Der Abbau, die Zersetzung, der Abbau oder die Beseitigung von giftigen Schadstoffen aus der Umwelt wird als Bioremediation bezeichnet (Aislabie, 2012). Mikroorganismen werden in den kontaminierten Boden eingebracht, um normale Funktionen zu erfüllen (Nester, 2001). Die Mikroorganismen wirken auf die kontaminierten Böden ein, um die Schadstoffe zu neutralisieren. Zu den Organismen gehören Bakterien, Pilze und Pflanzen, um nur einige zu nennen (Perfumo, 2007).
Die Organismen verändern die Zusammensetzung der Schadstoffe durch ihre normalen Lebensaktivitäten. Die Abfallbewirtschaftung kann am Ort der Verunreinigung oder an einem neutralen Entsorgungsort erfolgen. Für die Behandlung von Schadstoffen werden fortschrittliche Technologien eingesetzt (Walworth, 2007). Zu diesen Techniken gehören Bioventing, Bioaugmentation und Bioleaching, um nur einige zu nennen. Die Organismen, die bei der Bioremediation eingesetzt werden, werden als Bioremediatoren bezeichnet.
Die Organismen werden an den Ort der Verunreinigung gebracht, um die Schadstoffe abzubauen. Die Abfallbewirtschaftung ist wegen der Auswirkungen der Schadstoffe auf die menschliche Gesundheit eine Notwendigkeit. Diese Schadstoffe stellen ein Gesundheitsrisiko für Mensch und Umwelt dar. Eine von Simon durchgeführte Studie ergab, dass die Abfallbewirtschaftung die Auswirkungen von giftigen Freisetzungen um 13 Prozent reduzieren könnte (2010).
Gründe für die Technologie
Umweltstudien deuten darauf hin, dass Ölverschmutzungen schwere gesundheitliche Probleme verursachen. Dies ist der Grund für den Anstieg von Krankheiten im Zusammenhang mit Schadstoffen und der Kindersterblichkeit. Die Bioremediationstechnologie mildert diese Verunreinigungen (Walworth, 2007). Derzeit werden Beobachtungen durchgeführt, um die Auswirkungen der Bioremediation auf den Boden und die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit zu ermitteln.
Menschen und Pflanzen sind durch die Verunreinigung des Bodens gleichermaßen gefährdet. Verunreinigte Böden erschweren den Anbau von Feldfrüchten und die Aufzucht von Tieren. Die Verunreinigungen blockieren den Durchgang der Bodennährstoffe und beeinträchtigen die Zirkulation der Bodennährstoffe. Solche Situationen machen den Boden unfruchtbar und giftig für die Landwirtschaft.
Die Schadstoffe verringern die Fruchtbarkeit des Bodens. Bei der Bioremediation gibt es drei wichtige Akteure. Es handelt sich um den Schadstoff, den Elektronenakzeptor und einen geeigneten Mikroorganismus. Das abgebaute Material führt der Umwelt Nährstoffe zu. So reagieren beispielsweise abgebaute Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff und verursachen eine aerobe Atmung. Obwohl diese Mikroorganismen ihre Grenzen haben, lassen sie sich unter günstigen Bedingungen gut kombinieren, um den Abbau verschiedener Schadstoffe zu beeinflussen (Swannell, 2010).
Industrieabfälle machen 65 Prozent der weltweit anfallenden Giftstoffe aus. Das Aufkommen der Bioremediationstechnologie ist eine positive Entwicklung bei der Eindämmung der Auswirkungen der Schadstoffe. Sveum schlug die Verwendung von fünf Mikroorganismen vor, um die Toxizität industrieller Schadstoffe zu verringern (2008). Zu diesen Mikroorganismen gehören Pseudomonas, Staphylococcus, Aspergillus, Bacillus cereus und Aeruginosa. Diese Organismen vermindern gemeinsam die Toxizität industrieller Schadstoffe.
