Биоаугментация
Биологическое увеличение – это добавление архей или бактериальных культур, для ускорения скорости разложения загрязнителя необходимое . [1] Организмы, происходящие из загрязненных территорий, возможно, уже способны расщеплять отходы, но, возможно, неэффективно и медленно.
Биоаугментация — это тип биоремедиации, при котором требуется изучение местных разновидностей, присутствующих в данном месте, чтобы определить, ли биостимуляция возможна . После обнаружения местных бактерий, обнаруженных в этом месте, и если местные бактерии смогут метаболизировать загрязняющие вещества, в это место будет внедрено больше местных бактериальных культур, чтобы ускорить разложение загрязняющих веществ. Биоаугментация — это введение большего количества архей или бактериальных культур для усиления разложения загрязнителей, тогда как биостимуляция — это добавление пищевых добавок для местных бактерий для стимулирования бактериального метаболизма. Если аборигенный сорт не обладает метаболической способностью выполнять процесс восстановления, экзогенные вводятся сорта с такими сложными путями. Использование биоаугментации обеспечивает прогресс в области микробной экологии и биологии, иммобилизации и проектирования биореакторов. [2]
Биоаугментация обычно используется при городских сточных вод очистке для перезапуска биореакторов с активным илом . Большинство имеющихся культур содержат микробные культуры, уже содержащие все необходимые микроорганизмы ( B. licheniformis , B. thuringiensis , P. Polymyxa , B. stearothermophilus , Penicillium sp. , Aspergillus sp. , Flavobacterium , Arthrobacter , Pseudomonas , Streptomyces , Saccharomyces и др.) . Системы активного ила обычно основаны на таких микроорганизмах, как бактерии, простейшие, нематоды, коловратки и грибы, которые способны разлагать биоразлагаемые органические вещества. Существует много положительных результатов от использования биоаугментации, таких как повышение эффективности и скорости процесса расщепления веществ и уменьшение количества токсичных частиц на определенной территории. [3]
Приложения
[ редактировать ]Рекультивация почвы
[ редактировать ]Биоаугментация выгодна в загрязненных почвах, подвергшихся биоремедиации, но все еще представляющих экологический риск. Это связано с тем, что микроорганизмы, которые изначально находились в окружающей среде, не выполнили свою задачу в ходе биоремедиации , когда дело дошло до расщепления химических веществ в загрязненной почве . Неудача исходных бактерий может быть вызвана стрессами окружающей среды, а также изменениями в микробной популяции из-за скорости мутаций. Когда добавляются микроорганизмы, они потенциально больше подходят к природе нового загрязнителя, в то время как более старые микроорганизмы аналогичны более старым загрязнениям и контаминациям. [4] Однако это лишь один из многих факторов; Размер сайта также является очень важным фактором. Чтобы понять, следует ли применять биоаугментацию, необходимо учитывать общую обстановку. Кроме того, некоторые узкоспециализированные микроорганизмы не способны адаптироваться к определенным условиям сайта. Наличие определенных типов микроорганизмов (используемых для биоремедиации) также может быть проблемой. Хотя биоаугментация может показаться идеальным решением для загрязненной почвы, у нее могут быть недостатки. Например, неправильный тип бактерий может привести к потенциальному засорению водоносных горизонтов, или результат восстановления может быть неполным или неудовлетворительным. [4]
Биоаугментация хлорированных растворителей
[ редактировать ]На участках, где почва и грунтовые воды загрязнены хлорированными этенами, такими как тетрахлорэтилен и трихлорэтилен , можно использовать биоаугментацию, чтобы микроорганизмы in situ могли полностью разлагать эти загрязнители до этилена и хлорида , которые нетоксичны. Биоаугментация обычно применима только для биоремедиации хлорированных этинов, хотя появляются новые культуры, способные биоразлагать другие соединения, включая БТЭК , хлорэтаны , хлорметаны и МТБЭ . Первое сообщение о применении биоаугментации хлорированных этинов было на базе ВВС Келли , штат Техас. [5] Биоаугментацию обычно проводят в сочетании с добавлением донора электронов (биостимуляция) для достижения геохимических условий в грунтовых водах, благоприятствующих росту дехлорирующих микроорганизмов в культуре биоаугментации.
