Biosanering av oljeutsläpp
Bioremediering av petroleumförorenade miljöer är en process där de biologiska vägarna inom mikroorganismer eller växter används för att bryta ner eller binda giftiga kolväten , tungmetaller och andra flyktiga organiska föreningar som finns i fossila bränslen . Oljeutsläpp inträffar ofta i varierande grad tillsammans med alla aspekter av petroleumförsörjningskedjan, vilket presenterar en komplex rad frågor för både miljö och folkhälsa. Medan traditionella saneringsmetoder som kemisk eller manuell inneslutning och borttagning ofta resulterar i snabba resultat, biosanering mindre arbetskrävande, dyrt och förhindrar kemiska eller mekaniska skador. Effektiviteten och effektiviteten av biosaneringsinsatser är baserade på att bibehålla idealiska förhållanden, såsom pH , RED-OX potential , temperatur , fukt , syreöverflöd, näringstillgång, marksammansättning och föroreningsstruktur, för den önskade organismen eller biologiska vägen för att underlätta reaktioner . Tre huvudtyper av bioremediering som används för petroleumspill inkluderar mikrobiell sanering, fytoremediation och mycoremediation . Biosanering har genomförts i olika anmärkningsvärda oljeutsläpp , inklusive Exxon Valdez -olyckan 1989, där appliceringen av gödningsmedel på den drabbade kustlinjen ökade graden av biologisk nedbrytning .
Oljeutsläpp
Petroleumförorening av både land- och havsmiljöer är resultatet av prospektering , utvinning , förädling , transport och lagring av olja. Oljeutsläpp har varit en global fråga sedan oljeindustrins uppkomst i början av 1900-talet. Risken för oavsiktligt och avsiktligt spill har ökat i takt med att energiindustrin och den globala efterfrågan växer. Petroleum är en giftig blandning av organiska föreningar , spårmängder av tungmetaller och kolväten inklusive många persistenta flyktiga organiska föreningar ( VOC ) och polycykliska aromatiska kolväten ( PAH ). Olja som släpps ut i marina miljöer är särskilt skadlig på grund av snabb spridning och skapandet av sekundära föroreningar genom fotolys . Petroleumbioackumulering i terrestra och marina näringskedjor orsakar både akuta och långsiktiga hälsoeffekter. Exponering för olja skadar kritiska funktioner i organismer inklusive reproduktion , reglering av fysiologiska och kemiska processer och organfunktion. Stora utsläpp förändrar ekosystemdynamiken, vilket leder till algblomning och en massdöd av marint liv. Det uppskattas att över 1000 havsutter , tillsammans med många fåglar, dog av Exxon Valdez-utsläppet . Oljerensningsansträngningar använder vanligtvis flera metoder samtidigt. Kontrollerad förbränning och barriärer användes båda som manuella saneringsinsatser efter Exxon Valdez-incidenten. Kemiska lösningsmedel och dispergeringsmedel användes kort av Exxon i vatten som omger Valdez, även om de avbröts eftersom de krävde specifika förhållanden och innehöll cancerframkallande föreningar. Bioremedieringstekniker som användes i Exxon Valdez-utsläppet inkluderade kväve- och fosforsådd längs kusten och ökade tillgängliga näringsämnen för inhemska petroleumnedbrytande mikroorganismer, vilket fördubblade nedbrytningshastigheten. Genom alla saneringstekniker återvanns mindre än tio procent av oljan som släpptes ut från Exxon Valdez-tankern. Många släkten av växter, mikrober och svampar har visat oljesanerande egenskaper inklusive Spartina , Haloscarcia , Rhizophora , Nocardioides , Dietzia och Microbacterium .
