Table of Contents

הבנה של ביו-רשמיות וקרן המיקרוביאלית שלה

ביוירמיד רותם את היכולות המטבוליות של מיקרואורגניזמים - חיידקים, פטריות וארכאה - כדי לטהר או להסיר את המזועים מהקרקע, מים ומשקעים. תהליך טבעי זה יכול להיות מיושם על מגוון רחב של contaminants כולל פחמן, עם זאת, מעצורים מאוזנים, חומרי גלם, מתכות כבדות, ונפץ.

כדי להתגבר על המגבלות הללו, מהנדסי הסביבה ומומחים להפעלה מחדש פונים לתיקון הקרקע - חומרים שנוספו לאדמה כדי ליצור סביבה נוחה יותר לפעילות מיקרוביאלית.תיקוןs יכול לספק הגבלת חומרים מזינים, להתאים את ה- pH, לשפר את ההסרה, לספק תורמי אלקטרונים או מקבלים, ואפילו להציג את המיקרואורגניזמים המועילים.הבנת האופן שבו תיקונים שונים משפיעים על המיקרוביום הוא חיוני לתכנון אסטרטגיות יעילות וחסכוניות של ניתוחי של פעולות אלה.

פעילות מיקרוביאלית: המנוע של ביוירמידציה

תהליכים מיקרוביאליים

(הופנה מהדף ⁇ ) ⁇ (המכונה גם ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

גורמים המשפיעים על פעילות מיקרוביאלית

גורמים סביבתיים רבים שולטים בפעילות מיקרוביאלית באדמה:

  • (FLT:0) זמינות נשוא: FLT:1 פחמן, חנקן, זרחן, ואלמנטים עקבות (למשל, ברזל, sulfur) חייב להיות נוכח ביחסים נאותים.קרקעות מודבקות לעתים קרובות יש בריכות תזונתיות מדולקות, במיוחד חנקן ו זרחן, בשל עומסי פחמן גבוהים ממזהמים.
  • (FLT:0)pH:BuildFLT:1 ; רוב החיידקים הקרקעיים לשגשג ב pH כמעט נייטרלי (6.5-7.5) בתנאים חומציים או אלקליין מעכבים את תפקוד האנזים ולהפחית מגוון מיקרוביאלי.
  • (FLT:0)Moisture contentmia: FLT:1 מים חיוני לתהליכים סלולריים ולהובלת מזון תזונתי.לחות אופטית היא בדרך כלל 50–80% מיכולת השדה; מגבלות רטובות מדי של דיפוזיה חמצן, בעוד גם מפסיקות פעילות מטבולית יבשה.
  • (FLT:0) אוקסיגנס: 1FLT:1 הידרדרות אירובית היא בדרך כלל מהירה יותר מאשר אנאירובי, אבל רבים contaminants דורשים מסלולים אנאירוביים.
  • (FLT:0) Temperature:FLT:1 פעילות מיקרוביאלית בדרך כלל עולה עם טמפרטורה עד 30-40 מעלות צלזיוס עבור mesophiles, אבל חום קיצוני יכול denature אנזימים.
  • (FLT:0) רעילות גבוהה:FLT:1 ריכוזים גבוהים של כמה מזהמים יכולים להיות רעילים ישירות למיקרובים, הדורשים דילול או טיפול מוקדם.

תיקונים סוללים משפיעים ישירות על גורמים אלה, מה שהופך אותם כלים חזקים לשיפור ביצועי הביו-remediation.

כיצד תיקון Soil משפר פעילות מיקרוביאלית: מכניזם של פעולה

תיקונים סוללים פועלים באמצעות מנגנונים מרובים כדי לעורר צמיחה מיקרוביאלית ותפקוד.הנתיבים החשובים ביותר מתוארים להלן.

תוספי תזונה

תיקונים רבים משמשים כמקור פחמן, חנקן, זרחן, ומיקרו-תזונה. תיקונים אורגניים כמו קומפוסט, מנקה, ופסולת ירוקה מספקים אספקה איטית של חומרים מזינים המקיפים אוכלוסיות מיקרוביאליות על פני תקופות מורחבות. דשנים איורגניות (למשל, ammonium nitrate, superpus) מציעים ספייקטים תזונתיים מיידי.

