Biyoremediasyon: özellikleri, çeşitleri, avantajları ve dezavantajları

Biyoremediasyon, bakteriyel mikroorganizmaların, mantarların, bitkilerin ve / veya bunların izole edilmiş enzimlerinin toprak ve sudaki kirletici maddeleri elimine etmek için metabolik kapasitelerini kullanan bir dizi çevresel sanitasyon teknolojisidir.

Mikroorganizmalar (bakteri ve mantarlar) ve bazı bitkiler çok çeşitli toksik ve kirletici organik bileşikler oluşturarak bunları zararsız veya zararsız hale getirebilir. Hatta bazı organik bileşikleri metan (CH4) ve karbondioksit (C02) gibi en basit formlarına biyolojik olarak degrade edebilirler.

Ayrıca, bazı mikroorganizmalar ve bitkiler, ağır metaller gibi toksik kimyasal elementleri ( in situ) ortamdan çıkarabilir veya hareketsiz hale getirebilir. Zehirli maddeyi çevrede hareketsiz hale getirerek, canlı organizmalar için artık mevcut değildir ve bu nedenle onları etkilemez.

Bu nedenle, toksik bir maddenin biyoyararlanımındaki azalma, aynı zamanda maddenin ortamdan atılması anlamına gelmese de, bir biyoremediasyon şeklidir.

Halen, yüzeysel suyun, yeraltı suyunun, çamurun ve kirlenmiş toprağın biyolojik olarak iyileştirilmesi gibi düşük çevresel etkiye sahip (veya “çevre dostu”) ekonomik teknolojilerin geliştirilmesinde artan bir bilimsel ve ticari ilgi vardır.

Biyoremediasyonun özellikleri

Biyolojik olarak arıtılabilen kirleticiler

Biyolojik olarak kirletilen kirleticiler arasında ağır metaller, radyoaktif maddeler, toksik organik kirleticiler, patlayıcı maddeler, petrolden (polyaromatik hidrokarbonlar veya HPA'lar) türetilen organik bileşikler, fenoller bulunur.

Biyoremediasyon sırasında fizikokimyasal koşullar

Biyoremediasyon işlemleri, mikroorganizmaların ve canlı bitkilerin veya izole edilmiş enzimlerinin aktivitesine bağlı olduğundan, biyoremediasyon işleminde metabolik aktivitelerini optimize etmek için her organizma veya enzimatik sistem için uygun fizikokimyasal koşullar korunmalıdır.

Biyoremediasyon sürecinde iyileştirilmesi ve sürdürülmesi gereken faktörler

- Çevresel koşullar altında kirleticinin konsantrasyonu ve biyoyararlanımı: çünkü çok yüksekse, onları biyotransforme etme kapasitesine sahip aynı mikroorganizmalar için zararlı olabilir.

-Nem: suyun mevcudiyeti canlı organizmalar için olduğu kadar, hücresiz biyolojik katalizörlerin enzimatik aktivitesi için de önemlidir. Genel olarak, biyoremediasyon uygulanan topraklarda% 12 ila 25'lik bağıl nem korunmalıdır.

-Sıcaklık: Uygulanan organizmaların ve / veya gerekli enzimatik aktivitenin hayatta kalmasını sağlayan aralıkta olmalıdır.

-Byoyararlı besinler: ilgilenilen mikroorganizmaların büyümesi ve çoğalması için esastır. Temel olarak karbon, fosfor ve azotun yanı sıra bazı temel minerallerin de kontrol edilmesi gerekir.

-Sulu ortam veya pH'ın asitliği veya bazlığı (ortamdaki H + iyonlarının ölçümü).

-Oksijen mevcudiyeti: çoğu biyoremediasyon tekniğinde aerobik mikroorganizmalar kullanılır (örneğin kompostlama, biyopiller ve toprak tarımı ) ve substratın havalandırılması gereklidir. Bununla birlikte, anaerobik mikroorganizmalar yüksek kontrollü laboratuar koşullarında (biyoreaktörler kullanarak) biyoremediasyon işlemlerinde kullanılabilir.

Biyoremediasyon Türleri

Uygulanan biyoremediasyon biyoteknolojileri arasında şunlar yer almaktadır:

biostimulation

Biyostimülasyon, kontamine olmuş maddede biyolojik olarak üreyebilen, kontamine olmuş (ototonoz mikroorganizmalar) içinde bulunan mikroorganizmaların yerinde uyarılmasından oluşur.

