schrodinger
7th December 2009, 07:56 PM
Bioremediation را می توان اینگونه تعریف کرد: هر نوع عملکردی که در آن از میکروارگانیسم ها، قارچها ،گیاهان سبز یاسایر آنزیم ها جهت بازگرداندن محیط طبیعی تغییریافته توسط آلاینده ها، به شرایط اولیه خود استفاده گردد.
بیورمیدی تکنولوژیکی که در آن از میکروارگانیسم ها استفاده می کردد برای اولین بار توسط georg M Robinson گزارش گردید. او معاون بخش مهندسی نفت در سانتاماریا و کالیفرنیا در دهه 1960 بود.
Bioremediation تکنولوژیکالی را می توان به ظور عمده به 2 بخش تقسیم کرد.یا در محل آلودگی(in situ) و یا در بیرون از محل آلودگی(ex situ).
مقایسه زیست پالایی در جا و دگر جا:
1.روش دگر جا به دلیل جابجایی نسبت به روش در جا دارای هزینه بیشتری می باشد.
2.روش دگر جا نیازمند نیروی مهندسی متخصص و تجهیزات سبک و سنگین بیشتری نسبت به روش در جا است.
3.قطعیت بیشتری در خصوص یکنواختی حذف در روش دگر جا وجود دارد.
4.کنترل و بهینه سازی برخی پارامترها در روش دگر جا نسبت به در جا آسانتر است.
5.در روش درجا , زیست پالایی به میکروفلور بومی خاک و آبهای زیر زمینی متکی است.
Bioremediation اشکال مختلفی دارد. چنانچه از گیاهان برای زیست پالایی استفاده گردد آن را در گروه phytoremediation قرار می دهند و در صورت استفاده از قارچها برای پاکسازی محیط آن را mycoremediation می نامند.
Bioventing , landfarming , bioreactor , composting , bioaugmentation , rhizofiltration و biostimulation نمونه هایی از تکنولوژی های bioremediation می باشد.
اگر چه پاکسازی آلاینده ها توسط میکروارگانیسم ها آسان است اما نه برای تمام آلاینده ها، برای نمونه فلزات سنگین مانند کادمیم و سرب قابل جذب توسط میکروارگانیسم ها نیستند.
جذب و ورود فلزاتی مانند جیوه در زنجیره غذایی بسیار خطرناک می باشد. Phytoremediation در این امر مفید می باشد زیرا گیاهان طبیعی توانایی انباشتن (bioaccumulated) این سم ها را در بخش بالایی زمین دارند. اگر چه بعد از درو کردن باید پاکسازی شود.
مکانیسم های بیورمیدی
1. BIOAUGMENTATION
Bioaugmentation گروهی از صفات موروثی میکروبی و یا گونه مهندسی ژنتیک است که با خاک و آب آلوده سر و کار دارد و به باکنری های بیورمیدی مربوط می باشد.. معمولا مراحل شامل مطالعه و تعیین واریته های بومی در موقعیت کنونی است. در صورت عدم وجود واریته های بومی از واریته های مصنوعی با توانایی متابولیکی جهت انجام دادن پردازش های بازیافتی استفاده می گردد.
Bioaugmentation عمدتا در پاکسازی فاضلاب های شهری و بازیافت رسوب های بیورآکتورهای فعال شده استفاده می گردد.
Bioaugmentation مایعات کلر دار
در مکان هایی که خاک و آبهای زیرزمینی توسط اتن های کلر دار مانند تترا کلر اتیلن و تریکلرواتیلن آلوده شده اند از bioaugmentation استفاده می شود. با تضمین اینکه این میکرو ارگانیسم ها طبیعی می توانند کاملا این آلودگی ها را بدون هیچ سمی به اتیلن تبدیل کنند.
2.BIOREACTOR
Bioreactor به وسیله یا سیستمی اطلاق می گردد که با یک محیط بیولوژیکی فعال حمایت می گردد. در واقع یک bioreactor مخزنی است که مراحل مختلف واکنش شیمیایی را انجام می دهد که درآن ارگانیسم ها یا مواد فعال بیوشیمیایی مشتق شده از سایر ارگانیسم درگیر هستند. این مراحل می توانند هوازی یا بی هوازی باشند. به طور رایج بیوراکتور ها سیلندر مانند و دارای ابعادی با مقیاس لیتر تا متر مکعب می باشند و معمولا از استیل ضد زنگ ساخته شده اند.
