BIYOREMEDIASYON: ÖZELLIKLERI, TÜRLERI, AVANTAJLARI VE DEZAVANTAJLARI - BIYOLOJI - 2025

Biyolojik olarak temizleme toprak ve su içinde kirletici maddeleri uzaklaştırmak için, bakteriyel mikroorganizmalar, mantar, bitki ve / veya izole edilmiş enzimler metabolik özelliklerini kullanarak biyoteknoloji sağlık setidir.

Mikroorganizmalar (bakteri ve mantarlar) ve bazı bitkiler, zararsız veya zararsız hale gelinceye kadar çok çeşitli kirletici ve toksik organik bileşikleri biyolojik olarak dönüştürebilir. Hatta bazı organik bileşikleri, metan (CH ₄ ) ve karbon dioksit (CO ₂ ) gibi en basit formlarına bile biyolojik olarak parçalayabilirler .

Şekil 1. Petrol sızıntısının neden olduğu çevresel kirlenme, daha sonra bioremediasyon ile tedavi edildi. Kaynak: commons.wikimedia.org

Bazı mikroorganizmalar ve bitkiler ayrıca çevrede (yerinde) ağır metaller gibi toksik kimyasal elementleri çıkarabilir veya hareketsiz hale getirebilir. Çevrede bulunan toksik maddeyi hareketsiz hale getirerek, artık canlı organizmalar için mevcut değildir ve bu nedenle onları etkilemez.

Bu nedenle, toksik bir maddenin biyoyararlanımının azaltılması, maddenin çevreden uzaklaştırılması anlamına gelmese de, aynı zamanda bir biyoremediasyon şeklidir.

Şu anda, yüzey ve yer altı sularının, çamurun ve kirlenmiş toprakların biyolojik olarak arıtılması gibi ekonomik ve düşük çevresel etkiye sahip (veya "çevre dostu") teknolojilerin geliştirilmesine yönelik artan bir bilimsel ve ticari ilgi vardır.

Biyoremediasyonun özellikleri

Biyoremediasyonlu kirleticiler

Biyoremediasyonlu kirleticiler arasında ağır metaller, radyoaktif maddeler, toksik organik kirleticiler, patlayıcı maddeler, petrolden türetilen organik bileşikler (poliaromatik hidrokarbonlar veya HPA'lar), fenoller ve diğerleri bulunmaktadır.

Biyoremediasyon sırasında fizikokimyasal koşullar

Biyoremediasyon prosesleri mikroorganizmaların ve canlı bitkilerin aktivitesine veya izole edilmiş enzimlerine bağlı olduğundan, biyoremediasyon prosesindeki metabolik aktivitelerini optimize etmek için her organizma veya enzim sistemi için uygun fizikokimyasal koşullar sağlanmalıdır.

Biyoremediasyon süreci boyunca optimize edilecek ve sürdürülecek faktörler

-Çevre koşulları altında kirleticinin konsantrasyonu ve biyoyararlanımı: çünkü çok yüksekse, onları biyolojik olarak dönüştürme kabiliyetine sahip aynı mikroorganizmalar için zararlı olabilir.

-Nemlilik: Suyun mevcudiyeti canlı organizmalar için olduğu kadar hücresiz biyolojik katalizörlerin enzimatik aktivitesi için de gereklidir. Biyoremediasyon geçiren topraklarda genellikle% 12 ila% 25 bağıl nem korunmalıdır.

-Sıcaklık: Uygulanan organizmaların hayatta kalmasına ve / veya gerekli enzimatik aktiviteye izin veren aralıkta olmalıdır.

Biyoyararlanabilen besinler: ilgilenilen mikroorganizmaların büyümesi ve çoğalması için gereklidir. Esas olarak, karbon, fosfor ve nitrojenin yanı sıra bazı temel mineraller kontrol edilmelidir.

-Sulu ortamın veya pH'ın asitliği veya alkalinitesi (ortamdaki H ⁺ iyonlarının ölçümü ).

