БИОРЕМЕДИЈАЦИЈА: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ВРСТЕ, ПРЕДНОСТИ И НЕДОСТАЦИ - БИОЛОГИЈА - 2025

Биоремедијација је скуп биотехнологије санитације коришћења метаболичких могућности бактеријских микроорганизама, гљивица, биљака и / или изолована ензима, уклонити нечистоће у земљишту и води.

Микроорганизми (бактерије и гљивице) и неке биљке могу биотрансформисати широку палету загађујућих и токсичних органских једињења све док нису штетна или безопасна. Они чак могу биодеградира неких органских једињења њиховим наједноставните облицима, као што су метан (ЦХ ₄ ) и угљен диоксид (ЦО ₂ ).

Слика 1. Загађивање околине изливањем нафте, касније третирано биоремедијацијом. Извор: цоммонс.викимедиа.орг

Неки микроорганизми и биљке могу такође извући или имобилизовати токсичне хемијске елементе, попут тешких метала, у окружењу (ин ситу). Имобилизацијом токсичне материје у окружењу више није доступна живим организмима и стога на њих не утиче.

Из тог разлога, смањење биорасположивости отровне материје је такође облик биоремедијације, мада не подразумева елиминацију ове супстанце из животне средине.

Тренутно постоји све већи научни и комерцијални интерес за развој економичних и ниских утицаја на животну средину (или „еколошки прихватљиве“) технологије, као што су биоремедијација површинских и подземних вода, муља и контаминираних тла.

Карактеристике биоремедијације

Контаминанти који се могу биоремедирати

Међу загађивачима који су биоремедијати су тешки метали, радиоактивне супстанце, токсични органски загађивачи, експлозивне материје, органска једињења добијена из нафте (полиароматски угљоводоници или ХПА), феноли, између осталог.

Физичко-хемијска стања током биоремедијације

Пошто процеси биоремедијације зависе од активности микроорганизама и живих биљака или њихових изолованих ензима, за сваки организам или ензимски систем морају се одржавати одговарајући физикално-хемијски услови, како би се оптимизирала њихова метаболичка активност у процесу биоремедијације.

Чимбеници које треба оптимизирати и одржавати током процеса биоремедијације

- Концентрација и биорасположивост загађивача у условима животне средине: јер ако је превисока, може бити штетна за исте микроорганизме који имају способност да их биотрансформишу.

- Влажност: доступност воде је неопходна за живе организме, као и за ензиматску активност биолошких катализатора без ћелија. Генерално, 12 до 25% релативне влажности треба да се одржава у тлима која су подвргнута биоремедијацији.

- Температура: мора бити у опсегу који омогућава опстанак примењених организама и / или потребну ензимску активност.

- Хранљиви састојци који су на располагању био: неопходни су за раст и умножавање микроорганизама који су од интереса. Углавном се морају контролисати угљеник, фосфор и азот, као и неки основни минерали.

- Киселост или лужина воденог медијума или пХ (мерење Х ⁺ јона у медијуму).

-Доступност кисеоника: у већини техника биоремедијације користе се аеробни микроорганизми (на пример, за компостирање, биопиле и обрађивање земљишта), а аерација супстрата је неопходна. Међутим, анаеробни микроорганизми се могу користити у процесима биоремедијације, под веома контролисаним условима у лабораторији (коришћењем биореактора).

Врсте биоремедијације

Међу примењеним биотехнологијама биоремедијације су следеће:

Биостимулација

Биостимулација се састоји од ин ситу стимулације оних микроорганизама који су већ присутни у контаминираној средини (аутохтони микроорганизми), а који су способни да биоремедирају контаминантну супстанцу.

Ин ситу биостимулација се постиже оптимизацијом физикално-хемијских услова да се одвија жељени процес, то јест; пХ, кисеоник, влага, температура, између осталог, и додавање потребних хранљивих материја.

Биоаугментатион

Биоаугментација укључује повећање количине микроорганизама који су од интереса (по могућности аутохтони) захваљујући додатку њихове инокуле која се узгаја у лабораторији.

Након тога, након што су ин ситу инокулирани микроорганизми који су од интереса, физикално-хемијска стања морају бити оптимизована (као што је биостимулација), како би се подстакла деградациона активност микроорганизама.