یک بیوراکتور در واقع به ابزار یا سیستمی گفته می شود که اجازه رشد سلول یا بافت ها در یک زمینه کشت محلول را فراهم می آورد از این ابزار می توان در مهندسی بافت نیز استفاده کرد.
ارگانیسم های رشد یافته در بیوراکتور می توانند به صورت سوسپانسیون یا ثابت باشند
وضعیت محیطی بیوراکتور مانند سرعت انتشار گازها(O2 , N2, CO2) دما، PH، سطح اکسیژن محلول و سرعت هم زدن محیط نیاز مند آن است که در یک محیط بسته قابل نمایش و کنترل باشد.
بیشتر تولید کننده های بیوراکتور های صنعتی ازغشا، حسگرها و یک سیستم کنترل کننده استفاده می کنند. رسوب ها می توانند همواره در بازده بیوراکتور ها آسیب رسانند به ویژه بر تبادلگر گرمایی. برای جلوگیری از این امر باید بیوراکتورها را طوری طراحی کرد که بتوان آسانی پاک نمود.
Photobioreactor نوعی از بیوراکتور است که برخی از انواع منبع نور در آن جاسازی شده. فوتو بیوراکتور ها برای رشد ارگانیسم های فوتوتروپیک کوچک مانند سیانوباکترها، جلبکها و خزه ها استفاده می گردد.
3.BIOSTIMULATION
Biostimulation شامل تغییر و تبدیل محیط برای تحریک باکتری های موجود که توانایی بیورمیدی را دارند. این عمل می تواند با استفاده از اشکال مختلف و میزان محدودی از مواد مغذی و الکترون گیرنده مانند فسفر، نیتروژن، اکسیژن یا کربن انجام می شود.
Biostimualtion می تواند bioaugmentation را تسهیل کند. این دو مکانیسم از اساسی ترین مکانیسم های بیورمیدی می باشند.
از نخستین فوایدbiostimulation در بیورمیدی این است که میکروارگانیسم های بومی حاضر در محل را به کار میگیرد.
اولین ضرر آن نیز این است که انتقال مواد افزوده شده به یک وضعیت این اجازه را می دهد که افزودنی ها به آسانی در دسترس میکروارگانیسم های زیر ساختاری قرار بگیرد.
زیرساختارهای صخره ای نشت ناپذیر محکم می تواند محدودیت هایی را در سرعت و میزان انتقال افزودنی ها ایجاد کند.
اخیرا مکانیسمس کعرفی گردیده که در آن، آنها باکتری های مورد استفاده در biostimulation را با استفاده از محیط های مهمان نوازانه برای باکتری های هیدروکربن خوار تحت کنترل قرار می دهند و یا به منظور کنترل میزان درخواست هیدروکربن محیط، باکتری های خارجی را وارد محیط می کنند.
تحقیقات در مورد کاراکترهای زیر ساختاری (مانند ضریب هدایت هیدرولیکی زیرساختارها، صخره شناسی زیر ساختارها، سرعت آبهای زیرزمینی طبیعی در طول محدوده محاصره شده) در پیشرفت یک سیستم بیواستی موفق مهم می باشند.
4.BIOVENTING
. Bioventing اکسیژن لازم را برای تحریک طبیعی میکروارگانیسم ها، به منظور پایین آوردن ترکیبات آلاینده درون خاک فراهم می آورد. سرعت فروپاشی طبیعی معمولا با فقدان اکسیژن و یا سایر الکترون گیرنده ها محدود می گردد.و در سیستم قرار دادی bioventing، اکسیژن به وسیله یک وزنده الکتریکی به چاههای زیر ساختاری تحویل داده میشود.
در سیستم بیوونتینگ غیرعامل از معاوضه هوای طبیعی برای رساندن اکسیژن استفاده می گردد. در این روش یک شیر یک طرفه به سر چاه بسته می شود و وقتی که فشار هوای داخل چاه کمتر از فشار جو گردید اجازه ورود هوا به چاه را میدهد و وهنگامی که فشار جو کاهش می یابد و به پایین تر از فشار چاه می رسد شیر ( با کمک یک فشار سنج) به طور اتوماتیک بسته می شود.
5.LANDFORMING
Landfarming نوعی از مکانیسم های بیورمیدی است که لایه فوقانی خاک آلوده را مورد درمان قرار می دهد. خاکهای آلوده، رسوبها و یا لجن های که وارد خاک شده اند را می توان با جا به جا(زیر و رو) آنها جهت ورود هوا مورد درمان قرار داد که کاربرد آن بیشتر برای آلاینده های نزدیک زمین مانند هیدروکربن ها و حشره کش ها می باشد. باید توجه داشت که ترکیباتی با وزن مولکولی بالاتر دیرتر تجزیه می گردد بنابراین بیشتر ترکیبات کلردار یا نیترات دار تنزل می یابند.
