Bioremediacja - Polski Serwis Naukowy

Bioremediacja - technologia usuwania zanieczyszczeń (głównie substancji ropopochodnych) z gleby i wód podziemnych za pomocą żywych mikroorganizmów w celu katalizowania, destrukcji lub transformacji różnego rodzaju zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe. W bioremediacji wykorzystywane są naturalne zdolności mikroorganizmów do rozkładu węglowodorów ropy naftowej.

Azot (N, łac. nitrogenium) – pierwiastek chemiczny z grupy niemetali. Zawartość w górnych warstwach Ziemi wynosi 0,0019%. Stabilnymi izotopami azotu są 14N i 15N. Azot w stanie wolnym występuje w postaci dwuatomowej cząsteczki N2. W cząsteczce tej dwa atomy tego pierwiastka są połączone ze sobą wiązaniem potrójnym. Azot jest podstawowym składnikiem powietrza (78,09% objętości). Wchodzi w skład wielu związków, takich jak: amoniak, kwas azotowy, azotany oraz wielu ważnych związków organicznych (kwasy nukleinowe, białka i wiele innych). Azot w fazie stałej występuje w sześciu odmianach alotropowych nazwanych od kolejnych liter greckich (α, β, γ, δ, ε, ζ). Najnowsze badania wykazują prawdopodobne istnienie kolejnych dwóch odmian (η, θ).

Bioreaktor (fermentor, fermentator) - urządzenie umożliwiające prowadzenie procesów mikrobiologicznych, enzymatycznych jak również hodowle komórek organizmów wielokomórkowych, skonstruowane w sposób umożliwiający, poprzez pomiar i regulację parametrów, kontrolę procesu produkcyjnego i jego optymalny przebieg, w warunkach maksymalnego ograniczenia lub całkowitego wyeliminowania możliwości zakażeń.

Zaleca się stosowanie bioremediacji na terenach wyeksponowanych na działanie wyniszczających czynników. Przykładami zastosowań dla tego procesu są środowiska skażone metalami ciężkimi, obszary wycieków ropy naftowej, obszary hutnicze, obszary prób broni atomowej, okolice fabryk, wysypisk śmieci oraz oczyszczalni ścieków.

Ryż (Oryza L.) - rodzaj zbóż z rodziny wiechlinowatych obejmujący około 20 gatunków. Występuje w strefie klimatów gorących i ciepłych na całym świecie. Ryż spożywczy, będący podstawą wyżywienia 1/3 ludności świata, jest produktem otrzymywanym z ziarna ryżu siewnego.

Fitoremediacja – technologia oczyszczania środowiska (gleby, wód gruntowych i powierzchniowych, osadów ściekowych i powietrza), która wykorzystuje ponadprzeciętne zdolności niektórych gatunków roślin do akumulacji substancji zanieczyszczających lub do ich degradacji. W skład fitoremediacji wchodzą:

W niektórych krajach, takich jak Chiny, stosuje się bioremediację do oczyszczania ścieków. Wylewane na pola ścieki rizofiltrowane są przez rośliny, np. ryż.

Bioremediacja naturalna

Bioremediacja naturalna to proces przebiegający samorzutnie, bez stymulacji przez człowieka. Dotyczy biodegradacji wyprodukowanej biomasy roślinnej oraz resztek obumarłych organizmów i ich wydalin. Jest też dobrze obserwowana w wyciekach produktów ropopochodnych oraz przy skażeniach rozpuszczalnikami chlorowcopochodnymi, które są akceptorami elektronów dla mikroorganizmów beztlenowych. Bioremediacja naturalna powinna byc monitorowana poprzez badanie potencjału redox gleby, jej pH, temperatury, zawartości tlenu, zawartości dwutlenku węgla, a także śledzenie rozmieszczenia zanieczyszczeń, migracji skażenia oraz tempa przyrostu i aktywności mikroflory w czasie.

Gleba - biologicznie czynna powierzchniowa warstwa litosfery, powstała ze skały macierzystej pod wpływem czynników glebotwórczych (głównie organizmów żywych, klimatu i wody) i podlegająca stałym przemianom. Gleba składa się z trzech faz:

Broń jądrowa – rodzaj broni masowego rażenia wykorzystującej wewnątrz jądrową energię wydzielaną podczas łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder ciężkich pierwiastków (uranu i plutonu - broń atomowa) lub reakcji termojądrowej syntezy lekkich pierwiastków z wodoru - bomba wodorowa – o sile wybuchu znacznie większej od broni atomowej. Dzięki istnieniu tej broni powstało przekonanie o możliwości pokonania przeciwnika bez użycia ogromnych armii, do zadania dużych zniszczeń na obszarze przeciwnika wystarczy samolot bombowy, pocisk artyleryjski lub rakieta przenosząca atomowe głowice bojowe.

Bioremediacja inżynieryjna

Bioremediacja inżynieryjna to zabiegi mające na celu usunięcie zanieczyszczenia ze środowiska przez mikroorganizmy, a czasami przez rośliny. Może odbywać się ex situ lub in situ.

Bioremediacja inżynieryjna ex situ

Technologie ex situ stosowane do oczyszczania zanieczyszczeń ciekłych prowadzi się w bioreaktorach i filtrach zraszanych, do oczyszczania emisji gazowych - w biofiltrach i biopłuczkach, a do usuwania odpadów stałych stosuje się kompostowanie i przeorywanie.

Temperatura – jedna z podstawowych ) w termodynamice, będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, bowiem z termodynamicznego punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.

Ropa naftowa (olej skalny, czarne złoto) – ciekła kopalina, złożona z mieszaniny naturalnych węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych (bituminów), z niewielkimi domieszkami azotu, tlenu, siarki i zanieczyszczeń. Ma podstawowe znaczenie dla gospodarki światowej jako surowiec przemysłu chemicznego, a przede wszystkim jako jeden z najważniejszych surowców energetycznych.

Bioremediacja inżynieryjna in situ

Do technologii in situ należą:

biostymulacja – przeprowadzenie modyfikacji środowiskowej np. dostarczenie pożywek dla mikroorganizmów lub napowietrzanie terenu poddawanego bioremediacji,

bioaugmentacja – wprowadzenie dodatkowych mikroorganizmów tzw. szczepienie gleby,

biowentylacja - technika wspierająca biostymulację i bioaugmentację, polegająca na tłoczeniu powietrza do miejsca skażenia pod powierzchnią,

fitoremediacja - zdolność roślin do akumulowania metali ciężkich.

Optymalny poziom czynników sprzyjających bioremediacji

dostępność wody - od 25% do 85%

tlen:

dla mikroorganizmów tlenowych - powyżej 0,2 mg O2/l, minimalna przestrzeń powietrzna - 10% całości

dla mikroorganizmów beztlenowych - stężenie tlenu mniejsze niż 1%

potencjał redoks:

dla mikroorganizmów tlenowych i fakultatywnie beztlenowych - powyżej 50 mV

dla mikroorganizmów beztlenowych - poniżej 50 mV

pH - od 5,5 do 8,5

pierwiastki biogenne - stosunek C:N:P ~ 120:10:1

temperatura - od 4 do 45 °C

Bibliografia

Bioremediacja. W: Mieczysław K. Błaszczyk: Mikroorganizmy w ochronie środowiska. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2007. ISBN 978-83-01-15149-2.