خصائص المعالجة البيولوجية وأنواعها ومزاياها وعيوبها

ال المعالجة البيولوجية هي مجموعة من التقانات الحيوية للصرف الصحي البيئي التي تستخدم القدرات الأيضية للكائنات الحية الدقيقة البكتيرية والفطريات والنباتات و / أو إنزيماتها المعزولة ، للقضاء على الملوثات في التربة والمياه.

الكائنات الحية الدقيقة (البكتيريا والفطريات) وبعض النباتات يمكن أن تحول حيويًا مجموعة واسعة من المركبات العضوية السامة والملوثة ، مما يجعلها غير ضارة أو غير ضارة. يمكنهم حتى التحلل الحيوي لبعض المركبات العضوية لأبسط أشكالها ، مثل الميثان (CH₄) وثاني أكسيد الكربون (CO₂).

أيضا بعض الكائنات الحية الدقيقة والنباتات يمكن أن تستخرج أو تشل في البيئة (في الموقع) العناصر الكيميائية السامة ، مثل المعادن الثقيلة. من خلال تجميد المادة السامة في البيئة ، لم تعد متاحة للكائنات الحية وبالتالي لا تؤثر عليها.

لذلك ، فإن الانخفاض في التوافر البيولوجي لمادة سامة هو أيضًا شكل من أشكال المعالجة البيولوجية ، على الرغم من أنه لا يعني إزالة المادة من الوسط..

يوجد حاليًا اهتمام علمي وتجاري متزايد بتطوير التقنيات الاقتصادية ذات التأثير البيئي المنخفض (أو "الصديقة للبيئة") ، مثل المعالجة البيولوجية للمياه السطحية والمياه الجوفية والحمأة والتربة الملوثة..

مؤشر

• 1 خصائص المعالجة البيولوجية
  • 1.1 الملوثات التي يمكن علاجها بيولوجياً
  • 1.2 الظروف الفيزيائية الكيميائية أثناء المعالجة البيولوجية
• 2 أنواع المعالجة البيولوجية
  • 2.1 التحفيز الحيوي
  • 2.2 التنشيط الحيوي
  • 2.3 سماد
  • 2.4 Biopiles
  • 2.5 زراعة الأراضي
  • 2.6 المعالجة النباتية
  • 2.7 المفاعلات الحيوية
  • 2.8 المعالجة الدقيقة
• 3 المعالجة البيولوجية مقابل التقنيات الفيزيائية والكيميائية التقليدية
  • 3.1 مزايا
  • 3.2 العيوب والجوانب التي يجب مراعاتها
• 4 المراجع

خصائص المعالجة البيولوجية

الملوثات التي يمكن علاجها بيولوجيا

من بين الملوثات التي تمت معالجتها بيولوجيًا ، المعادن الثقيلة ، المواد المشعة ، الملوثات العضوية السامة ، المواد المتفجرة ، المركبات العضوية المشتقة من البترول (الهيدروكربونات polyaromatic أو HPAs) ، الفينولات ، وغيرها..

الظروف الفيزيائية الكيميائية أثناء المعالجة البيولوجية

نظرًا لأن عمليات المعالجة البيولوجية تعتمد على نشاط الكائنات الحية الدقيقة والنباتات المعزولة أو إنزيماتها المنعزلة ، يجب الحفاظ على الظروف الفيزيائية والكيميائية المناسبة لكل كائن حي أو نظام إنزيمي ، من أجل تحسين نشاطها الأيضي في عملية المعالجة البيولوجية.

العوامل التي يجب تحسينها والحفاظ عليها طوال عملية المعالجة البيولوجية

-تركيز المادة الملوثة وتوافرها البيولوجي في ظل الظروف البيئية: لأنه إذا كان مرتفعًا جدًا ، فقد يكون ضارًا لنفس الكائنات الحية الدقيقة التي لديها القدرة على التحويل الحيوي لها..

-الرطوبة: توفر المياه ضروري للكائنات الحية ، وكذلك للنشاط الأنزيمي للعوامل الحفازة البيولوجية الخالية من الخلايا. بشكل عام ، يجب الحفاظ على رطوبة نسبية تتراوح من 12 إلى 25٪ في التربة التي تخضع للعلاج الحيوي.

-درجة الحرارة: يجب أن تكون في النطاق الذي يسمح ببقاء الكائنات الحية المطبقة و / أو النشاط الأنزيمي المطلوب.