محدودیت های این روش شامل:
1. نیاز به یک فضای بزرگ
2. شرایط محیط برای باکتری ها جهت پاکسازی آلودگی غیرقایل کنترل است(برای ابعاد بزرگ) بنابراین زمان تکمیل رمیدی طولانی می گردد مخصوصا برای آلاینده های سرسخت
3. آلاینده های غیر آلی زیست تخریب پذیر نیستنتد.
4. پتانسیل زیاد مقدار مواد ذره مانند آزاد شده توسط عملیات
5. در صدی از یون های فلزی ممکن است برای میکروبها سمی باشد
6.COMPOSTING
Composting به منظور زیست تخریبی مواد ارگانیک انجام می شود. مانند باقی مانده یا غذاهای فاسد. در این روش تجزیه توسط میکروارگانیسن ها انجام می شود که بیشتر شامل باکتری ها می شود البته توسط قارچها و مخمرها نیز این کار انجام می گیرد.
در فاز گرمایی پائین برخی از ماکروارگانیسم ها نیز ماندد نماتود ها، مورچه ها و کرم های خاکی نیز کمک می کنند. بسیاری از مواد آلاینده ها با روش کمپوست کردن رایج سر و کار ندارند و بیشتر با روش بیورمیدی سر و کار دارند. و درآن عمدتا باید از مواد قابل کمپوست استفاده کرد.
اترگانیسم های کمپوست کننده جهت فعالیت بهتر به 4 ماده اساسی نیازدارد:
1. کربن بر ای تامین انرژی و ایجاد گرما
2. نیتروژن برای رشد میکروارگانیسم ها
3. اکسیژن برای اکسیداسیون کربن
4. آب جهت حفظ ادامه فعالیت تا حدی که منجر به تنفس بی هوازی نشود.
7.RHIZOFILTRATION
Rhizofiltration فیلتر کردن آب از میان جرمی ازریشه ها جهت پاکسازی مواد سمی یا مواد غذایی اضافی. باقی مانده آلاینده ها به داخل یا اطراف ریشه جذب می گردد.(یکی از روش های phytoremedition)
منبع :
en.wikipedia.com
بیورمیدی تکنولوژیکی که در آن از میکروارگانیسم ها استفاده می کردد برای اولین بار توسط georg M Robinson گزارش گردید. او معاون بخش مهندسی نفت در سانتاماریا و کالیفرنیا در دهه 1960 بود.
Bioremediation تکنولوژیکالی را می توان به ظور عمده به 2 بخش تقسیم کرد.یا در محل آلودگی(in situ) و یا در بیرون از محل آلودگی(ex situ).
مقایسه زیست پالایی در جا و دگر جا:
1.روش دگر جا به دلیل جابجایی نسبت به روش در جا دارای هزینه بیشتری می باشد.
2.روش دگر جا نیازمند نیروی مهندسی متخصص و تجهیزات سبک و سنگین بیشتری نسبت به روش در جا است.
3.قطعیت بیشتری در خصوص یکنواختی حذف در روش دگر جا وجود دارد.
4.کنترل و بهینه سازی برخی پارامترها در روش دگر جا نسبت به در جا آسانتر است.
5.در روش درجا , زیست پالایی به میکروفلور بومی خاک و آبهای زیر زمینی متکی است.
Bioremediation اشکال مختلفی دارد. چنانچه از گیاهان برای زیست پالایی استفاده گردد آن را در گروه phytoremediation قرار می دهند و در صورت استفاده از قارچها برای پاکسازی محیط آن را mycoremediation می نامند.
Bioventing , landfarming , bioreactor , composting , bioaugmentation , rhizofiltration و biostimulation نمونه هایی از تکنولوژی های bioremediation می باشد.
اگر چه پاکسازی آلاینده ها توسط میکروارگانیسم ها آسان است اما نه برای تمام آلاینده ها، برای نمونه فلزات سنگین مانند کادمیم و سرب قابل جذب توسط میکروارگانیسم ها نیستند.
جذب و ورود فلزاتی مانند جیوه در زنجیره غذایی بسیار خطرناک می باشد. Phytoremediation در این امر مفید می باشد زیرا گیاهان طبیعی توانایی انباشتن (bioaccumulated) این سم ها را در بخش بالایی زمین دارند. اگر چه بعد از درو کردن باید پاکسازی شود.
