การบำบัดทางชีวภาพ: ลักษณะประเภทข้อดีและข้อเสีย
Bioremediation เป็นชุดของเทคโนโลยีชีวภาพด้านสุขอนามัยสิ่งแวดล้อมที่ใช้ความสามารถในการเผาผลาญของจุลินทรีย์แบคทีเรียเชื้อราพืชและ / หรือเอนไซม์ที่แยกได้เพื่อกำจัดสารปนเปื้อนในดินและน้ำ
จุลินทรีย์ (แบคทีเรียและเชื้อรา) และพืชบางชนิดสามารถเปลี่ยนรูปทางชีวภาพเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่เป็นพิษและก่อให้เกิดมลพิษหลากหลายทำให้ไม่เป็นอันตรายหรือไม่เป็นอันตราย พวกเขายังสามารถย่อยสลายสารประกอบอินทรีย์บางชนิดในรูปแบบที่ง่ายที่สุดเช่นมีเธน (CH 4 ) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2 )
นอกจากนี้จุลินทรีย์และพืชบางชนิดสามารถสกัดหรือตรึงในสภาพแวดล้อม ( ในแหล่งกำเนิด) องค์ประกอบทางเคมีที่เป็นพิษเช่นโลหะหนัก โดยการตรึงสารพิษในสภาพแวดล้อมจะไม่สามารถใช้ได้กับสิ่งมีชีวิตอีกต่อไปดังนั้นจึงไม่ส่งผลกระทบต่อพวกเขา
ดังนั้นการลดลงของการดูดซึมของสารพิษก็เป็นรูปแบบของการบำบัดทางชีวภาพถึงแม้ว่ามันจะไม่ได้หมายความถึงการกำจัดสารออกจากสื่อ
ปัจจุบันมีความสนใจด้านวิทยาศาสตร์และการค้าเพิ่มมากขึ้นในการพัฒนาเทคโนโลยีทางเศรษฐกิจที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำ (หรือ "เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม") เช่นการบำบัดน้ำผิวดินน้ำใต้ดินตะกอนและดินที่ปนเปื้อน
ลักษณะของการบำบัดทางชีวภาพ
สารปนเปื้อนที่สามารถ bioremediated
ในบรรดามลพิษที่ได้รับ bioremediated เป็นโลหะหนักสารกัมมันตรังสีสารพิษอินทรีย์สารพิษสารระเบิดสารประกอบอินทรีย์ที่ได้จากปิโตรเลียม (polyaromatic ไฮโดรคาร์บอนหรือ HPAs) ฟีนอลหมู่คนอื่น ๆ
เงื่อนไขทางเคมีฟิสิกส์ระหว่างการบำบัดทางชีวภาพ
เนื่องจากกระบวนการทางชีวภาพขึ้นอยู่กับกิจกรรมของจุลินทรีย์และพืชมีชีวิตหรือเอนไซม์ที่แยกได้ของพวกเขาจึงต้องรักษาสภาพทางเคมีกายภาพที่เหมาะสมสำหรับแต่ละสิ่งมีชีวิตหรือระบบเอนไซม์เพื่อที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการเผาผลาญในกระบวนการทางชีวภาพ
ปัจจัยที่ต้องปรับให้เหมาะสมและบำรุงรักษาตลอดกระบวนการบำบัดทางชีวภาพ
- ความเข้มข้นและการดูดซึมของสารมลพิษภายใต้สภาพแวดล้อม: เพราะถ้าสูงเกินไปอาจเป็นอันตรายต่อจุลินทรีย์ชนิดเดียวกันที่มีความสามารถในการเปลี่ยนรูปทางชีวภาพ
- ความชื้น: ความพร้อมใช้ของน้ำเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตเช่นเดียวกับกิจกรรมของเอนไซม์ของตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพที่ปราศจากเซลล์ โดยทั่วไปความชื้นสัมพัทธ์ 12-25% จะต้องได้รับการบำรุงรักษาในดินที่ได้รับการบำบัดทางชีวภาพ
- อุณหภูมิ: ต้องอยู่ในช่วงที่สามารถอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตที่ใช้และ / หรือกิจกรรมของเอนไซม์ที่ต้องการ
- สารอาหารที่มีประโยชน์ทางชีวภาพ: จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตและการเพิ่มจำนวนของจุลินทรีย์ที่น่าสนใจ ส่วนใหญ่จะต้องควบคุมคาร์บอนฟอสฟอรัสและไนโตรเจนเป็นแร่ธาตุที่จำเป็น
