boleh digabungkan dengan semua bioteknologi lain yang diterangkan di bawah.

Pengkomposan

Pengkomposan terdiri daripada pencampuran bahan yang tercemar dengan tanah yang tidak tercemar ditambah dengan agen tumbuhan atau haiwan yang bertambah baik dan nutrien. Campuran ini membentuk kon sehingga 3 m tinggi, dipisahkan dari satu sama lain.

Pengoksidaan lapisan bawah kon ini perlu dikawal, melalui penyingkiran biasa dari satu tempat ke tempat yang lain dengan jentera. Syarat-syarat optimum kelembapan, suhu, pH, nutrien, antara lain juga perlu dikekalkan.

Biopil

Teknik bioremediasi dengan biopil adalah sama dengan teknik pengkomposan yang diterangkan di atas, kecuali untuk:

  • Ketiadaan agen yang diperbaiki daripada sayur-sayuran atau haiwan.
  • Penghapusan pengudaraan dengan pergerakan dari satu tempat ke tempat lain.

Biopil tetap tetap di tempat yang sama, diasingkan dalam lapisan dalaman mereka melalui sistem paip, yang kos pemasangan, operasi dan penyelenggaraan mesti dipertimbangkan dari fasa reka bentuk sistem.

Landfarming

Bioteknologi yang disebut "landfarming" (diterjemahkan dari Bahasa Inggeris: diukir bumi), terdiri daripada pencampuran bahan tercemar (lumpur atau sedimen) dengan 30 cm pertama tanah yang tidak tercemar tanah yang luas.

Dalam sentimeter pertama tanah, kemerosotan bahan pencemar disukai kerana pengudaraan dan pencampurannya. Untuk kerja ini, jentera pertanian digunakan, seperti traktor bajak.

Kelemahan tanah utama adalah bahawa ia memerlukan banyak kawasan tanah yang boleh digunakan untuk pengeluaran makanan.

Phytoremediation

Fitopemulihan, juga dikenali sebagai dibantu mikroorganisma pemulihan persekitaran dan tumbuh-tumbuhan, adalah satu set bioteknologi berdasarkan penggunaan tumbuh-tumbuhan dan mikroorganisma untuk membuang, mengandungi atau mengurangkan ketoksikan bahan pencemar ke permukaan atau air bawah tanah, lumpur dan tanah.

Semasa degradasi phytoremediation, pengekstrakan dan / atau penstabilan (pengurangan bioavailabiliti) bahan pencemar mungkin berlaku. Proses-proses ini bergantung kepada interaksi antara tumbuhan dan mikroorganisma yang hidup sangat dekat dengan akarnya, di kawasan yang dipanggil rhizosphere.

Phytoremediation telah berjaya dalam penghapusan logam berat dan bahan radioaktif dari tanah dan permukaan atau air bawah tanah (atau rhizofiltration air yang tercemar).

Dalam kes ini, tumbuh-tumbuhan mengumpul logam dalam tisu mereka sederhana dan kemudian dituai dan dibakar di bawah keadaan terkawal, supaya pencemaran pas daripada tersebar dalam alam sekitar, tertumpu dalam bentuk abu.

Abu yang diperolehi boleh dirawat untuk memulihkan logam (jika ia adalah kepentingan ekonomi), atau ia boleh ditinggalkan di tempat pembuangan sampah terakhir..

Kelemahan phytoremediation adalah kekurangan pengetahuan mendalam tentang interaksi yang berlaku antara organisme yang terlibat (tumbuh-tumbuhan, bakteria dan mungkin kulat mycorrhizal)..

Sebaliknya, keadaan persekitaran mesti dikekalkan yang memenuhi keperluan semua agensi yang digunakan.

Bioreactor

Bioreactor adalah kontena saiz yang besar, yang membolehkan untuk mengekalkan keadaan fizikokimia yang terkawal dalam media kultur akueus, untuk memihak kepada proses biologi kepentingan.

Dalam bioreaktor, mikroorganisma dan kulat bakteria boleh ditanam secara besar-besaran dan di makmal dan kemudian digunakan dalam proses bioaugmentasi in situ. Mikroorganisma juga boleh ditanam untuk kepentingan enzim pencemaran enzim mereka yang merosakkan enzim.

Bioreactor digunakan dalam proses bioremediasi ex situ, apabila substrat yang tercemar bercampur dengan medium budaya mikrob, memihak kepada kemerosotan pencemaran.

Mikroorganisma yang ditanam dalam bioreaktor mungkin ada anaerob, dalam hal ini, medium budaya berair harus kekurangan oksigen terlarut.

Antara bioteknologi bioremediasi, penggunaan bioreaktor agak mahal, disebabkan oleh penyelenggaraan peralatan dan keperluan untuk budaya mikroba.