مکانیسم های بیورمیدی
1. BIOAUGMENTATION
Bioaugmentation گروهی از صفات موروثی میکروبی و یا گونه مهندسی ژنتیک است که با خاک و آب آلوده سر و کار دارد و به باکنری های بیورمیدی مربوط می باشد.. معمولا مراحل شامل مطالعه و تعیین واریته های بومی در موقعیت کنونی است. در صورت عدم وجود واریته های بومی از واریته های مصنوعی با توانایی متابولیکی جهت انجام دادن پردازش های بازیافتی استفاده می گردد.
Bioaugmentation عمدتا در پاکسازی فاضلاب های شهری و بازیافت رسوب های بیورآکتورهای فعال شده استفاده می گردد.
Bioaugmentation مایعات کلر دار
در مکان هایی که خاک و آبهای زیرزمینی توسط اتن های کلر دار مانند تترا کلر اتیلن و تریکلرواتیلن آلوده شده اند از bioaugmentation استفاده می شود. با تضمین اینکه این میکرو ارگانیسم ها طبیعی می توانند کاملا این آلودگی ها را بدون هیچ سمی به اتیلن تبدیل کنند.
2.BIOREACTOR
Bioreactor به وسیله یا سیستمی اطلاق می گردد که با یک محیط بیولوژیکی فعال حمایت می گردد. در واقع یک bioreactor مخزنی است که مراحل مختلف واکنش شیمیایی را انجام می دهد که درآن ارگانیسم ها یا مواد فعال بیوشیمیایی مشتق شده از سایر ارگانیسم درگیر هستند. این مراحل می توانند هوازی یا بی هوازی باشند. به طور رایج بیوراکتور ها سیلندر مانند و دارای ابعادی با مقیاس لیتر تا متر مکعب می باشند و معمولا از استیل ضد زنگ ساخته شده اند.
یک بیوراکتور در واقع به ابزار یا سیستمی گفته می شود که اجازه رشد سلول یا بافت ها در یک زمینه کشت محلول را فراهم می آورد از این ابزار می توان در مهندسی بافت نیز استفاده کرد.
ارگانیسم های رشد یافته در بیوراکتور می توانند به صورت سوسپانسیون یا ثابت باشند
وضعیت محیطی بیوراکتور مانند سرعت انتشار گازها(O2 , N2, CO2) دما، PH، سطح اکسیژن محلول و سرعت هم زدن محیط نیاز مند آن است که در یک محیط بسته قابل نمایش و کنترل باشد.
بیشتر تولید کننده های بیوراکتور های صنعتی ازغشا، حسگرها و یک سیستم کنترل کننده استفاده می کنند. رسوب ها می توانند همواره در بازده بیوراکتور ها آسیب رسانند به ویژه بر تبادلگر گرمایی. برای جلوگیری از این امر باید بیوراکتورها را طوری طراحی کرد که بتوان آسانی پاک نمود.
Photobioreactor نوعی از بیوراکتور است که برخی از انواع منبع نور در آن جاسازی شده. فوتو بیوراکتور ها برای رشد ارگانیسم های فوتوتروپیک کوچک مانند سیانوباکترها، جلبکها و خزه ها استفاده می گردد.
3.BIOSTIMULATION
Biostimulation شامل تغییر و تبدیل محیط برای تحریک باکتری های موجود که توانایی بیورمیدی را دارند. این عمل می تواند با استفاده از اشکال مختلف و میزان محدودی از مواد مغذی و الکترون گیرنده مانند فسفر، نیتروژن، اکسیژن یا کربن انجام می شود.
Biostimualtion می تواند bioaugmentation را تسهیل کند. این دو مکانیسم از اساسی ترین مکانیسم های بیورمیدی می باشند.
از نخستین فوایدbiostimulation در بیورمیدی این است که میکروارگانیسم های بومی حاضر در محل را به کار میگیرد.
اولین ضرر آن نیز این است که انتقال مواد افزوده شده به یک وضعیت این اجازه را می دهد که افزودنی ها به آسانی در دسترس میکروارگانیسم های زیر ساختاری قرار بگیرد.
زیرساختارهای صخره ای نشت ناپذیر محکم می تواند محدودیت هایی را در سرعت و میزان انتقال افزودنی ها ایجاد کند.