Bioremediering
Bioremediering avser användningen av specifika mikroorganismer eller växter för att metabolisera och avlägsna skadliga ämnen. Dessa organismer är kända för sin biokemiska och fysikaliska affinitet till kolväten bland andra föroreningar . Olika typer av bakterier , arkéer , alger , svampar och vissa växtarter kan alla bryta ner specifika giftiga avfallsprodukter till säkrare beståndsdelar. Bioremediering klassificeras av den organism som är ansvarig för sanering med tre stora underavdelningar: mikrobiell sanering, fytoremediation och mycoremediation . I de flesta fall biosanering för att antingen öka antalet naturligt förekommande mikroorganismer eller lägga till föroreningsspecifika mikrober till området. Bioremediering kan involvera användning av många varianter av mikroorganismer också, antingen synergistiskt eller oberoende av varandra. Kostnaderna och miljöpåverkan av biosanering är ofta försumbara jämfört med traditionella manuella eller kemiska saneringsinsatser. [ citat behövs ]
Bioremediering av petroleum
På grund av deras allestädes närvarande över miljöer har många organismer utvecklats för att använda kolväten och organiska föreningar i petroleum som energi samtidigt som de denaturerar toxiner genom molekylära överföringsmekanismer.
Mikrobiell bioremediering använder aeroba och anaeroba egenskaper hos olika mikrober för att andas och fermentera föreningar som omvandlar toxiner till ofarliga föreningar. Dessa resulterande föreningar uppvisar mer neutrala pH-nivåer , ökad löslighet i vatten och är mindre reaktiva molekylärt. Baslinjepopulationer av oljenedbrytande mikroorganismer står vanligtvis för mindre än 1 % av mikrobiomer som är associerade med marina ekosystem . Saneringstekniker som tar bort reaktionsbegränsande faktorer genom tillsats av substrat, kan öka mikrobpopulationen mot 10 % av ekosystemets mikrobiome . Beroende på fysikaliska och kemiska egenskaper tar petroleumdegenerativa mikroorganismer längre tid att bryta ned föreningar med hög molekylvikt, såsom polycykliska aromatiska kolväten ( PAH ). Dessa mikrober kräver ett brett spektrum av enzymer för nedbrytning av petroleum, och mycket specifika näringssammansättningar för att fungera i en effektiv takt.
Mikrober arbetar på ett stegvis sätt för att bryta ner och metabolisera komponenterna i petroleum.
Behandlingar som använder dessa nedbrytningsprocesser använder oftast värme och kemikalier för att utöka effektiviteten. Senare används mer biologiska system för specifika ekosystem som använder specifika mekanismer.
Fytoremediering är en process där växter används för att binda gifter och kolväten i växtvävnad från förorenade jordar . Huvudmekanismerna för fytoremediering härrör från komplexa relationer mellan rötter och rhizobia . Växter utsöndrar socker, enzymer och syre från rötter som tillhandahåller nödvändiga substrat för rhizobia och associerade rhizosfärmikrober för att stimulera nedbrytning av organiska föroreningar. Studier har visat bioackumuleringsförmågan hos olika växter med rhizobiella associationer, i synnerhet Chromolaena odorata kunde ta bort 80 % av petroleum- och tungmetallgifter från jordar. Även om förorenade marina miljöer är vanligare i markmiljöer drar de också nytta av växtbaserad biosanering genom användning av olika alger och makrofyter . [ citat behövs ] Phytoremediation är mest effektivt när det används i samband med mikrobiell sanering och Mycoremediation .
Mycoremediation- tekniker använder förorenande toleranta svampar som binder eller denaturerar miljögifter, särskilt tungmetaller. Toxiner binds in i mycket absorberande molekyler såsom kitin och glukan som finns i svampcellväggar . Saccharomyces cerevisiae ( bagerijäst) kan användas för att sanera tungmetallförorenade marina ekosystem, med 80 % till 90 % framgång när det gäller arsenik . Koncentrationerna av polycykliska aromatiska kolväten ( PAH ) i jordprover tagna från förorenade oljeborrklipp i Nigeria har minskat med 7 % till 19 % med hjälp av vitrötasvampar under experimentella förhållanden. Jord som är förorenad med råolja uppvisar giftiga nivåer av olika tungmetaller som bly , zink och magnesium . Tillämpning av mycoremediation -tekniker på oren förorenad jord har visat betydande minskningar av tungmetallkoncentrationer.