- ความเป็นกรดหรือด่างของตัวกลางที่เป็นน้ำหรือ pH (การวัดค่า H + ไอออนในสื่อ)
- ความพร้อมใช้ของออกซิเจน: ในเทคนิคการบำบัดทางชีวภาพส่วนใหญ่จะใช้จุลินทรีย์แอโรบิก (เช่นในการทำปุ๋ยหมัก, biopiles และการทำ ฟาร์ม ) และการเติมอากาศของสารตั้งต้นเป็นสิ่งจำเป็น อย่างไรก็ตามจุลินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจนสามารถใช้ในกระบวนการบำบัดทางชีวภาพภายใต้สภาพห้องปฏิบัติการที่มีการควบคุมสูง (ใช้เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ)
ประเภทของการบำบัดทางชีวภาพ
ในบรรดาเทคโนโลยีชีวภาพทางชีวภาพที่ประยุกต์ใช้มีดังนี้:
สารเร่ง
การกระตุ้นทางชีวภาพประกอบด้วยการกระตุ้น ในแหล่งกำเนิด ของจุลินทรีย์เหล่านั้นที่มีอยู่แล้วในสื่อที่มีการปนเปื้อน (จุลินทรีย์ออโตโธทอน) ซึ่งมีความสามารถในการกำจัดสารปนเปื้อน
Biostimulation ในแหล่งกำเนิด สามารถทำได้โดยการปรับเงื่อนไขทางเคมีกายภาพสำหรับกระบวนการที่ต้องการให้เกิดขึ้นเช่น pH, ออกซิเจน, ความชื้น, อุณหภูมิ, หมู่คนอื่น ๆ และการเพิ่มสารอาหารที่จำเป็น
บำบัดดินที่ป
การเปิดตัวทางชีวภาพหมายถึงการเพิ่มจำนวนของจุลินทรีย์ที่น่าสนใจ (เด่นกว่า autochthonous) ด้วยการเติมหัวเชื้อที่เติมเข้าไปในห้องปฏิบัติการ
หลังจากนั้นจุลินทรีย์ที่ถูกฉีดวัคซีนที่น่าสนใจ ในแหล่งกำเนิด ต้องมีการปรับเงื่อนไขทางกายภาพและเคมี (เช่นในการสะสมทางชีวภาพ) เพื่อส่งเสริมกิจกรรมการย่อยสลายของจุลินทรีย์
สำหรับการประยุกต์ใช้การวัดทางชีวภาพควรพิจารณาค่าใช้จ่ายของวัฒนธรรมจุลินทรีย์ในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพในห้องปฏิบัติการ
ทั้งการสะสมทางชีวภาพและการเปิดตัวทางชีวภาพสามารถนำมารวมกับเทคโนโลยีชีวภาพอื่น ๆ ทั้งหมดที่อธิบายไว้ด้านล่าง
การทำปุ๋ยหมัก
การทำปุ๋ยหมักประกอบด้วยการผสมวัสดุที่ปนเปื้อนกับดินที่ไม่มีการปนเปื้อนเสริมด้วยสารจากพืชหรือสัตว์ที่ปรับปรุงแล้ว รูปแบบส่วนผสมนี้มีกรวยสูงถึง 3 เมตรแยกออกจากกัน
ควรควบคุมการเติมออกซิเจนของโคนชั้นล่างด้วยการกำจัดแบบปกติจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งด้วยเครื่องจักร ต้องรักษาสภาวะที่เหมาะสมของความชื้นอุณหภูมิ pH สารอาหารและอื่น ๆ ด้วย
biocells
เทคนิคการบำบัดทางชีวภาพด้วย biopiles เหมือนกับเทคนิคการทำปุ๋ยหมักที่อธิบายไว้ข้างต้นยกเว้น:
- การขาดสารอาหารที่ปรับปรุงจากพืชหรือสัตว์
- การกำจัดการเติมอากาศโดยการเคลื่อนที่จากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่ง
biopiles ยังคงอยู่ในสถานที่เดียวกันโดยการอัดอากาศในชั้นภายในผ่านระบบท่อที่มีค่าใช้จ่ายในการติดตั้งการใช้งานและการบำรุงรักษาต้องพิจารณาจากขั้นตอนการออกแบบของระบบ
landfarming
เทคโนโลยีชีวภาพที่เรียกว่า "การทิ้งขยะ" (แปลจากภาษาอังกฤษ: สลักของดิน) ประกอบด้วยการผสมวัสดุที่ปนเปื้อน (โคลนหรือตะกอน) กับ 30 ซม. แรกของดินที่ไม่มีการปนเปื้อนของดินแดนที่กว้างขวาง