Yerinde biyostimülasyon, istenen işlemin gerçekleşmesi için fizikokimyasal koşulların optimize edilmesiyle sağlanır; pH, oksijen, nem, sıcaklık, diğerleri arasında ve gerekli besin maddelerinin eklenmesi.

bioaugmentation

Biyoaugmentasyon, laboratuarda yetiştirilen inokülumların eklenmesi sayesinde, ilgilenilen mikroorganizmaların miktarının (tercihen otokton) artması anlamına gelir.

Daha sonra, yerinde inoküle edilen inorganize mikroorganizmaların bir kez olması durumunda, mikroorganizmaların parçalanma aktivitesini arttırmak için fizikokimyasal koşullar optimize edilmelidir (biyostimülasyonda olduğu gibi).

Biyo-büyütmenin uygulanması için, laboratuardaki biyoreaktörlerde mikrobiyal kültürün maliyeti göz önünde bulundurulmalıdır.

Hem biyostimülasyon hem de biyo-büyütme, aşağıda açıklanan tüm diğer biyoteknolojilerle birleştirilebilir.

kompost

Kompostlama, kontamine olmuş materyalin bitki veya hayvan geliştirici ajanlar ve besinlerle desteklenmiş kontamine olmayan toprakla karıştırılmasından oluşur. Bu karışım birbirinden ayrılmış 3 m yüksekliğe kadar koniler oluşturur.

Konilerin alt katmanlarının oksijenlenmesi, bir yerden bir yere diğer makinalarla düzenli olarak çıkarılarak kontrol edilmelidir. Optimum nem koşulları, sıcaklık, pH, besinler, diğerleri arasında da korunmalıdır.

biyoselli

Biyopiller ile biyoremediasyon tekniği yukarıda belirtilen kompostlama tekniğiyle aynıdır, ancak:

Bitkisel veya hayvansal kaynaklı ajanların geliştirilmemesi.
Havalandırmanın bir yerden diğerine hareketle ortadan kaldırılması.

Biyopiller, aynı yerde sabit kalırlar, kurulum, işletme ve bakım maliyetleri sistemin tasarım aşamasından dikkate alınması gereken bir boru sistemi vasıtasıyla iç tabakalarında havalandırılırlar.

alan işleme

"Arazi yetiştiriciliği" olarak adlandırılan biyoteknoloji (ingilizceye çevrilmiş: dünyaya oyulmuş), kontamine olmuş malzemenin (çamur veya tortu) geniş bir arazinin ilk 30 cm kirlenmemiş toprağı ile karıştırılmasından ibarettir.

Bu ilk santimetre topraklarında, kirletici maddelerin bozulması, havalandırılması ve karıştırılması sayesinde tercih edilir. Bu iş için pulluk traktörleri gibi tarım makineleri kullanılır.

Arazi çiftçiliğinin ana dezavantajı, zorunlu olarak gıda üretimi için kullanılabilecek büyük toprak parçalarını gerektirmesidir.

Fitoremediasyon

Mikroorganizmalar ve bitkilerin desteklediği bioremediasyon olarak da adlandırılan bitki örtüsü, yüzey veya yeraltı suları, çamur ve topraktaki kirletici maddelerin toksisitesini gidermek, sınırlandırmak veya azaltmak için bitkilerin ve mikroorganizmaların kullanımına dayanan bir biyoteknoloji setidir.

Fitoremediasyon bozunması sırasında kirletici maddenin ekstraksiyonu ve / veya stabilizasyonu (biyoyararlanımın azaltılması) oluşabilir. Bu süreçler, rizosfer adı verilen bir alanda köklerine çok yakın yaşayan bitkiler ve mikroorganizmalar arasındaki etkileşime bağlıdır.

Fitoremediasyon, özellikle ağır metallerin ve radyoaktif maddelerin toprak ve yüzey veya yer altı sularından (veya kirli suyun rizofiltrasyonundan) uzaklaştırılmasında başarılı olmuştur.

Bu durumda, bitkiler ortamın metallerini dokularında biriktirir ve daha sonra kontrollü koşullar altında toplanır ve yakılır, böylece kirletici ortam içinde dağılmaya ve kül şeklinde konsantre hale gelir.

Elde edilen küller metali geri kazanmak için (ekonomik açıdan ilgi çekiyorsa) arıtılabilir veya atıkların nihai olarak elden çıkarıldığı yerlerde terk edilebilir.

Fitoremediasyonun bir dezavantajı, ilgili organizmalar (bitkiler, bakteriler ve muhtemelen mikorhizal mantarlar) arasında gerçekleşen etkileşimler hakkında derinlemesine bilgi sahibi olmamaktır.

Öte yandan, uygulanan tüm kurumların ihtiyaçlarını karşılayan çevresel koşullar korunmalıdır.

biyoreaktörler

Biyoreaktörler, ilgilenilen biyolojik bir işlemi desteklemek amacıyla sulu kültür ortamlarında çok kontrollü fizikokimyasal koşulları muhafaza etmeyi sağlayan oldukça büyüklükte kaplardır.

