BIOREMEDIATION: MGA KATANGIAN, URI, KALAMANGAN AT KAWALAN - BIOLOGY - 2025

Ang bioremediation ay isang hanay ng kalinisan ng biotechnologies na gumagamit ng metabolic kakayahan ng bakterya microorganism, fungi, halaman at / o nakahiwalay na mga enzyme, upang matanggal ang mga kontaminado sa lupa at tubig.

Ang mga microorganism (bakterya at fungi) at ilang mga halaman ay maaaring biotransform ng isang iba't ibang uri ng polusyon at nakakalason na mga organikong compound, hanggang sa sila ay mabigyan ng hindi nakakapinsala o hindi nakakapinsala. Maaari rin silang mag-biodegrade ng ilang mga organikong compound sa kanilang pinakasimpleng mga anyo, tulad ng mitein (CH ₄ ) at carbon dioxide (CO ₂ ).

Larawan 1. Kontaminasyon sa kapaligiran sa pamamagitan ng pag-iwas sa langis, na kalaunan ay ginagamot sa bioremediation.Pagmulan: commons.wikimedia.org

Ang ilang mga microorganism at halaman ay maaari ring kunin o hindi matitinag na mga sangkap na nakakalason na kemikal, tulad ng mabibigat na metal, sa kapaligiran (sa lugar na ito). Sa pamamagitan ng immobilizing ang nakakalason na sangkap sa kapaligiran, hindi na ito magagamit sa mga nabubuhay na organismo at samakatuwid ay hindi nakakaapekto sa mga ito.

Samakatuwid, ang pagbabawas ng bioavailability ng isang nakakalason na sangkap ay isang anyo din ng bioremediation, bagaman hindi nito ipinapahiwatig ang pagtanggal ng sangkap mula sa kapaligiran.

Kasalukuyang may lumalagong pang-agham at komersyal na interes sa pagbuo ng matipid at mababang epekto sa kapaligiran (o "friendly environment"), tulad ng bioremediation ng ibabaw at tubig sa lupa, putik at kontaminadong mga lupa.

Mga katangian ng bioremediation

Mga kontaminante na maaaring bioremediated

Kabilang sa mga pollutants na na-bioremediated, ay mga mabibigat na metal, radioactive na sangkap, nakakalason na organikong pollutant, mga explosive na sangkap, mga organikong compound na nagmula sa langis (polyaromatic hydrocarbons o HPAs), mga phenol, bukod sa iba pa.

Mga kondisyon sa pang-pisika sa panahon ng bioremediation

Dahil ang mga proseso ng bioremediation ay nakasalalay sa aktibidad ng mga microorganism at mga nabubuhay na halaman o ang kanilang mga nakahiwalay na mga enzymes, dapat na mapanatili ang naaangkop na mga kondisyon ng physicochemical para sa bawat organismo o sistema ng enzyme, upang ma-optimize ang kanilang metabolic na aktibidad sa proseso ng bioremediation.

Ang mga salik na mai-optimize at mapanatili sa buong proseso ng bioremediation

-Ang konsentrasyon at bioavailability ng pollutant sa ilalim ng mga kondisyon ng kapaligiran: dahil kung ito ay napakataas ay maaaring mapinsala sa parehong mga microorganism na may kakayahang biotransform ang mga ito.

-Humidity: ang pagkakaroon ng tubig ay mahalaga para sa mga nabubuhay na organismo, pati na rin para sa aktibidad ng enzymatic ng cell-free biological catalysts. Kadalasan, ang 12 hanggang 25% na kamag-anak na kahalumigmigan ay dapat mapanatili sa mga lupa na sumasailalim sa bioremediation.

-Temperature: dapat itong nasa saklaw na nagbibigay-daan sa kaligtasan ng buhay ng inilapat na mga organismo at / o ang kinakailangang aktibidad ng enzymatic.

-Ang mga bioavailable nutrients: mahalaga para sa paglaki at pagdaragdag ng mga microorganism ng interes. Pangunahin, ang carbon, posporus at nitrogen ay dapat kontrolin, pati na rin ang ilang mahahalagang mineral.

-Ang kaasiman o alkalinidad ng aqueous medium o pH (pagsukat ng mga H ⁺ ion sa medium).

