Bioaugmentation - Bioaugmentation
Biologische Augmentation ist die Zugabe von Archaeen oder Bakterienkulturen, die erforderlich sind, um den Abbau einer Kontaminante zu beschleunigen . Organismen, die aus kontaminierten Gebieten stammen, können möglicherweise bereits Abfälle abbauen, aber möglicherweise ineffizient und langsam.
Die Bioaugmentation ist eine Art der Bioremediation, bei der die am Standort vorhandenen einheimischen Sorten untersucht werden müssen, um festzustellen, ob eine Biostimulation möglich ist. Nach der Entdeckung der am Standort gefundenen einheimischen Bakterien werden, wenn die einheimischen Bakterien die Kontaminanten metabolisieren können, mehr der einheimischen Bakterienkulturen in den Ort implementiert, um den Abbau der Kontaminanten zu fördern. Bioaugmentation ist die Einführung von mehr Archaeen oder Bakterienkulturen, um den Schadstoffabbau zu verbessern, während Biostimulation die Zugabe von Nahrungsergänzungsmitteln für die einheimischen Bakterien ist, um den Bakterienstoffwechsel zu fördern. Wenn die einheimische Sorte nicht über die metabolische Fähigkeit verfügt, den Sanierungsprozess durchzuführen, werden exogene Sorten mit solch ausgefeilten Wegen eingeführt. Die Verwendung der Bioaugmentation bietet Fortschritte in den Bereichen mikrobielle Ökologie und Biologie, Immobilisierung und Bioreaktordesign.
Die Bioaugmentation wird üblicherweise in der kommunalen Abwasserbehandlung eingesetzt , um Belebtschlamm- Bioreaktoren neu zu starten . Die meisten verfügbaren Kulturen enthalten mikrobielle Kulturen, die bereits alle erforderlichen Mikroorganismen enthalten ( B. licheniformis , B. thuringiensis , P. polymyxa , B. stearothermophilus , Penicillium sp. , Aspergillus sp. , Flavobacterium , Arthrobacter , Pseudomonas , Streptomyces , Saccharomyces usw.). . Belebtschlammsysteme basieren im Allgemeinen auf Mikroorganismen wie Bakterien, Protozoen, Nematoden, Rotiferen und Pilzen, die biologisch abbaubare organische Stoffe abbauen können. Es gibt viele positive Ergebnisse bei der Verwendung der Bioaugmentation, wie z. B. die Verbesserung der Effizienz und Geschwindigkeit des Abbauprozesses von Substanzen und die Reduzierung toxischer Partikel in einem Gebiet.
Anwendungen
Bodensanierung
Die Bioaugmentation ist günstig in kontaminierten Böden, die einer Bioremediation unterzogen wurden, aber dennoch ein Umweltrisiko darstellen. Dies liegt daran, dass Mikroorganismen, die sich ursprünglich in der Umwelt befanden, ihre Aufgabe während der Bioremediation nicht erfüllten, wenn es darum ging, Chemikalien im kontaminierten Boden abzubauen . Das Versagen der ursprünglichen Bakterien kann durch Umweltbelastungen sowie durch Veränderungen der mikrobiellen Population aufgrund von Mutationsraten verursacht werden. Wenn Mikroorganismen hinzugefügt werden, sind sie möglicherweise besser für die Art der neuen Verunreinigung geeignet, während die älteren Mikroorganismen der älteren Verschmutzung und Kontamination ähnlich sind. Dies ist jedoch nur einer von vielen Faktoren; Die Standortgröße ist auch eine sehr wichtige Determinante. Um zu sehen, ob eine Bioaugmentation durchgeführt werden sollte, muss die Gesamteinstellung berücksichtigt werden. Einige hochspezialisierte Mikroorganismen sind auch nicht in der Lage, sich an bestimmte Standorteinstellungen anzupassen. Die Verfügbarkeit bestimmter Mikroorganismustypen (wie sie für die Bioremediation verwendet werden) kann ebenfalls ein Problem sein. Obwohl die Bioaugmentation eine perfekte Lösung für kontaminierten Boden zu sein scheint, kann sie Nachteile haben. Beispielsweise kann die falsche Art von Bakterien zu möglicherweise verstopften Grundwasserleitern führen, oder das Sanierungsergebnis kann unvollständig oder unbefriedigend sein.
