Bioremediatie-eigenschappen, typen, voor- en nadelen



de bioremediatie is een set van milieuvriendelijke sanitaire biotechnologieën die de metabole capaciteiten van bacteriële micro-organismen, schimmels, planten en / of hun geïsoleerde enzymen gebruiken om verontreinigingen in de bodem en in het water te verwijderen.

Micro-organismen (bacteriën en schimmels) en sommige planten kunnen een breed scala aan toxische en verontreinigende organische stoffen biotransformeren, waardoor ze niet schadelijk of onschadelijk worden. Ze kunnen zelfs sommige organische verbindingen biologisch afbreken tot hun eenvoudigste vormen, zoals methaan (CH4) en koolstofdioxide (CO2).

Ook sommige micro-organismen en planten kunnen in de omgeving extraheren of immobiliseren (in situ) giftige chemische elementen, zoals zware metalen. Door de giftige stof in het milieu te immobiliseren, is het niet langer beschikbaar voor levende organismen en heeft het geen invloed op hen.

Daarom is de afname van de biologische beschikbaarheid van een toxische stof ook een vorm van bioremediatie, hoewel dit niet betekent dat de stof uit het medium wordt verwijderd..

Momenteel is er een groeiende wetenschappelijke en commerciële belangstelling voor de ontwikkeling van economische technologieën met een lage milieu-impact (of "milieuvriendelijk"), zoals bioremediatie van oppervlaktewater, grondwater, slib en verontreinigde grond..

index

  • 1 Kenmerken van bioremediatie
    • 1.1 Contaminanten die kunnen worden bioremedieerd
    • 1.2 Fysisch-chemische omstandigheden tijdens bioremediatie
  • 2 soorten bioremediatie
    • 2.1 Biostimulatie
    • 2.2 Bioaugmentatie
    • 2.3 Composteren
    • 2.4 Biopiles
    • 2.5 Landfarming
    • 2.6 Fytoremediatie
    • 2.7 Bioreactoren
    • 2.8 Micoremediëring
  • 3 Bioremediatie versus conventionele fysische en chemische technologieën
    • 3.1-Voordelen
    • 3.2-Nadelen en te overwegen aspecten
  • 4 Referenties

Kenmerken van bioremediatie

Contaminanten die kunnen worden bioremedieerd

Verontreinigingen die zijn biorremediados, zware metalen, radioactieve stoffen, verontreinigende organische giftige, explosieve stoffen, organische verbindingen afgeleid van petroleum (polyaromatische koolwaterstoffen of PAK), fenolen zijn oa.

Fysisch-chemische omstandigheden tijdens bioremediatie

Omdat bioremediatie processen afhangen van de activiteit van micro-organismen en levende planten of hun geïsoleerde enzymen moeten voor elk organisme of enzymsysteem fysisch-chemische omstandigheden worden gehandhaafd, teneinde de metabolische activiteit optimaliseren bioremediatie.

Factoren die tijdens het hele bioremediëringsproces moeten worden geoptimaliseerd en onderhouden

-De concentratie en biologische beschikbaarheid van de verontreinigende stof onder milieuomstandigheden: omdat als het te hoog is, het schadelijk kan zijn voor dezelfde micro-organismen die het vermogen hebben om ze biotransform te maken.

-Vochtigheid: de beschikbaarheid van water is essentieel voor levende organismen, evenals voor de enzymatische activiteit van celvrije biologische katalysatoren. Over het algemeen moet een relatieve luchtvochtigheid van 12 tot 25% worden aangehouden in bodems die bioremediatie ondergaan.

-De temperatuur: moet in het bereik liggen dat het voortbestaan ​​van de toegepaste organismen en / of de vereiste enzymatische activiteit mogelijk maakt.

-De bio-beschikbare voedingsstoffen: essentieel voor de groei en vermenigvuldiging van de interessante micro-organismen. Voornamelijk koolstof, fosfor en stikstof moeten worden gecontroleerd, evenals enkele essentiële mineralen.

-De zuurgraad of alkaliteit van het waterige medium of de pH (meting van H-ionen+ in het midden).

-De beschikbaarheid van zuurstof: bij de meeste bioremediatietechnieken worden aerobe micro-organismen gebruikt (bijvoorbeeld bij compostering, biopielen en "Land farming") en de beluchting van het substraat is noodzakelijk. Anaerobe micro-organismen kunnen echter worden gebruikt in bioremediatieprocessen, onder sterk gecontroleerde laboratoriumomstandigheden (met behulp van bioreactoren)..

Soorten bioremediatie

Onder de toegepaste bioremediatie-biotechnologieën zijn de volgende:

biostimulatie

Biostimulatie bestaat uit stimulatie in situ van die micro-organismen die al aanwezig zijn in het medium dat besmet was (autochtone micro-organismen), in staat om de verontreinigende stof te bioremediëren.

biostimulatie in situ het wordt bereikt door de fysisch-chemische omstandigheden voor het gewenste proces te optimaliseren, dat wil zeggen; de pH, zuurstof, vochtigheid, temperatuur, onder andere, en het toevoegen van de nodige voedingsstoffen.

bioaugmentatie

De bioaugmentatie impliceert de toename van de hoeveelheid micro-organismen van belang (bij voorkeur autochtoon), dankzij de toevoeging van hun inocula gekweekt in het laboratorium.

