BIOHOITO: OMINAISUUDET, TYYPIT, EDUT JA HAITAT - BIOLOGIA - 2026

Biopuhdistukseen on joukko bioteknologian puhtaanapito käytetään aineenvaihduntaa ominaisuuksia bakteeri- mikro-organismien, sienet, kasvit ja / tai eristää entsyymejä, epäpuhtauksien poistamiseksi maaperässä ja vedessä.

Mikro-organismit (bakteerit ja sienet) ja jotkut kasvit voivat muuntaa biologisesti monenlaisia ​​pilaavia ja myrkyllisiä orgaanisia yhdisteitä, kunnes niistä tehdään vaarattomia tai vaarattomia. Ne voivat jopa hajoa biologisesti joidenkin orgaanisten yhdisteiden yksinkertaisimmillaan muotoja, kuten metaania (CH ₄) ja hiilidioksidi (CO ₂).

Kuva 1. Ympäristösaastuminen öljyvuodolla, myöhemmin käsitelty biologisella kunnostamisella, lähde: commons.wikimedia.org

Jotkut mikro-organismit ja kasvit voivat myös uuttaa tai immobilisoida myrkyllisiä kemiallisia alkuaineita, kuten raskasmetalleja, ympäristöön (in situ). Immobilisoimalla myrkyllistä ainetta ympäristössä, se ei ole enää elävien organismien saatavissa eikä siksi vaikuta niihin.

Siksi myrkyllisen aineen hyötyosuuden vähentäminen on myös eräs bioremedikaation muoto, vaikka se ei tarkoita aineen poistumista ympäristöstä.

Tällä hetkellä kasvava tieteellinen ja kaupallinen kiinnostus kehittää halpoja ja vähävaikutteisia (tai ”ympäristöystävällisiä”) tekniikoita, kuten pinta- ja pohjavesien, lietteiden ja saastuneiden maaperien biologinen kunnostaminen.

Bioremedikaation ominaispiirteet

Epäpuhtaudet, joita voidaan biologisesti parantaa

Biologisesti parannettujen epäpuhtauksien joukossa ovat muun muassa raskasmetallit, radioaktiiviset aineet, myrkylliset orgaaniset pilaavat aineet, räjähtävät aineet, öljystä johdetut orgaaniset yhdisteet (polyaromaattiset hiilivedyt tai HPA: t), fenolit.

Fysikaalis-kemialliset olosuhteet bioremediaation aikana

Koska bioremedikaatioprosessit riippuvat mikro-organismien ja elävien kasvien tai niistä eristettyjen entsyymien aktiivisuudesta, on jokaiselle organismille tai entsyymijärjestelmälle ylläpidettävä asianmukaiset fysikaalis-kemialliset olosuhteet, jotta niiden metabolinen aktiivisuus voidaan optimoida bioremediaatioprosessissa.

Optimoitavat ja ylläpidettävät tekijät koko bioremediaatioprosessin ajan

-Epäpuhtauden pitoisuus ja hyötyosuus ympäristöolosuhteissa: koska se on liian korkea, se voi olla haitallista samoille mikro-organismeille, joilla on kyky muuttaa niitä biologisesti.

- Kosteus: Veden saatavuus on välttämätöntä eläville organismeille sekä soluttomien biologisten katalyyttien entsymaattiselle aktiivisuudelle. Yleensä 12–25% suhteellista kosteutta tulisi ylläpitää maaperässä, jossa tapahtuu biologinen kunnostaminen.

-Lämpötila: Sen on oltava alueella, joka sallii levitettyjen organismien selviytymisen ja / tai vaaditun entsymaattisen aktiivisuuden.

- Biologisesti saatavissa olevat ravintoaineet: välttämättömiä kiinnostavien mikro-organismien kasvulle ja lisääntymiselle. Pääasiassa hiiliä, fosforia ja typpeä sekä joitain välttämättömiä mineraaleja on valvottava.

- Vesipitoisen väliaineen happamuus tai alkalisuus tai pH (väliaineen H ⁺ -ionien mittaus).

