Bioaugmentacja
Wzmocnienie biologiczne polega na dodaniu archeonów lub kultur bakteryjnych niezbędnych do przyspieszenia tempa degradacji substancji zanieczyszczającej . Organizmy pochodzące ze skażonych obszarów mogą już być w stanie rozkładać odpady, ale być może w sposób nieefektywny i powolny.
Bioaugmentacja to rodzaj bioremediacji, w którym wymaga zbadania rodzimych odmian występujących w danym miejscu, aby określić, czy możliwa jest biostymulacja . Jeśli po odkryciu rodzimych bakterii występujących w danej lokalizacji, będą one w stanie metabolizować zanieczyszczenia, w danej lokalizacji zostanie wprowadzonych więcej rodzimych kultur bakteryjnych, aby przyspieszyć degradację zanieczyszczeń. Bioaugmentacja polega na wprowadzeniu większej liczby archeonów lub kultur bakteryjnych w celu zwiększenia rozkładu zanieczyszczeń, podczas gdy biostymulacja polega na dodaniu suplementów diety dla rodzimych bakterii w celu pobudzenia metabolizmu bakterii. Jeśli rodzima odmiana nie ma metaboliczne do przeprowadzenia procesu naprawy, wprowadza się odmiany egzogenne o tak wyrafinowanych szlakach. Wykorzystanie bioaugmentacji zapewnia postęp w dziedzinie ekologii i biologii drobnoustrojów, immobilizacji i projektowania bioreaktorów.
Bioaugmentacja jest powszechnie stosowana w oczyszczaniu ścieków komunalnych w celu ponownego uruchomienia bioreaktorów z osadem czynnym . Większość dostępnych kultur zawiera kultury drobnoustrojów, które zawierają już wszystkie niezbędne mikroorganizmy ( B. licheniformis , B. thuringiensis , P. Polymyxa , B. stearothermophilus , Penicillium sp. , Aspergillus sp. , Flavobacterium , Arthrobacter , Pseudomonas , Streptomyces , Saccharomyces itp.). Systemy osadu czynnego opierają się zazwyczaj na mikroorganizmach, takich jak bakterie, pierwotniaki, nicienie, wrotki i grzyby, które są zdolne do rozkładu biodegradowalnej materii organicznej. Stosowanie bioaugmentacji niesie ze sobą wiele pozytywnych efektów, takich jak poprawa wydajności i szybkości procesu rozkładu substancji oraz redukcja toksycznych cząstek w danym obszarze.
Aplikacje
Naprawa gleby
Bioaugmentacja jest korzystna w przypadku zanieczyszczonych gleb, które zostały poddane bioremediacji, ale nadal stanowią zagrożenie dla środowiska. Dzieje się tak dlatego, że mikroorganizmy, które pierwotnie znajdowały się w środowisku, nie spełniły podczas bioremediacji swojego zadania , jeśli chodzi o rozkład substancji chemicznych w zanieczyszczonej glebie . Niepowodzenie pierwotnych bakterii może być spowodowane stresem środowiskowym, a także zmianami w populacji drobnoustrojów wynikającymi z tempa mutacji. Kiedy dodawane są mikroorganizmy, są one potencjalnie bardziej dostosowane do charakteru nowego zanieczyszczenia, podczas gdy starsze mikroorganizmy są podobne do starszych zanieczyszczeń i skażeń. Jest to jednak tylko jeden z wielu czynników; Rozmiar witryny jest również bardzo ważnym wyznacznikiem. Aby sprawdzić, czy należy wdrożyć bioaugmentację, należy wziąć pod uwagę ogólne otoczenie. Ponadto niektóre wysoce wyspecjalizowane mikroorganizmy nie są w stanie przystosować się do określonych warunków siedliskowych. Dostępność niektórych typów mikroorganizmów (wykorzystywanych do bioremediacji) również może stanowić problem. Chociaż bioaugmentacja może wydawać się idealnym rozwiązaniem w przypadku zanieczyszczonej gleby, może mieć wady. Na przykład niewłaściwy rodzaj bakterii może skutkować potencjalnie zatkaniem warstw wodonośnych lub wynik działań naprawczych może być niekompletny lub niezadowalający.
Bioaugmentacja rozpuszczalników chlorowanych
W miejscach, gdzie gleba i wody gruntowe są zanieczyszczone chlorowanymi etenami, takimi jak tetrachloroetylen i trichloroetylen , można zastosować bioaugmentację, aby zapewnić, że mikroorganizmy in situ będą w stanie całkowicie rozłożyć te zanieczyszczenia do etylenu i chlorku , które są nietoksyczne. Bioaugmentacja ma zazwyczaj zastosowanie tylko do bioremediacji chlorowanych etenów, chociaż pojawiają się kultury, które mogą potencjalnie biodegradować inne związki, w tym BTEX , chloroetany , chlorometany i MTBE . Pierwsze odnotowane zastosowanie bioaugmentacji chlorowanych etenów miało miejsce w bazie sił powietrznych Kelly w Teksasie. Bioaugmentację zazwyczaj przeprowadza się w połączeniu z dodatkiem donora elektronów (biostymulacja) w celu uzyskania warunków geochemicznych w wodach gruntowych sprzyjających wzrostowi mikroorganizmów odchlorowanych w hodowli bioaugmentacyjnej.
Niszowy fitness
Włączenie większej liczby drobnoustrojów do środowiska jest korzystne dla skrócenia czasu trwania czyszczenia. Interakcja i konkurencja dwóch związków wpływają na działanie, jakie może mieć mikroorganizm, oryginalny lub nowy. Można to sprawdzić, umieszczając na danym obszarze glebę sprzyjającą nowym mikroorganizmom, a następnie sprawdzając wydajność. Wyniki pokażą, czy nowy mikroorganizm będzie w stanie wystarczająco dobrze funkcjonować w tej glebie wraz z innymi mikroorganizmami. Pomaga to określić odpowiednią ilość drobnoustrojów i substancji rodzimych, które są potrzebne do optymalizacji wydajności i wytworzenia kometabolizmu.