اخیرا مکانیسمس کعرفی گردیده که در آن، آنها باکتری های مورد استفاده در biostimulation را با استفاده از محیط های مهمان نوازانه برای باکتری های هیدروکربن خوار تحت کنترل قرار می دهند و یا به منظور کنترل میزان درخواست هیدروکربن محیط، باکتری های خارجی را وارد محیط می کنند.
تحقیقات در مورد کاراکترهای زیر ساختاری (مانند ضریب هدایت هیدرولیکی زیرساختارها، صخره شناسی زیر ساختارها، سرعت آبهای زیرزمینی طبیعی در طول محدوده محاصره شده) در پیشرفت یک سیستم بیواستی موفق مهم می باشند.
4.BIOVENTING
. Bioventing اکسیژن لازم را برای تحریک طبیعی میکروارگانیسم ها، به منظور پایین آوردن ترکیبات آلاینده درون خاک فراهم می آورد. سرعت فروپاشی طبیعی معمولا با فقدان اکسیژن و یا سایر الکترون گیرنده ها محدود می گردد.و در سیستم قرار دادی bioventing، اکسیژن به وسیله یک وزنده الکتریکی به چاههای زیر ساختاری تحویل داده میشود.
در سیستم بیوونتینگ غیرعامل از معاوضه هوای طبیعی برای رساندن اکسیژن استفاده می گردد. در این روش یک شیر یک طرفه به سر چاه بسته می شود و وقتی که فشار هوای داخل چاه کمتر از فشار جو گردید اجازه ورود هوا به چاه را میدهد و وهنگامی که فشار جو کاهش می یابد و به پایین تر از فشار چاه می رسد شیر ( با کمک یک فشار سنج) به طور اتوماتیک بسته می شود.
5.LANDFORMING
Landfarming نوعی از مکانیسم های بیورمیدی است که لایه فوقانی خاک آلوده را مورد درمان قرار می دهد. خاکهای آلوده، رسوبها و یا لجن های که وارد خاک شده اند را می توان با جا به جا(زیر و رو) آنها جهت ورود هوا مورد درمان قرار داد که کاربرد آن بیشتر برای آلاینده های نزدیک زمین مانند هیدروکربن ها و حشره کش ها می باشد. باید توجه داشت که ترکیباتی با وزن مولکولی بالاتر دیرتر تجزیه می گردد بنابراین بیشتر ترکیبات کلردار یا نیترات دار تنزل می یابند.
محدودیت های این روش شامل:
1. نیاز به یک فضای بزرگ
2. شرایط محیط برای باکتری ها جهت پاکسازی آلودگی غیرقایل کنترل است(برای ابعاد بزرگ) بنابراین زمان تکمیل رمیدی طولانی می گردد مخصوصا برای آلاینده های سرسخت
3. آلاینده های غیر آلی زیست تخریب پذیر نیستنتد.
4. پتانسیل زیاد مقدار مواد ذره مانند آزاد شده توسط عملیات
5. در صدی از یون های فلزی ممکن است برای میکروبها سمی باشد
6.COMPOSTING
Composting به منظور زیست تخریبی مواد ارگانیک انجام می شود. مانند باقی مانده یا غذاهای فاسد. در این روش تجزیه توسط میکروارگانیسن ها انجام می شود که بیشتر شامل باکتری ها می شود البته توسط قارچها و مخمرها نیز این کار انجام می گیرد.
در فاز گرمایی پائین برخی از ماکروارگانیسم ها نیز ماندد نماتود ها، مورچه ها و کرم های خاکی نیز کمک می کنند. بسیاری از مواد آلاینده ها با روش کمپوست کردن رایج سر و کار ندارند و بیشتر با روش بیورمیدی سر و کار دارند. و درآن عمدتا باید از مواد قابل کمپوست استفاده کرد.
اترگانیسم های کمپوست کننده جهت فعالیت بهتر به 4 ماده اساسی نیازدارد:
1. کربن بر ای تامین انرژی و ایجاد گرما
2. نیتروژن برای رشد میکروارگانیسم ها
3. اکسیژن برای اکسیداسیون کربن
4. آب جهت حفظ ادامه فعالیت تا حدی که منجر به تنفس بی هوازی نشود.
7.RHIZOFILTRATION
Rhizofiltration فیلتر کردن آب از میان جرمی ازریشه ها جهت پاکسازی مواد سمی یا مواد غذایی اضافی. باقی مانده آلاینده ها به داخل یا اطراف ریشه جذب می گردد.(یکی از روش های phytoremedition)
منبع :
en.wikipedia.com