Βιοαποκατάσταση- Στόχος, Αρχή, Κατηγορίες, Τύποι, Μέθοδοι, Εφαρμογές

Βιοαποκατάσταση- Στόχος, Αρχή, Κατηγορίες, Τύποι, Μέθοδοι, Εφαρμογές

September 30, 2022 0 Von admin
  • Η βιοαποκατάσταση αναφέρεται στη χρήση μικροοργανισμών που απαντώνται στη φύση ή έχουν εισαχθεί σκόπιμα για την κατανάλωση και τη διάσπαση περιβαλλοντικών ρύπων, προκειμένου να καθαριστεί μια μολυσμένη τοποθεσία.
  • Είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιεί κυρίως μικροοργανισμούς αλλά και φυτά, ή μικροβιακά ή φυτικά ένζυμα για την αποτοξίνωση των ρύπων στο έδαφος και σε άλλα περιβάλλοντα.
  • Η έννοια περιλαμβάνει τη βιοαποδόμηση, η οποία αναφέρεται στη μερική και μερικές φορές ολική, μετατροπή ή αποτοξίνωση ρύπων από μικροοργανισμούς και φυτά.
  • Η διαδικασία της βιοαποκατάστασης ενισχύει τον ρυθμό της φυσικής μικροβιακής αποικοδόμησης των ρύπων συμπληρώνοντας τους γηγενείς μικροοργανισμούς (βακτήρια ή μύκητες) με θρεπτικά συστατικά, πηγές άνθρακα ή δότες ηλεκτρονίων (βιοδιέγερση, βιοαποκατάσταση) ή προσθέτοντας μια εμπλουτισμένη καλλιέργεια μικροοργανισμών που έχουν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά που τους επιτρέπουν να αποικοδομούν την επιθυμητή ρύπανση με ταχύτερο ρυθμό (βιοαύξηση).
Βιοαποκατάσταση

Στόχος της Βιοαποκατάστασης

  • Ο στόχος της βιοαποκατάστασης είναι τουλάχιστον να μειώσει τα επίπεδα ρύπων σε μη ανιχνεύσιμα, μη τοξικά ή αποδεκτά επίπεδα, δηλαδή εντός των ορίων που ορίζουν οι ρυθμιστικοί φορείς ή, ιδανικά, να μετατρέψει πλήρως τους οργανικούς ρύπους σε διοξείδιο του άνθρακα.

Αρχή Βιοαποκατάστασης

  • Η βιοαποκατάσταση βασίζεται στην τόνωση της ανάπτυξης ορισμένων μικροβίων που χρησιμοποιούν ρύπους όπως λάδι, διαλύτες και φυτοφάρμακα ως πηγή τροφής και ενέργειας.
  • Αυτά τα μικρόβια καταναλώνουν τους ρύπους, μετατρέποντάς τους σε μικρές ποσότητες νερού και αβλαβή αέρια όπως το διοξείδιο του άνθρακα.
  • Η αποτελεσματική βιοαποκατάσταση χρειάζεται συνδυασμό σωστής θερμοκρασίας, θρεπτικών συστατικών και τροφής. Διαφορετικά, μπορεί να χρειαστεί πολύ περισσότερος χρόνος για τον καθαρισμό των ρύπων.
  • Εάν οι συνθήκες δεν είναι ευνοϊκές για βιοαποκατάσταση, μπορούν να βελτιωθούν προσθέτοντας «τροποποιήσεις» στο περιβάλλον, όπως μελάσα, φυτικό έλαιο ή απλώς αέρα.
  • Αυτές οι τροποποιήσεις δημιουργούν τις βέλτιστες συνθήκες για την άνθηση των μικροβίων και την ολοκλήρωση της διαδικασίας βιοαποκατάστασης.
  • Η διαδικασία της βιοαποκατάστασης μπορεί να διαρκέσει από μερικούς μήνες έως αρκετά χρόνια.
  • Ο απαιτούμενος χρόνος εξαρτάται από μεταβλητές όπως το μέγεθος της μολυσμένης περιοχής, η συγκέντρωση των ρύπων, οι συνθήκες όπως η θερμοκρασία και η πυκνότητα του εδάφους και εάν η βιοαποκατάσταση θα πραγματοποιηθεί in situ ή ex-situ.

Κατηγορίες Βιοαποκατάστασης

Η βιολογική αποκατάσταση μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε δύο τύπους: τη μικροβιακή αποκατάσταση και τη φυτοαποκατάσταση.