-Hapin saatavuus: Useimmissa bioremedikaatiotekniikoissa käytetään aerobisia mikro-organismeja (esimerkiksi kompostoinnissa, biopiileissä ja ”maankäytössä”), ja substraatin ilmastus on välttämätöntä. Anaerobisia mikro-organismeja voidaan kuitenkin käyttää bioremedikaatioprosesseissa hyvin kontrolloiduissa olosuhteissa laboratoriossa (bioreaktorien avulla).

Bioremedikaation tyypit

Käytettyihin bioremedikaation bioteknologioihin kuuluvat seuraavat:

biostimulaatio

Biostimulaatio koostuu niiden ympäristössä jo läsnä olevien saastuneiden mikro-organismien (autohtoniset mikro-organismit) in situ-stimulaatiosta, jotka kykenevät biologisesti välittämään saastuttavaa ainetta.

In situ -biostimulaatio saavutetaan optimoimalla fysikaalis-kemialliset olosuhteet halutun prosessin tapahtumiseksi, ts. pH, happi, kosteus, lämpötila, muun muassa, ja tarvittavien ravinteiden lisääminen.

Bioaugmentation

Bioaugmentaatio lisää mielenkiinnon kohteena olevien mikro-organismien määrän lisäämistä (mieluiten autoktoonisia) laboratoriossa kasvatettujen ymppäysten lisäämisen ansiosta.

Myöhemmin, kun mielenkiinnon kohteena olevat mikro-organismit on inokuloitu in situ, fysikaalis-kemialliset olosuhteet on optimoitava (kuten biostimulaatiossa) mikro-organismien hajottavan aktiivisuuden edistämiseksi.

Bioaugmentaation soveltamiseksi on otettava huomioon mikrobiviljelyn kustannukset laboratorion bioreaktorissa.

Sekä biostimulaatio että bioaugmentatio voidaan yhdistää kaikkiin muihin alla kuvattuihin biotekniikoihin.

kompostointi

Kompostointi koostuu saastuneen materiaalin sekoittamisesta saastumattomaan maaperään, jota on täydennetty kasvien tai eläinten jalostusaineilla ja ravintoaineilla. Tämä seos muodostaa korkeudeltaan 3 m korkeudeltaan kartiot, jotka ovat etäisyydellä toisistaan.

Kartioiden alakerrosten hapettumista on valvottava poistamalla ne säännöllisesti yhdestä paikasta toiseen koneilla. Lisäksi on ylläpidettävä muun muassa kosteuden, lämpötilan, pH: n, ravintoaineiden optimaalisia olosuhteita.

Biopiles

Biorevaliotekniikka biopiileillä on sama kuin yllä kuvattu kompostointitekniikka, paitsi:

• Kasvi- tai eläinperäisiä jalostusaineita ei ole.
• Ilmanpoiston poistaminen liikkumalla paikasta toiseen.

Biopiilit pysyvät samassa paikassa, ja ne ilmastetaan sisäkerroksissaan putkijärjestelmän kautta, jonka asennus-, käyttö- ja ylläpitokustannukset on otettava huomioon järjestelmän suunnitteluvaiheesta alkaen.

viljelypuhdistuksessa

Bioteknologia, nimeltään ”maanviljely” (käännetty englanniksi: maan pintakäsittely), koostuu saastuneen materiaalin (muta tai sedimentti) sekoittamisesta suuren alueen ensimmäisen 30 cm: n saastumattoman maaperän kanssa.

Niissä ensimmäisissä maaperän senttimetreissä pilaavien aineiden hajoamista suositaan ilmaston ja sekoittumisen ansiosta. Näihin tehtäviin käytetään maatalouskoneita, kuten auratraktoreita.

Maanviljelyn suurin haitta on, että se vaatii välttämättä suuria maa-alueita, joita voitaisiin käyttää ruoantuotantoon.

fytoremediaatio

Fytoremedikaatio, jota kutsutaan myös mikro-organismiksi ja kasvien avustamaksi bioremediatioksi, on joukko bioteknologioita, jotka perustuvat kasvien ja mikro-organismien käyttöön pilaavien aineiden myrkyllisyyden poistamiseksi, rajoittamiseksi tai vähentämiseksi pinta- tai maanalaisissa vesissä, lietteissä ja maaperässä.