Micorremediation

Micorremediation adalah penggunaan mikroorganisma kulat (kulat mikroskopik), dalam proses bioremediasi bahan pencemar toksik.

Perlu dipertimbangkan bahawa penanaman kulat mikroskopik biasanya lebih kompleks daripada bakteria dan oleh itu membayangkan kos yang lebih tinggi. Di samping itu, kulat tumbuh dan menghasilkan semula lebih perlahan daripada bakteria, dengan bioremediasi dibantu dengan cendawan sebagai proses yang perlahan.

Bioremediasi berbanding teknologi fizikal dan kimia konvensional

-Kelebihan

Bioteknologi bioremediasi jauh lebih menjimatkan dan mesra kepada alam sekitar daripada teknologi sanitasi alam sekitar kimia dan fizikal yang digunakan secara konvensional.

Ini bermakna penerapan bioremediasi mempunyai impak alam sekitar yang lebih rendah daripada amalan fizikokimia konvensional.

Di sisi lain, di antara mikroorganisma yang digunakan dalam proses bioremediasi, ada yang boleh meneruskan mineralize sebatian pencemaran, memastikan kehilangannya dari alam sekitar, sesuatu yang sukar dicapai dalam satu langkah dengan proses fizikokimia konvensional.

-Kelemahan dan aspek yang perlu dipertimbangkan

Kapasiti metabolik mikrob yang wujud

Memandangkan hanya 1% daripada mikroorganisma yang ada di alam ini telah diasingkan, satu pembatasan bioremediasi adalah tepat mengenal pasti mikroorganisma yang mampu biodegradasi bahan pencemar tertentu..

Ketidaktahuan sistem yang diterapkan

Sebaliknya, bioremediasi berfungsi dengan sistem kompleks dua atau lebih organisma hidup, yang umumnya tidak diketahui sepenuhnya.

Sesetengah mikroorganisma yang dikaji mempunyai biotransformasi sebatian pencemaran ke dalam produk sampingan yang lebih toksik. Oleh itu, adalah perlu untuk sebelum ini mengkaji makmal bioremediasi dan interaksi mereka secara mendalam.

Di samping itu, ujian perintis berskala kecil (dalam bidang) mesti dilakukan sebelum memohon secara besar-besaran, dan akhirnya, proses bioremediasi mesti dipantau. in situ, untuk memastikan sanitasi alam sekitar berlaku dengan betul.

Ekstrapolasi hasil yang diperolehi di makmal

Oleh kerana kerumitan sistem biologi yang tinggi, keputusan yang diperoleh secara kecil-kecilan di makmal tidak boleh selalu diekstrapolasi ke proses medan.

Kepentingan setiap proses bioremediasi

Setiap proses bioremediasi melibatkan reka bentuk eksperimen tertentu, mengikut keadaan tertentu tapak tercemar, jenis pencemar yang akan dirawat dan organisma akan digunakan..

Oleh itu, proses-proses ini diarahkan oleh kumpulan pakar disiplin, antaranya ahli biologi, ahli kimia, jurutera, dan lain-lain..

Penyelenggaraan keadaan fizikokimia alam sekitar untuk menggalakkan pertumbuhan dan aktiviti metabolik kepentingan, membayangkan tugas kekal semasa proses bioremediasi.

Masa diperlukan

Akhir sekali, proses bioremediasi mungkin mengambil masa lebih lama daripada proses fizikokimia konvensional.

Rujukan

  1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Bioremediasi minyak yang terkena minyak yang dibelanjakan menggunakan sampah unggas. Jurnal Penyelidikan dalam Kejuruteraan dan Sains Gunaan3 (2) 124-130
  2. Adams, O. (2015). "Bioremediation, Biostimulation and Bioaugmentation: A Review". Jurnal Antarabangsa Bioremediasi dan Biodegrasi Alam Sekitar. 3 (1): 28-39.
  3. Boopati, R. (2000). "Faktor-faktor yang membataskan teknologi bioremediasi". Teknologi Bioresource. 74: 63-7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
  4. Eweis J. B., Ergas, S.J., Chang, D. P.Y. dan Schoeder, D. (1999). Prinsip-prinsip Biorrecuperación. McGraw-Hill Interamericana de España, Madrid. ms 296.
  5. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A.and Brock, T. (2015). Biologi Brock mikroorganisma. 14 ed. Benjamin Cummings. ms 1041.
  6. McKinney, R. E. (2004). Kawalan Pencemaran Alam Sekitar Mikrobiologi. M. Dekker ms 453.
  7. Pilon-Smits E. 2005. Phytoremediation. Annu. Wahyu Tanaman Biol 56: 15-39.