-العناصر الغذائية المتاحة بيولوجيا: ضرورية لنمو وتكاثر الكائنات الحية الدقيقة ذات الاهتمام. يجب التحكم بشكل أساسي في الكربون والفوسفور والنيتروجين ، وكذلك بعض المعادن الأساسية.

-حموضة أو قلوية الوسط المائي أو الأس الهيدروجيني (قياس أيونات H⁺ في الوسط).

-توافر الأكسجين: في معظم تقنيات المعالجة البيولوجية ، يتم استخدام الكائنات الحية الدقيقة الهوائية (على سبيل المثال في التسميد ، والأنسجة الحيوية و "زراعة الأرض") ، وتهوية الركيزة ضروري. ومع ذلك ، يمكن استخدام الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية في عمليات المعالجة البيولوجية ، في ظل ظروف مختبرية شديدة التحكم (باستخدام المفاعلات الحيوية).

أنواع المعالجة البيولوجية

من بين التقانات الحيوية التطبيقية للمعالجة البيولوجية ما يلي:

تحفيز حيوي

التحفيز الحيوي يتكون من التحفيز في الموقع من تلك الكائنات الحية الدقيقة الموجودة بالفعل في الوسط الملوث (الكائنات الحية الدقيقة الأصيلة) ، القادرة على المعالجة البيولوجية للمادة الملوثة.

تحفيز حيوي في الموقع يتم تحقيق ذلك من خلال تحسين الظروف الفيزيائية للكيمياء المطلوبة للعملية ، أي ؛ الرقم الهيدروجيني ، الأكسجين ، الرطوبة ، درجة الحرارة ، من بين أمور أخرى ، وإضافة العناصر الغذائية اللازمة.

ازدياد حيوي

يتضمن التنشيط الأحيائي زيادة كمية الكائنات الحية الدقيقة ذات الأهمية (يفضل أن تكون ذاتية المنشأ) ، وذلك بفضل إضافة لقاحها المزروع في المختبر.

بعد ذلك ، بمجرد تلقيح الكائنات الحية الدقيقة ذات الاهتمام في الموقع, يجب تحسين الظروف الفيزيائية والكيميائية (كما هو الحال في التحفيز الحيوي) ، لتعزيز النشاط المهين للكائنات الحية الدقيقة.

لتطبيق التنشيط الأحيائي ، ينبغي النظر في تكاليف الاستنبات الميكروبي في المفاعلات الحيوية في المختبر.

يمكن الجمع بين كل من التحفيز الحيوي والحيوية مع جميع التكنولوجيات الحيوية الأخرى الموضحة أدناه.

سماد

يتكون السماد من مزج المواد الملوثة مع التربة غير الملوثة مع المواد المغذية للنبات أو الحيوانات. يتكون هذا الخليط من مخروط يصل ارتفاعه إلى 3 أمتار ، مفصولًا عن بعضها البعض.

يجب التحكم في أكسجة الطبقات السفلى من المخاريط ، من خلال الإزالة المنتظمة من مكان إلى آخر باستخدام الآلات. كما يجب الحفاظ على الظروف المثلى للرطوبة ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة والمواد الغذائية وغيرها.

biocells

إن تقنية المعالجة البيولوجية مع bopiles هي نفس تقنية التسميد الموضحة أعلاه ، باستثناء:

• عدم وجود عوامل تحسين من أصل نباتي أو حيواني.
• القضاء على التهوية عن طريق الحركة من مكان إلى آخر.

تظل الأعمدة الحيوية ثابتة في نفس المكان ، ويتم تهويتها في طبقاتها الداخلية من خلال نظام من الأنابيب ، والتي يجب أن تؤخذ في الاعتبار تكاليف التركيب والتشغيل والصيانة من مرحلة تصميم النظام.

زراعة الأراضي

التكنولوجيا الحيوية التي تسمى "زراعة الأرض" (مترجمة من الإنجليزية: منقوشة على الأرض) ، تتكون من خلط المواد الملوثة (الطين أو الرواسب) مع أول 30 سم من التربة غير الملوثة لأرض شاسعة.

في تلك السنتيمترات الأولى من التربة ، يتم تفضيل تدهور المواد الملوثة بفضل التهوية والخلط. لهذا العمل ، يتم استخدام الآلات الزراعية ، مثل الجرارات المحراث.

