Bioaugmentacja - Bioaugmentation
Powiększanie biologiczny jest dodanie archaea lub bakteryjnych kultur wymaganych do przyspieszenia tempa degradacji z zanieczyszczeń . Organizmy pochodzące z obszarów skażonych mogą już być w stanie rozkładać odpady, ale być może nieefektywnie i powoli.
Bioaugmentacja to rodzaj bioremediacji, w którym wymaga zbadania rodzimych odmian występujących na danym stanowisku w celu ustalenia, czy możliwa jest biostymulacja . Po odkryciu rodzimych bakterii znalezionych w danym miejscu, jeśli miejscowe bakterie mogą metabolizować zanieczyszczenia, więcej rodzimych kultur bakteryjnych zostanie wprowadzonych do lokalizacji, aby przyspieszyć degradację zanieczyszczeń. Bioaugmentacja to wprowadzenie większej liczby archeonów lub kultur bakteryjnych w celu zwiększenia degradacji zanieczyszczeń, podczas gdy biostymulacja polega na dodawaniu suplementów odżywczych dla rodzimych bakterii w celu promowania metabolizmu bakterii. Jeśli odmiana autochtoniczna nie ma zdolności metabolicznej do przeprowadzenia procesu remediacji, wprowadza się odmiany egzogenne o tak wyrafinowanych szlakach. Wykorzystanie bioaugmentacji zapewnia postęp w dziedzinie ekologii i biologii drobnoustrojów, immobilizacji i projektowania bioreaktorów.
Bioaugmentacja jest powszechnie stosowana w oczyszczaniu ścieków komunalnych w celu ponownego uruchomienia bioreaktorów osadu czynnego . Większość dostępnych kultur zawiera kultury drobnoustrojów, zawierające już wszystkie niezbędne mikroorganizmy ( B. licheniformis , B. thuringiensis , P. polymyxa , B. stearothermophilus , Penicillium sp. , Aspergillus sp. , Flavobacterium , Arthrobacter , Pseudomonas , Streptomyces , Saccharomyces itp.) . Systemy osadu czynnego są generalnie oparte na mikroorganizmach, takich jak bakterie, pierwotniaki, nicienie, wrotki i grzyby, które są zdolne do degradacji biodegradowalnej materii organicznej. Stosowanie bioaugmentacji przynosi wiele pozytywnych skutków, takich jak poprawa wydajności i szybkości procesu rozkładania substancji oraz redukcja toksycznych cząstek na danym obszarze.
Aplikacje
Naprawa gleby
Bioaugmentacja jest korzystna w zanieczyszczonych glebach, które przeszły bioremediację, ale nadal stanowią zagrożenie dla środowiska. Dzieje się tak, ponieważ mikroorganizmy, które pierwotnie znajdowały się w środowisku, nie spełniły swojego zadania podczas bioremediacji, jeśli chodzi o rozkład chemikaliów w zanieczyszczonej glebie . Awaria pierwotnych bakterii może być spowodowana stresami środowiskowymi, a także zmianami w populacji drobnoustrojów spowodowanymi częstością mutacji. Po dodaniu mikroorganizmów są one potencjalnie bardziej dostosowane do charakteru nowego zanieczyszczenia, podczas gdy starsze mikroorganizmy są podobne do starszych zanieczyszczeń i zanieczyszczeń. Jest to jednak tylko jeden z wielu czynników; wielkość witryny jest również bardzo ważnym wyznacznikiem. Aby zobaczyć, czy należy wdrożyć bioaugmentację, należy wziąć pod uwagę ogólne warunki. Ponadto niektóre wysoce wyspecjalizowane mikroorganizmy nie są w stanie przystosować się do określonych warunków w miejscu. Problemem może być również dostępność niektórych typów mikroorganizmów (stosowanych do bioremediacji). Chociaż bioaugmentacja może wydawać się idealnym rozwiązaniem dla zanieczyszczonej gleby, może mieć wady. Na przykład niewłaściwy typ bakterii może spowodować potencjalne zatkanie warstw wodonośnych lub wynik rekultywacji może być niepełny lub niezadowalający.
Bioaugmentacja rozpuszczalników chlorowanych
W miejscach, w których gleba i wody gruntowe są zanieczyszczone chlorowanymi etenami, takimi jak tetrachloroetylen i trójchloroetylen , można zastosować bioaugmentację, aby zapewnić, że mikroorganizmy in situ mogą całkowicie rozłożyć te zanieczyszczenia do etylenu i chlorków , które są nietoksyczne. Bioaugmentacja ma zwykle zastosowanie tylko do bioremediacji chlorowanych etenów, chociaż pojawiają się kultury z potencjałem do biodegradacji innych związków, w tym BTEX , chloroetanów , chlorometanów i MTBE . Pierwsze zgłoszone zastosowanie bioaugmentacji dla chlorowanych etenów miało miejsce w Kelly Air Force Base w Teksasie. Bioaugmentację przeprowadza się zazwyczaj w połączeniu z dodatkiem donora elektronów (biostymulacja) w celu uzyskania warunków geochemicznych w wodach gruntowych, które sprzyjają wzrostowi mikroorganizmów odchlorowujących w kulturze bioaugmentacyjnej.
Fitness niszowy
Włączenie większej liczby drobnoustrojów do środowiska korzystnie wpływa na szybkość czyszczenia. Interakcja i współzawodnictwo dwóch związków wpływają na wydajność, jaką mógłby mieć mikroorganizm, oryginalny lub nowy. Można to sprawdzić, umieszczając w tym obszarze glebę sprzyjającą nowym mikrobom, a następnie sprawdzając wydajność. Wyniki pokażą, czy nowy mikroorganizm może działać wystarczająco dobrze w tej glebie z innymi mikroorganizmami. Pomaga to w określeniu prawidłowej ilości drobnoustrojów i rodzimych substancji, które są potrzebne, aby zoptymalizować wydajność i stworzyć współmetabolizm.