-Oksijenin mevcudiyeti: çoğu biyoremediasyon tekniğinde aerobik mikroorganizmalar kullanılır (örneğin kompostlama, biyopillerde ve “arazi çiftliğinde”) ve alt tabakanın havalandırılması gereklidir. Bununla birlikte, anaerobik mikroorganizmalar, laboratuvarda çok kontrollü koşullar altında (biyoreaktörler kullanılarak) biyoremediasyon işlemlerinde kullanılabilir.

Biyoremediasyon türleri

Uygulanan biyoremediasyon biyoteknolojileri arasında şunlar yer almaktadır:

biostimulation

Biyostimülasyon, kirletici maddeyi biyolojik olarak iyileştirebilen, kontamine olmuş ortamda (otokton mikroorganizmalar) halihazırda mevcut olan mikroorganizmaların in situ stimülasyonundan oluşur.

Yerinde biyostimülasyon, istenen prosesin gerçekleşmesi için fizikokimyasal koşulların optimize edilmesiyle elde edilir, yani; pH, oksijen, nem, sıcaklık, diğerleri arasında ve gerekli besin maddelerinin eklenmesi.

Bioaugmentation

Biyo-otogmentasyon, laboratuvarda yetiştirilen inoküllerinin eklenmesi sayesinde ilgilenilen mikroorganizmaların (tercihen otokton) miktarının arttırılmasını içerir.

Daha sonra, ilgilenilen mikroorganizmalar in situ olarak aşılandıktan sonra, mikroorganizmaların bozunma aktivitesini desteklemek için fizikokimyasal koşullar optimize edilmelidir (biyostimülasyonda olduğu gibi).

Biyo-çoğaltmanın uygulanması için laboratuvardaki biyoreaktörlerdeki mikrobiyal kültür maliyetleri dikkate alınmalıdır.

Hem biyostimülasyon hem de biyo-büyüme, aşağıda açıklanan diğer tüm biyoteknolojilerle birleştirilebilir.

Kompost

Kompostlama, kontamine olmuş materyalin, bitki veya hayvan yetiştirme ajanları ve besinlerle desteklenmiş kontamine olmayan toprakla karıştırılmasını içerir. Bu karışım, 3 m yüksekliğe kadar aralıklı koniler oluşturur.

Konilerin alt katmanlarının oksijenlenmesi, makinelerle bir bölgeden diğerine düzenli olarak uzaklaştırılarak kontrol edilmelidir. Diğerlerinin yanı sıra optimum nem, sıcaklık, pH, besin koşulları da korunmalıdır.

Biopiles

Biyopiller ile biyoremediasyon tekniği, yukarıda açıklanan kompostlama tekniği ile aynıdır, ancak şunlar hariç:

• Bitki veya hayvan kökenli üreme ajanlarının yokluğu.
• Bir siteden diğerine hareket ederek havalandırmanın ortadan kaldırılması.

Biyopiller aynı yerde sabit kalır, iç katmanlarında bir boru sistemi ile havalandırılırlar, bunların kurulum, işletme ve bakım maliyetleri sistemin tasarım aşamasından itibaren dikkate alınması gerekir.

alan işleme

"Tarla çiftliği" (İngilizceden çevrilmiştir: toprağı sürmek) olarak adlandırılan biyoteknoloji, kirlenmiş malzemeyi (çamur veya tortu) geniş bir alanın ilk 30 cm kirlenmemiş toprağı ile karıştırmaktan oluşur.

Bu ilk santimetrelik toprağın havalanması ve karışması sayesinde kirletici maddelerin bozunması tercih edilir. Bu işler için pulluk traktörleri gibi tarım makineleri kullanılır.

Tarla tarımının temel dezavantajı, gıda üretimi için kullanılabilecek büyük arazilere ihtiyaç duymasıdır.

Fitoremediasyon

Mikroorganizma ve bitki destekli biyoremediasyon olarak da adlandırılan bitki ıslahı, yüzey veya yer altı sularında, çamurda ve topraklarda bulunan kirletici maddelerin toksisitesini ortadan kaldırmak, sınırlandırmak veya azaltmak için bitkilerin ve mikro organizmaların kullanımına dayanan bir dizi biyoteknolojidir.