За примену биоаугментације, морају се узети у обзир трошкови микробне културе у биореакторима у лабораторији.

И биостимулација и биоагментација могу се комбиновати са свим осталим биотехнологијама описаним у даљем тексту.

Компостирање

Компостирање се састоји од мешања контаминираног материјала са незагађеним тлом допуњеним агенсима за узгој биљака или животиња и хранљивим материјама. Ова смеша формира стожце висине до 3 м, размакнуте један од другог.

Оксигенација доњих слојева конуса мора се контролисати, њиховим редовним уклањањем са једног места на друго с машинама. Такође се морају одржавати оптимални услови влажности, температуре, пХ, хранљивих састојака, између осталог.

Биопиле

Техника биоремедијације биопиловима је иста као и техника компостирања која је горе описана, осим:

• Одсуство узгајивача биљног или животињског порекла.
• Елиминација аерације премештањем са једног места на друго.

Биопиле остају фиксиране на истом месту, аеришу се у унутрашњим слојевима кроз цевни систем, чији се трошкови постављања, рада и одржавања морају узети у обзир из фазе пројектовања система.

Ландфарминг

Биотехнологија названа "земљорадња" (у преводу с енглеског: обрађивање земље) састоји се од мешања контаминираног материјала (блата или седимента) са првих 30 цм незагађеног тла великог подручја.

У тим првим центиметрима тла погодује деградацији загађујућих материја захваљујући њеној аерацији и мешању. За те задатке користи се пољопривредна механизација, као што су трактори са плуг.

Главни недостатак уређења земљишта је тај што захтијева нужно велике површине земљишта које би се могле користити за производњу хране.

Фиторемедијација

Фиторемедијација, која се такође назива микроорганизми и биоремедијација потпомогнута биљкама, је скуп биотехнологија заснован на употреби биљака и микроорганизама за уклањање, ограничавање или смањење токсичности загађујућих материја у површинским или подземним водама, муљу и земљишту.

Током фиторемедијације може доћи до деградације, екстракције и / или стабилизације (смањење биорасположивости) контаминанта. Ови процеси зависе од интеракције између биљака и микроорганизама који живе веома близу својих корена, у подручју које се назива ризфера.

Слика 2. Биоремедијација воде загађене биљкама и микроорганизмима. Извор: Викихелпер, из Викимедиа Цоммонс

Фиторемедијација је посебно успешна у уклањању тешких метала и радиоактивних супстанци из тла и површинских или подземних вода (или ризофилтрацији контаминиране воде).

У овом случају биљке накупљају метале из животне средине у својим ткивима, а затим се сакупљају и спаљују у контролисаним условима, тако да загађивач прелази из дисперзије у животну средину, па до концентрирања у облику пепела.

Добивени пепео може се обрађивати да би се скупио метал (ако је то од економског интереса), или га напустити на местима коначног одлагања отпада.

Недостатак фиторемедијације је недостатак познавања интеракција између организама који су укључени (биљке, бактерије и, можда, микоризне гљивице).

С друге стране, морају се одржавати услови животне средине који задовољавају потребе свих примењених организама.

Биореактори

Биореактори су посуде значајне величине, које омогућавају одржавање врло контролисаних физичко-хемијских услова у воденим културама са циљем да фаворизују биолошки процес који нас занима.

Бактеријски микроорганизми и гљивице могу се узгајати у великој мјери у лабораторији у биореакторима и затим се примјењивати ин ситу поступцима биоагментације. Микроорганизми се такође могу узгајати у интересу добијања ензима који разграђују загађиваче.

Биореактори се користе у ек ситу процесима биоремедијације, мешањем контаминиране подлоге са средством за микробну културу, погодујући разградњи контаминанта.

Микроорганизми који се узгајају у биореакторима могу чак бити и анаеробни, у том случају водени медијум за културу мора бити лишен раствореног кисеоника.

Слика 3. Биореактор. Извор: ес.м.википедиа.орг

Међу биотехнологијама за биоремедијацију употреба биореактора је релативно скупа, због одржавања опреме и захтева за микробну културу.