Bioremedieringsparametrar
Effektiviteten och effektiviteten av varje saneringsmetod har begränsningar. Målet med saneringen är att eliminera miljöföroreningen så snabbt som möjligt; endast ineffektiva processer kräver mänskligt ingripande. Miljöfaktorer som reaktionskrav, ämnens rörlighet och organismers fysiologiska behov kommer att påverka hastigheten och graden av nedbrytning av föroreningar. Med tiden har många av dessa krav övervunnits. Det är då petroleumnedbrytande bakterier och arkéer kan förmedla oljeutsläpp mest effektivt. Väder och miljöfaktorer spelar stor roll för framgången med biosanering. Interagerande jord och förorenande kemikalier står verkligen för det arbete som kan utföras av dessa mikroorganismer. Dessa processer förändrar markens sammansättning och skiktning, tillsammans med ekosystemets biokemi. Dessa kemiska och biologiska förändringar kräver anpassning från markmikrober till bioremedier. Det är också viktigt att ta hänsyn till föroreningens känslighet. Egenskaper som löslighet, temperatur och pH kommer att påverka bioremedieringen och påverka processen. Föroreningar som är mer lösliga kommer att vara lättare för mikrober att omvandla till miljön. Annars förlänger föroreningar med stela molekylära strukturer bioremedieringen eftersom de är svårare att omvandla till ofarliga ämnen. Biotillgänglighet, mängden förorening som är tillgänglig för absorption och biotillgängligheten av föroreningar kommer också att påverka effektiviteten. I många fall samlas nödvändiga näringsämnen in och allokeras för petroleumnedbrytande mikroorganismer för att maximera processens effektivitet. Genom att förse mikroorganismer med de näringsämnen och förutsättningar de behöver kan de frodas.
Faktorer som påverkar biosanering
- pH
- RED-OX reaktionspotential
- Temperatur
- Fukt
- Syre och andra molekyler närvarande
- Tillgänglighet av näringsämnen
- Jordens sammansättning
- Löslighet av föroreningar
Bioremedieringsmekanismer
| Bioremedieringsteknik | Omvandling | Produkter |
|---|---|---|
| Aerob andning | Petroleumsubstrat med molekylärt syre | Kvävgas, vätesulfid, Metan, Metaller, Koldioxid, Vatten |
| Oorganisk elektrondonation | Ammonium, nitrit, järn, mangan oxideras. | Nitrat, Nitrit, Järn, Mangan, Sulfat |
| Jäsning | Giftiga petroleumföreningar av organisk natur | Harmlösa föreningar, fermenteringsprodukter |
| Demobilisering | Järn, Sulfat, Kvicksilver, Krom, Uran | Järnhydroxid, Sulfid, Pyrit, Reducerat krom, Uraninit |
| Reduktiv dehalogenering | Halogenförening med elektrondonator | Minskad förorening |
Ovan listas de kemikalier som krävs och produkter som bildas vid nedbrytning av petroleum. Dessa mikrober kommer att reducera, oxidera , jäsa och demobilisera beståndsdelarna i oljeutsläpp över tiden och skapa ofarliga föreningar. Bioremedieringstekniker innebär att man använder dessa mekanismer för att minska föroreningsmängder och är beroende av föroreningsaspekter:
Ex situ biosanering
Ex situ -sanering avser reaktioner som utförs utanför dessa organismers naturliga livsmiljö.
- Ökade mikrobiella aktiviteter genom luftning , bevattning och skapande av biohögar.
- Ökad nedbrytningsaktivitet genom vändning av förorenade jordar och tillsats av mineraler och vatten.
- Användningen av bioreaktorer för att förbättra och påskynda de biologiska reaktionerna hos mikroorganismer för att minska bioremedieringstiden.
- Jordbrukstekniker som kräver tillsats av näringsämnen i marken för att stimulera mikrobiella mekanismer
In situ biosanering
In situ- sanering avser reaktioner som utförs inuti en reaktionsblandning.
- Bioventilering , med användning av fukt och näringsämnen för att förbättra omvandlingen av föroreningar till mer oskyldiga ämnen.
- Bio-slurping , med hjälp av pumpning för att applicera syre och vatten, och på så sätt separera och sammanställa jordar för att öka saneringen av mikrober.
- Bio-sparging , där luft trycks ner i marken för att stimulera mikrobiell bioremediering.
- Fytoremediation , använder växternas mekanismer för att minska effekten av föroreningar