Χαρακτηριστικά, τύποι, πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της βιοδιαχείρισης



Το βιοανάδρασης είναι ένα σύνολο βιοτεχνολογιών περιβαλλοντικής υγιεινής που χρησιμοποιούν τις μεταβολικές ικανότητες των βακτηριακών μικροοργανισμών, των μυκήτων, των φυτών και / ή των απομονωμένων ενζύμων τους, για την εξάλειψη των ρύπων στο έδαφος και το νερό.

Οι μικροοργανισμοί (βακτήρια και μύκητες) και μερικά φυτά μπορούν να βιομετασχηματίσουν μια ευρεία ποικιλία τοξικών και ρυπογόνων οργανικών ενώσεων, καθιστώντας τα μη επιβλαβή ή αβλαβή. Μπορούν ακόμη και να βιοαποικοδομήσουν ορισμένες οργανικές ενώσεις στις απλούστερες μορφές τους, όπως το μεθάνιο (CH4) και διοξειδίου του άνθρακα (CO2).

Επίσης, ορισμένοι μικροοργανισμοί και φυτά μπορούν να εξαχθούν ή να ακινητοποιηθούν στο περιβάλλον (in situ) τοξικά χημικά στοιχεία, όπως τα βαρέα μέταλλα. Με την ακινητοποίηση της τοξικής ουσίας στο περιβάλλον, δεν είναι πλέον διαθέσιμη στους ζωντανούς οργανισμούς και επομένως δεν τις επηρεάζει.

Συνεπώς, η μείωση της βιοδιαθεσιμότητας μιας τοξικής ουσίας είναι επίσης μια μορφή βιοαποκατάστασης, αν και δεν συνεπάγεται την απομάκρυνση της ουσίας από το μέσο.

Υπάρχει σήμερα μια αυξανόμενη επιστημονική και εμπορικό ενδιαφέρον για την ανάπτυξη της οικονομικής και χαμηλές περιβαλλοντικές (ή «φιλικά προς το περιβάλλον») αντίκτυπο, όπως είναι η βιολογική αποκατάσταση των επιφανειακών υδάτων, οι τεχνολογίες των υπόγειων υδάτων, λάσπης και μολυσμένο έδαφος.

Ευρετήριο

  • 1 Χαρακτηριστικά της βιοανάδρασης
    • 1.1 Μολυσματικά που μπορούν να βιοδιαπηδήσουν
    • 1.2 Φυσικοχημικές συνθήκες κατά τη διάρκεια της βιοανάδρασης
  • 2 Τύποι βιοανάδρασης
    • 2.1 Βιοδιέγερση
    • 2.2 Βιοαπόθεση
    • 2.3 Κομποστοποίηση
    • 2.4 Biopiles
    • 2.5 Οικόπεδα
    • 2.6 Φυτοκατεργασία
    • 2.7 Βιοαντιδραστήρες
    • 2.8 Μικροκατεργασία
  • 3 Βιοαποικοδόμηση σε σχέση με τις συμβατικές φυσικές και χημικές τεχνολογίες
    • 3.1 - Πλεονεκτήματα
    • 3.2-Μειονεκτήματα και πτυχές προς εξέταση
  • 4 Αναφορές

Χαρακτηριστικά της βιοαποκατάστασης

Μολυσματικά που μπορούν να βιορευστοποιηθούν

Μολυσματικοί που έχουν biorremediados, βαρέα μέταλλα, ραδιενεργές ουσίες, ρύποι τοξικές οργανικές, εκρηκτικές ουσίες, οργανικές ενώσεις που προέρχονται από το πετρέλαιο (πολυαρωματικοί υδρογονάνθρακες ή PAHs), φαινόλες είναι, μεταξύ άλλων,.

Φυσικοχημικές συνθήκες κατά τη διάρκεια της βιοανάδρασης

Επειδή οι διαδικασίες βιοεπανόρθωσης εξαρτώνται από τη δραστηριότητα των μικροοργανισμών και ζωντανά φυτά ή απομονωμένα ένζυμα τους πρέπει να διατηρηθεί κατάλληλο για κάθε οργανισμό ή σύστημα ενζύμου φυσικοχημικές συνθήκες, ώστε να βελτιστοποιηθεί μεταβολική τους δραστηριότητα στην βιοαποκατάσταση.