Ścieki z koksowni w Chinach
Przykładem tego, jak bioaugmentacja poprawiła środowisko, są ścieki z koksowni w Chinach. Węgiel w Chinach jest głównym źródłem energii, a zanieczyszczona woda zawiera szkodliwe toksyczne zanieczyszczenia, takie jak amoniak , tiocyjanian , fenole i inne związki organiczne, takie jak mono- i policykliczne związki aromatyczne zawierające azot, heterocykliczne związki zawierające tlen i siarkę oraz wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne . Wcześniejsze środki mające na celu rozwiązanie tego problemu obejmowały układ tlenowo-beztlenowo-tlenowy, ekstrakcje rozpuszczalnikowe, odpędzanie strumieni i oczyszczanie biologiczne. Doniesiono, że bioaugmentacja usuwa 3-chlorobenzoesan, 4-metylobenzoesan, toluen , fenol i chlorowane rozpuszczalniki .
Reaktor beztlenowy był wypełniony półmiękkim medium, które zostało zbudowane z plastikowego pierścienia i sznurka z włókien syntetycznych. Reaktor beztlenowy jest reaktorem całkowicie mieszanym, podczas gdy reaktor tlenowy jest bioreaktorem hybrydowym, do którego dodano nośniki pianki poliuretanowej . Użyto wody z reaktora beztlenowego, reaktora odowego i zbiornika sedymentacyjnego, zawierającej mieszanki różnych ilości starych i rozwiniętych drobnoustrojów o stężeniu 0,75 i 28 stopni Celsjusza. Szybkość degradacji zanieczyszczeń zależała od wielkości stężenia drobnoustrojów. W zwiększonej społeczności drobnoustrojów rodzime mikroorganizmy rozkładały zanieczyszczenia w ściekach koksowni, takie jak pirydyny i związki fenolowe . Po dodaniu rodzimych mikroorganizmów heterotroficznych przekształciły one wiele dużych związków molekularnych w mniejsze i prostsze związki, które można było pobrać z bardziej biodegradowalnych związków organicznych. Dowodzi to, że bioaugmentacja może być wykorzystywana jako narzędzie do usuwania niepożądanych związków, które nie są prawidłowo usuwane przez konwencjonalny system oczyszczania biologicznego. Gdy bioaugmentacja jest połączona z systemem oczyszczania ścieków z koksowni A1 – A2 – O, jest bardzo wydajna.
Oczyszczanie ropy naftowej
W przemyśle naftowym istnieje duży problem związany z utylizacją wyrobisk wiertniczych na polach naftowych. Wielu zwykło po prostu umieszczać brud na dole, ale stosowanie bioaugmentacji jest znacznie bardziej produktywne i ekonomiczne. Dzięki zastosowaniu zaawansowanych mikroorganizmów firmy wiertnicze mogą w rzeczywistości rozwiązać problem w kopalni ropy naftowej zamiast przenosić odpady. W szczególności wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne mogą być metabolizowane przez niektóre bakterie, co znacznie zmniejsza szkody dla środowiska spowodowane pracami wiertniczymi. W odpowiednich warunkach środowiskowych mikroby są umieszczane w zbiorniku naftowym, aby rozkładać węglowodory, a obok innych składników odżywczych. Przed oczyszczeniem całkowity poziom węglowodorów ropopochodnych (TPH) wynosił 44 880 ppm , który w ciągu zaledwie 47 dni został obniżony do poziomu 10 000 ppm do 6 486 ppm.
Awarie i potencjalne rozwiązania
Było wiele przypadków, w których bioaugmentacja miała braki w swoim procesie, w tym użycie niewłaściwego organizmu. Wdrażanie bioaugmentacji w środowisku może stwarzać problemy związane z drapieżnictwem, konkurencją żywieniową między rodzimymi i zaszczepionymi bakteriami, niewystarczającymi inokulacjami i zaburzeniem równowagi ekologicznej z powodu dużych zaszczepień. Każdy problem można rozwiązać za pomocą różnych technik, aby ograniczyć możliwości wystąpienia tych problemów. Drapieżnikom można zapobiec, stosując wysokie początkowe dawki zaszczepionych bakterii lub poddając je obróbce cieplnej przed zaszczepieniem, podczas gdy konkurencję żywieniową można rozwiązać za pomocą biostymulacji. Niewystarczające zaszczepienia można leczyć przez powtarzane lub ciągłe szczepienia, a duże zaszczepienia są usuwane z wysoce monitorowanymi dawkami bakterii.
Przykłady obejmują wprowadzone bakterie, które nie wzmagają degradacji w glebie, a próby bioaugmentacji kończą się niepowodzeniem w skali laboratoryjnej, ale kończą się powodzeniem na dużą skalę. Wiele z tych problemów wystąpiło, ponieważ nie uwzględniono kwestii ekologii drobnoustrojów w celu zmapowania wydajności bioaugmentacji. Ważne jest, aby wziąć pod uwagę zdolność mikroorganizmów do wytrzymywania warunków w społeczności drobnoustrojów, w których mają być umieszczone. W wielu przypadkach, które zakończyły się niepowodzeniem, brano pod uwagę tylko zdolność mikrobów do rozkładania związków, a mniej ich przydatność w istniejących społecznościach i wynikający z tego stres konkurencyjny. Lepiej jest zidentyfikować istniejące społeczności, zanim przyjrzymy się szczepom potrzebnym do rozbicia zanieczyszczeń.