на месте Биоремедиация
Биоремедиация – это процесс обеззараживания загрязненных участков с использованием эндогенных или внешних микроорганизмов . [1] In situ — это термин, используемый в различных областях, означающий «на месте» и относящийся к месту проведения мероприятия. [2] В контексте биоремедиации in situ означает, что биоремедиация произошла на месте загрязнения без перемещения загрязненных материалов. Биоремедиация используется для нейтрализации загрязняющих веществ, включая углеводороды , хлорированные соединения, нитраты, токсичные металлы и другие загрязнители, с помощью различных химических механизмов. [1] Микроорганизмы, используемые в процессе биоремедиации, можно либо имплантировать, либо культивировать на участке путем внесения удобрений и других питательных веществ. Обычными загрязненными участками, на которых проводится биоремедиация, являются грунтовые воды/водоносные горизонты и загрязненные почвы. Водные экосистемы, пострадавшие от разливов нефти, также улучшились благодаря применению биоремедиации. [3] Наиболее заметным случаем является на платформе Deepwater Horizon разлив нефти в 2010 году. [4] и разлив нефти Exxon Valdez в 1989 году. [5] Существуют два варианта биоремедиации, определяемые местом, где происходит процесс. Биоремедиация ex situ происходит в месте, отдельном от загрязненного участка, и включает перемещение загрязненного материала. In situ возникает в месте загрязнения [1] Биоремедиацию in situ можно далее разделить на категории по протекающему метаболизму, аэробному и анаэробному , а также по уровню участия человека.
История
[ редактировать ]Разлив нефти на трубопроводе Sun Oil в Эмблере, штат Пенсильвания, стимулировал первое коммерческое использование биоремедиации на месте в 1972 году для удаления углеводородов из загрязненных участков. [6] В 1974 году Ричардом Рэймондом был подан патент на рекультивацию грунтовых вод, загрязненных углеводородами, который послужил основой для коммерциализации биоремедиации на месте. [6]
Классификации биоремедиации in situ
[ редактировать ]Ускоренный
[ редактировать ]Ускоренная биоремедиация in situ определяется, когда определенный микроорганизм нацелен на рост посредством применения питательных веществ или донора электронов к загрязненному участку. В рамках аэробного метаболизма питательным веществом, добавляемым в почву, может быть исключительно кислород. Анаэробная биоремедиация in situ часто требует использования различных доноров или акцепторов электронов, таких как бензоат и лактат. [7] Помимо питательных веществ, микроорганизмы также могут быть внесены непосредственно на участок в рамках ускоренной биоремедиации на месте. [8] Добавление посторонних микроорганизмов на участок называется биоаугментацией и используется, когда конкретный микроорганизм эффективен в разложении загрязнителя на участке и не обнаружен ни в природе, ни в достаточно высокой популяции, чтобы быть эффективным. [7] Ускоренная биоремедиация на месте используется, когда желаемая популяция микроорганизмов на участке не присутствует естественным образом на достаточном уровне для эффективного разложения загрязнителей. Он также используется, когда необходимые питательные вещества на участке либо не находятся в концентрации, достаточной для поддержания роста, либо недоступны. [7]
Раймонд Процесс
[ редактировать ]Процесс Раймонда — это тип ускоренной биоремедиации на месте, разработанный Ричардом Рэймондом и предполагающий введение питательных веществ и акцепторов электронов в загрязненный участок. [9] Этот процесс в основном используется для очистки загрязненных грунтовых вод. В процессе Раймонда создается петлевая система. Загрязненные грунтовые воды, находящиеся ниже по течению от потока грунтовых вод, выкачиваются на поверхность и насыщаются питательными веществами и донором электронов, часто кислородом. Эта очищенная вода затем перекачивается обратно ниже уровня грунтовых вод выше того места, где она была первоначально взята. Этот процесс вводит в участок питательные вещества и доноры электронов, обеспечивая рост определенной микробной популяции. [9]
Инъекция кислорода
[ редактировать ]На загрязненных участках, где желаемый микробный метаболизм является аэробным, введение кислорода в участок можно использовать для увеличения популяции целевых микроорганизмов. [10] Впрыск кислорода может происходить посредством различных процессов. Кислород можно закачивать в недра через нагнетательные скважины. Его также можно ввести через инъекционную галерею. Присутствие кислорода на участке часто является ограничивающим фактором при определении временных рамок и эффективности предлагаемого процесса биоремедиации на месте.