Παράγοντες που πρέπει να βελτιστοποιηθούν και να διατηρηθούν σε όλη τη διαδικασία βιοανάδρασης

-Η συγκέντρωση και η βιοδιαθεσιμότητα του ρύπου υπό περιβαλλοντικές συνθήκες: επειδή, αν είναι πολύ υψηλή, μπορεί να είναι επιβλαβής για τους ίδιους μικροοργανισμούς που έχουν τη δυνατότητα βιομετασχηματισμού τους.

-Υγρασία: η διαθεσιμότητα νερού είναι απαραίτητη για τους ζώντες οργανισμούς, καθώς και για την ενζυμική δραστηριότητα των βιολογικών καταλυτών χωρίς κύτταρα. Γενικά, πρέπει να διατηρείται σχετική υγρασία 12 έως 25% σε εδάφη που υφίστανται βιοαποκατάσταση.

-Η θερμοκρασία: πρέπει να είναι στο εύρος που επιτρέπει την επιβίωση των εφαρμοζόμενων οργανισμών και / ή την απαιτούμενη ενζυματική δραστηριότητα.

-Τα βιοδιαθέσιμα θρεπτικά συστατικά: απαραίτητα για την ανάπτυξη και τον πολλαπλασιασμό των μικροοργανισμών που μας ενδιαφέρουν. Πρέπει κυρίως να ελέγχεται ο άνθρακας, ο φώσφορος και το άζωτο, καθώς και ορισμένα βασικά μέταλλα.

-Η οξύτητα ή η αλκαλικότητα του υδατικού μέσου ή το ρΗ (μέτρηση ιόντων Η+ στη μέση).

-Η διαθεσιμότητα οξυγόνου: στις περισσότερες τεχνικές βιοαποκατάστασης χρησιμοποιούνται αερόβιοι μικροοργανισμοί (για παράδειγμα σε λιπασματοποίηση, "Οικόπεδα") και είναι απαραίτητος ο αερισμός του υποστρώματος. Ωστόσο, οι αναερόβιοι μικροοργανισμοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διαδικασίες βιοαποκατάστασης, υπό συνθήκες υψηλής εργαστηριακής εργασιμότητας (χρησιμοποιώντας βιοαντιδραστήρες).

Τύποι βιοανάδρασης

Μεταξύ των εφαρμοζόμενων βιοτεχνολογιών βιοαποκατάστασης είναι οι εξής:

Βιοδιέγερση

Η βιοδιέγερση συνίσταται σε διέγερση επί τόπου των μικροοργανισμών που υπάρχουν ήδη στο μέσο που έχει μολυνθεί (αυτόχθονες μικροοργανισμοί), ικανός να βιοαποκαταστήσει την μολυσματική ουσία.

Βιοδιέγερση επί τόπου επιτυγχάνεται βελτιστοποιώντας τις φυσικοχημικές συνθήκες για την πραγματοποίηση της επιθυμητής διαδικασίας, δηλ. το pH, το οξυγόνο, την υγρασία, τη θερμοκρασία, μεταξύ άλλων, και την προσθήκη των απαραίτητων θρεπτικών συστατικών.

Βιογραφικό

Η βιοανάπτυξη συνεπάγεται την αύξηση της ποσότητας των μικροοργανισμών ενδιαφέροντος (κατά προτίμηση αυτοχθόνων), χάρη στην προσθήκη του εμβολίου που καλλιεργείται στο εργαστήριο.

Στη συνέχεια, μόλις εμβολιαστούν οι μικροοργανισμοί που ενδιαφέρουν επί τόπου, Οι φυσικοχημικές συνθήκες πρέπει να βελτιστοποιούνται (όπως στη βιοδιέγερση), να προάγουν την αποικοδομητική δραστηριότητα των μικροοργανισμών.

Για την εφαρμογή της βιοαπόθεσης, θα πρέπει να εξεταστεί το κόστος της μικροβιακής καλλιέργειας σε βιοαντιδραστήρες στο εργαστήριο.

Και η βιοδιέγερση και η βιοανάπτυξη μπορούν να συνδυαστούν με όλες τις άλλες βιοτεχνολογίες που περιγράφονται παρακάτω.

Κομποστοποίηση

Η κομποστοποίηση συνίσταται στην ανάμειξη μολυσμένου υλικού με μη μολυσμένο έδαφος συμπληρωμένο με παράγοντες βελτίωσης των φυτών ή των ζώων και θρεπτικά συστατικά. Αυτό το μίγμα σχηματίζει κώνοι ύψους μέχρι 3 m, διαχωρισμένους το ένα από το άλλο.

