Биоремедиация на месте - In situ bioremediation

Биоремедиация на месте

Биоремедиация это процесс обеззараживания загрязненных участков с использованием эндогенных или внешних микроорганизм.[1] На месте - термин, используемый в различных областях, означающий «на месте» и относящийся к месту проведения мероприятия.[2] В контексте биоремедиации in situ указывает на то, что место биоремедиации произошло на месте заражения без перемещения загрязненных материалов. Биоремедиация используется для нейтрализации загрязняющих веществ, в том числе Углеводороды, хлорированные соединения, нитраты, токсичные металлы и другие загрязняющие вещества через множество химических механизмов.[1] Микроорганизмы, используемые в процессе биоремедиации, можно либо имплантировать, либо культивировать на участке путем внесения удобрений и других питательных веществ. Обычно загрязненными участками, на которые проводится биоремедиация, являются грунтовые воды / водоносные горизонты и загрязненные почвы. Водный экосистемы пострадавшие от нефтяных разливов также улучшились благодаря применению биоремедиации.[3] Наиболее заметными случаями являются Глубоководный горизонт[4] разлив нефти в 2010 г. и Разлив нефти Exxon Valdez в 1989 г.[5] Существуют два варианта биоремедиации, определяемые местом, где происходит процесс. Биоремедиация ex situ происходит в месте, отдельном от зараженного участка, и включает перемещение загрязненного материала. На месте происходит в пределах участка заражения[1] Биоремедиацию in situ можно дополнительно классифицировать по происходящему метаболизму, аэробный и анаэробный, и по уровню участия человека.

История

Разлив нефтепровода Sun Oil в Амблер, Пенсильвания стимулировал первое коммерческое использование биоремедиации in situ в 1972 году для удаления углеводородов с загрязненных участков.[6] Патент был подан в 1974 году Ричардом Рэймондом, отдел рекультивации загрязненных углеводородами грунтовых вод, который послужил основой для коммерциализации биоремедиации in situ.[6]

Классификации биоремедиации in situ

Ускоренный

Ускоренная биоремедиация in situ определяется, когда определенный микроорганизм нацелен на рост посредством внесения питательных веществ или донора электронов на загрязненный участок. В рамках аэробного метаболизма питательным веществом, добавляемым в почву, может быть только кислород. Для анаэробной биоремедиации in situ часто требуются различные доноры или акцепторы электронов, такие как бензоат и лактат.[7] Помимо питательных веществ, микроорганизмы также могут быть занесены непосредственно на участок в рамках ускоренной биоремедиации in situ.[8] Добавление посторонних микроорганизмов к участку называется биоаугментация и используется, когда конкретный микроорганизм эффективен в разложении загрязнителя на участке и не обнаруживается ни естественным путем, ни в достаточно высокой популяции, чтобы быть эффективным.[7] Ускоренная биоремедиация in situ используется, когда желаемая популяция микроорганизмов на участке естественным образом не присутствует на достаточном уровне для эффективного разложения загрязнителей. Он также используется, когда необходимые питательные вещества на участке либо не находятся в концентрации, достаточной для поддержки роста, либо недоступны.[7]

Раймонд Процесс

Раймондский процесс - это тип ускоренной биоремедиации in situ, разработанный Ричардом Раймондом, который включает введение питательных веществ и акцепторов электронов в загрязненный участок.[9] Этот процесс в основном используется для очистки загрязненных грунтовых вод. В процессе Раймонда создается замкнутая система. Загрязненный Грунтовые воды из нижнего бьефа поток грунтовых вод перекачивается на поверхность и насыщается питательными веществами и донором электронов, часто кислородом. Эта очищенная вода затем снова закачивается ниже уровня уровень грунтовых вод выше по течению от того места, где он был взят изначально. Этот процесс вводит питательные вещества и доноры электронов в участок, обеспечивая рост определенной микробной популяции.[9]

Впрыск кислорода

На загрязненных участках, где желаемый микробный метаболизм является аэробным, введение кислорода на участок может быть использовано для увеличения популяции целевых микроорганизмов.[10] Введение кислорода может происходить посредством различных процессов. Кислород можно закачивать в недра через нагнетательные скважины. Его также можно вводить через инъекционную галерею. Присутствие кислорода на участке часто является ограничивающим фактором при определении сроков и эффективности предлагаемого процесса биоремедиации in situ.