ในดินเซนติเมตรแรกนั้นการย่อยสลายของสารก่อมลพิษได้รับการสนับสนุนเนื่องจากการเติมอากาศและการผสม สำหรับงานนี้ใช้เครื่องจักรกลการเกษตรเช่นรถไถไถ
ข้อเสียเปรียบหลักของการทำฟาร์มคือต้องใช้ที่ดินจำนวนมากซึ่งสามารถนำไปใช้ในการผลิตอาหารได้
บำบัด
Phytoremediation หรือที่เรียกว่าการบำบัดทางชีวภาพที่ช่วยโดยจุลินทรีย์และพืชเป็นชุดของเทคโนโลยีชีวภาพบนพื้นฐานของการใช้พืชและจุลินทรีย์ในการกำจัด จำกัด หรือลดความเป็นพิษของสารปนเปื้อนในน้ำผิวดินหรือใต้ดินโคลนและดิน
ในช่วงการย่อยสลายของระบบการย่อยสลายการสกัดและ / หรือการทำให้เสถียร (การลดลงของการดูดซึมทางชีวภาพ) ของสารปนเปื้อน กระบวนการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ระหว่างพืชและจุลินทรีย์ที่อยู่ใกล้กับรากของพวกเขาในพื้นที่ที่เรียกว่า rhizosphere
Phytoremediation ประสบความสำเร็จอย่างยิ่งในการกำจัดโลหะหนักและสารกัมมันตรังสีจากดินและพื้นผิวหรือน้ำใต้ดิน (หรือการดูดซับของน้ำที่ปนเปื้อนด้วย Rhizofiltration)
ในกรณีนี้พืชสะสมโลหะของสภาพแวดล้อมในเนื้อเยื่อของพวกเขาแล้วพวกเขาจะเก็บเกี่ยวและเผาในสภาพที่ควบคุมเพื่อให้สารมลพิษไปจากการแพร่กระจายในสภาพแวดล้อมที่จะเข้มข้นในรูปแบบของขี้เถ้า
ขี้เถ้าที่ได้รับนั้นสามารถนำไปรีไซเคิลได้ (หากเป็นประโยชน์ทางเศรษฐกิจ) หรือสามารถทิ้งในที่ทิ้งขยะขั้นสุดท้าย
ข้อเสียของ phytoremediation คือการขาดความรู้ในเชิงลึกของการโต้ตอบที่เกิดขึ้นระหว่างสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้อง (พืชแบคทีเรียและเชื้อรา mycorrhizal อาจ)
ในทางกลับกันสภาพแวดล้อมต้องได้รับการดูแลให้สอดคล้องกับความต้องการของทุกหน่วยงานที่บังคับใช้
เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ
เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพเป็นภาชนะบรรจุที่มีขนาดใหญ่ซึ่งช่วยให้สามารถรักษาสภาพทางเคมีกายภาพที่ควบคุมได้อย่างดีในสื่อการเพาะเลี้ยงในน้ำโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อให้ความสนใจกระบวนการทางชีวภาพที่น่าสนใจ
ในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพจุลินทรีย์และเชื้อราจากแบคทีเรียสามารถปลูกได้ในปริมาณมากและในห้องปฏิบัติการจากนั้นนำไปใช้ในกระบวนการทางชีวภาพ ในแหล่งกำเนิด จุลินทรีย์สามารถปลูกฝังเพื่อให้ได้เอนไซม์ที่ย่อยสลายสารปนเปื้อน
เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพถูกนำมาใช้ในกระบวนการบำบัดทางชีวภาพเมื่อมีสารปนเปื้อนผสมกับอาหารเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์ซึ่งเป็นที่นิยมในการย่อยสลายสารปนเปื้อน
จุลินทรีย์ที่ปลูกในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพอาจเป็นแบบไม่ใช้ออกซิเจนซึ่งในกรณีนี้สื่อการเพาะเลี้ยงด้วยน้ำจะต้องขาดออกซิเจนที่ละลายในน้ำ
ท่ามกลางเทคโนโลยีชีวภาพทางชีวภาพการใช้เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพค่อนข้างแพงเนื่องจากการบำรุงรักษาอุปกรณ์และข้อกำหนดสำหรับวัฒนธรรมจุลินทรีย์
mycoremediation