Die Auswirkungen von Industrieabfällen sind so gravierend, dass die Unternehmensleitung darauf achtet, Ölverschmutzungen zu minimieren. Industrieabfälle können mithilfe der Biosanierung recycelt werden, um die Auswirkungen auf die Umwelt zu verringern. Täglich kommt es zu Massenprotesten und Demonstrationen wegen verschütteter Industrieabfälle und Bodenverschmutzung. Ein angemessenes Managementsystem ist die einzige Möglichkeit, die Auswirkungen der industriellen Verschmutzung zu verringern (Swannell, 2010).
Faktoren der Bioremediation
Bioremediation ist ein komplexer Prozess, der von verschiedenen Faktoren gesteuert wird (Walworth, 2007). Zu den Faktoren gehören: das Vorhandensein eines geeigneten Organismus, das Vorhandensein der Schadstoffe, günstige Umweltbedingungen für das mikrobielle Wachstum, um nur einige zu nennen.
Das Vorhandensein von Mikroorganismen in den Schadstoffen beeinflusst die Bioremediation. Die Organismen können unter extremen Bedingungen überleben. Die Art ihres Wachstums macht sie für die Bioremediation geeignet. Die Organismen können in vier Gruppen eingeteilt werden.
a. Anaerobe Organismen: Anaerobe Organismen überleben ohne Sauerstoff. Daher eignen sie sich für die Bekämpfung von Biphenylen und Chloroformverbindungen. Kompostierung und Landbewirtschaftungstechniken begünstigen anaerobe Organismen. Der Kompost stimulierte das Wachstum der Organismen bei extremen Temperaturen.
b. Aerobe Organismen: Sie funktionieren mit Sauerstoff. Zu den Mikroben gehören Alcaligenes und Rhodococcus, um nur einige zu nennen.
Methylotrophe Mikroben: Die Mikroben wachsen mit Sauerstoff und wenig Methan.
Ligninolytische Pilze: Diese Gruppe von Mikroorganismen kann zum Abbau von gefährlichen Abfällen eingesetzt werden.
Mikroorganismen sind die wichtigsten Akteure im Bioremediationsprozess. Um viele Schadstoffe abzubauen, muss die Population eines geeigneten Mikroorganismus im Gleichgewicht sein (Aislabie, 2012). Mikroorganismen, die für die Bioremediation geeignet sind, benötigen daher günstige Umweltbedingungen, um ihr Wachstum zu fördern.
Die Nährstoffe müssen in gleichen, für das mikrobielle Wachstum geeigneten Anteilen vorhanden sein. Mikrobielle Organismen benötigen Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Natrium, Kalzium, Chlorid, um nur einige zu nennen. Das mikrobielle Wachstum und der mikrobielle Abbau werden von den Bedingungen beeinflusst, die für die mikrobielle Entwicklung geeignet sind.
Die Bioremediation wird von der Bodenfeuchtigkeit, der Temperatur, dem pH-Wert, dem Sauerstoffgehalt und der Temperatur, der Art der Schadstoffe, der Bodenart und der Art der Schwermetalle beeinflusst. Die Beschaffenheit des Bodens beeinflusst die Abbaugeschwindigkeit und das mikrobielle Wachstum. Das Vorhandensein oder Fehlen von Sauerstoff wird durch die Schadstoffe beeinflusst. Das Vorhandensein von Sauerstoff erfordert aerobe Mikroorganismen, während das Fehlen von Sauerstoff im Boden anaerobe Bakterien erfordert, um die Abbauprozesse abzuschließen.
Die Population der Mikroben kann durch Biostimulationstechniken simuliert werden (Perfumo, 2007). Die Zugabe von Sauerstoff und anderen für das mikrobielle Wachstum geeigneten Nährstoffen wird als Biostimulation bezeichnet. Das Vorhandensein von Schwermetallen beeinträchtigt das Wachstum von Mikroorganismen.
In extremen Fällen werden Nährstoffe in den Boden eingebracht, um das mikrobielle Wachstum zu fördern. Aerobe Organismen benötigen belüftete Böden, und dies kann durch eine gründliche Bodenbearbeitung erreicht werden. Dadurch können die für die Entwicklung der Mikroorganismen geeigneten Nährstoffe leicht in den Boden gelangen.