-Ang pagkakaroon ng oxygen: sa karamihan ng mga diskarte sa bioremediation, ginagamit ang aerobic microorganism (halimbawa sa pag-compost, biopile at "landfarming"), at kinakailangan ang pag-aayuno ng substrate. Gayunpaman, ang anaerobic microorganism ay maaaring magamit sa mga proseso ng bioremediation, sa ilalim ng sobrang kontrol na mga kondisyon sa laboratoryo (gamit ang mga bioreactors).

Mga uri ng bioremediation

Kabilang sa mga inilapat na bioremediation biotechnologies ay ang mga sumusunod:

Biostimulation

Binubuo ang biostimulation ng stimulasyon sa lugar ng mga microorganism na naroroon sa kapaligiran na nahawahan (mga autochthonous microorganism), na may kakayahang bioremediating ang kontaminadong sangkap.

Sa lugar na ito ay nakamit ang biostimulation sa pamamagitan ng pag-optimize ng mga kondisyon ng physicochemical para mangyari ang nais na proseso, iyon ay; pH, oxygen, kahalumigmigan, temperatura, bukod sa iba pa, at pagdaragdag ng mga kinakailangang nutrisyon.

Bioaugmentation

Ang bioaugmentation ay nagsasangkot ng pagtaas ng dami ng mga microorganism na interes (mas mabuti na autochthonous), salamat sa pagdaragdag ng kanilang inocula na lumago sa laboratoryo.

Kasunod nito, sa sandaling ang mga microorganism ng interes ay na-inoculated sa lugar na ito, ang mga kundisyon ng pisika ng pisika ay dapat na-optimize (tulad ng sa biostimulation), upang maitaguyod ang nakasisirang aktibidad ng mga microorganism.

Para sa aplikasyon ng bioaugmentation, dapat isaalang-alang ang mga gastos ng kultura ng microbial sa bioreactors sa laboratoryo.

Ang parehong biostimulation at bioaugmentation ay maaaring pagsamahin sa lahat ng iba pang mga biotechnologies na inilarawan sa ibaba.

Pag-compost

Ang pag-compost ay binubuo ng paghahalo ng kontaminadong materyal na may hindi nakalimutan na lupa na pupunan ng mga ahente ng halaman o hayop at mga nutrisyon. Ang pinaghalong form na ito ay umabot sa 3 m ang taas, magkahiwalay.

Ang oxygenation ng mas mababang mga layer ng cones ay dapat kontrolin, sa pamamagitan ng kanilang regular na pag-alis mula sa isang site patungo sa isa pang may makinarya. Ang mga pinakamabuting kalagayan na kahalumigmigan, temperatura, pH, nutrients, bukod sa iba pa, ay dapat ding mapanatili.

Biopile

Ang pamamaraan ng bioremediation na may biopiles ay pareho sa pamamaraan ng pag-compost na inilarawan sa itaas, maliban sa:

• Ang kawalan ng mga ahente ng pag-aanak ng pinagmulan ng halaman o hayop.
• Ang pag-aalis ng pag-aer sa pamamagitan ng paggalaw mula sa isang site patungo sa isa pa.

Ang mga biopile ay mananatiling maayos sa parehong lugar, na naipalabas sa kanilang panloob na mga layer sa pamamagitan ng isang sistema ng mga tubo, na ang pag-install, operasyon at mga gastos sa pagpapanatili ay dapat isaalang-alang mula sa yugto ng disenyo ng system.

Landfarming

Ang biotechnology na tinawag na "landfarming" (isinalin mula sa Ingles: pagtatanim ng lupa), ay binubuo ng paghahalo ng kontaminadong materyal (putik o sediment) sa unang 30 cm ng hindi nakalimutan na lupa ng isang malaking lugar.

Sa mga unang sentimetro ng lupa, ang marawal na kalagayan ng mga polusyon na sangkap ay pinapaboran salamat sa pag-agaw at paghahalo nito. Ginamit ang makinarya ng agrikultura para sa mga gawaing ito, tulad ng mga traktor na araro.

Ang pangunahing kawalan ng landfarming ay kinakailangang nangangailangan ito ng malalaking tract ng lupa, na maaaring magamit para sa paggawa ng pagkain.

Phytoremediation

Ang phytoremediation, na tinatawag ding micro-organismo at pagtulong sa bioremediation ng halaman, ay isang hanay ng mga biotechnologies batay sa paggamit ng mga halaman at micro-organismo upang matanggal, makulong o mabawasan ang pagkakalason ng mga polluting sangkap sa ibabaw o ilalim ng tubig na tubig, putik at mga lupa.