Нишевый фитнес
[ редактировать ]Включение большего количества микробов в окружающую среду положительно влияет на скорость очистки. Взаимодействие и конкуренция двух соединений влияют на эффективность микроорганизма, исходного или нового. Это можно проверить, поместив на участок почву, благоприятствующую новым микробам, а затем проверив ее эффективность. Результаты покажут, сможет ли новый микроорганизм достаточно хорошо себя чувствовать в этой почве с другими микроорганизмами. Это помогает определить правильное количество микробов и местных веществ, необходимых для оптимизации производительности и создания совместного метаболизма. [4]
Сточные воды коксохимического завода в Китае
[ редактировать ]Примером того, как биоаугментация улучшила окружающую среду, являются сточные воды коксохимического завода в Китае. Уголь в Китае используется в качестве основного источника энергии, а загрязненная вода содержит вредные токсичные примеси, такие как аммиак , тиоцианат , фенолы и другие органические соединения, такие как моно- и полициклические азотсодержащие ароматические соединения , кислород и серосодержащие гетероциклические соединения и полиядерные ароматические углеводороды. . Предыдущими мерами по решению этой проблемы были аэробно-бескислородная система, экстракция растворителями, потоковая отгонка и биологическая очистка. Сообщалось, что биоаугментация удаляет 3-хлорбензоат, 4-метилбензоат, толуол , фенол и хлорированные растворители .
Анаэробный реактор был заполнен полумягкой средой, состоящей из пластикового кольца и нити из синтетического волокна. Бескислородный реактор представляет собой полностью смешанный реактор, а кислородный реактор представляет собой гибридный биореактор, в который пенополиуретановые были добавлены носители. Использовалась вода из бескислородного реактора, одического реактора и отстойника, в которой содержалось разное количество старых и развитых микробов с концентрацией 0,75 и температурой 28 градусов Цельсия. Скорость разложения загрязнений зависела от концентрации микробов. В расширенном микробном сообществе местные микроорганизмы расщепляют загрязняющие вещества в сточных водах коксохимического завода, такие как пиридины и фенольные соединения. Когда были добавлены местные гетеротрофные микроорганизмы, они превратили многие крупные молекулярные соединения в более мелкие и простые соединения, которые можно было получить из более биоразлагаемых органических соединений. Это доказывает, что биоаугментацию можно использовать в качестве инструмента для удаления нежелательных соединений, которые не удаляются должным образом с помощью традиционной системы биологической очистки. Когда биоаугментация сочетается с системой А1–А2–О для очистки сточных вод коксохимического завода, это очень мощный результат. [6]
Очистка нефти
[ редактировать ]В нефтяной промышленности существует большая проблема с утилизацией буровых ям. Раньше многие просто засыпали яму землей, но гораздо продуктивнее и экономически выгоднее использовать биоаугментацию. Используя передовые микробы, буровые компании могут решить проблему в карьере вместо того, чтобы развозить отходы. В частности, полициклические ароматические углеводороды могут метаболизироваться некоторыми бактериями, что значительно снижает ущерб окружающей среде от буровых работ. [7] При подходящих условиях окружающей среды в нефтяную яму помещаются микробы, которые расщепляют углеводороды, а также другие питательные вещества. До обработки общий уровень нефтяных углеводородов (TPH) составлял 44 880 частей на миллион , и всего за 47 дней уровень TPH был снижен до уровня от 10 000 частей на миллион до 6 486 частей на миллион. [8]
Неудачи и возможные решения
[ редактировать ]Было много случаев, когда биоаугментация имела недостатки в процессе, включая использование неправильного организма. [9] Внедрение биоаугментации в окружающую среду может создать проблемы хищничества, конкуренции за питание между местными и привитыми бактериями, недостаточных прививок и нарушения экологического баланса из-за крупных прививок. [10] Каждую проблему можно решить, используя различные методы, чтобы ограничить вероятность возникновения этих проблем. Хищничество можно предотвратить с помощью высоких начальных доз инокулированных бактерий или термической обработки перед инокуляцией, тогда как пищевую конкуренцию можно урегулировать с помощью биостимуляции. Недостаточные прививки можно лечить повторными или постоянными прививками, а большие прививки разрешаются строго контролируемыми дозами бактерий.
Примеры включают: интродуцированные бактерии не могут усилить разложение почвы, [11] и испытания биоаугментации терпят неудачу в лабораторных масштабах, но успешны в больших масштабах. [12] Многие из этих проблем возникли из-за того, что проблемы микробной экологии не были приняты во внимание при составлении карты эффективности биоаугментации. Крайне важно учитывать способность микробов противостоять условиям микробного сообщества, в которое они помещены. Во многих неудачных случаях учитывалась только способность микробов расщеплять соединения, а не их приспособленность к существующим сообществам и возникающий в результате конкурентный стресс. [13] Лучше идентифицировать существующие сообщества, прежде чем рассматривать штаммы, необходимые для расщепления загрязнителей. [14]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Морганвальп, Дэвид В. «Ученые обнаруживают аналог внеземной жизни в горячих источниках Айдахо» . Toxics.usgs.gov . Архивировано из оригинала 21 апреля 2021 г. Проверено 11 сентября 2015 г.