Ścieki z koksowni w Chinach
Przykładem tego, jak bioaugmentacja poprawiła środowisko, są ścieki z koksowni w Chinach. Węgiel w Chinach jest używany jako główne źródło energii, a zanieczyszczona woda zawiera szkodliwe toksyczne zanieczyszczenia, takie jak amoniak , tiocyjanian , fenole i inne związki organiczne, takie jak mono- i policykliczne związki aromatyczne zawierające azot, związki heterocykliczne zawierające tlen i siarkę i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Poprzednie metody leczenia tego problemu obejmowały system tlenowo-beztlenowo-tlenowy, ekstrakcje rozpuszczalnikami, odpędzanie strumienia i oczyszczanie biologiczne. Donoszono, że bioaugmentacja usuwa 3-chlorobenzoesan, 4-benzoesan metylu, toluen , fenol i chlorowane rozpuszczalniki .
Reaktor beztlenowy został wypełniony półmiękkim medium, które zbudowano z plastikowego pierścienia i sznurka z włókien syntetycznych. Reaktor beztlenowy jest reaktorem całkowicie mieszanym, natomiast reaktor tlenowy jest bioreaktorem hybrydowym, do którego dodano nośniki pianki poliuretanowej . Wykorzystano wodę z reaktora beztlenowego, reaktora odycznego i osadnika, do której domieszano różną ilość starych i rozwiniętych drobnoustrojów o stężeniu 0,75 i temperaturze 28 stopni Celsjusza. Szybkość degradacji zanieczyszczeń zależała od wielkości stężenia drobnoustrojów. W wzmocnionej społeczności drobnoustrojów rodzime mikroorganizmy rozkładają zanieczyszczenia w ściekach z koksowni, takie jak pirydyny i związki fenolowe . Kiedy dodano rodzime mikroorganizmy heterotroficzne, przekształciły one wiele związków wielkocząsteczkowych w mniejsze i prostsze związki, które można było uzyskać z bardziej biodegradowalnych związków organicznych. Dowodzi to, że bioaugmentacja może znaleźć zastosowanie jako narzędzie do usuwania niepożądanych związków, które nie są prawidłowo usuwane przez konwencjonalny system oczyszczania biologicznego. Kiedy bioaugmentacja jest połączona z systemem A1–A2–O do oczyszczania ścieków z koksowni, daje bardzo duże efekty.
Oczyszczanie ropy naftowej
W przemyśle naftowym istnieje duży problem związany ze sposobem utylizacji odwiertów z pól naftowych. Wiele osób po prostu umieszczało ziemię na dole, ale o wiele bardziej produktywne i ekonomicznie korzystne jest stosowanie bioaugmentacji. Dzięki zastosowaniu zaawansowanych mikrobów firmy wiertnicze mogą faktycznie rozwiązać problem w kopalni na polu naftowym, zamiast przenosić odpady. W szczególności wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne mogą być metabolizowane przez niektóre bakterie, co znacznie zmniejsza szkody dla środowiska spowodowane działalnością wiertniczą. W odpowiednich warunkach środowiskowych w szybie naftowym umieszcza się drobnoustroje, które rozkładają węglowodory wraz z innymi składnikami odżywczymi. całkowity poziom węglowodorów naftowych (TPH) wynosił 44 880 ppm , który w ciągu zaledwie 47 dni obniżył się do poziomu 10 000 ppm do 6 486 ppm.
Awarie i potencjalne rozwiązania
Było wiele przypadków, w których bioaugmentacja miała braki w procesie, w tym użycie niewłaściwego organizmu. Wdrożenie bioaugmentacji w środowisku może powodować problemy związane z drapieżnictwem, konkurencją żywieniową między rodzimymi i zaszczepionymi bakteriami, niewystarczającą inokulacją i zaburzeniem równowagi ekologicznej z powodu dużych inokulacji. Każdy problem można rozwiązać przy użyciu różnych technik, aby ograniczyć możliwość wystąpienia tych problemów. Drapieżnictwu można zapobiec, stosując wysokie dawki początkowe zaszczepionych bakterii lub obróbkę cieplną przed zaszczepieniem, natomiast konkurencję żywieniową można rozwiązać za pomocą biostymulacji. Niewystarczające inokulacje można leczyć poprzez wielokrotne lub ciągłe inokulacje, a duże inokulacje można rozwiązać za pomocą ściśle monitorowanych dawek bakterii.
Przykłady obejmują wprowadzone bakterie, które nie zwiększają degradacji w glebie, a próby bioaugmentacji kończą się niepowodzeniem w skali laboratoryjnej, ale kończą się sukcesem na dużą skalę. Wiele z tych problemów powstało, ponieważ przy planowaniu wyników bioaugmentacji nie wzięto pod uwagę kwestii ekologii drobnoustrojów . Niezwykle istotne jest rozważenie zdolności drobnoustrojów do wytrzymania warunków panujących w środowisku drobnoustrojów, w którym mają zostać umieszczone. W wielu przypadkach, które zakończyły się niepowodzeniem, brano pod uwagę jedynie zdolność drobnoustrojów do rozkładania związków chemicznych, a mniej na ich przydatność . w istniejących społecznościach i wynikający z tego stres konkurencyjny. Lepiej jest zidentyfikować istniejące społeczności, zanim przyjrzymy się obciążeniom niezbędnym do rozkładu substancji zanieczyszczających.