Bioremediationstechniken
Die Art der Schadstoffe bestimmt die Technik, die am Ort der Verunreinigung eingesetzt wird. Bioremediationsstrategien erfordern zwei weitreichende Verfahren. In-situ und Ex-situ sind zwei wichtige Techniken, die bei der Bioremediation eingesetzt werden. Die In-situ-Biosanierung wird angewandt, wenn die Schadstoffe auf dem kontaminierten Boden abgebaut werden.
Die Mikroorganismen werden am Ort der Verunreinigung eingebracht (Swannell, 2010). Bei größeren Kontaminationen müssen die Schadstoffe zur Behandlung an einen anderen Ort gebracht werden, was als Ex-situ-Biosanierung bezeichnet wird. Die Einführung geeigneter Mikroorganismen in den Boden wird als Bioaugmentation bezeichnet. Die Bioaugmentation wird von zwei Faktoren beeinflusst.
a. Der eingeführte Organismus passt sich möglicherweise nicht an die einheimischen Mikroben im Boden an. Daher kann das Populationswachstum begrenzt sein.
b. Einheimische Mikroben haben das Potenzial, Bioremediationsprozesse durchzuführen.
Der Abbau von Schadstoffen am Ort der Kontamination wird als In-situ-Biosanierung bezeichnet. Es handelt sich um eine kostengünstige Technik im Vergleich zum Aushub des kontaminierten Bodens für eine neue Anlage. Ihr Nachteil liegt in der Art des Bodens begründet. Die Bodenart beeinflusst das Ausmaß des Abbaus. Belüftete Böden werden schneller abgebaut, und die Biostimulation ist einfach. Die In-situ-Biosanierung kann auf verschiedene Weise erreicht werden.
Bioventing: Dabei werden Nährstoffe und Sauerstoff in gleichen Mengen über Bohrungen zugeführt. Die Sauerstoffmenge wird kontrolliert, um ein stabiles Wachstum der Mikroorganismen zu erreichen.
Biologischer Abbau: Am Ort der Verunreinigung werden gasförmige Lösungen zugeführt, um die für das mikrobielle Wachstum erforderlichen Nährstoffe zu verteilen. Das Verfahren erfordert den Einsatz von Grundwasser, um Sauerstoff und mikrobielle Nährstoffe auf dem kontaminierten Gelände zu verteilen.
Bioaugmentation: Die Zufuhr interner oder externer Mikroorganismen an den Ort der Kontamination wird als Bioaugmentation bezeichnet. Ein Nachteil der exogenen Mikroben ist das Leistungsverhältnis. Exogene Mikroorganismen können bei extremen Temperaturen nicht wachsen. Extreme Temperaturen schränken die Population der Mikroorganismen ein.
Biosparen: Die kontaminierte Stelle wird unter Druck gesetzt, um die Verfügbarkeit von Sauerstoff zu fördern. Durch die Injektion von Druckluft wird die Grundwasserkonzentration an der kontaminierten Stelle verändert.
Zu den Techniken gehören Bodenbearbeitung, Kompostierung, Biopiles und Bioreaktoren.
Bodenbearbeitung: Das Verfahren erfordert den Aushub des kontaminierten Bodens in eine für den Abbau geeignete Anlage. Die Mikroben werden mit Sauerstoff und mikrobiellen Nährstoffen stimuliert, um ihre Population zu erhöhen (Walworth, 2007).
Kompostieren: Die Kombination des kontaminierten Bodens mit Dung oder landwirtschaftlichen Produkten wird als Kompostierung bezeichnet. Der Dung regt das mikrobielle Wachstum an und erleichtert die Entwicklung von genialen Mikroorganismen. Die Temperatur des Bodens wird kontrolliert, um die Produktion von anaeroben Organismen zu beeinflussen.
Biopiles: Die Kombination aus Bodenbewirtschaftung und Kompost wird als Biopiles bezeichnet. Zum Abbau von Schadstoffen werden künstlich hergestellte Organismen eingesetzt. Die Technik ist für aerobe und anaerobe Mikroben geeignet.
Bioreaktoren: Die Verwendung von behandelten Behältern zur Dekontaminierung des Bodens ist eine weitere Bioremediationstechnik. Die Schadstoffe werden in eine technische Anlage transportiert. Der Prozess wird unter einer kontrollierten Temperatur überwacht (Nester, 2001).