Μικροβιακή Αποκατάσταση

  • Οι μικροοργανισμοί είναι ευρέως γνωστοί για την ικανότητά τους να διασπούν ένα τεράστιο φάσμα οργανικών ενώσεων και να απορροφούν ανόργανες ουσίες. Επί του παρόντος, τα μικρόβια χρησιμοποιούνται για τον καθαρισμό της επεξεργασίας της ρύπανσης σε διαδικασίες γνωστές ως βιοαποκατάσταση.
  • Διαφορετικά μικροβιακά συστήματα όπως βακτήρια, μύκητες, ζυμομύκητες και ακτινομύκητες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απομάκρυνση τοξικών και άλλων ρύπων από το περιβάλλον.
  • Οι μικροοργανισμοί είναι άμεσα διαθέσιμοι, χαρακτηρίζονται ταχέως, με μεγάλη ποικιλία, πανταχού παρόντες και μπορούν να χρησιμοποιήσουν πολλά επιβλαβή στοιχεία ως πηγή θρεπτικών συστατικών.
  • Μπορούν να εφαρμοστούν τόσο in situ όσο και ex-situ συνθήκες. Επιπλέον, πολλές ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες μπορούν να καθαριστούν από τέτοιες οντότητες.
  • Αν και πολλοί μικροοργανισμοί είναι ικανοί να αποικοδομούν το αργό πετρέλαιο που υπάρχει σε έδαφοςέχει βρεθεί ωφέλιμο να χρησιμοποιηθεί μια προσέγγιση μεικτής καλλιέργειας από τις καθαρές καλλιέργειες στη βιοαποκατάσταση καθώς δείχνει τις συνεργιστικές αλληλεπιδράσεις.
  • Μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαφορετικά βακτήρια για την απομάκρυνση των ρύπων από πετρελαϊκούς υδρογονάνθρακες από το έδαφος.
  • Τα βακτήρια που μπορούν να αποικοδομήσουν σημαντικούς ρύπους περιλαμβάνουν Pseudomonas, Aeromonas, Moraxella, Beijerinckia, Flavobacteria, χρωμοβακτηρίδιαNocardia, Corynebacteria, Acinetobacter, MycobactenaModococci, Streptomyces, ΒάκιλλοιArthrobacter, Aeromonas, και Κυανοβακτήρια.

Φυτοαποκατάσταση

  • Η φυτοεξυγίανση είναι μια διαδικασία βιοαποκατάστασης που χρησιμοποιεί διάφορους τύπους φυτών για την αφαίρεση, μεταφορά, σταθεροποίηση ή/και καταστροφή ρύπων στο έδαφος και τα υπόγεια ύδατα.
  • Υπάρχουν διάφοροι τύποι μηχανισμών φυτοαποκατάστασης.
  1. Βιοαποικοδόμηση ριζόσφαιρας. Σε αυτή τη διαδικασία, το φυτό απελευθερώνει φυσικές ουσίες μέσω των ριζών του, τροφοδοτώντας με θρεπτικά συστατικά τους μικροοργανισμούς του εδάφους. Οι μικροοργανισμοί ενισχύουν τη βιολογική αποικοδόμηση.
  2. Φυτοσταθεροποίηση.Σε αυτή τη διαδικασία, οι χημικές ενώσεις που παράγονται από το φυτό ακινητοποιούν τους ρύπους, αντί να τους υποβαθμίζουν.
  3. Φυτοσυσσώρευση (ονομάζεται επίσης φυτοεξαγωγή). Σε αυτή τη διαδικασία, οι ρίζες των φυτών απορροφούν τους ρύπους μαζί με άλλα θρεπτικά συστατικά και νερό. Η μολυσματική μάζα δεν καταστρέφεται αλλά καταλήγει στους βλαστούς και στα φύλλα του φυτού. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται κυρίως για απόβλητα που περιέχουν μέταλλα.
  4. Υδροπονικά Συστήματα Επεξεργασίας Ρευμάτων Νερού (Ριζοφιλτράρισμα). Η ριζοδιήθηση είναι παρόμοια με τη φυτοσυσσώρευση, αλλά τα φυτά που χρησιμοποιούνται για τον καθαρισμό εκτρέφονται σε θερμοκήπια με τις ρίζες τους στο νερό. Αυτή η μέθοδος καλλιέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ex-situ επεξεργασία υπόγειων υδάτων. Δηλαδή, τα υπόγεια ύδατα αντλούνται στην επιφάνεια για να ποτιστούν αυτά τα φυτά. Τυπικά τα υδροπονικά συστήματα χρησιμοποιούν ένα τεχνητό μέσο εδάφους, όπως άμμο αναμεμειγμένο με περλίτη ή βερμικουλίτη. Καθώς οι ρίζες είναι κορεσμένες με ρύπους, συλλέγονται και απορρίπτονται.
  5. Φυτοπτητοποίηση.Σε αυτή τη διαδικασία, τα φυτά απορροφούν νερό που περιέχει οργανικούς ρύπους και απελευθερώνουν τους ρύπους στον αέρα μέσω των φύλλων τους.
  6. Φυτοαποδόμηση. Σε αυτή τη διαδικασία, τα φυτά μεταβολίζουν και καταστρέφουν τους ρύπους στους φυτικούς ιστούς.
  7. Υδραυλικός Έλεγχος. Σε αυτή τη διαδικασία, τα δέντρα αποκαθιστούν έμμεσα ελέγχοντας την κίνηση των υπόγειων υδάτων. Τα δέντρα λειτουργούν ως φυσικές αντλίες όταν οι ρίζες τους φτάνουν προς τον υδροφόρο ορίζοντα και δημιουργούν μια πυκνή ριζική μάζα που καταλαμβάνει μεγάλες ποσότητες νερού. Μια λεύκα, για παράδειγμα, βγάζει από το έδαφος 30 γαλόνια νερού την ημέρα και το βαμβάκι μπορεί να απορροφήσει έως και 350 γαλόνια την ημέρα.

