Биоремедиация почвы in situ

Биоремедиация почвы

Биоремедиация загрязнённых почв и грунтов представляет собой набор техник, основанных на применении биологических агентов для очистки почв и грунтов от поллютантов. Чаще всего для биоремедиации почв используются микроорганизмы, обычно бактерии и грибы; реже – растения.

Выбор определенной технологии биоремедиации основывается на основе таких критериев как природные условия места очистки, свойства почвы, концентрация и уровень токсичности поллютанта и т.д. Применяемые в биоремедиации почв технологии можно объединить в две группы: методы in situ и методы ex situ.

Биоремедиация in situ.Основана на очистке среды от поллютанта без удаления загрязнённой почвы из района загрязнения. Поскольку технологии этого типа не требуют проведения землеройных работ, они являются более дешёвыми, создают меньше запыления воздуха и высвобождают меньше летучих поллютантов, чем технологии ex situ.

Один из подходов биоремедиации in situ заключается во введении в загрязнённую почву кислорода с помощью специального оборудования, с тем, чтобы стимулировать рост микроорганизмов и аэробную биодеградацию поллютантов. Данная техника чаще всего применяется для очистки от различных нефтепродуктов.

Помимо кислорода стимуляция биодеградации может осуществляться путём введение в почву питательных веществ для стимуляции роста и метаболизма микроорганизмов, осуществляющих деградацию поллютанта. Чаще всего для этих целей используют азот- и фосфорсодержащие удобрения.

Другим распространённым подходом является введение в почву микроорганизмов (в том числе генетически модифицированных) или ферментов для ускорения деградации органических поллютантов, присутствующих в почве.

Биоремедиация ex situ.Основана на снятие слоя загрязнённой почвы и очистке её от поллютантов за пределами места загрязнения, что делает этот подход более дорогостоящим, чем биоремедиация in situ. Тем не менее, у технологий данного типа есть ряд преимуществ: они требуют меньше времени и обеспечивают полный контроль процесса очистки.

Одним из типов применяемых при биоремедиация in situ технологий является использование биореакторов. Перед помещением в биореактор из почвы удаляются крупные камни, грунт подвергается перемешиванию, что делает его более однородным; после добавления воды образуется глинистая суспензия. В данную суспензию вносятся проводящие очистку от поллютанта почвы микроорганизмы, для которых в реакторе создаются оптимальные условия. После завершения процесса очистки почва высушивается и возвращается в окружающую среду.

Другой подход биоремедиации in situ заключается в том, что удалённая с места загрязнения почва размещается на определённой территории, её обеспечивают аэрацией, питательными веществами и водой для стимуляции роста и метаболизма микроорганизмов, осуществляющих биоремедиацию. По сравнению с очисткой с помощью биореакторов, данная технология требует много места и занимает дольше времени. Можно выделить несколько различных вариантов такого подхода.

В одном из вариантов загрязнённую почву удаляют с места загрязнения и распределяют тонким слоем на площади, специально огороженной по периметру для предотвращения распространения загрязнения за её пределы. Почву вспахивают для обеспечения доступа кислорода почвенным микроорганизмам и добавляют стимулирующие их рост вещества. Также над почвой разбрызгивают воду, что позволяет поддерживать оптимальную влажность и понижает запыленность воздуха.

Загрязнённую почву можно также складывать толстым слоем высотой 1-3 метра. При этом аэрация путём вспахивания заменяется аэрацией с помощью системы труб, доставляющих в почву воздух для стимуляции биодеградации. В данном случае почву обычно смешивают с каким-нибудь рыхлым веществом (например, соломой), чтобы облегчить аэрацию. В процессе ремедиации из-за продувки воздуха происходит испарение из грунта различных веществ, в том числе самого поллютанта, поэтому система обязательно снабжается датчиком состава почвенных испарений. Также в грунт добавляют удобрения и поддерживают на определённом уровне влажность.