Озон для инъекций

Озон, закачиваемый в недра, также может быть средством подачи кислорода в загрязненный участок.[10] Несмотря на то, что озон является сильным окислителем и потенциально оказывает токсическое действие на подповерхностные микробные популяции, озон может быть эффективным средством распространения кислорода по территории из-за его высокой растворимости.[10] В течение двадцати минут после закачки в недра пятьдесят процентов озона разложатся до кислорода.[10] Озон обычно попадает в почву в растворенном или газообразном состоянии.[10]

Ускоренная анаэробная биоремедиация in situ

В рамках ускоренной анаэробной биоремедиации in situ доноры и акцепторы электронов вводятся в загрязненный участок с целью увеличения популяции анаэробных микроорганизмов.[9]

Контролируемое естественное затухание (MNA)

Мониторинг естественного ослабления - это биоремедиация на месте, которая происходит практически без вмешательства человека.[11] Этот процесс зависит от естественных микробных популяций, поддерживаемых на загрязненных участках, чтобы со временем снизить загрязняющие вещества до желаемого уровня.[11] Во время контролируемого естественного ослабления сайт контролируется, чтобы отслеживать ход биоремедиации.[11] Контролируемое естественное ослабление используется на участках, где источник загрязнения больше не присутствует, часто после того, как были проведены другие более активные виды биоремедиации на месте.[11]

Использование биоремедиации in situ

Разложение углеводородов

В почве естественным образом встречаются популяции микробов, которые используют углеводороды как источник энергии и углерода.[9] До двадцати процентов микробных популяций почвы обладают способностью метаболизировать углеводороды.[9] Эти популяции могут быть использованы путем ускоренного или контролируемого естественного ослабления для нейтрализации углеводородных загрязнителей в почве. Метаболический режим очистки от углеводородов в первую очередь аэробный.[9] Конечными продуктами очистки от углеводородов являются диоксид углерода и вода.[9] Углеводороды различаются по степени разложения в зависимости от их структуры. Наиболее эффективно разлагаются алифатические атомы углерода с длинной цепью. Короткоцепочечные, разветвленные и четвертичные алифатические углеводороды разлагаются менее эффективно.[9] Разложение алкенов зависит от насыщенности цепи насыщенными алкенами, которые разлагаются легче.[9] В почве присутствует большое количество микробов, способных метаболизировать ароматические углеводороды. Ароматические углеводороды также подвержены разложению в результате анаэробного метаболизма.[9] Углеводородный обмен является важным аспектом биоремедиации на месте из-за серьезности разливов нефти по всему миру. Чувствительность полиядерных ароматических углеводородов к разложению связана с количеством ароматических колец в соединении.[9] Соединения с двумя или тремя кольцами разлагаются с эффективной скоростью, соединения, содержащие четыре или более кольца, могут быть более устойчивыми к усилиям по биоремедиации.[9] Разложение полиядерных ароматических углеродов с менее чем четырьмя кольцами осуществляется различными аэробными микробами, присутствующими в почве. Для более крупных соединений единственный метаболический режим, который показал свою эффективность, - это кометаболизм.[9] Род грибов Phanerochaete в анаэробных условиях есть виды, обладающие способностью метаболизировать некоторые полиядерные ароматические атомы углерода с использованием фермента пероксидазы.[9][12]

Хлорированные соединения

Хлорированные алифатические соединения

Существуют различные метаболические режимы, способные разлагать хлорированный алифатические соединения. Анаэробное восстановление, окисление соединения и кометаболизм в аэробных условиях - три основных метаболических режима, используемых микроорганизмами для разложения хлорированных алифатических соединений.[9] Организмы, которые могут легко метаболизировать хлорированные алифатические соединения, в окружающей среде встречаются редко.[9] Один и два углерода с низким содержанием хлора являются соединениями, которые наиболее эффективно метаболизируются популяциями почвенных микробов.[9] Разложение хлорированных алифатических соединений чаще всего происходит через кометаболизм.[9]

Синтез и общая структура полихлорированных бифенилов.