Τύποι μεθόδων βιοαποκατάστασης

  • Φυσική εξασθένηση ή εγγενής βιοαποκατάσταση: Η βιοαποκατάσταση γίνεται από μόνη της χωρίς να προσθέτει τίποτα.
  • Βιοδιέγερση: Η βιοαποκατάσταση προωθείται μέσω της προσθήκης λιπασμάτων για την αύξηση της βιοδιαθεσιμότητας εντός του μέσου.

Οι τεχνολογίες μπορούν γενικά να ταξινομηθούν ως in situ ή ex-situ.

  • In situ βιοαποκατάσταση: Περιλαμβάνει επεξεργασία του μολυσμένου υλικού στο χώρο.
  • Ex situ βιοαποκατάσταση: Περιλαμβάνει την αφαίρεση του μολυσμένου υλικού που πρόκειται να υποβληθεί σε επεξεργασία αλλού.

Μέθοδοι Βιοαποκατάστασης

Μερικά παραδείγματα τεχνολογιών που σχετίζονται με τη βιοαποκατάσταση είναι:

  1. Φυτοαποκατάσταση
  2. Βιοαερισμός
  3. Βιοαπόπλυση
  4. Καλλιέργεια γης
  5. Βιοαντιδραστήρας
  6. Κομποστοποίηση
  7. Βιοαύξηση
  8. Ριζοφιλτράρισμα
  9. Βιοδιέγερση

Εφαρμογές Βιοαποκατάστασης

  • Η βιοαποκατάσταση χρησιμοποιείται για την αποκατάσταση μετάλλων, ραδιονουκλεϊδίων, φυτοφαρμάκων, εκρηκτικών, καυσίμων, πτητικών οργανικών ενώσεων (VOCs) και ημι-πτητικές οργανικές ενώσεις (SVOCs).
  • Η έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη για να κατανοηθεί ο ρόλος της φυτοεξυγίανσης για την αποκατάσταση του υπερχλωρικού, ενός ρύπου που έχει αποδειχθεί ότι είναι ανθεκτικό σε συστήματα επιφανειακών και υπόγειων υδάτων.
  • Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον καθαρισμό ρύπων που βρίσκονται στο έδαφος και τα υπόγεια ύδατα.
  • Για τις ραδιενεργές ουσίες, μερικές φορές χρησιμοποιούνται χηλικοί παράγοντες για να καταστήσουν τους ρυπαντές ικανούς να προσληφθούν από το φυτό.

Πλεονεκτήματα της Βιοαποκατάστασης

Η βιοαποκατάσταση έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες μεθόδους καθαρισμού.