При смешивании грунта с большим количеством разрыхлителей (сена, кукурузных кочерыжек, соломы) аэрацию можно осуществлять с помощью вакуумных насосов или вентиляторов. Такую смесь также можно аэрировать путём перемешивания в специальных резервуарах. Ещё один вариант – размещение загрязнённой почвы с разрыхлителем в длинные кучи, регулярно перемешиваемые тракторами. Во всех этих трёх случаях соотношение разрыхлитель/почва составляет примерно 1/3. После каждого перемешивания почва укрывается, что позволяет поддерживать нужную температуру и влажность. Очистка таким способом занимает недели вместо обычных для биоремедиации почв месяцев.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Выбор метода ремедиации с учетом экономических критериев

Ремедиация загрязненных почв in situ. Микробиологическая биоремедиация почв. Вымывание загрязняющих веществ. Технологии биорекультивации, применяемые в России. Внесение химических веществ, стимулирующих развитие деградирующих загрязнения микроорганизмов.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа по теме

«Выбор метода ремедиации с учетом экономических критериев»

Преподаватель: Вакар Л.Л

Студент : Юрасова А.Ю

Во многих странах, из хозяйственного оборота ежегодно выпадает тысячи гектар плодородной земли. Причина тому — отходы после сжигания углей в топках ТЭЦ и ГРЭС, хвостохранилища и шламоотвалы предприятий угольной и горнорудной промышленности, черной и цветной металлургии. Ухудшение экологических условий имеет особенно глубокий резонанс из-за высокой плотности населения. К тому же, все эти техногенные и антропогенные нарушения меняют санитарное состояние в месте их образования. Ухудшают условия жизнеобитания людей, порой вызывая респираторные заболевания или аллергии.

Быстрый рост промышленности и городов за последние 50—100 лет привели к необратимому загрязнению почв на больших территориях. Загрязненные места должны быть подвергнуты очистке — ремедиации. Это очень сложная задача, так как геологическая структура загрязненных территорий разнообразна. Растворимые или частично растворимые вещества могут проникать на значительные расстояния в горизонтальном направлении; некоторые легкие малорастворимые соединения, попав в грунтовые воды, могут плавать на поверхности и выноситься в верхние горизонты; тяжелые компоненты, такие, как смолистые фракции нефти, могут оседать на дно и транспортироваться очень медленно. Таким образом, загрязнения могут накапливаться в совершенно разных участках, что требует специфических подходов к разработке методов ремедиации . В настоящее время существует два основных типа очистки загрязненных почв и грунтов — (1) обработка на месте (in situ) или (2) экскавация, т.е. вывоз и обработка на специальных предприятиях (ex situ) Ремедиация почвы — это восстановление и очистка почв, загрязненных техногенными загрязнителями, такими как нефть , тяжелые металлы и др. Есть много различных методов ремедиации — химическая, электрохимическая, микробиологическая, радиационная, фиторемидиация и др.

1. Ремедиация загрязненных почв in situ

Вымывание загрязняющих веществ применяется в случае загрязнения почвы растворимыми веществами. Почву промывают поливом сверху и с помощью различных ирригационных приемов, часто с использованием циркуляции воды. Промывные воды собирают, обрабатывают ex situ биологическими и физико-химическими методами. При такой обработке малорастворимые соединения остаются в почве.

Внесение химических веществ, стимулирующих развитие деградирующих загрязнения микроорганизмов, применяется наиболее часто. На загрязнение почвы различными органическими веществами природа, как правило, отвечает развитием микроорганизмов, способных использовать эти вещества. Именно из загрязненных мест были выделены многие бактерии, разлагающие различные ксенобиотики, нефтепродукты и т.д. Для активации автохтонной микробной популяции в почву вносят окислители (О2, NOJ), косубстраты (мелассу, этанол и даже навозные стоки), источники азота и фосфора, эмульгаторы для ускорения транспорта и разрушения структуры липофильных загрязнений. Для внесения растворимых компонентов используют ирригационные методы. Промывные воды очищают методами анаэробной и аэробной очистки. Для улучшения аэрации производится вспашка почвы, в более глубокие слои кислород или воздух подаются под давлением через систему перфорированных труб. Этот метод обработки относительно недорог и дает хорошие результаты, но для достижения положительного эффекта иногда требуются годы. Он широко используется для очистки мест, загрязненных нефтепродуктами.

Воздух, насыщенный при вентиляции почвы летучими веществами, такими, как бензол, толуол, ксилол и др., откачивают и подвергают очистке, прогоняя через воду для удаления растворимых веществ и через увлажненный микробный биофильтр. Для извлечения растворимых нефтепродуктов из почвы ее промывают водой с необходимыми добавками.