Инъекция озона
[ редактировать ]Озон, вводимый в недра, также может быть средством доставки кислорода в загрязненный участок. [10] Несмотря на то, что озон является сильным окислителем и потенциально оказывает токсическое воздействие на подповерхностные микробные популяции, он может быть эффективным средством распространения кислорода по всему участку благодаря своей высокой растворимости. [10] В течение двадцати минут после закачки в недра пятьдесят процентов озона разложится до кислорода. [10] Озон обычно вносится в почву в растворенном или газообразном состоянии. [10]
Ускоренная анаэробная биоремедиация in situ
[ редактировать ]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)
[ редактировать ]Контролируемое естественное затухание — это биовосстановление на месте, которое происходит практически без вмешательства человека. [11] Этот процесс основан на естественных микробных популяциях, устойчивых на загрязненных участках, которые со временем снижают количество загрязняющих веществ до желаемого уровня. [11] Во время контролируемого естественного затухания за территорией ведется наблюдение, 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
[ редактировать ]Деградация углеводородов
[ редактировать ]В почве естественным образом встречаются микробные популяции, которые используют углеводороды в качестве источника энергии и углерода. [9] До двадцати процентов микробных популяций почвы обладают способностью метаболизировать углеводороды. [9] Эти популяции можно использовать либо через ускоренное, либо через естественное контролируемое ослабление для нейтрализации находящихся в почве углеводородных загрязнителей. Метаболический способ восстановления углеводородов преимущественно аэробный. [9] Конечными продуктами восстановления углеводородов являются углекислый газ и вода. [9] Углеводороды различаются по легкости разложения в зависимости от их структуры. Длинноцепочечные алифатические углероды разлагаются наиболее эффективно. Короткоцепные, разветвленные и четвертичные алифатические углеводороды разлагаются менее эффективно. [9] Разложение алкенов зависит от насыщения цепи, при этом насыщенные алкены разлагаются легче. [9] В почве присутствует большое количество микробов, способных метаболизировать ароматические углеводороды. Ароматические углеводороды также подвержены разложению в результате анаэробного метаболизма. [9] Метаболизм углеводородов является важным аспектом биоремедиации на месте из-за серьезности разливов нефти во всем мире. Склонность полиядерных ароматических углей к разложению связана с количеством ароматических колец в соединении. [9] Соединения с двумя или тремя кольцами разлагаются с эффективной скоростью, но соединения с четырьмя или более кольцами могут быть более устойчивыми к усилиям по биоремедиации. [9] Деградация полиядерных ароматических углерода с числом менее четырех колец осуществляется различными аэробными микробами, присутствующими в почве. Между тем, для соединений с более крупными молекулами единственным способом метаболизма, который оказался эффективным, является кометаболизм . [9] Род грибов Phanerochaete в анаэробных условиях имеет виды, способные метаболизировать некоторые полиядерные ароматические углероды с использованием фермента пероксидазы. [9] [12]
Хлорированные соединения
[ редактировать ]Хлорированные алифатические соединения
[ редактировать ]Существует множество метаболических режимов, способных разлагать хлорированные алифатические соединения . Анаэробное восстановление, окисление соединения и кометаболизм в аэробных условиях являются тремя основными способами метаболизма, используемыми микроорганизмами для разложения хлорированных алифатических соединений. [9] Организмы, которые могут легко метаболизировать хлорированные алифатические соединения, в окружающей среде не распространены. [9] Один и два атома углерода, которые мало хлорируются, являются соединениями, наиболее эффективно метаболизируемыми популяциями почвенных микробов. [9] Деградация хлорированных алифатических соединений чаще всего осуществляется путем кометаболизма. [9]
Хлорированные ароматические углеводороды
[ редактировать ]Хлорированные ароматические 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 дифенилы (ПХБ) разлагаются в основном в результате кометаболизма. Есть также некоторые грибы, которые также могут разрушать эти соединения. Исследования показывают увеличение деградации ПХБ при добавлении к месту дифенила из-за кометаболического воздействия, которое ферменты, используемые для разложения бифенила , оказывают на ПХБ. [9]
Преимущества
[ редактировать ]Поскольку биоремедиация in situ происходит на месте загрязнения, риск перекрестного загрязнения снижается по сравнению с биоремедиацией ex situ , при которой загрязненный материал транспортируется на другие объекты. Биоремедиация in situ также может иметь более низкие затраты и более высокий уровень дезактивации, чем биоремедиация ex situ .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Риттманн, Брюс Э. (1 января 1994 г.). Биоремедиация in situ . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9780815513483 .