מקורות אנרגיה ונפטיקה

מיקרובים דורשים מקור פחמן לצמיחה.בקרקעות מזוהמות שבו המזוגן עצמו הוא המקור העיקרי פחמן, הוספת תיקון פחמן משני (למשל, molases, שמן צמחי, או לקטטה) יכול לקדם את הצמיחה של degraders כי באבולט מחדש תרכובות מזהמים.זה חשוב במיוחד עבור פותרים chlorated, שבו תת-שכבות ראשוניות כמו מתאן או meteneen to Breaks toפירוק אנזימים.

שיפור מבנה פיזי

תיקונים כגון קומפוסט, ביושר, ו mos t לשפר את הצטברות הקרקע, פורוזיות, וקיבולת שמירת מים.טוב יותר aeration תומך מיקרובים אירוביים, בעוד חלל פואר מוגבר מספק בתי גידול עבור microbial ⁇ מגן עליהם מפני טורפים מרעיפים.

pH Buffering and Fitment

חומרים Liming (למשל, ליג חקלאי, לימון דומי) להעלות את ה- pH הקרקע באדמה חומצית, יצירת סביבה נוחה יותר עבור חיידקים. verse, sulfur או חומצה sulfuric יכול להוריד pH באדמה אלקלליין. pH יציב משפר זמינות תזונתית ומפחית רעילות מתכת.

אלקטרון דונוור / Acceptor Provision

כמה תיקונים מספקים תורמי אלקטרונים (למשל, מימן, אצט, methanol) לתהליכים אנאירוביים, או מקבלי אלקטרונים (למשל, חמצן ממשלוח אוויר, ניטר, סולפט) המאפשרים מסלולים ספציפיים. לדוגמה, ביוסימולציה של delorchination אנירובי כרוך לעתים קרובות הוספת תורמי אלקטרונים כגון late או מנקה להורדת שמן צמחי לתרכובות.

מודעות והערכה של טוקסין

תיקונים מסוימים כמו ביושר פחמן מופעל יש אזורי משטח גבוהים כי sorb contaminants, הפחתת הזמינות הביולוגית שלהם רעילות למיקרובים.זה יכול לאפשר אוכלוסיות מיקרוביאליות להקים בסביבות שאחרת יהיה קטלני.

סוגי תיקונים סויל והאפקטים שלהם על פעילות מיקרוביאלית

תיקונים אורגניים

קומפוסט

קומפוסט הוא חומר אורגני מחוספס, עשיר בחומרים חמימים, חומרים מזינים, וקהילה מיקרוביאלית מגוונת.זה משפר את מבנה הקרקע, מוסיף פחמן אורגני, ומציג מיקרובים מועילים שיכולים להאיץ את ההידרדרות המקוטבת. מחקרים הראו כי תיקונים של קומפוסט יכולים להגדיל את אחוזי ההידרדרות פחמימתית על ידי 50-20% בקרקעות מחוספות נפט.

Biochar

(בספרדית: biochar מופק על ידי pyrolysis של biomass בתנאים נמוכים-oxygen.יש לו מבנה ⁇ מאוד, שטח משטח גדול, והוא יכול להימשך באדמה במשך מאות שנים. Biochar משפר פעילות מיקרוביאלית על ידי מתן בית גידול (מיקרו-אתרים עבור ⁇ ), שמירה על חומרים מזינים (קיבולת חליפין), ושיפור אדמה והחזקה.

מנקה וביוסולנים

בעלי חיים (למשל, עוף, בקר) וביוסולאידים עירוניים הם תיקונים עשירים תזונתיים אשר מגבירים במהירות פעילות מיקרוביאלית.הם מספקים כמויות גדולות של חנקן ו זרחן, גידול מעורר של אורגניזמים כלליים.עם זאת, טיפול חייב להיות נלקח עם שיעורי יישום כדי למנוע מטבוליזם תזונתי, מבוא פתוגן, וזיהום מתכת כבד יכול גם להכיל אנטיביוטיקה שעלולה לשבש את הקהילה מיקרובי.

ירוק מנורה וכיסוי Crops

חומר צמחי טרי, כגון clover, alfalfa, או אריגראס, משולב באדמה כמו מנורה ירוק.זה מספק פחמן חנקן מעבדה, קידום צמיחה מיקרוביאלית מהירה. גישה זו משמשת לעתים קרובות בפיזיה בשילוב עם גירוי מיקרוביאלי. ירוק decomposes במהירות, כך זה עובד הכי טוב עבור פרויקטים ביו-קלציה לטווח קצר.