Micorremediation หมายถึงการใช้จุลินทรีย์จากเชื้อรา (microscopic fungi) ในกระบวนการบำบัดทางชีวภาพของสารพิษที่ปนเปื้อน
ควรพิจารณาว่าการเพาะเลี้ยงเชื้อราขนาดเล็กมักจะมีความซับซ้อนมากกว่าเชื้อแบคทีเรีย นอกจากนี้เชื้อราจะเจริญเติบโตและสืบพันธุ์ช้ากว่าแบคทีเรียโดยการช่วยให้เห็ดช่วยในการย่อยสลายได้ช้าลง
การบำบัดทางชีวภาพเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีทางกายภาพและทางเคมีทั่วไป
-advantages
เทคโนโลยีชีวภาพทางชีวภาพมีความประหยัดและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าเทคโนโลยีการสุขาภิบาลสิ่งแวดล้อมทางเคมีและกายภาพ
ซึ่งหมายความว่าการประยุกต์ใช้การบำบัดทางชีวภาพมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่าการปฏิบัติทางเคมีกายภาพแบบดั้งเดิม
ในทางตรงกันข้ามในหมู่จุลินทรีย์ที่ใช้ในกระบวนการบำบัดทางชีวภาพบางคนสามารถทำการผสมแร่ธาตุที่ปนเปื้อนเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขาหายไปจากสภาพแวดล้อมสิ่งที่ยากที่จะบรรลุในขั้นตอนเดียวกับกระบวนการทางกายภาพเคมีแบบดั้งเดิม
- ข้อเสียและแง่มุมที่ต้องพิจารณา
ความสามารถในการเผาผลาญจุลินทรีย์ที่มีอยู่ในธรรมชาติ
เนื่องจากจุลินทรีย์ที่มีอยู่ในธรรมชาติเพียง 1% เท่านั้นที่ถูกแยกออกไปข้อ จำกัด ของการบำบัดทางชีวภาพจึงเป็นสิ่งที่บ่งชี้ถึงความสามารถในการย่อยสลายสารปนเปื้อนที่เฉพาะเจาะจงอย่างแม่นยำ
ความไม่รู้ของระบบที่ใช้
ในทางกลับกันการบำบัดทางชีวภาพจะทำงานร่วมกับระบบที่มีความซับซ้อนของสิ่งมีชีวิตสองชนิดหรือมากกว่านั้นซึ่งโดยทั่วไปจะไม่รู้จักอย่างสมบูรณ์
จุลินทรีย์บางตัวที่ศึกษาได้เปลี่ยนรูปทางชีวภาพให้เป็นสารประกอบที่ปนเปื้อนให้เป็นผลพลอยได้ที่เป็นพิษมากยิ่งขึ้น ด้วยเหตุนี้จึงมีความจำเป็นที่จะต้องศึกษาสิ่งมีชีวิตในอดีตและการโต้ตอบเชิงลึกในห้องปฏิบัติการก่อนหน้านี้
นอกจากนี้การทดสอบนำร่องขนาดเล็ก (ในสนาม) จะต้องดำเนินการก่อนการใช้งานมวลและในที่สุดกระบวนการตรวจสอบทางชีวภาพ ในแหล่งกำเนิด จะต้องมีการตรวจสอบเพื่อให้แน่ใจว่าการสุขาภิบาลสิ่งแวดล้อมเกิดขึ้นอย่างถูกต้อง
การประมาณค่าผลลัพธ์ที่ได้ในห้องปฏิบัติการ
เนื่องจากความซับซ้อนของระบบชีวภาพสูงผลลัพธ์ที่ได้ในระดับเล็ก ๆ ในห้องปฏิบัติการจึงไม่สามารถคาดการณ์ถึงกระบวนการในสนามได้เสมอไป
ลักษณะเฉพาะของกระบวนการบำบัดทางชีวภาพ
กระบวนการบำบัดทางชีวภาพแต่ละกระบวนการเกี่ยวข้องกับการออกแบบการทดลองที่เฉพาะเจาะจงตามเงื่อนไขเฉพาะของไซต์ที่ปนเปื้อนชนิดของสารปนเปื้อนที่ต้องรับการรักษาและสิ่งมีชีวิตที่จะนำไปใช้
ดังนั้นจึงมีความจำเป็นที่กระบวนการเหล่านี้จะถูกชี้นำโดยกลุ่มผู้เชี่ยวชาญสหวิทยาการซึ่งในหมู่พวกเขาจะต้องเป็นนักชีววิทยานักเคมีวิศวกรและอื่น ๆ
การบำรุงรักษาสภาพทางเคมีกายภาพของสภาพแวดล้อมเพื่อการเจริญเติบโตและกิจกรรมการเผาผลาญที่น่าสนใจหมายถึงงานถาวรในระหว่างกระบวนการทางชีวภาพ
เวลาที่ต้องการ
ในที่สุดกระบวนการทางชีวภาพอาจใช้เวลานานกว่ากระบวนการทางเคมีกายภาพทั่วไป