Sa panahon ng phytoremediation, pagkasira, pagkuha at / o pag-stabilize (pagbawas sa bioavailability) ng kontaminasyon ay maaaring mangyari. Ang mga prosesong ito ay nakasalalay sa mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga halaman at microorganism na nakatira malapit sa kanilang mga ugat, sa isang lugar na tinatawag na rhizosphere.

Larawan 2. Pagkalugi ng tubig na kontaminado sa mga halaman at microorganism. Pinagmulan: Wikyhelper, mula sa Wikimedia Commons

Ang phytoremediation ay naging matagumpay lalo na sa pag-alis ng mabibigat na metal at radioactive na sangkap mula sa mga lupa at ibabaw o tubig sa lupa (o rhizofiltration ng kontaminadong tubig).

Sa kasong ito, ang mga halaman ay nagtipon ng mga metal mula sa kapaligiran sa kanilang mga tisyu at pagkatapos ay naaniwa at pinipino sa ilalim ng kinokontrol na mga kondisyon, upang ang pollutant ay mula sa pagkalat sa kapaligiran, upang maging puro sa anyo ng mga abo.

Ang mga abo na nakuha ay maaaring gamutin upang mabawi ang metal (kung ito ay may interes sa pang-ekonomiya), o maaaring iwanan sa mga lugar ng pangwakas na pagtatapon ng basura.

Ang isang kawalan ng phytoremediation ay ang kawalan ng malalim na kaalaman sa mga pakikipag-ugnay na nangyayari sa pagitan ng mga organismo na kasangkot (mga halaman, bakterya, at posibleng mycorrhizal fungi).

Sa kabilang banda, ang mga kondisyon sa kapaligiran na nagbibigay kasiyahan sa mga pangangailangan ng lahat ng inilapat na organismo ay dapat mapanatili.

Mga Bioreactor

Ang mga bioreactor ay mga lalagyan ng malaking sukat, na nagbibigay-daan upang mapanatili ang napaka-kinokontrol na mga kondisyon ng pisika ng pisika sa may tubig media culture, na may layunin na pabor sa isang biological na proseso ng interes.

Ang mga microorganism at fungi ng bakterya ay maaaring kulturang sa isang malaking sukat sa laboratoryo sa mga bioreactors at pagkatapos ay inilapat sa mga proseso ng bioaugmentation. Ang mga micro-organismo ay maaari ring maging kultura sa interes na makuha ang kanilang mga pollutant-nakapanghinait na mga enzyme.

Ang mga bioreactor ay ginagamit sa mga proseso ng proseso ng bioremediation ng ex situ, sa pamamagitan ng paghahalo ng kontaminadong substrate sa medium ng kultura ng microbial, na pinapaboran ang marawal na kalagayan.

Ang mga microorganism na lumago sa bioreactors ay maaaring maging anaerobic, kung saan, ang aqueous medium medium ay dapat na walang natunaw na oxygen.

Larawan 3. Bioreactor. Pinagmulan: es.m.wikipedia.org

Kabilang sa bioremediation biotechnologies, ang paggamit ng bioreactors ay medyo mahal, dahil sa pagpapanatili ng kagamitan at mga kinakailangan para sa microbial culture.

Microremediation

Ang paggamit ng mga fungal microorganism (mikroskopikong fungi) sa mga proseso ng bioremediation ng isang nakakalason na pollutant ay tinatawag na mycorremediation.

Dapat itong isaalang-alang na ang paglilinang ng mga mikroskopikong fungi ay karaniwang mas kumplikado kaysa sa bakterya at sa gayon ay nagpapahiwatig ng mas mataas na gastos. Bukod dito, ang mga fungi ay lumalaki at nagpapalaki nang mas mabagal kaysa sa bakterya, na may bioremediation na tinutulungan ng fungal bilang isang mabagal na proseso.

Bioremediation kumpara sa maginoo na pisikal at kemikal na teknolohiya

-Advantage

Ang biotechnologies ng bioremediation ay mas matipid at palaban sa kapaligiran kaysa sa mga konkretong inilapat na kemikal at pisikal na teknolohiya sa kalinisan sa kapaligiran.

Nangangahulugan ito na ang aplikasyon ng bioremediation ay may mas mababang epekto sa kapaligiran kaysa sa maginoo na mga kasanayang pang-pisiko.