Η οξυγόνωση των κατώτερων στρωμάτων των κώνων πρέπει να ελέγχεται μέσω της τακτικής απομάκρυνσης από το ένα μέρος στο άλλο με μηχανήματα. Οι βέλτιστες συνθήκες υγρασίας, θερμοκρασίας, pH, θρεπτικών ουσιών, μεταξύ άλλων, πρέπει επίσης να διατηρηθούν.

Biopiles

Η τεχνική βιοαποκατάστασης με βιοστοιχεία είναι η ίδια με την τεχνική κομποστοποίησης που περιγράφεται παραπάνω, εκτός από:

  • Η απουσία βελτιωτικών παραγόντων φυτικής ή ζωικής προέλευσης.
  • Η εξάλειψη του αερισμού με μετακίνηση από το ένα μέρος στο άλλο.

Τα βιοστοιχεία παραμένουν σταθερά στον ίδιο χώρο αεριζόμενοι στις εσωτερικές τους στρώσεις μέσω ενός συστήματος σωλήνων, του οποίου το κόστος εγκατάστασης, λειτουργίας και συντήρησης πρέπει να ληφθεί υπόψη από τη φάση σχεδιασμού του συστήματος.

Οικόπεδα

Βιοτεχνολογία ονομάζεται «καλλιέργεια της γης» (μετάφραση από τα αγγλικά: καλλιέργεια του εδάφους), που περιλαμβάνει την ανάμιξη του μολυσμένου υλικού (ιλύος ή ιζήματα), με τα πρώτα 30 cm από μη ρυπασμένου εδάφους από μεγάλες εκτάσεις.

Στα πρώτα εκατοστά του εδάφους ευνοείται η υποβάθμιση των ρυπογόνων ουσιών χάρη στον αερισμό και την ανάμιξη. Για το έργο αυτό, χρησιμοποιούνται γεωργικά μηχανήματα, όπως τρακτέρ με άροτρο.

Το κύριο μειονέκτημα της κτηνοτροφίας είναι ότι απαιτεί αναγκαστικά μεγάλες εκτάσεις γης, οι οποίες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή τροφίμων.

Φυτοθεραπεία

Φυτοαποκατάστασης, που ονομάζεται επίσης ενισχυόμενη μικροοργανισμούς βιοεπανόρθωσης και τα φυτά, είναι ένα σύνολο της βιοτεχνολογίας που βασίζονται στη χρήση των φυτών και μικροοργανισμών για την απομάκρυνση, περιέχουν ή να μειώσουν την τοξικότητα των ρύπων σε επιφανειακά ή υπόγεια ύδατα, ιλύος και εδάφη.

Κατά τη διάρκεια της αποικοδόμησης φυτοθεραπείας, μπορεί να συμβεί εκχύλιση και / ή σταθεροποίηση (μείωση της βιοδιαθεσιμότητας) του μολυσματικού παράγοντα. Αυτές οι διαδικασίες εξαρτώνται από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ φυτών και μικροοργανισμών που ζουν πολύ κοντά στις ρίζες τους, σε μια περιοχή που ονομάζεται ριζόσφαιρα.

Η φυτοθεραπεία έχει αποδειχθεί ιδιαίτερα επιτυχημένη στην απομάκρυνση των βαρέων μετάλλων και των ραδιενεργών ουσιών από το έδαφος και την επιφάνεια ή τα υπόγεια ύδατα (ή ριζοφίλωση μολυσμένου νερού).

Σε αυτήν την περίπτωση, τα φυτά συσσωρεύουν μέταλλα στους ιστούς τους μέσο και στη συνέχεια συγκομίζονται και αποτεφρώνονται υπό ελεγχόμενες συνθήκες, έτσι ώστε η μολυσματική ουσία διέρχεται από το να διασπείρεται στο περιβάλλον, να συγκεντρώνονται με τη μορφή τέφρας.

Οι ληφθείσες τέφρες μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία για την ανάκτηση του μετάλλου (εάν είναι οικονομικού ενδιαφέροντος) ή μπορούν να εγκαταλειφθούν σε χώρους τελικής διάθεσης αποβλήτων..

Ένα μειονέκτημα της φυτοθεραπείας είναι η έλλειψη σε βάθος γνώσης των αλληλεπιδράσεων που συμβαίνουν μεταξύ των εμπλεκομένων οργανισμών (φυτά, βακτήρια και πιθανώς μυκορριζικοί μύκητες)..