Fytoremediaation aikana epäpuhtauksia voi tapahtua hajoamista, uuttamista ja / tai stabilointia (biologisen hyötyosuuden lasku). Nämä prosessit riippuvat kasvien ja mikro-organismien, jotka asuvat hyvin lähellä juuria, alueella, jota kutsutaan risosfäärinä, vuorovaikutuksista.

Kuva 2. Kasveilla ja mikro-organismeilla saastuneen veden bioremedikaatio. Lähde: Wikyhelper, Wikimedia Commonsista

Fytoremediaatio on ollut erityisen menestyvää raskasmetallien ja radioaktiivisten aineiden poistamisessa maaperästä ja pinta- tai pohjavesistä (tai saastuneen veden risosuodatuksesta).

Tässä tapauksessa kasvit keräävät metalleja ympäristöstä kudoksiinsa, minkä jälkeen ne kerätään ja poltetaan valvotuissa olosuhteissa siten, että pilaava aine siirtyy ympäristöön leviämisestä keskittymään tuhkan muodossa.

Saadut tuhkat voidaan käsitellä metallin talteenottamiseksi (jos se on taloudellisesti kiinnostavaa), tai ne voidaan hylätä jätteiden loppusijoituspaikoissa.

Kasvien terveydenhoidon haittapuoli on perusteellisen tiedon puute vuorovaikutuksista, joita tapahtuu mukana olevien organismien (kasvit, bakteerit ja mahdollisesti mykorritsisienet) välillä.

Toisaalta on ylläpidettävä ympäristöolosuhteita, jotka tyydyttävät kaikkien levitettyjen organismien tarpeet.

bioreaktorit

Bioreaktorit ovat huomattavan kokoisia säiliöitä, jotka sallivat ylläpitää erittäin kontrolloituja fysikaalis-kemiallisia olosuhteita vesipitoisissa elatusaineissa tarkoituksenaan suosia kiinnostavaa biologista prosessia.

Bakteerimikro-organismeja ja sieniä voidaan viljellä suuressa mittakaavassa laboratoriossa bioreaktoreissa ja sitten soveltaa in situ bioaugmentaatioprosesseihin. Mikro-organismeja voidaan viljellä myös niiden epäpuhtauksia hajottavien entsyymien saamiseksi.

Bioreaktoria käytetään ex situ-bioremedikaatioprosesseissa sekoittamalla saastunut substraatti mikrobiseen viljelyelatusaineeseen edistäen epäpuhtauden hajoamista.

Bioreaktorissa kasvatetut mikro-organismit voivat olla jopa anaerobisia, jolloin vesipitoisessa kasvualustassa ei saa olla liuennut happea.

Kuva 3. Bioreaktori. Lähde: es.m.wikipedia.org

Bioremedikaation bioteknologioista bioreaktorien käyttö on suhteellisen kallista johtuen laitteiden kunnossapidosta ja mikrobiviljelmää koskevista vaatimuksista.

Microremediation

Sienimikro-organismien (mikroskooppisten sienten) käyttöä myrkyllisen epäpuhtauden bioremedikaatioprosesseissa kutsutaan mykorremediatioksi.

Olisi otettava huomioon, että mikroskooppisten sienten viljely on yleensä monimutkaisempaa kuin bakteerien, ja siksi se aiheuttaa korkeammat kustannukset. Lisäksi sienet kasvavat ja lisääntyvät hitaammin kuin bakteerit, sieni-avusteisella bioremedikaatiolla on hitaampi prosessi.

Biovalmistelu verrattuna perinteisiin fysikaalisiin ja kemiallisiin tekniikoihin

-Etu

Bioremediaation bioteknologiat ovat paljon taloudellisempia ja ympäristöystävällisempiä kuin perinteisesti käytetyt kemialliset ja fysikaaliset ympäristön puhtaanapito tekniikat.

Tämä tarkoittaa, että bioremedikaation käytöllä on vähemmän ympäristövaikutuksia kuin perinteisillä fysikaalis-kemiallisilla käytännöillä.