Sa kabilang banda, kabilang sa mga microorganism na inilalapat sa mga proseso ng bioremediation, ang ilan ay maaari ring i-mineralize ang mga compound ng polusyon, na tinitiyak ang kanilang pagkawala mula sa kapaligiran, isang bagay na mahirap makamit sa isang solong hakbang na may mga maginoo na proseso ng pisika.

-Disadya at mga aspeto na dapat isaalang-alang

Microbial metabolic capacities na umiiral sa likas na katangian

Dahil sa 1% lamang ng mga microorganism na umiiral sa likas na katangian ay nahiwalay, ang isang limitasyon ng bioremediation ay tiyak na pagkilala ng mga microorganism na may kakayahang biodegrading isang tiyak na kontaminadong sangkap.

Kakulangan ng kaalaman sa inilapat na sistema

Sa kabilang banda, ang bioremediation ay gumagana sa isang kumplikadong sistema ng dalawa o higit pang mga buhay na organismo, na sa pangkalahatan ay hindi lubos na nauunawaan.

Ang ilang mga microorganism na pinag-aralan ay may mga biotransformed polluting compound sa mas maraming nakakalason na mga by-produkto. Para sa kadahilanang ito, kinakailangan na pag-aralan ang mga organismo ng bioremediation at ang kanilang mga pakikipag-ugnay nang malalim sa laboratoryo.

Bilang karagdagan, ang mga maliliit na pagsubok sa pilot (sa larangan) ay dapat isagawa bago ilapat ang mga ito sa mas maraming, at sa wakas ang mga proseso ng bioremediation ay dapat na sinusubaybayan sa lugar, upang matiyak na ang sanitasyon sa kapaligiran ay nangyayari nang tama.

Extrapolation ng mga resulta na nakuha sa laboratoryo

Dahil sa mataas na pagiging kumplikado ng mga biological system, ang mga resulta na nakuha sa isang maliit na sukat sa laboratoryo ay hindi palaging maaaring extrapolated sa mga proseso ng bukid.

Mga detalye ng bawat proseso ng bioremediation

Ang bawat proseso ng bioremediation ay nagsasangkot ng isang tukoy na disenyo ng pang-eksperimentong, ayon sa partikular na mga kondisyon ng kontaminadong site, ang uri ng kontaminant na tratuhin at ang mga organismo na ilalapat.

Pagkatapos ay kinakailangan na ang mga prosesong ito ay idirekta ng mga grupo ng mga interdisiplinaryo ng mga espesyalista, na kung saan ay dapat na mga biologist, chemists, inhinyero, at iba pa.

Ang pagpapanatili ng mga kondisyon ng physicochemical na kapaligiran upang pabor sa paglago at metabolic na aktibidad ng interes, ay nagpapahiwatig ng isang permanenteng trabaho sa panahon ng proseso ng bioremediation.

Kinakailangang oras

Sa wakas, ang mga proseso ng bioremediation ay maaaring tumagal ng mas mahaba kaysa sa maginoo na mga proseso ng physicochemical.

Mga Sanggunian

1. Adams, GO, Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Bioremediation ng ginugol na mga kontaminadong mga lupa na gumagamit ng mga basura ng manok. Pananaliksik ng Pananaliksik sa Teknolohiya at Agham na Aplik33 (2) 124-130
2. Adams, O. (2015). "Bioremediation, Biostimulation at Bioaugmentation: Isang Review". Internal Journal ng Kalikasan ng Bioremediation at Biodegredation. 3 (1): 28–39.
3. Boopathy, R. (2000). "Mga kadahilanan na naglilimita sa mga teknolohiyang bioremediation". Teknolohiya ng Bioresource. 74: 63–7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
4. Eweis JB, Ergas, SJ, Chang, DPY at Schoeder, D. (1999). Mga prinsipyo ng Biorecovery. McGraw-Hill Interamericana ng Spain, Madrid. pp 296.
5. Madigan, MT, Martinko, JM, Bender, KS, Buckley, DH Stahl, DA at Brock, T. (2015). Brock biology ng mga microorganism. 14 ed. Benjamin Cummings. pp 1041.
6. McKinney, RE (2004). Microbiology sa Pagkontrol sa Polusyon sa Kapaligiran. M. Dekker. pp 453.
7. Pilon-Smits E. 2005. Phytoremediation. Annu. Rev. Plant Biol.