Από την άλλη πλευρά, πρέπει να διατηρηθούν οι περιβαλλοντικές συνθήκες που να ανταποκρίνονται στις ανάγκες όλων των οργανισμών που εφαρμόζονται.

Βιοαντιδραστήρες

Οι βιοαντιδραστήρες είναι δοχεία μεγάλου μεγέθους, τα οποία επιτρέπουν τη διατήρηση υψηλά ελεγχόμενων φυσικοχημικών συνθηκών σε υδατικά μέσα καλλιέργειας, προκειμένου να ευνοηθεί μια βιολογική διαδικασία ενδιαφέροντος.

Στους βιοαντιδραστήρες, βακτηριδιακοί μικροοργανισμοί και μύκητες μπορούν να αναπτυχθούν σε μεγάλη κλίμακα και στο εργαστήριο και στη συνέχεια να εφαρμοσθούν σε διεργασίες βιοαποδομήσεως επί τόπου. Οι μικροοργανισμοί μπορούν επίσης να καλλιεργηθούν προς το συμφέρον της απόκτησης των ενζύμων που αποικοδομούν το ένζυμο μόλυνσης.

Οι βιοαντιδραστήρες χρησιμοποιούνται σε διαδικασίες βιοαποκατάστασης ex situ, όταν το μολυσμένο υπόστρωμα αναμιγνύεται με το μέσο μικροβιακής καλλιέργειας, ευνοώντας την αποικοδόμηση του μολυσματικού παράγοντα.

Οι μικροοργανισμοί που αναπτύσσονται στους βιοαντιδραστήρες μπορεί ακόμη να είναι αναερόβιοι, οπότε το υδατικό μέσο καλλιέργειας πρέπει να στερείται διαλυμένου οξυγόνου.

Μεταξύ των βιοτεχνολογιών βιοανάδρασης, η χρήση βιοαντιδραστήρων είναι σχετικά δαπανηρή, λόγω της συντήρησης του εξοπλισμού και των απαιτήσεων για τη μικροβιακή καλλιέργεια.

Μικροκατεργασία

Η μικροδιαβιοτική είναι η χρήση μυκητιακών μικροοργανισμών (μικροσκοπικοί μύκητες), σε διαδικασίες βιοανάδρασης μιας τοξικής μολυσματικής ουσίας.

Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η καλλιέργεια μικροσκοπικών μυκήτων είναι συνήθως πιο πολύπλοκη από εκείνη των βακτηρίων και ως εκ τούτου συνεπάγεται υψηλότερο κόστος. Επιπλέον, οι μύκητες αναπτύσσονται και αναπαράγονται πιο αργά από τα βακτηρίδια, ενώ η βιοαποκατάσταση με μανιτάρια είναι μια βραδύτερη διαδικασία.

Βιοαποικοδόμηση σε σχέση με τις συμβατικές φυσικές και χημικές τεχνολογίες

-Πλεονεκτήματα

Οι βιοτεχνολογίες βιοαποικοδόμησης είναι πολύ πιο οικονομικές και φιλικές προς το περιβάλλον από ό, τι οι συμβατικές τεχνολογίες χημικής και φυσικής υγιεινής αποχέτευσης.

Αυτό σημαίνει ότι η εφαρμογή της βιοαποκατάστασης έχει μικρότερο περιβαλλοντικό αντίκτυπο από τις συμβατικές φυσικοχημικές πρακτικές.

Επιπλέον, μεταξύ των μικροοργανισμών που χρησιμοποιούνται στις διαδικασίες βιοεπανόρθωσης, μερικοί μπορεί επαναανοργανοποίηση τις ενώσεις πρόσμειξη, εξασφαλίζοντας τους μισό εξαφάνιση, κάπως δύσκολο να επιτευχθεί σε ένα μόνο στάδιο με συμβατικές φυσικοχημικών διεργασιών.

-Μειονεκτήματα και πτυχές που πρέπει να εξεταστούν

Μικροβιακές μεταβολικές ικανότητες που υπάρχουν στη φύση

Δεδομένου ότι μόνο έχουν απομονωθεί 1% των μικροοργανισμών στη φύση, ένας περιορισμός της βιοαποκατάστασης είναι ακριβώς η ταυτοποίηση των μικροοργανισμών ικανών βιοδιάσπαση ένα συγκεκριμένο ρύπο.