Хлорированные ароматические углеводороды

Хлорированный ароматный углеводороды устойчивы к биоремедиации, и многие микроорганизмы не способны разлагать соединения. Хлорированные ароматические углеводороды чаще всего разлагаются в процессе восстановительного дехлорирования в анаэробных условиях.[9] Полихлорированные бифенилы (ПХБ) в первую очередь разлагаются за счет кометаболизма. Есть также некоторые грибы, которые также могут разлагать соединения. Исследования показывают увеличение деградации ПХБ при добавлении бифенила к участку из-за кометаболического воздействия на ферменты, используемые для разложения. бифенил есть на печатных платах.[9]

Преимущества

Из-за того, что на месте загрязнения происходит биоремедиация, риск перекрестного загрязнения снижается, в отличие от биоремедиации ex situ, когда загрязненный материал транспортируется в другие места. Биоремедиация in situ также может иметь более низкие затраты и более высокую скорость дезактивации, чем биоремедиация ex situ.

Рекомендации

  1. ^ а б c Риттманн, Брюс Э. (1 января 1994 г.). Биоремедиация на месте. Тейлор и Фрэнсис. ISBN  9780815513483.
  2. ^ "Чарльтон Т. Льюис, Чарльз Шорт, Латинский словарь, sĭtus". www.perseus.tufts.edu. Получено 4 апреля 2017.
  3. ^ Перело, Луиза Весселс (15 мая 2010 г.). «Обзор: in situ и биоремедиация органических загрязнителей в водных отложениях». Журнал опасных материалов. 177 (1–3): 81–89. Дои:10.1016 / j.jhazmat.2009.12.090. PMID  20138425.
  4. ^ Бьелло, Дэвид. «Удачное решение: как микробы очистят место разлива нефти на глубоководном горизонте». Scientific American. Получено 17 марта 2017.
  5. ^ Атлас, Рональд М .; Хейзен, Терри С. (15 августа 2011 г.). «Биоразложение нефти и биоремедиация: рассказ о двух наихудших разливах в истории США». Экологические науки и технологии. 45 (16): 6709–6715. Bibcode:2011EnST ... 45.6709A. Дои:10.1021 / es2013227. ISSN  0013-936X. ЧВК  3155281. PMID  21699212.
  6. ^ а б «Лекция 12 Биоремедиация» (PDF). Онлайн-курс Массачусетского технологического института. Получено 17 марта 2017.
  7. ^ а б c «Биоремедиация in situ». bioprocess.pnnl.gov. Получено 17 марта 2017.
  8. ^ Эллис, Дэвид Э .; Лутц, Эдвард Дж .; Одом, Дж. Мартин; Бьюкенен, Рональд Дж .; Bartlett, Craig L .; Ли, Майкл Д .; Harkness, Mark R .; ДеВерд, Ким А. (1 июня 2000 г.). «Биоаугментация для ускоренной анаэробной биоремедиации in situ». Экологические науки и технологии. 34 (11): 2254–2260. Bibcode:2000EnST ... 34.2254E. Дои:10.1021 / es990638e. ISSN  0013-936X.
  9. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т Сазерсан, Сьюзен (1999). «БИОРЕМЕДИАЦИЯ IN SITU» (PDF). Калифорнийский университет Барбары. Получено 17 марта 2017.
  10. ^ а б c d е "CLU-IN | Технологии> Восстановление> О технологиях восстановления> Биоремедиация> Аэробная биоремедиация (прямая)". clu-in.org. Получено 17 марта 2017.
  11. ^ а б c d «Справочник гражданина по контролируемому естественному ослаблению» (PDF). Информация об очистке зараженных сайтов. Сентябрь 2012 г.. Получено 17 марта 2017.
  12. ^ Сайед, Хаджамохиддин; Ядав, Джагджит С. (1 ноября 2012 г.). «Монооксигеназы P450 (P450ome) модельного гриба белой гнили Phanerochaete chrysosporium». Критические обзоры в микробиологии. 38 (4): 339–363. Дои:10.3109 / 1040841X.2012.682050. ISSN  1040-841X. ЧВК  3567848. PMID  22624627.