- ^ Эрреро, М; Стаки, округ Колумбия (2015). «Биоаугментация и ее применение в очистке сточных вод: обзор». Хемосфера . 140 : 119–128. Бибкод : 2015Chmsp.140..119H . doi : 10.1016/j.chemSphere.2014.10.033 . hdl : 10044/1/19478 . PMID 25454204 – через Elsevier Science Direct.
- ^ Хубан, CM [Betz-Dearborn Inc. и RD [Sybron Chemicals Plowman, «Биоаугментация: заставьте микробов работать». Химическая инженерия 104.3" , (1997): н. стр. Распечатать.
- ^ Jump up to: а б с Фогель, Тимоти М. (1996). «Биоаугментация как подход к биоремедиации почвы». Современное мнение в области биотехнологии . 7 (3): 311–316. дои : 10.1016/s0958-1669(96)80036-x . ПМИД 8785436 .
- ^ Мейджор, Д.В., М.Л. Макмастер, Э.Э. Кокс, Э.А. Эдвардс, С.М. Дворацек, Э.Р. Хендриксон, М.Г. Старр, Дж.А. Пейн и Л.В. Буонамичи (2002). «Полевая демонстрация успешной биоаугментации для достижения дехлорирования тетрахлорэтена до этилена». Экологические науки и технологии . 36 (23): 5106–5116. Бибкод : 2002EnST...36.5106M . дои : 10.1021/es0255711 . ПМИД 12523427 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Цзяньлун Ван; и др. (2002). «Биоаугментация как средство улучшения удаления тугоплавких соединений из сточных вод коксохимического завода». Технологическая биохимия . 38 (5): 777–781. дои : 10.1016/S0032-9592(02)00227-3 .
- ^ Фанелли, Алекс (2016). «Биоаугментация» . Биоремедиация почвы . Проверено 26 декабря 2017 г.
- ^ Барбер, Т.П., «Биоаугментация для очистки отходов бурения нефтяных месторождений». , Конференции и выставки PennWell, Хьюстон, Техас (США) , 1997 г.
- ^ Оертер Д.Б., Даналевич Дж., Дулекгурген Э., Левек Э., Фридман Д., Раскин Л. (1998). «Биоаугментация реакторов периодического секвенирования для удаления биологического фосфора: сравнительный анализ последовательностей рРНК и гибридизация с олигонуклеотидными зондами» . Водные науки и технологии . 37 (4–5): 469–473. дои : 10.1016/S0273-1223(98)00148-6 .
- ^ Рэпер, Э; Стивенсон, Т; Андерсон, Д.Р. (2018). «Очистка промышленных сточных вод методом биоаугментации» . Технологическая безопасность и защита окружающей среды . 118 : 178–187. дои : 10.1016/j.psep.2018.06.035 . S2CID 102887808 – через Elsevier Science Direct.
- ^ Гольдштейн Р.М., Мэллори Л.М., Александр М. (1985). «Причины возможной неспособности инокуляции усилить биоразложение» . Appl Environ Microbiol . 50 (4): 977–83. Бибкод : 1985ApEnM..50..977G . дои : 10.1128/АЕМ.50.4.977-983.1985 . ПМЦ 291779 . ПМИД 4083891 .
- ^ Стивенсон Д., Стивенсон Т. (1992). «Биоаугментация для улучшения биологической очистки сточных вод». Биотехнология. Адв . 10 (4): 549–59. дои : 10.1016/0734-9750(92)91452-к . ПМИД 14543705 .
- ^ Смит Р.К., Сайкали П.Е., Чжан К., Томас С., Оертер Д.Б. (2008). «Экологическая инженерия биоаугментации побочной нитрификации» . Водные науки и технологии . 57 (12): 1927–1933. дои : 10.1016/S0273-1223(98)00148-6 . ПМИД 18587180 .
- ^ Томпсон Ян П.; и др. (2005). «Биоаугментация для биоремедиации: проблема выбора штаммов» . Экологическая микробиология . 7 (7): 909–915. дои : 10.1111/j.1462-2920.2005.00804.x . ПМИД 15946288 .