Снабжение кислородом и вытеснение промывной воды может осуществляться одновременно в циркуляционном процессе. Промывные воды очищают ex situ.

При загрязнении высокоокисленными соединениями, такими, как пентахлорфенол (пропитка деревянных конструкций), нитроароматические соединения (взрывчатые вещества), хлорированные алкены и алканы (растворители), для интенсификации деградации необходимо снабжение популяции микроорганизмов доярами электронов. Для этого используют недорогие субстраты — метанол, этанол, мелассу, которые добавляют в циркулируемую воду. В анаэробных условиях эти субстраты используются с образованием водорода, способствующего восстановительной дегалогенизации и разрыву ароматических колец. Характер загрязнений, химический состав и структура почв и грунтов определяют выбор добавок и методов обработки.

Внесение в загрязненные почвы микроорганизмов,способных разлагать соответствующие специфические вещества, применяется не часто и не всегда дает существенный эффект. Как правило, одновременно необходимо применение мер, описанных в предыдущем разделе. Тем не менее, к настоящему времени выделено и описано большое количество бактерий, способных использовать нефтяные загрязнения, ксенобиотики, токсические соединения.

Применение таких культур в качестве посевного материала может быть полезно в свежих загрязнениях, когда автохтонная микробная популяция еще не успела развиться или плотность ее очень низка. В любом случае необходимо обеспечить доступность загрязняющих веществ для использования их микроорганизмами. Здесь важную роль играют дисперсия и растворение загрязнителей, а также снабжение микроорганизмов источниками азота и фосфора. Их недостаток лимитирует микробный метаболизм и рост, а это, в свою очередь, ограничивает процесс биодеградации.

2. Основные принципы микробиологической биоремедиации почв

Биоремедиация — это комплекс методов очистки (излечивания) почв и вод, основанных на использовании биохимического потенциала, в первую очередь микроорганизмов (бактерий, микромицетов), водорослей, высших растений, почвенных обитателей, в основном дождевых червей, без нанесения при этом дополнительного ущерба окружающей среде.

Основной комплекс биоремедиационных мероприятий на почвах, загрязненных ксенобиотиками, в первую очередь в России, включает рыхление или вспашку, или фрезерование, применение оптимальных доз минеральных и органических удобрений, посев и последующая запашка различных сидератов (зеленых удобрений), илов со станций биологической очистки сточных вод, биогумуса, нетоксичных отходов пищевой промышленности, микроорганизмов-деструкторов, и в конце — проведение фиторемедиации. Все эти мероприятия направлены на создание оптимальных условий для жизнедеятельности как почвенных, так и привнесенных микроорганизмов, стимулированию их деятельности и повышению их метаболической и деструктивной активности.

Считается, что технологии биоремедиации почв и воды от ксенобиотиков могут использоваться только при концентрации различных ксенобиотиков ниже уровня их токсичности для применяемых микроорганизмов, растений, почвенных обитателей. На практике это положение соблюдается не всегда.

Цель ремедиации как активной формы охраны природы заключается в защите и восстановлении природных ресурсов, включая почвенные. При этом используемые технологии не должны нарушать биологического равновесия в природе, эффективно разлагать загрязнители без образования токсичных продуктов деструкции и восстанавливать плодородие почв.

До недавнего времени проблема обезвреживания земельных участков осуществлялась весьма примитивно и просто: загрязненная почва собиралась бульдозером и транспортировалась на контролируемые свалки. Почва в основном выступала либо в качестве приемника поллютантов, где они разлагались и откуда постепенно перемещались в растения и окружающую среду, либо в качестве хранилища, где некоторые из них могли сохраняться много лет.

Существует два подхода к стандартам на очистку загрязненных почв: многофункциональный (когда ремедиация почв позволяет устранить комплекс токсичных веществ) и по конечному результату (когда очистку почвы осуществляют в отношении определенного токсического соединения).

В последнее десятилетие большее распространение получили способы биоремедиации земель, при которых загрязненную почву собирают экскаватором и загружают в специальные установки различных типов, где ее перемешивают с суспензией микроорганизмов. Почву подвергают периодическому перемешиванию и рыхлению для активизации аэробных и анаэробных процессов очистки.