العيب الرئيسي في زراعة الأراضي هو أنه يتطلب بالضرورة مساحات كبيرة من الأراضي ، والتي يمكن استخدامها لإنتاج الغذاء.

علاج النبات

تعد المعالجة النباتية ، والتي تسمى أيضًا المعالجة البيولوجية بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة والنباتات ، عبارة عن مجموعة من التقانات الحيوية القائمة على استخدام النباتات والكائنات الحية الدقيقة لإزالة أو تقييد أو تقليل سمية المواد الملوثة في المياه السطحية أو الجوفية والحمأة والتربة..

أثناء تدهور العلاج النباتي ، قد يحدث استخراج و / أو تثبيت (تقليل التوافر البيولوجي) للملوث. تعتمد هذه العمليات على التفاعلات بين النباتات والكائنات الحية الدقيقة التي تعيش بالقرب من جذورها ، في منطقة تسمى ريزوسفير.

نجحت المعالجة النباتية بشكل خاص في إزالة المعادن الثقيلة والمواد المشعة من التربة والمياه السطحية أو الجوفية (أو ترشيح المياه الملوثة).

في هذه الحالة ، تتراكم النباتات في أنسجتها معادن البيئة ومن ثم يتم حصادها وحرقها في ظروف خاضعة للرقابة ، بحيث ينتقل الملوث من التشتت في البيئة ، إلى التركيز في شكل رماد..

يمكن معالجة الرماد الذي تم الحصول عليه لاستعادة المعدن (إذا كان ذا أهمية اقتصادية) ، أو يمكن التخلي عنه في أماكن التخلص النهائي من النفايات..

ومن عيوب المعالجة النباتية هو عدم وجود معرفة متعمقة للتفاعلات التي تحدث بين الكائنات الحية المعنية (النباتات والبكتيريا وربما الفطريات الفطرية)..

من ناحية أخرى ، يجب الحفاظ على الظروف البيئية التي تلبي احتياجات جميع الوكالات المطبقة.

المفاعلات الحيوية

المفاعلات الحيوية عبارة عن حاويات ذات حجم كبير ، والتي تسمح بالحفاظ على الظروف الفيزيائية والكيميائية التي يتم التحكم فيها بشكل كبير في وسائط الاستزراع المائي ، من أجل تفضيل العملية البيولوجية ذات الاهتمام.

في المفاعلات الحيوية ، يمكن زراعة الكائنات الحية الدقيقة والفطريات البكتيرية على نطاق واسع وفي المختبر ثم تطبيقها في عمليات التنشيط الحيوي. في الموقع. يمكن أيضًا زراعة الكائنات الحية الدقيقة من أجل الحصول على إنزيماتها المهينة بالأنزيمات الملوثة..

تستخدم المفاعلات الحيوية في عمليات المعالجة البيولوجية خارج الموقع, عندما يتم خلط الركيزة الملوثة مع وسط الثقافة الميكروبية ، لصالح تحلل الملوث.

الكائنات الحية الدقيقة التي تزرع في المفاعلات الحيوية قد تكون لاهوائية ، في هذه الحالة ، يجب أن يفتقر وسط الاستزراع المائي إلى الأكسجين المذاب.

من بين التقنيات الحيوية للمعالجة الحيوية ، يعد استخدام المفاعلات الحيوية مكلفًا نسبيًا ، نظرًا لصيانة المعدات ومتطلبات الاستزراع الميكروبي.

معالجة فطرية

المعالجة المجهرية هي استخدام الكائنات الحية الدقيقة الفطرية (الفطريات المجهرية) ، في عمليات المعالجة الحيوية لمادة ملوثة سامة.

يجب اعتبار أن زراعة الفطريات المجهرية عادة ما تكون أكثر تعقيدًا من زراعة البكتيريا وبالتالي فهي تنطوي على تكاليف أعلى. بالإضافة إلى ذلك ، تنمو الفطريات وتتكاثر بشكل أبطأ من البكتيريا ، مع كون المعالجة البيولوجية للفطر عملية أبطأ.

المعالجة البيولوجية مقابل التقنيات الفيزيائية والكيميائية التقليدية

-مصلحة

تعد التقنيات الحيوية للمعالجة الحيوية أكثر اقتصادا وصديقة للبيئة من تقنيات الصرف الصحي الكيميائية والفيزيائية المطبقة بشكل تقليدي.

وهذا يعني أن تطبيق المعالجة الحيوية له تأثير بيئي أقل من الممارسات الفيزيائية التقليدية.

من ناحية أخرى ، من بين الكائنات الحية الدقيقة المطبقة في عمليات المعالجة البيولوجية ، يمكن للبعض أن يمضي في تمعدن المركبات الملوثة ، ويضمن اختفائها من البيئة ، وهو أمر يصعب تحقيقه في خطوة واحدة مع العمليات الفيزيائية الكيميائية التقليدية.

-العيوب والجوانب للنظر فيها

القدرات الأيضية الميكروبية الموجودة في الطبيعة

بالنظر إلى أن 1 ٪ فقط من الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في الطبيعة قد تم عزلها ، فإن أحد قيود المعالجة الحيوية هو تحديد الكائنات الحية الدقيقة القادرة على التحلل الحيوي لمادة ملوثة محددة..

جهل النظام المطبق

من ناحية أخرى ، تعمل المعالجة البيولوجية مع نظام معقد من اثنين أو أكثر من الكائنات الحية ، وهو أمر غير معروف بشكل عام عمومًا.

بعض الكائنات الحية الدقيقة التي تمت دراستها قد حولت المركبات الحيوية الملوثة إلى منتجات ثانوية أكثر سمية. لذلك ، من الضروري أن تدرس سابقًا في المختبر الكائنات الحية ذات المعالجة البيولوجية وتفاعلاتها بعمق.

بالإضافة إلى ذلك ، يجب إجراء اختبارات تجريبية صغيرة النطاق (في المجال) قبل تطبيقها على نطاق واسع ، وأخيراً ، يجب مراقبة عمليات المعالجة البيولوجية. في الموقع, للتأكد من أن الصرف الصحي البيئي يحدث بشكل صحيح.

استقراء النتائج التي تم الحصول عليها في المختبر

بسبب التعقيد العالي للأنظمة البيولوجية ، لا يمكن دائمًا استقراء النتائج التي تم الحصول عليها على نطاق صغير في المختبر في العمليات الميدانية.

خصوصيات كل عملية المعالجة البيولوجية

تتضمن كل عملية علاج بيولوجي تصميمًا تجريبيًا محددًا ، وفقًا للظروف الخاصة للموقع الملوث ، ونوع الملوث الذي يتعين معالجته والكائنات الحية المطلوب تطبيقها..

من الضروري إذن أن يتم توجيه هذه العمليات من قبل مجموعات متعددة التخصصات من المتخصصين ، من بينهم علماء الأحياء والكيمياء والمهندسون وغيرهم.

الحفاظ على الظروف الفيزيائية والكيميائية البيئية لتعزيز النمو والنشاط الأيضي موضع الاهتمام ، ينطوي على مهمة دائمة خلال عملية المعالجة البيولوجية.

الوقت اللازم

أخيرًا ، قد تستغرق عمليات المعالجة البيولوجية وقتًا أطول من العمليات الفيزيائية الكيميائية التقليدية.

مراجع

1. Adams، G.O، Tawari-Fufeyin، P. Igelenyah، E. (2014). المعالجة البيولوجية للتربة الملوثة بالنفط المستنفد باستخدام فضلات الدواجن. مجلة بحثية في الهندسة والعلوم التطبيقية 3 (2) 124-130
2. آدمز ، O. (2015). "المعالجة البيولوجية ، التحفيز الحيوي والإحيائي: مراجعة". المجلة الدولية للبيولوجيا الحيوية والبيولوجية. 3 (1): 28-39.
3. Boopathy، R. (2000). "العوامل التي تحد من تقنيات المعالجة البيولوجية". Bioresource Technology. 74: 63-7. Doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
4. Eweis J. B.، Ergas، S.J.، Chang، D. P.Y. and Schoeder، D. (1999). مبادئ Biorrecuperación. McGraw-Hill Interamericana de España، Madrid. ص 296.
5. Madigan، M.T.، Martinko، J.M، Bender، K.S.، Buckley، D.H. Stahl، D.A.and Brock، T. (2015). علم الأحياء بروك من الكائنات الحية الدقيقة. 14 إد. بنيامين كامينغز. ص 1041.
6. مكيني ، آر. (2004). علم الأحياء الدقيقة لمكافحة التلوث البيئي. م. ديكر ص 453.
7. Pilon-Smits E. 2005. Phytoremediation. أنو. القس بلانت بيول. 56: 15-39.