Bioaugmentation von chlorierten Lösungsmitteln
An Standorten, an denen Boden und Grundwasser mit chlorierten Ethenen wie Tetrachlorethylen und Trichlorethylen kontaminiert sind , kann durch Bioaugmentation sichergestellt werden, dass die In-situ- Mikroorganismen diese Kontaminanten vollständig zu ungiftigem Ethylen und Chlorid abbauen können . Bioaugmentation ist in der Regel nur für die biologische Sanierung von Chlorethenen, obwohl es Schwellen Kulturen mit dem Potenzial , andere Verbindungen , einschließlich biologisch abgebaut BTEX , Chlorethanen , Chlormethan und MTBE . Die erste gemeldete Anwendung der Bioaugmentation für chlorierte Ethene erfolgte auf der Kelly Air Force Base , TX. Die Bioaugmentation wird typischerweise in Verbindung mit der Zugabe eines Elektronendonors (Biostimulation) durchgeführt, um geochemische Bedingungen im Grundwasser zu erreichen, die das Wachstum der entchlorenden Mikroorganismen in der Bioaugmentationskultur begünstigen.
Nischenfitness
Das Einbeziehen von mehr Mikroben in eine Umgebung wirkt sich positiv auf die Geschwindigkeit der Reinigungsdauer aus. Die Wechselwirkung und die Konkurrenz zweier Verbindungen beeinflussen die Leistung, die ein ursprünglicher oder neuer Mikroorganismus haben könnte. Dies kann getestet werden, indem ein Boden, der die neuen Mikroben begünstigt, in das Gebiet gelegt und dann die Leistung überprüft wird. Die Ergebnisse werden zeigen, ob der neue Mikroorganismus in diesem Boden mit anderen Mikroorganismen gut genug funktionieren kann. Dies hilft dabei, die richtige Menge an Mikroben und einheimischen Substanzen zu bestimmen, die benötigt werden, um die Leistung zu optimieren und einen Co-Metabolismus zu erzeugen.
Abwasser von Kokereien in China
Ein Beispiel dafür, wie die Bioaugmentation die Umwelt verbessert hat, ist das Abwasser der Kokerei in China. Kohle wird in China als Hauptenergiequelle verwendet und das kontaminierte Wasser enthält schädliche toxische Verunreinigungen wie Ammoniak , Thiocyanat , Phenole und andere organische Verbindungen wie mono- und polycyclische stickstoffhaltige Aromaten , sauerstoff- und schwefelhaltige Heterocyclen und mehrkernige aromatische Kohlenwasserstoffe . Frühere Maßnahmen zur Behandlung dieses Problems waren ein aerob-anoxisch-oxisches System, Lösungsmittelextraktionen, Strippen und biologische Behandlung. Es wurde berichtet, dass durch Bioaugmentation 3-Chlorbenzoat, 4-Methylbenzoat, Toluol , Phenol und chlorierte Lösungsmittel entfernt werden .
Der anaerobe Reaktor war mit halbweichen Medien gefüllt, die aus einem Kunststoffring und einer Kunstfaserschnur aufgebaut waren. Der anoxische Reaktor ist ein vollständig gemischter Reaktor, während der oxische Reaktor ein Hybridbioreaktor ist, in den Polyurethanschaumträger gegeben wurden. Wasser aus dem anoxischen Reaktor, dem Odic-Reaktor und dem Sedimentationstank wurde verwendet und hatte Mischungen verschiedener Mengen alter und entwickelter Mikroben mit einer Konzentration von 0,75 und 28 Grad Celsius. Die Geschwindigkeit des Schadstoffabbaus hing von der Menge der Mikrobenkonzentration ab. In der erweiterten mikrobiellen Gemeinschaft haben einheimische Mikroorganismen die Verunreinigungen im Abwasser der Kokerei wie Pyridine und Phenolverbindungen abgebaut . Wenn einheimische heterotrophe Mikroorganismen hinzugefügt wurden, wandelten sie viele großmolekulare Verbindungen in kleinere und einfachere Verbindungen um, die aus biologisch abbaubareren organischen Verbindungen gewonnen werden konnten. Dies beweist, dass die Bioaugmentation als Instrument zur Entfernung unerwünschter Verbindungen verwendet werden kann, die mit einem herkömmlichen biologischen Behandlungssystem nicht ordnungsgemäß entfernt werden. Wenn die Bioaugmentation mit dem A1-A2-O-System zur Behandlung von Abwässern von Kokereien kombiniert wird, ist sie sehr leistungsfähig.
Erdölreinigung
In der Erdölindustrie gibt es ein großes Problem bei der Entsorgung der Ölfeldbohrgrube. Viele haben früher einfach Schmutz über die Grube gelegt, aber die Verwendung der Bioaugmentation ist weitaus produktiver und wirtschaftlicher. Mit dem Einsatz fortschrittlicher Mikroben können Bohrunternehmen das Problem in der Ölfeldgrube tatsächlich behandeln, anstatt den Abfall zu transportieren. Insbesondere können polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe von einigen Bakterien metabolisiert werden, wodurch Umweltschäden durch Bohraktivitäten erheblich reduziert werden. Bei geeigneten Umgebungsbedingungen werden Mikroben in die Ölgrube gelegt, um Kohlenwasserstoffe abzubauen, und daneben befinden sich andere Nährstoffe. Vor der Behandlung gab es einen Gesamtgehalt an Erdölkohlenwasserstoffen (TPH) von 44.880 ppm , der innerhalb von nur 47 Tagen auf einen Wert von 10.000 ppm bis 6.486 ppm gesenkt wurde.
Ausfälle und mögliche Lösungen
Es gab viele Fälle, in denen die Bioaugmentation Mängel in ihrem Prozess aufwies, einschließlich der Verwendung des falschen Organismus. Die Durchführung der Bioaugmentation in der Umwelt kann zu Problemen mit Raubtieren, Ernährungswettbewerb zwischen einheimischen und geimpften Bakterien, unzureichenden Impfungen und einer Störung des ökologischen Gleichgewichts aufgrund großer Impfungen führen. Jedes Problem kann mit verschiedenen Techniken gelöst werden, um die Möglichkeiten des Auftretens dieser Probleme zu begrenzen. Die Prädation kann durch hohe Anfangsdosen der beimpften Bakterien oder durch Wärmebehandlung vor der Inokulation verhindert werden, während der Ernährungswettbewerb durch Biostimulation beigelegt werden kann. Unzureichende Impfungen können durch wiederholte oder kontinuierliche Impfungen behandelt werden, und große Impfungen werden mit stark überwachten Dosierungen der Bakterien behoben.
Beispiele hierfür sind, dass die eingeführten Bakterien den Abbau im Boden nicht verbessern und die Bioaugmentierungsversuche im Labormaßstab fehlschlagen, aber im großen Maßstab erfolgreich sind. Viele dieser Probleme traten auf, weil die mikrobiellen Ökologieprobleme nicht berücksichtigt wurden, um die Leistung der Bioaugmentation abzubilden. Es ist von entscheidender Bedeutung, die Fähigkeit der Mikroben zu berücksichtigen, den Bedingungen in der mikrobiellen Gemeinschaft zu widerstehen, in die sie gebracht werden sollen. In vielen Fällen, in denen dies fehlgeschlagen ist, wurde nur die Fähigkeit der Mikroben berücksichtigt, Verbindungen abzubauen, und weniger ihre Fitness in bestehenden Gemeinschaften und der daraus resultierende Wettbewerbsstress. Es ist besser, die vorhandenen Gemeinschaften zu identifizieren, bevor Sie sich die Stämme ansehen, die zum Abbau von Schadstoffen erforderlich sind.