1. Die Bioremediation ist ein natürlicher Prozess, und die Rückstände stellen kein Gesundheitsrisiko dar.
2. Die Bioremediation ist nützlich für den Abbau von Schwermetallen und anderen toxischen Abfällen.
3. Die Schadstoffe können am Ort der Verunreinigung zerstört oder neutralisiert werden. Das Verfahren verringert das Risiko des Transports gefährlicher Abfälle vom Ort der Kontaminierung in eine freie Zone.
4. Außer in extremen Fällen wird das ökologische System des kontaminierten Standorts durch den Prozess der Bioremediation nicht gestört.
5. Die Bioremediation ist im Vergleich zu anderen Dekontaminationsverfahren eine kostengünstige Methode der Dekontamination.
1. Die Dekontaminierung des Bodens ist ein begrenzter Prozess. Die meisten Kontaminationen können von Mikroorganismen nicht abgebaut werden.
2. Die Einschleppung von Mikroorganismen kann dem ökologischen System schweren Schaden zufügen.
3. Die Erfolgsaussichten sind gering, da es keine mikrobielle Population gibt. Es ist schwierig, die für den Dekontaminationsprozess erforderliche Menge an mikrobiellen Organismen abzuschätzen.
4. Der Prozess braucht Zeit. Die Evakuierung und der Transport des kontaminierten Bodens zur Behandlungsanlage verlängern die Zeit des biologischen Abbaus.
5. Die Prozesse der Bioremediation können nicht begründet werden. Das Ausmaß des Schadens kann nicht bestimmt werden.
Schlussfolgerung
Die Behandlung von Industrieabfällen erfordert Bioremediation. Im Gegensatz zu anderen Methoden der Abfallbewirtschaftung werden bei der Bioremediation diese Schadstoffe gemildert. Bioremediation kommt Mensch und Umwelt zugute. Ölverschmutzungen und Schwermetalle, die zu den wichtigsten Bodenverunreinigungen gehören, werden mit geeigneten Mikroorganismen behandelt.
Eine Kombination aus zwei oder mehr Mikroorganismen kann eine Atmosphäre schaffen, die für den Abbau von Schadstoffen geeignet ist. Die Behandlung ist zwar kosteneffizient, verringert aber die Auswirkungen von giftigen Abfällen auf die Umwelt. Um Schadstoffe in großen Mengen abzubauen, muss ein praktischer Ansatz gewählt werden.
Empfehlungen
Das Verfahren ist für den Abbau von Altlasten geeignet. Aufgrund der Kosten des Verfahrens eignet es sich für die Dekontaminierung großer Flächen. Das mit dem Verfahren verbundene Risiko kann nicht bestimmt werden; das Verfahren stellt jedoch die beste Technik für die Dekontaminierung dar.
Künftige Studie
Ich werde weitere Studien empfehlen, um das Ausmaß der Schäden während der Säuberung zu ermitteln. Die Aufsichtsbehörden müssen das Auftreten von Ölaustritten und Bodenverunreinigungen verringern.
Referenzen
Aislabie, J. (2012). Bioremediation of hydrocarbon-contaminated soils. USA, New York: McGraw-Hill.
Nester, E. (2001). Mikrobiologie: Eine menschliche Perspektive und Herangehensweise. USA, New York: McGraw-Hill.
Perfumo, A. (2007). Thermisch verbesserte Ansätze für die Bioremediation von Kohlenwasserstoffen. USA, New York: McGraw-Hill.
Simon, M. (2010). Bewertung der Bioaugmentation zur Sanierung von Erdöl in einem Feuchtgebiet. USA, New York: McGraw-Hill.
Sveum, P. (2008). Bioremediation von Kohlenwasserstoffen und ihre Vorteile. Sydney, Australien: Ibex Press.
Swannell, R. (2010). Der Einsatz von Bioremediation zur Behandlung einer verölten Küstenlinie. Sydney, Australien: Maxon Press.
Walworth, J. (2010). Feinabstimmung des Bodenstickstoffs zur Maximierung der Bioremediation von Erdöl. South Melbourne, Australien: Maxon Press.