Άγνοια του εφαρμοσμένου συστήματος

Από την άλλη πλευρά, η βιοαποκατάσταση λειτουργεί με ένα σύνθετο σύστημα δύο ή περισσότερων ζωντανών οργανισμών, το οποίο γενικά δεν είναι εντελώς γνωστό.

Μερικοί μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν έχουν βιομετασχηματίσει τις μολυσματικές ενώσεις σε ακόμα πιο τοξικά παραπροϊόντα. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να μελετήσουμε προηγουμένως στο εργαστήριο τους οργανισμούς βιοανάδρασης και τις αλληλεπιδράσεις τους σε βάθος.

Επιπλέον, πιλοτική δοκιμή θα πρέπει να γίνει σε μικρή κλίμακα (πεδίο) πριν από την εφαρμογή μαζικά, και, τέλος, πρέπει να παρακολουθούν τις διαδικασίες βιολογικής αποκατάστασης επί τόπου, για να διασφαλιστεί ότι η περιβαλλοντική αποχέτευση λαμβάνει χώρα σωστά.

Εξαγωγή των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται στο εργαστήριο

Λόγω της μεγάλης πολυπλοκότητας των βιολογικών συστημάτων, τα αποτελέσματα που λαμβάνονται σε μικρή κλίμακα στο εργαστήριο δεν μπορούν πάντοτε να εξηγούνται σε διεργασίες πεδίου.

Ιδιαιτερότητες κάθε διαδικασίας βιοαποκατάστασης

Κάθε διαδικασία βιοαποκατάστασης περιλαμβάνει συγκεκριμένο πειραματικό σχεδιασμό, ανάλογα με τις ιδιαίτερες συνθήκες της μολυσμένης περιοχής, τον τύπο του μολυντή που πρόκειται να υποστεί αγωγή και τους οργανισμούς που θα εφαρμοστούν..

Συνεπώς, είναι απαραίτητο ότι αυτές οι διαδικασίες διεξάγονται από διεπιστημονικές ομάδες ειδικών, μεταξύ των οποίων πρέπει να είναι βιολόγοι, χημικοί, μηχανικοί, κ.λπ..

Η διατήρηση των περιβαλλοντικών συνθηκών φυσικοχημικές για την προώθηση της ανάπτυξης και της μεταβολικής δραστηριότητας των τόκων, πρόκειται για μόνιμη εργασία κατά τη διάρκεια της βιολογικής αποκατάστασης.

Χρόνος που χρειάζεται

Τέλος, οι διαδικασίες βιοανάδρασης μπορεί να διαρκέσουν περισσότερο από τις συμβατικές φυσικοχημικές διεργασίες.

Αναφορές

  1. Adams, G.O., Tawari-Fufeyin, Ρ. Igelenyah, Ε. (2014). Βιοαποικοδόμηση των ρύπων που έχουν μολυνθεί από πετρέλαιο και χρησιμοποιούν απορρίμματα πουλερικών. Ερευνητικό Περιοδικό στη Μηχανική και τις Εφαρμοσμένες Επιστήμες3 (2) 124-130
  2. Adams, Ο. (2015). "Βιορευστοποίηση, βιοδιέγερση και βιοανάπτυξη: Μια ανασκόπηση". Διεθνές περιοδικό περιβαλλοντικής βιοανάδρασης και βιοαποικοδόμησης. 3 (1): 28-39.
  3. Boopathy, R. (2000). "Παράγοντες που περιορίζουν τις τεχνολογίες βιοανάδρασης". Τεχνολογία βιολογικών πόρων. 74: 63-7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
  4. Eweis J. Β., Ergas, S. J., Chang, D. Ρ. Υ. And Schoeder, D. (1999). Αρχές της Biorrecuperación. McGraw-Hill Interamericana de España της Μαδρίτης. σ. 296.
  5. Madigan, Μ.Τ., Martinko, J. Μ., Bender, Κ. S., Buckley, D. Η. Stahl, D. Α. And Brock, Τ. (2015). Brock βιολογία μικροοργανισμών. 14 ed. Benjamin Cummings. σ. 1041.
  6. McKinney, R. Ε. (2004). Μικροβιολογία ελέγχου της ρύπανσης του περιβάλλοντος. M. Dekker σ. 453.
  7. Pilon-Smits Ε. 2005. Φυτοκατεργασία. Annu. Rev. Plant ΒίοΙ 56: 15-39.