המונחים:

Vermicompost מיוצר על ידי תולעי כדור הארץ האכלה על פסולת אורגנית.יש לו מרקם דק, גרניט עשיר הורמונים צמחיים, אנזים, וקהילה מיקרוביאלית מגוונת שלה, צפיפות המיקרוביאלית הגבוהה שלה יכולה לשפר את הביודה של אבקות אורגניות.על פי ניסויים בשטח, אטומים הוסיף לקרקע דיזל-contaminated גדל לחלוטין שמן הידרו-פחמימין (PH) על ידי 60–70% לפקדים (Framcend) לעומת 2017:0.

תיקונים לא מאורגנים

חומרים לימוזינה

ליטו חקלאי (calcium Carbonate), יינות דומיים (calcium מגנזיום Carbonate), ו-hydrated ליג (calcium hydroxide) משמשים כדי לנטרל אדמה חומצית. רבים contaminants תעשייתיים (למשל, זנבות שלי, פיסות חומצה) לעזוב אדמה עם pH מתחת 5, אשר מגבילה פעילות חיידקית.

(Nitrogen, Phosphorus, Potassium)

דשנים אורגניים מספקים חומרים מזינים זמינים. ניסוחים איטיים (למשל, urea, סטרוביט) מעדיפים להימנע מעומס תזונתי.שיעורי יישומים צריכים להיות מותאמים למצב התזונתי של הקרקע וביקוש מיקרוביאלי; חנקן מוגזם יכול לעכב כמה מסלולים.

⁇ מינרלים

תיקונים קלייים כגון bentonite, kaolinite, ו-montmorillonite לשפר מרקם הקרקע וקיבולת החלפת קיבולת.הם יכולים גם sorbtaminants ולקדם היווצרות biofilm microbial.יש גם חימרים לספק מיקרו-תזונה (למשל, ברזל, מנגן) שפועלים כמספקים עבור אנזימים מיקרוביאליים.

Zeolites

zeolites טבעי (למשל, clinoptilolite) הם מינרלים אלומיניום אלומיניום עם זיקה גבוהה עבור smonium s. הם יכולים לשמש כמו מובילי חנקן איטי, בהדרגה לספק את זה מזון למיקרובים תוך צמצום אובדן חנקן באמצעות תנודתיזציה או חנק.

תוצאות

גולשים סינתטיים ביולוגיים שונים יכולים לשפר את הזמינות הביולוגית של זיהום הידרופובי כמו שמן גולמי.בעוד שלא תיקונים באדמה במובן המסורתי, גולשים הם לעתים קרובות במשותף עם חומרים מזינים.

תגובה לקהילה מיקרוביאלית ל-Soil תיקונים

שינויים באבונדינס ובמגוון

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

המונחים: Specific Metabolic Pathways

(הופנה מהדף ⁇ ) ניתן לגרות קבוצות מיקרוביאליות שיש להן גנים קטבלוביים הדרושים.לדוגמה, הוספת ניטר כמקבל אלקטרונים מעשירה חיידקים מרתיעים המסוגלים להידרדרת פחמן אנירוביים באופן דומה, הוספת לקטטה ל-TCE-contaminated Aquifers to active ELT2ALT) ל-ALT2:0DehalocoidesFalisches (R) אשר מכיל את ה-Fulating the Evulanced Gened; 3.

השפעות על פעילות מיקרוביאלית

מחוונים של פעילות משותפת כוללים פיראטיות אדמה (CO2 הפקה), פעילות הידרוגניאז, ו פלואורסצ'ין לבאט (FDA) הידרוליזה. לדוגמה, מחקר על compost-amended דיזל-contaminateed אדמה דיווח עלייה כפולה בנשימה של הקרקע בלסאלית בהשוואה לפקדים לא מאומתים.

שיקולים מעשיים לבחירת ומימוש תיקונים סולל

אתר Characterization

הבחירה של תיקון תלויה בגורמים ספציפיים לאתר: סוג וריכוז, מרקם אדמה, קהילה מיקרוביאלית יליד, pH, תוכן חומר אורגני, הידרוגולוגיה.לדוגמה, אדמה עשירה בחימר עם יכולת נמוכה עשויה לדרוש תיקונים שמשפרים את הנפיחות (למשל, חול, קומפוסט) כמו חומרים מזינים.תמיד לבצע מחקר יכולת טיפול (בהתאמה או קונסולת) להעריך לפני התאמה מלאה למינון.