Biyoreaktörlerde, bakteriyel mikroorganizmalar ve mantarlar büyük ölçekte ve laboratuarda büyütülebilir ve daha sonra in situ biyo-büyütme işlemlerinde uygulanabilir . Mikroorganizmalar ayrıca, enzimlerini kirletici maddeleri parçalayan enzimlerini elde etmek amacıyla da yetiştirilebilir.

Biyoreaktörler, ex situ biyoremediasyon işlemlerinde, kirlenmiş substrat mikrobiyal kültür ortamı ile karıştırıldığında, kirletici maddenin parçalanmasına yardımcı olarak kullanılır.

Biyoreaktörlerde üretilen mikroorganizmalar bile anaerobik olabilir, bu durumda sulu kültür ortamı çözünmüş oksijenden mahrum olmalıdır.

Biyoremediasyon biyoteknolojileri arasında, biyoreaktörlerin kullanımı, ekipman bakımı ve mikrobiyal kültür gereksinimi nedeniyle nispeten pahalıdır.

mycoremediation

Micorremediation, mantar mikroorganizmalarının (mikroskobik mantarlar) toksik bir kirletici maddenin biyoreme işlemlerinde kullanılmasını ifade eder.

Mikroskobik mantarların yetiştiriciliğinin genellikle bakterilerinkinden daha karmaşık olduğu ve bu nedenle daha yüksek maliyetlere yol açtığı düşünülmelidir. Ek olarak, mantarlar mantar destekli bioremediasyon işleminin daha yavaş bir süreç olmasıyla bakterilerden daha yavaş büyür ve çoğalır.

Geleneksel fiziksel ve kimyasal teknolojilere karşı biyoremediasyon

-Avantajları

Biyoremediasyon biyoteknolojileri, geleneksel olarak uygulanan kimyasal ve fiziksel çevre sanitasyon teknolojilerinden çok, çevre için daha ekonomik ve dostudur.

Bu, biyoremediasyon uygulamasının geleneksel fizikokimyasal uygulamalardan daha düşük çevresel etkiye sahip olduğu anlamına gelir.

Öte yandan, biyoremediasyon işlemlerinde uygulanan mikroorganizmalar arasında, bazıları konvansiyonel fizikokimyasal işlemlerle tek bir adımda elde edilmesi zor olan, çevreden kaybolmalarını sağlayan, kirletici bileşiklerin mineralleşmesine devam edebilir.

-Dezavantajları ve dikkat edilmesi gereken hususlar

Doğada bulunan mikrobiyal metabolik kapasiteler

Doğada var olan mikroorganizmaların sadece% 1'i izole edilmiş olduğundan, bir biyoremediasyon sınırlaması kesin olarak belirli bir kirletici maddeyi biyolojik olarak parçalayabilen mikroorganizmaların tanımlanmasıdır.

Uygulanan sistemin cehaleti

Öte yandan, biyoremediasyon genellikle tam olarak bilinmeyen iki veya daha fazla canlı organizmanın karmaşık bir sistemiyle çalışır.

İncelenen bazı mikroorganizmalar, kirletici bileşikleri daha da toksik yan ürünlere biyotforme etti. Bu nedenle, daha önce laboratuarda biyolojik olarak üreyen organizmaları ve bunların derinlemesine etkileşimlerini incelemek gerekir.

Ek olarak, küçük çaplı pilot testler (sahada) kitlesel uygulamadan önce yapılmalı ve son olarak çevresel sanitasyonun doğru bir şekilde gerçekleşmesini sağlamak için yerinde biyolojik arıtma işlemleri izlenmelidir.

Laboratuvarda elde edilen sonuçların ekstrapolasyonu

Biyolojik sistemlerin yüksek karmaşıklığı nedeniyle, laboratuvarda küçük bir ölçekte elde edilen sonuçlar, alandaki işlemlere her zaman hesaplanamaz.

Her biyoremediasyon işleminin özellikleri

Her bir biyolojik arıtma işlemi, kirlenmiş alanın özel koşullarına, işlenecek kirleticinin türüne ve uygulanacak organizmalara göre özel bir deneysel tasarım içerir.

Bu nedenle, bu işlemlerin diğerleri arasında biyolog, kimyager, mühendis olması gereken disiplinlerarası uzman grupları tarafından yönetilmesi gerekir.

Çevresel fizikokimyasal koşulların ilgilenilen büyümeyi ve metabolik aktiviteyi desteklemesi, bioremediation işlemi sırasında kalıcı bir görev olduğu anlamına gelir.