Более перспективно направление работ, при котором очистку почвы от загрязнений проводят на месте, без снятия грунта -«in situ». Так, по одному из известных способов в очищаемую почву вносят с помощью мобильной буровой установки суспензию микроорганизмов в питательной среде.

Для ремедиации загрязненных территорий биологические технологии являются наиболее предпочтительными вследствие своей экологической безопасности, низкой себестоимости работ и достаточно высокой эффективности, что было неоднократно продемонстрировано при решении различных экологических задач. Поэтому разработка и внедрение в практику эффективных технологий биоремедиации почв, крайне актуальна.

При кажущейся простоте решения данной задачи возникает ряд трудностей. Во-первых, необходимо выделить технологичные (пригодные для промышленного использования и безопасные для людей) микроорганизмы; во-вторых, подобрать условия их культивирования; в-третьих, необходимо правильно выбрать время, метод и дозу внесения биодеструкторов в почву. Кроме всего вышеперечисленного, необходим контроль за интегральной токсичностью почвы с целью гарантии безопасности продуктов деструкции поллютантов и достаточной степени очистки почвы.

Наиболее эффективным способом поиска микроорганизмов-деструкторов является выделение микробных изолятов из природных почв, длительное время загрязняемых сельскохозяйственными ядохимикатами или промышленными отходами аналогичного состава. В ходе длительной, многолетней эволюции микроорганизмы, находящиеся в почве, постепенно приспосабливаются к наличию этих токсикантов в их среде обитания. На первом этапе естественной селекции у некоторых микроорганизмов появляются ферменты (оксидазного типа), защищающие микробную клетку от воздействия токсикантов. На втором этапе селекции микроорганизмы начинают утилизировать (разлагать) эти вещества и использовать полученную энергию для обеспечения своей жизнедеятельности. Со временем такие микроорганизмы наследуют приобретенные признаки и передают своему потомству.

Признак деградирующей способности в отношении токсичных соединений постепенно закрепляется генетически. Несмотря на высокую скорость размножения микроорганизмов, эти процессы в почве занимают десятилетия. Поэтому методологически наиболее целесообразно исследовать образцы почв на территориях старых складов ядохимикатов, сельскохозяйственных полей (где эти вещества использовались в производстве и затем накапливались в почве), промышленных предприятий по производству пестицидов.

В ходе всесторонних лабораторных исследований проводят селекцию микроорганизмов, способных наиболее активно разлагать в почве и/или воде целевой поллютант. Оценивают неприхотливость микроорганизмов для культивирования, степень и сроки деструкции загрязнителя, интегральную токсичность почвы до и после микробной биоремедиации.

Затем отобранные штаммы микроорганизмов-деструкторов проверяют на безопасность для теплокровных животных. Токсикологические испытания проводят на лабораторных линиях белых мышей и крыс по наиболее строгим критериям, принятым в международной практике для оценки безопасности штаммов микроорганизмов-продуцентов лекарственных препаратов. Этими критериями являются вирулентность, токсичность, токсигенность и диссеминация в органах и тканях лабораторных животных.

Только после комплекса лабораторных исследований приступают к испытаниям микроорганизмов в полевых условиях. По результатам химических анализов и оценки интегральной токсичности почвы до и после биоремедиации судят об эффективности проведенных работ. Это позволяет гарантировать безопасное культивирование и применение в окружающей среде микроорганизмов для биоремедиации почв.

На основании проведенных лабораторных и полевых исследований разрабатывают технологию применения «in situ»микроорганизмов для биоремедиации почв, загрязненных химическими веществами. Полученные штаммы микроорганизмов-деструкторов депонируют в Международной коллекции промышленных микроорганизмов и патентуют.

Таким образом, разработка технологии биоремедиации почвы, загрязненной каким-либо химическим веществом, — длительный, многостадийный процесс, требующий совместной работы специалистов различного профиля: микробиологов, химиков-аналитиков, биохимиков, биотехнологов и токсикологов. Эта работа, несмотря на ее длительность и многопрофильность, позволяет в итоге разрабатывать эффективные, экологически безопасные и малозатратные технологии биоремедиации почв.

Источник