Toisaalta bioremedikaatioprosesseissa käytettyjen mikro-organismien joukossa jotkut voivat jopa mineralisoida saastuttavia yhdisteitä varmistaen niiden häviämisen ympäristöstä, mikä on vaikea saavuttaa yhdessä vaiheessa tavanomaisten fysikaalis-kemiallisten prosessien avulla.

-Haitat ja huomioitavat näkökohdat

Luonnossa olevat mikrobien metaboliset kyvyt

Kun otetaan huomioon, että vain 1% luonnossa esiintyvistä mikro-organismeista on eristetty, biologisen kunnostamisen rajoitus on juuri niiden mikro-organismien tunnistaminen, jotka kykenevät biohajoamaan tietyn saastuttavan aineen.

Sovelletun järjestelmän tuntemuksen puute

Toisaalta bioremedikaatio toimii kahden tai useamman elävän organismin monimutkaisessa järjestelmässä, jota ei yleensä ymmärretä täysin.

Joillakin tutkituilla mikro-organismeilla on biologisesti muuttunut pilaavia yhdisteitä vielä myrkyllisemmiksi sivutuotteiksi. Tästä syystä on välttämätöntä tutkia aiemmin biologisesti parantuneita organismeja ja niiden vuorovaikutusta perusteellisesti laboratoriossa.

Lisäksi pienimuotoiset pilottikokeet (kentällä) on suoritettava ennen niiden massiivista levittämistä, ja lopuksi bioremedikaatioprosesseja on seurattava paikan päällä, jotta voidaan varmistaa, että ympäristön puhtaanapito tapahtuu oikein.

Laboratoriossa saatujen tulosten ekstrapolointi

Biologisten järjestelmien suuren monimutkaisuuden takia laboratoriossa pienessä mittakaavassa saatuja tuloksia ei voida aina ekstrapoloida kenttäprosesseihin.

Kunkin bioremedikaatioprosessin erityispiirteet

Jokainen bioremedikaatioprosessi sisältää erityisen kokeellisen suunnittelun saastuneen alueen erityisolosuhteiden, käsiteltävän epäpuhtauden tyypin ja levitettävien organismien mukaan.

Tämän jälkeen on välttämätöntä, että näitä prosesseja ohjaavat monitieteelliset asiantuntijaryhmät, joiden joukossa on oltava muun muassa biologit, kemistit, insinöörit.

Ympäristöfysikaalis-kemiallisten olosuhteiden ylläpitäminen mielenkiinnon kohteena olevan kasvun ja metabolisen aktiivisuuden edistämiseksi merkitsee pysyvää työtä bioremedikaatioprosessin aikana.

Vaadittu aika

Lopuksi, bioremedikaatioprosessit voivat viedä pidempään kuin tavanomaiset fysikaalis-kemialliset prosessit.

Viitteet

1. Adams, GO, Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Käytetyn öljyn saastuttaman maaperän biologinen kunnostaminen siipikarjan kuivikkeilla. Suunnittelu- ja soveltavien tieteiden tutkimuslehti3 (2) 124-130
2. Adams, O. (2015). "Biovalmistelu, biostimulaatio ja bioaugmentatio: Katsaus". International Journal of Environmental Bioremediation and Biodegregation. 3 (1): 28–39.
3. Boopathy, R. (2000). "Bioremedikaatioteknologiaa rajoittavat tekijät". Bioresurssitekniikka. 74: 63–7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
4. Eweis JB, Ergas, SJ, Chang, DPY ja Schoeder, D. (1999). Biokestävyyden periaatteet. McGraw-Hill Interamericana, Espanja, Madrid. s. 296.
5. Madigan, MT, Martinko, JM, Bender, KS, Buckley, DH Stahl, DA ja Brock, T. (2015). Mikro-organismien Brock-biologia. 14 toim. Benjamin Cummings. s. 1041.
6. McKinney, RE (2004). Ympäristön pilaantumisen valvonnan mikrobiologia. M. Dekker. s. 453.
7. Pilon-Smits E. 2005. Fytoremediaatio. Annu. Rev. Plant Biol., 56: 15-39.