- ^ «Чарльтон Т. Льюис, Чарльз Шорт, Латинский словарь, sĭtus» . www.perseus.tufts.edu . Проверено 4 апреля 2017 г.
- ^ 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. Бибкод : 2010JHzM..177...81P . дои : 10.1016/j.jhazmat.2009.12.090 . ПМИД 20138425 .
- ^ Бьелло, Дэвид. «Лучшее решение: как микробы очистят разлив нефти на глубоководном горизонте» . Научный американец . Проверено 17 марта 2017 г.
- ^ Атлас, Рональд М.; Хейзен, Терри К. (15 августа 2011 г.). «Биодеградация и биоремедиация нефти: рассказ о двух худших разливах нефти в истории США» . Экологические науки и технологии . 45 (16): 6709–6715. Бибкод : 2011EnST...45.6709A . дои : 10.1021/es2013227 . ISSN 0013-936X . ПМК 3155281 . ПМИД 21699212 .
- ^ Jump up to: а б «Лекция 12 Биоремедиация» (PDF) . Онлайн-курсовая работа Массачусетского технологического института . Проверено 17 марта 2017 г.
- ^ Jump up to: а б с «Биоремедиация на месте» . bioprocess.pnnl.gov . Проверено 17 марта 2017 г.
- ^ Эллис, Дэвид Э.; Лутц, Эдвард Дж.; Одом, Дж. Мартин; Бьюкенен, Рональд Дж.; Бартлетт, Крейг Л.; Ли, Майкл Д.; Харкнесс, Марк Р.; ДеВерд, Ким А. (1 июня 2000 г.). «Биоаугментация для ускоренной анаэробной биоремедиации in situ». Экологические науки и технологии . 34 (11): 2254–2260. Бибкод : 2000EnST...34.2254E . дои : 10.1021/es990638e . ISSN 0013-936X .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т Сазерсан, Сьюзен (1999). «БИОРЕМЕДИАЦИЯ IN SITU» (PDF) . Калифорнийский университет Барбары . Проверено 17 марта 2017 г.
- ^ Jump up to: а б с д и «CLU-IN | Технологии > Восстановление > О технологиях восстановления > Биоремедиация > Аэробная биоремедиация (Прямая)» . clu-in.org . Проверено 17 марта 2017 г.
- ^ Jump up to: а б с д «Руководство для граждан по мониторингу естественного затухания» (PDF) . Информация об очистке загрязненных сайтов . Сентябрь 2012 года . Проверено 17 марта 2017 г.
- ^ Сайед, Хаджамохиддин; Ядав, Джагджит С. (1 ноября 2012 г.). «Монооксигеназы P450 (P450ome) модельного гриба белой гнили Phanerochaete chrysosporium» . Критические обзоры по микробиологии . 38 (4): 339–363. дои : 10.3109/1040841X.2012.682050 . ISSN 1040-841X . ПМЦ 3567848 . ПМИД 22624627 .