  • Καθώς χρησιμοποιεί μόνο φυσικές διεργασίες, είναι μια σχετικά πράσινη μέθοδος που προκαλεί λιγότερη ζημιά στα οικοσυστήματα.
  • Συχνά λαμβάνει χώρα υπόγεια, καθώς τροποποιήσεις και μικρόβια μπορούν να αντληθούν υπόγεια για τον καθαρισμό των ρύπων στα υπόγεια ύδατα και το έδαφος. Ως εκ τούτου, δεν προκαλεί μεγάλη αναστάτωση σε κοντινές κοινότητες.
  • Η διαδικασία της βιοαποκατάστασης δημιουργεί ελάχιστα επιβλαβή υποπροϊόντα αφού οι ρύποι και οι ρύποι μετατρέπονται σε νερό και αβλαβή αέρια όπως το διοξείδιο του άνθρακα.
  • Η βιοαποκατάσταση είναι φθηνότερη από τις περισσότερες μεθόδους καθαρισμού, καθώς δεν απαιτεί πολύ εξοπλισμό ή εργασία.
  • Η βιοαποκατάσταση μπορεί να προσαρμοστεί στις ανάγκες της συγκεκριμένης μολυσμένης τοποθεσίας και ενθαρρύνονται τα συγκεκριμένα μικρόβια που χρειάζονται για τη διάσπαση του ρύπου επιλέγοντας τον περιοριστικό παράγοντα που απαιτείται για την προώθηση της ανάπτυξής τους.

Περιορισμοί και Προβληματισμοί Βιοαποκατάστασης

  • Η τοξικότητα και η βιοδιαθεσιμότητα των προϊόντων βιοαποδόμησης δεν είναι πάντα γνωστές.
  • Τα υποπροϊόντα αποδόμησης μπορεί να κινητοποιηθούν στα υπόγεια ύδατα ή να συσσωρευτούν βιο-συσσωρευμένα σε ζώα.
  • Απαιτείται πρόσθετη έρευνα για τον προσδιορισμό της τύχης διαφόρων ενώσεων στον μεταβολικό κύκλο των φυτών, ώστε να διασφαλιστεί ότι τα περιττώματα και τα προϊόντα φυτών δεν συμβάλλουν σε τοξικές ή επιβλαβείς χημικές ουσίες στην τροφική αλυσίδα.
  • Οι επιστήμονες πρέπει να εξακριβώσουν εάν οι προσμείξεις που συγκεντρώνονται στα φύλλα και το ξύλο των δέντρων απελευθερώνονται όταν πέφτουν τα φύλλα το φθινόπωρο ή όταν χρησιμοποιούνται καυσόξυλα ή σάπια φύλλα από τα δέντρα.
  • Η απόρριψη των συγκομισμένων φυτών μπορεί να είναι πρόβλημα εάν περιέχουν υψηλά επίπεδα βαρέων μετάλλων.
  • Το βάθος των ρύπων περιορίζει την επεξεργασία. Στις περισσότερες περιπτώσεις, περιορίζεται σε ρηχά εδάφη, ρυάκια και υπόγεια ύδατα.
  • Γενικά, η χρήση φυτοαποκατάστασης περιορίζεται σε περιοχές με χαμηλότερες συγκεντρώσεις ρύπων και μόλυνση σε ρηχά εδάφη, ρέματα και υπόγεια ύδατα.
  • Η επιτυχία της φυτοαποκατάστασης μπορεί να είναι εποχιακή, ανάλογα με την τοποθεσία. Άλλοι κλιματικοί παράγοντες θα επηρεάσουν επίσης την αποτελεσματικότητά του.
  • Η επιτυχία της αποκατάστασης εξαρτάται από τη δημιουργία μιας επιλεγμένης φυτικής κοινότητας. Η εισαγωγή νέων φυτικών ειδών μπορεί να έχει εκτεταμένες οικολογικές επιπτώσεις. Θα πρέπει να μελετηθεί εκ των προτέρων και να παρακολουθηθεί
  • Εάν οι συγκεντρώσεις των ρύπων είναι πολύ υψηλές, τα φυτά μπορεί να πεθάνουν.
  • Κάποια φυτοαποκατάσταση μεταφέρει τη μόλυνση στα μέσα (π.χ. από το έδαφος στον αέρα).
  • Η φυτοαποκατάσταση δεν είναι αποτελεσματική για ισχυρά απορροφημένους ρύπους όπως τα πολυχλωριωμένα διφαινύλια (PCB).
  • Η φυτοαποκατάσταση απαιτεί μεγάλη επιφάνεια γης για αποκατάσταση.

βιβλιογραφικές αναφορές

  1. https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/bioremediation
  2. http://www.cpeo.org/techtree/ttdescript/phytrem.htm
  3. https://www.investopedia.com/terms/b/bioremediation.asp
  4. https://microbiologysociety.org/blog/bioremediation-the-pollution-solution.html
  5. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128000212000017
  6. https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Bioremediation