Микроремедијација

Употреба гљивичних микроорганизама (микроскопских гљивица) у процесима биоремедијације токсичног загађивача назива се микорремедијација.

Треба узети у обзир да је узгој микроскопских гљивица обично сложенији од бактерија и зато подразумева веће трошкове. Надаље, гљивице расту и размножавају се спорије од бактерија, при чему је биоремедијација потпомогнута гљивицама спорији процес.

Биоремедијација у односу на конвенционалне физичке и хемијске технологије

-Предност

Биотехнолошке биоремедијације су много економичније и еколошки прихватљивије од конвенционално примењених хемијских и физикалних технологија санитарне заштите.

То значи да примена биоремедијације има мањи утицај на животну средину од класичних физикално-хемијских пракси.

Са друге стране, међу микроорганизмима који се примењују у процесима биоремедијације неки могу чак и минерализовати загађујућа једињења, осигуравајући њихов нестанак из животне средине, што је тешко постићи у једном кораку са конвенционалним физикално-хемијским процесима.

-Постаци и аспекти које треба узети у обзир

Метаболички метаболички капацитети постоје у природи

С обзиром на то да је само 1% микроорганизама који постоје у природи изоловани, ограничење биоремедијације је управо идентификација микроорганизама који су способни да разграде одређену контаминантну супстанцу.

Недостатак знања о примењеном систему

С друге стране, биоремедијација делује са сложеним системом два или више живих организама, који углавном није потпуно схваћен.

Неки проучавани микроорганизми садрже биотрансформисана једињења загађујућих материја у још токсичније нус-продукте. Из тог разлога, неопходно је претходно дубински проучити организме биоремедијације и њихову интеракцију у лабораторији.

Поред тога, пилот-тестови малих размера (на терену) морају се спровести пре масовне примене, и на крају се процеси биоремедијације морају надгледати ин ситу, како би се осигурало да се санација околине правилно одвија.

Екстраполација резултата добијених у лабораторији

Због велике сложености биолошких система, резултати добијени у малом обиму у лабораторији не могу се увек екстраполирати у теренске процесе.

Посебности сваког процеса биоремедијације

Сваки процес биоремедијације укључује посебан експериментални дизајн, у складу са посебним условима контаминиране локације, врстом контаминанта који се третира и организмима који се примењују.

Тада је неопходно да тим процесима управљају интердисциплинарне групе специјалиста, међу којима морају бити биолози, хемичари, инжењери, између осталих.

Одржавање физичко-хемијских услова у животној средини да би се фаворизовао раст и метаболичка активност од интереса, подразумева стални рад током процеса биоремедијације.

Потребно време

Коначно, процеси биоремедијације могу трајати дуже од уобичајених физичко-хемијских процеса.

Референце

1. Адамс, ГО, Тавари-Фуфеиин, П. Игелениах, Е. (2014). Биоремедијација истрошених нафта загађених тла коришћењем живинских стеља. Истраживачки часопис за инжењерство и примењене науке3 (2) 124-130
2. Адамс, О. (2015). "Биоремедијација, биостимулација и биоаугментација: преглед". Интернационални часопис за еколошку биоремедијацију и биодегредацију. 3 (1): 28–39.
3. Боопатхи, Р. (2000). „Чимбеници који ограничавају биоремедијацијске технологије“. Биоресоурце Тецхнологи. 74: 63–7. дои: 10.1016 / С0960-8524 (99) 00144-3.
4. Евеис ЈБ, Ергас, СЈ, Цханг, ДПИ и Сцхоедер, Д. (1999). Принципи Биорецовери. МцГрав-Хилл Интерамерицана из Шпаније, Мадрид. пп 296.
5. Мадиган, МТ, Мартинко, ЈМ, Бендер, КС, Буцклеи, ДХ Стахл, ДА и Броцк, Т. (2015). Брок биологије микроорганизама. 14 ед. Бењамин Цуммингс. пп 1041.
6. МцКиннеи, РЕ (2004). Микробиологија контроле загађења животне средине. М. Деккер. стр. 453.
7. Пилон-Смитс Е. 2005. Фиторемедијација. Анну. Рев. Плант Биол. 56: 15-39.