כימיה מודעת

חלק מהמזהמים דורשים מסלולים מיקרוביאליים ספציפיים המושפעים מתיקוןים.ל מתכות, תיקונים אשר משבשים אותם (למשל, ביושר, גיר, פוספט) משמשים לעתים קרובות, ואילו עבור זיהומים אורגניים, תיקונים המגרים פעילות קטבולית הם preitized. מעורבים אתרים מקודמים עשויים לדרוש אסטרטגיות תיקון quential או משולב.

שיטות יישום

תיקונים ניתן ליישם באמצעות הפצת פני השטח (שילוב על ידי עדש), זריקה (תיקוןים דליקו לתוך תת-קרקעי), או באמצעות מערכות ההנצחה.עבור ביישומים ישיבה, משלוח של תיקונים מוצקים לתוך אדמה עמוקה יכול להיות מאתגר.צורות איטיות-release מועילות כדי למנוע ספוי תזונה שגורמים לנפיחות של גופים מים סמוכים.

עלויות-אווירה

תיקונים אורגניים הם לעתים קרובות עלות יעילה, במיוחד אם הם יכולים להיות מקורם מקומית (למשל, קומפוסט עירוני, תוצרי לוואי חקלאיים) עם זאת, עלויות תחבורה וטיפול יכול להיות משמעותי. ביושר יש עלויות ייצור גבוהות יותר אבל מציע יתרונות ארוכי טווח (פרסיוניזם, פליטת פחמן). דשנים אורגניים הם זולים יחסית אך עשויים לדרוש יישומים חוזרים.

מעקב ואימות

ביו-remediation יעילה דורשת ניטור קבוע של ריכוזים contaminant, פעילות מיקרוביאלית (נשימה, בדיקות אנזימים, qPCR של גנים פונקציונליים), ופרמטרי אדמה (pH, לחות, חומרים מזינים) תיקון מותאם בתגובה למגמות נצפות.המטרה היא לשמור על תנאים הממקסימים את אחוזי ההשפלה תוך הימנעות מתופעות לוואי שליליות כגון ייצור של אמצעי ביניים (למשל, ויניל כלוריקולציה שאינה שלמה של ניכוי).

מגבלות ואתגרים של תיקון Soil

בעוד שתיקון הקרקע מציע יתרונות משמעותיים, הם לא תרופת פלאה.יש לנהל אתגרים רבים:

  • חוסר איזון תזונתי:0 (FLT:1 Over-application ofחנקן יכול לעורר ניתוק, המוביל לאובדן גז חנקן ופליטות גזי חממה.
  • (FLT:0) אוקסיגן פענוח: 1FLT: הוספת כמויות גבוהות של חומר אורגני מעבדה (למשל, מנורה, מלסות) עלולה לגרום לביקוש חמצן מהיר, יצירת תנאים אנאירוביים שעשויים להיות בלתי רצויים להידרדרות אירובית.
  • (FLT:0) הטמעת contaminants: ⁇ 1) כמה תיקונים (למשל, ביוסולנים, מנורה) עשויים להכיל מתכות כבדות, פתוגנים, או אבקות אורגניות המסבך את פרופיל הזיהום של האתר.
  • (FLT:0) תיקונים של ריג'נט: 1 חומרים מסוימים כמו פולימרים סינתטיים או טמאים אפונה עשויים להיות איטיים כדי לפגום ויכולים להפריע פיזית לנפיחות אדמה אם יתר על המידה.
  • (FLT:0) אפקטים זמניים: 1FLT:1, מפרשנים איורגניים עשויים להיות במהירות מופרעת או בשימוש, הדורשים יישומים חוזרים.
  • (FLT:0)תחרות ואנטגוניזם: ⁇ :1) הוספת ⁇ אקסוגניים באמצעות תיקונים (למשל, התכנסות) עלולה להציג מתחרים או טורפים אשר מפחיתים את אוכלוסיית היעד דה-דרגדר.
  • (ב) מורשת ארוכת טווח: 1:1 כמה תיקונים, כגון ביושר, נמשך באדמה ללא הגבלת זמן.