Fitoremediasyon sırasında kirletici maddenin bozulması, ekstraksiyonu ve / veya stabilizasyonu (biyoyararlanımda azalma) meydana gelebilir. Bu süreçler, köklerine çok yakın yaşayan bitkiler ve mikroorganizmalar arasındaki etkileşimlere, rizosfer adı verilen bir alanda bağlıdır.

Şekil 2. Bitkiler ve mikroorganizmalarla kontamine olmuş suyun bioremediasyonu. Kaynak: Wikyhelper, Wikimedia Commons'tan

Fitoremediasyon, özellikle ağır metallerin ve radyoaktif maddelerin topraktan ve yüzey veya yeraltı sularından (veya kirli suyun rizofiltrasyonundan) uzaklaştırılmasında başarılı olmuştur.

Bu durumda bitkiler çevreden gelen metalleri dokularında biriktirir ve daha sonra kontrollü koşullarda hasat edilerek yakılır, böylece kirletici çevreye dağılmaktan kül olarak konsantre hale gelir.

Elde edilen küller, metali geri kazanmak için muamele edilebilir (ekonomik açıdan önemliyse) veya nihai atık bertaraf yerlerine bırakılabilir.

Fitoremediasyonun bir dezavantajı, dahil olan organizmalar (bitkiler, bakteriler ve muhtemelen mikorizal mantarlar) arasında meydana gelen etkileşimler hakkında derinlemesine bilgi eksikliğidir.

Öte yandan, uygulanan tüm organizmaların ihtiyaçlarını karşılayan çevresel koşullar muhafaza edilmelidir.

Biyoreaktörler

Biyoreaktörler, ilgilenilen biyolojik bir süreci desteklemek amacıyla sulu kültür ortamında çok kontrollü fizikokimyasal koşulların korunmasına izin veren önemli boyutta kaplardır.

Bakteriyel mikroorganizmalar ve mantarlar, biyoreaktörlerde laboratuvarda büyük ölçekte kültürlenebilir ve daha sonra yerinde biyoagmentasyon işlemlerinde uygulanabilir. Kirletici bozunma enzimlerini elde etmek amacıyla mikroorganizmalar da kültürlenebilir.

Biyoreaktörler, kontamine olmuş substratı mikrobiyal kültür ortamı ile karıştırarak ex situ biyoremediasyon proseslerinde kullanılır ve kontaminantın bozunmasını destekler.

Biyoreaktörlerde yetiştirilen mikroorganizmalar anaerobik bile olabilir, bu durumda sulu kültür ortamında çözünmüş oksijen bulunmamalıdır.

Şekil 3. Biyoreaktör. Kaynak: es.m.wikipedia.org

Biyoremediasyon biyoteknolojileri arasında, biyoreaktörlerin kullanımı, ekipman bakımı ve mikrobiyal kültür gereksinimleri nedeniyle nispeten pahalıdır.

Microremediation

Mantar mikroorganizmalarının (mikroskobik mantarlar) toksik bir kirleticinin biyoremediasyon süreçlerinde kullanımına mikorremediasyon denir.

Mikroskobik mantarların yetiştirilmesinin genellikle bakterilerden daha karmaşık olduğu ve bu nedenle daha yüksek maliyetler gerektirdiği dikkate alınmalıdır. Dahası, mantarlar bakterilerden daha yavaş büyür ve çoğalır; mantar destekli biyoremediasyon ise daha yavaş bir süreçtir.

Geleneksel fiziksel ve kimyasal teknolojilere karşı biyoremediasyon

-Advantage

Biyoremediasyon biyoteknolojileri, geleneksel olarak uygulanan kimyasal ve fiziksel çevre sanitasyon teknolojilerinden çok daha ekonomik ve çevre dostudur.

Bu, biyoremediasyon uygulamasının geleneksel fizikokimyasal uygulamalardan daha düşük çevresel etkiye sahip olduğu anlamına gelir.

Öte yandan, biyoremediasyon işlemlerinde uygulanan mikroorganizmalardan bazıları, kirletici bileşikleri bile mineralize ederek, bunların çevreden kaybolmasını sağlayabilir ki bu, geleneksel fizikokimyasal işlemlerle tek adımda elde edilmesi zor bir şeydir.

Dezavantajlar ve dikkate alınması gereken yönler

Doğada var olan mikrobiyal metabolik kapasiteler

Doğada var olan mikroorganizmaların yalnızca% 1'inin izole edildiği göz önüne alındığında, biyoremediasyonun bir sınırlaması, tam olarak belirli bir kirletici maddeyi biyolojik olarak parçalayabilen mikroorganizmaların tanımlanmasıdır.

Uygulanan sistem hakkında bilgi eksikliği

Öte yandan, biyoremediasyon, genellikle tam olarak anlaşılamayan iki veya daha fazla canlı organizmadan oluşan karmaşık bir sistemle çalışır.

İncelenen bazı mikroorganizmalar, biyolojik olarak kirletici bileşikleri daha da toksik yan ürünlere dönüştürmüştür. Bu nedenle, biyoremediasyon organizmalarını ve bunların etkileşimlerini önceden laboratuvarda derinlemesine incelemek gerekir.

Ek olarak, küçük ölçekli pilot testler (sahada) toplu olarak uygulanmadan önce gerçekleştirilmeli ve son olarak, çevre temizliğinin doğru bir şekilde gerçekleşmesini sağlamak için biyoremediasyon süreçleri yerinde izlenmelidir.

Laboratuvarda elde edilen sonuçların ekstrapolasyonu

Biyolojik sistemlerin yüksek karmaşıklığı nedeniyle, laboratuvarda küçük ölçekte elde edilen sonuçlar her zaman sahadaki süreçlere ekstrapte edilemez.

Her bioremediasyon sürecinin özellikleri

Her bioremediasyon prosesi, kontamine sahanın özel koşullarına, tedavi edilecek kontaminant tipine ve uygulanacak organizmalara göre spesifik bir deneysel tasarım içerir.

O halde, bu süreçlerin aralarında biyolog, kimyager, mühendis olması gereken disiplinlerarası uzman grupları tarafından yönetilmesi gerekir.

Büyümeyi ve ilgilenilen metabolik aktiviteyi desteklemek için çevresel fizikokimyasal koşulların korunması, biyoremediasyon işlemi sırasında kalıcı bir çalışma anlamına gelir.

Zaman gerekli

Son olarak, biyoremediasyon işlemleri geleneksel fizikokimyasal işlemlerden daha uzun sürebilir.

Referanslar

1. Adams, GO, Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Kümes hayvanı altlığı kullanılarak kullanılmış petrolle kirlenmiş toprakların biyolojik ıslahı. Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Araştırma Dergisi3 (2) 124-130
2. Adams, O. (2015). "Bioremediation, Biostimulation and Bioaugmentation: A Review". Internation Journal of Environmental Bioremediation and Biodegredation. 3 (1): 28–39.
3. Boopathy, R. (2000). "Biyoremediasyon teknolojilerini sınırlayan faktörler". Biyolojik kaynak teknolojisi. 74: 63–7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
4. Eweis JB, Ergas, SJ, Chang, DPY ve Schoeder, D. (1999). Biorecovery İlkeleri. McGraw-Hill Interamericana, İspanya, Madrid. s. 296.
5. Madigan, MT, Martinko, JM, Bender, KS, Buckley, DH Stahl, DA ve Brock, T. (2015). Brock mikroorganizmaların biyolojisi. 14 ed. Benjamin Cummings. s. 1041.
6. McKinney, RE (2004). Çevre Kirliliği Kontrolü Mikrobiyolojisi. M. Dekker. s 453.
7. Pilon-Smits E. 2005. Fitoremediasyon. Annu. Rev. Plant Biol 56: 15-39.