Vervolgens, zodra de micro-organismen van belang zijn ingeënt in situ, Fysisch-chemische omstandigheden moeten worden geoptimaliseerd (zoals bij biostimulatie) om de afbrekende activiteit van micro-organismen te bevorderen.

Voor de toepassing van bioaugmentatie moeten de kosten van microbiële cultuur in bioreactoren in het laboratorium worden overwogen.

Zowel biostimulatie als bioaugmentatie kunnen worden gecombineerd met alle andere biotechnologieën die hieronder worden beschreven.

compostering

Compostering bestaat uit het mengen van verontreinigd materiaal met niet-verontreinigde grond aangevuld met plant- of dierverbeteraars en voedingsstoffen. Dit mengsel vormt cones tot 3 m hoog, gescheiden van elkaar.

De oxygenatie van de onderste lagen van de kegels moet worden gecontroleerd door regelmatig machines van de ene naar de andere plaats te verplaatsen. De optimale omstandigheden van vochtigheid, temperatuur, pH, voedingsstoffen, onder andere moeten ook worden gehandhaafd.

biocells

De bioremediatietechniek met biopielen is dezelfde als de hierboven beschreven composteringstechniek, behalve voor:

  • De afwezigheid van verbeteringsmiddelen van plantaardige of dierlijke oorsprong.
  • Het elimineren van beluchting door beweging van de ene plaats naar de andere.

De biopiles blijven op dezelfde plaats gefixeerd en worden in hun interne lagen belucht via een buizenstelsel, waarvan de kosten voor installatie, bediening en onderhoud vanaf de ontwerpfase van het systeem in aanmerking moeten worden genomen.

landfarming

De biotechnologie genaamd "landfarming" (vertaald uit het Engels: carved of the earth), bestaat uit het mengen van het verontreinigde materiaal (modder of sediment) met de eerste 30 cm niet-verontreinigde grond van een uitgestrekt land.

In die eerste centimeters bodem wordt de afbraak van vervuilende stoffen bevorderd dankzij de beluchting en vermenging. Voor dit werk worden landbouwmachines gebruikt, zoals ploegtrekkers.

Het belangrijkste nadeel van landfarming is dat het noodzakelijkerwijs grote stukken land vereist, die kunnen worden gebruikt voor voedselproductie.

fytoremediatie

Fytoremediatie, ook wel ondersteunde bioremediatie micro-organismen en planten, is een set van biotechnologie gebaseerd op het gebruik van planten en micro-organismen te verwijderen, bevatten of de toxiciteit van stoffen te verminderen in water verdunnen, slib en grond.

Tijdens de afbraak van fytoremediatie kan extractie en / of stabilisatie (vermindering van de biologische beschikbaarheid) van de verontreiniging optreden. Deze processen zijn afhankelijk van de interacties tussen planten en micro-organismen die heel dicht bij hun wortels leven, in een gebied dat wordt genoemd rhizosphere.

Fytoremediatie is met name succesvol gebleken bij de verwijdering van zware metalen en radioactieve stoffen uit bodem en oppervlakte- of grondwater (of rhizofiltratie van verontreinigd water).

In dit geval, de planten accumuleren metalen in hun weefsels medium en vervolgens geoogst en verbrand onder gecontroleerde omstandigheden, zodat de verontreiniging passeert zich verspreidt in de omgeving, geconcentreerd in de vorm van as.

De verkregen as kan worden behandeld om het metaal terug te winnen (als het van economisch belang is), of ze kunnen worden achtergelaten in plaatsen waar afval definitief wordt verwijderd..

Een nadeel van fytoremediatie is het gebrek aan diepgaande kennis van de interacties die optreden tussen de betrokken organismen (planten, bacteriën en mogelijk mycorrhiza-schimmels)..

Aan de andere kant moeten er milieuomstandigheden worden gehandhaafd die voldoen aan de behoeften van alle agentschappen die worden toegepast.

bioreactoren

De bioreactoren zijn houders van aanzienlijke grootte, die het mogelijk maken om sterk gecontroleerde fysisch-chemische omstandigheden in waterige kweekmedia te handhaven, teneinde een biologisch proces van interesse te bevorderen.

In de bioreactoren kunnen bacteriële micro-organismen en schimmels op grote schaal en in het laboratorium worden gekweekt en vervolgens worden toegepast in bioaugmentatieprocessen. in situ. Micro-organismen kunnen ook worden gekweekt in het belang van het verkrijgen van hun verontreinigende enzymafbrekende enzymen.

Bioreactoren worden gebruikt in bioremediatieprocessen ex situ, wanneer het verontreinigde substraat wordt gemengd met het microbiële kweekmedium, waarbij de degradatie van de verontreiniging wordt bevorderd.

De micro-organismen die in de bioreactoren worden gekweekt, kunnen zelfs anaëroob zijn, in welk geval het waterige kweekmedium opgeloste zuurstof moet missen.

Van bioremediatie-biotechnologieën is het gebruik van bioreactoren relatief duur, vanwege onderhoud van apparatuur en vereisten voor microbiële cultuur.

mycoremediation

Micoremediëring is het gebruik van schimmelsmicro-organismen (microscopische schimmels), in bioremediatieprocessen van een toxische verontreinigende stof.

Er moet rekening mee worden gehouden dat de kweek van microscopische schimmels gewoonlijk complexer is dan die van bacteriën en daarom hogere kosten met zich meebrengt. Bovendien groeien en reproduceren schimmels langzamer dan bacteriën, waarbij bioremediëring met behulp van paddenstoelen een langzamer proces is.

Bioremediatie versus conventionele fysische en chemische technologieën

-voordeel

Bioremediation-biotechnologieën zijn veel zuiniger en milieuvriendelijker dan de conventionele chemische en fysische milieusaneringstechnologieën.

Dit betekent dat de toepassing van bioremediatie een lagere milieu-impact heeft dan conventionele fysisch-chemische methoden.

Aan de andere kant kunnen sommige van de micro-organismen die worden toegepast in bioremediatieprocessen, de verontreinigende stoffen gaan mineraliseren, waardoor ze verdwijnen uit de omgeving, iets dat moeilijk te bereiken is in een enkele stap met de conventionele fysisch-chemische processen..

-Nadelen en aspecten om te overwegen

Microbiële metabolische vermogens die in de natuur bestaan

Aangezien slechts 1% van de micro-organismen in de natuur is geïsoleerd, is een beperking van bioremediatie juist de identificatie van micro-organismen die in staat zijn om een ​​specifieke verontreinigende stof biologisch af te breken..

Onwetendheid van het toegepaste systeem

Aan de andere kant werkt bioremediatie met een complex systeem van twee of meer levende organismen, dat over het algemeen niet volledig bekend is.

Sommige bestudeerde micro-organismen hebben de verontreinigende verbindingen biotransformeerd tot nog meer toxische bijproducten. Daarom is het noodzakelijk om eerder in het laboratorium de bioremediërende organismen en hun interacties diepgaand te bestuderen.

Bovendien moeten kleinschalige pilottesten (in het veld) worden uitgevoerd voordat ze massaal worden toegepast, en ten slotte moeten de bioremediëringsprocessen worden gemonitord. in situ, om ervoor te zorgen dat milieu-sanering correct gebeurt.

Extrapolatie van resultaten verkregen in het laboratorium

Vanwege de hoge complexiteit van de biologische systemen, kunnen de op kleine schaal verkregen resultaten in het laboratorium niet altijd worden geëxtrapoleerd naar veldprocessen.

Bijzonderheden van elk bioremediatieproces

Elk bioremediatieproces omvat een specifiek experimenteel ontwerp, afhankelijk van de specifieke omstandigheden van de verontreinigde locatie, het type vervuiling dat moet worden behandeld en de organismen die moeten worden aangebracht..

Het is dan noodzakelijk dat deze processen worden aangestuurd door interdisciplinaire groepen van specialisten, waaronder biologen, chemici, ingenieurs, onder anderen.

Het onderhoud van fysisch-chemische omgevingsomstandigheden om de groei en metabole activiteit van belang te bevorderen, impliceert een permanente taak tijdens het bioremediëringsproces.

Tijd nodig

Tot slot kunnen bioremediatieprocessen langer duren dan conventionele fysisch-chemische processen.

referenties

  1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Bioremediatie van afgewerkte olie verontreinigde bodems met behulp van pluimveestrooisel. Research Journal in Engineering and Applied Sciences3 (2) 124-130
  2. Adams, O. (2015). "Bioremediation, Biostimulation and Bioaugmentation: A Review". Internation Journal of Environmental Bioremediation and Biodegration. 3 (1): 28-39.
  3. Boopathy, R. (2000). "Factoren die bioremediatietechnologieën beperken". Bioresource-technologie. 74: 63-7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
  4. Eweis J. B., Ergas, S.J., Chang, D. P.Y. en Schoeder, D. (1999). Principes van Biorrecuperación. McGraw-Hill Interamericana de España, Madrid. pp 296.
  5. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. and Brock, T. (2015). Brock biologie van micro-organismen. 14 ed. Benjamin Cummings. pp 1041.
  6. McKinney, R. E. (2004). Environmental Pollution Control Microbiology. M. Dekker pp 453.
  7. Pilon-Smits E. 2005. Fytoremediatie. Annu. Eerw. Plant Biol., 56: 15-39.