תכנון קפדני של ניסוחי תיקון ופרוטוקולי יישומים יכול להקטין רבים של נושאים אלה.

הנחיות עתידיות: טכנולוגיות תיקון לביוטכנולוגיה

המחקר ממשיך לפתח תיקונים יעילים יותר וממוקדים בקרקע.כמה כיוונים מבטיחים הם צוברים רצף:

Bioaugmentation - היברידיות

שילוב תוספת של זנים מיקרוביאליים ספציפיים (bioaugmentation) עם תיקונים אופטימיזציה (biostimulation) יכול להתגבר על המגבלות של כל גישה לבד. לדוגמה, encapsulating aFLT:0DehalocoidesFLT:1 קונסורציום באלטgin beads יחד עם תורם אלקטרונים איטי (goxy-i) יכול להאיץ כמה אזורים תת-דלקתיים.

תיקונים חד-טכנולוגיים

חומרים ננומטריים כגון אפס-שוויון ברזל חלקיקים (nZVI) וננו-בוטיקי פחמן נבדקים על יכולתם לזלזל במזהמים ולספק תת-שכבות מיקרוביאליות.לדוגמה, nZVI יכול להפחית את התרכובות dechlorinate באופן משמעותי, ואת מוצרי הקורטוזיה שלה (Fe+, H2) יכול לשמש תורמי אלקטרו-אלקטרוני עבור מיקרו-כלורינים, אך ורקמות סביבתיות.

Biochar

(למשל, מוטבע עם ברזל כדי לקדם השפלה אנאירובית, או עם פוספט כדי לחדור מוביל) מפותחים בו זמנית remediate מרובים contaminants. על ידי התאמה של כימיה משטח ומבנה pore, אלה ביוכריזים מעוצבים יכולים לייעל מיקרוביאלידנציה ו contaminant מחייב.

מערכות אספקה איטיות ותוכנות

דשנים מחוסנים, אגן ביומדלד, ומטמים מבוקרים מאפשרים משלוח תזונתי מתמשך.זה מקטין את תדירות היישומים ומצמצם את ההפסדים הסביבתיים. חלק מהמוצרים נועדו לשחרר רק בנוכחות של contaminants או פעילות מיקרוביאלית ספציפיים, מתן ביוסנסציה לפי דרישה.

ניטור משולב וניהול הסתגלות

ההתקדמות ביוסנסורים בזמן אמת וחישה מרחוק מאפשרים ניהול דינמי יותר של תיקונים הקרקעיים. על ידי ניטור פרמטרים מרכזיים (למשל, תרכובות אורגניות תנודתיות בגז הקרקע, מתמוסס חמצן, פוטנציאל חמצון אדום), מפעילי יכולים להתאים את שערי התיקון וסוגים בתקופות כמעט-מציאותית, לשפר באופן משמעותי את תוצאות הפחתת עלויות.

מסקנה

תיקונים סולריים הם כלים חיוניים לשיפור פעילות מיקרוביאלית במהלך הביו-remediation. על ידי אספקת חומרים מזינים, שיפור מבנה הקרקע, PH מתפתל, ולספק בתי גידול, הם יוצרים תנאים שבהם מיקרואורגניזמים יכולים ביעילות לדהור מזהמים ברמה יעילה.הבחירה של תיקון חייב להיות מבוסס על הבנה מעמיקה של תנאי האתר, כימיה מדבקת, ותיקון מיקרוביאלי.

ביו-remediation מוצלח דורש גישה משולבת המשלבת בחירת תיקון נאותה, יישום זהיר, וניטור מתמשך.כאשר מבוצע כראוי, תיקונים הקרקעיים יכולים להאיץ ניקוי, להפחית עלויות, לשחזר אתרים מזוהמים לשימוש פרודוקטיבי. asשדה מתקדם, פיתוח מערכות תיקון מותאם אישית המותאמים למזהמים ספציפיים תנאי האתר ימשיך להרחיב את היכולות של התחדשות מבוססת מיקרוביאלית, המציע פתרונות בר-קיימא עבור כמה בעיות סביבתיות מאתגרות.

לקריאה נוספת על ביו-רשמיות ותיקון הקרקע, תייעץ עם ה-FLT:0) עובדה טכנולוגית ההנעה של הסוכנות לניידות של EPA 1 ו-FLT:2 מדע בדיוני של תיקונים קרקעיים: