BIOREMEDIASI: CIRI, JENIS, KELEBIHAN DAN KEKURANGAN - BIOLOGI - 2026

The bioremediation adalah satu set bioteknologi sanitasi menggunakan keupayaan metabolik mikroorganisma bakteria, kulat, tumbuhan dan / atau enzim terpencil, untuk membuang bahan cemar di dalam tanah dan air.

Mikroorganisma (bakteria dan kulat) dan beberapa tumbuhan dapat melakukan biotransformasi pelbagai sebatian organik yang mencemarkan dan toksik, sehingga tidak berbahaya atau tidak berbahaya. Mereka bahkan dapat membiodegradasi sebilangan sebatian organik kepada bentuknya yang paling sederhana, seperti metana (CH ₄ ) dan karbon dioksida (CO ₂ ).

Gambar 1. Pencemaran alam sekitar oleh tumpahan minyak, kemudian dirawat dengan bioremediasi. Sumber: commons.wikimedia.org

Beberapa mikroorganisma dan tumbuhan juga dapat mengekstrak atau melumpuhkan unsur kimia toksik, seperti logam berat, di persekitaran (in situ). Dengan melumpuhkan bahan toksik di persekitaran, ia tidak lagi tersedia untuk organisma hidup dan oleh itu tidak mempengaruhi mereka.

Oleh itu, pengurangan bioavailabiliti bahan toksik juga merupakan bentuk bioremediasi, walaupun tidak menyiratkan penyingkiran bahan tersebut dari alam sekitar.

Pada masa ini terdapat minat ilmiah dan komersial yang semakin meningkat dalam mengembangkan teknologi yang rendah dan berimpak (atau "mesra alam"), seperti bioremediasi permukaan dan air tanah, lumpur dan tanah yang tercemar.

Ciri-ciri bioremediasi

Bahan pencemar yang boleh menjadi bioremediasi

Antara bahan pencemar yang telah bioremediasi, adalah logam berat, bahan radioaktif, bahan pencemar organik toksik, bahan letupan, sebatian organik yang berasal dari minyak (hidrokarbon poliaromatik atau HPA), fenol, antara lain.

Keadaan fizikokimia semasa bioremediasi

Kerana proses bioremediasi bergantung pada aktiviti mikroorganisma dan tumbuhan hidup atau enzim terpencilnya, keadaan fisikokimia yang sesuai mesti dijaga untuk setiap organisma atau sistem enzim, untuk mengoptimumkan aktiviti metabolisme mereka dalam proses bioremediasi.

Faktor untuk dioptimumkan dan dikekalkan sepanjang proses bioremediasi

-Konsentrasi dan ketersediaan bio pencemar dalam keadaan persekitaran: kerana jika terlalu tinggi ia boleh membahayakan mikroorganisma yang sama yang memiliki kemampuan untuk mentransformasikannya.

-Kelembapan: ketersediaan air sangat penting untuk organisma hidup, serta untuk aktiviti enzimatik pemangkin biologi bebas sel. Secara amnya, kelembapan relatif 12 hingga 25% harus dijaga di tanah yang mengalami bioremediasi.

-Suhu: mestilah berada dalam jangkauan yang memungkinkan kelangsungan hidup organisma yang digunakan dan / atau aktiviti enzimatik yang diperlukan.

Nutrien yang tersedia secara bio: penting untuk pertumbuhan dan pendaraban mikroorganisma yang menarik. Terutamanya, karbon, fosforus dan nitrogen mesti dikawal, serta beberapa mineral penting.

-Keasaman atau kealkalian medium berair atau pH (pengukuran ion H ⁺ dalam medium).

-Persediaan oksigen: dalam kebanyakan teknik bioremediasi, mikroorganisma aerobik digunakan (contohnya dalam kompos, biopile dan "landfarming"), dan pengudaraan substrat diperlukan. Walau bagaimanapun, mikroorganisma anaerob dapat digunakan dalam proses bioremediasi, dalam keadaan yang sangat terkawal di makmal (menggunakan bioreaktor).

Jenis-jenis bioremediasi

Antara bioteknologi bioremediasi terpakai adalah seperti berikut:

Biostimulasi

Biostimulasi terdiri daripada rangsangan in situ mikroorganisma yang sudah ada di persekitaran yang tercemar (mikroorganisma autochthonous), yang mampu menghidupkan bahan pencemar.

Biostimulasi in situ dicapai dengan mengoptimumkan keadaan fizikokimia agar proses yang diinginkan berlaku, iaitu; pH, oksigen, kelembapan, suhu, antara lain, dan menambahkan nutrien yang diperlukan.

Bioaugmentasi

Bioaugmentation melibatkan peningkatan jumlah mikroorganisma yang menarik (lebih disukai autochthonous), berkat penambahan inokula mereka yang tumbuh di makmal.

Selanjutnya, setelah mikroorganisma yang diminati diinokulasi secara in situ, keadaan fizikokimia mesti dioptimumkan (seperti dalam biostimulasi), untuk mempromosikan aktiviti penurunan mikroorganisma.

Untuk penerapan bioaugmentasi, kos budaya mikroba dalam bioreaktor di makmal mesti dipertimbangkan.

Biostimulasi dan bioaugmentasi dapat digabungkan dengan semua bioteknologi lain yang dijelaskan di bawah.

Pengkomposan

Kompos terdiri daripada mencampurkan bahan yang tercemar dengan tanah yang tidak tercemar ditambah dengan agen dan nutrien pembiakan tumbuhan atau haiwan. Campuran ini membentuk kerucut setinggi 3 m, jaraknya terpisah.

Pengoksigenan lapisan bawah kerucut mesti dikawal, melalui penyingkirannya secara berkala dari satu tempat ke tempat lain dengan mesin. Keadaan kelembapan, suhu, pH, nutrien yang optimum antara lain juga mesti dijaga.

Biopile

Teknik bioremediasi dengan biopile sama dengan teknik kompos yang dijelaskan di atas, kecuali untuk:

• Ketiadaan agen pembiakan yang berasal dari tumbuhan atau haiwan.
• Penghapusan pengudaraan melalui pergerakan dari satu laman web ke lokasi yang lain.

Biopile tetap terpaku di tempat yang sama, diudara di lapisan dalamannya melalui sistem paip, yang kos pemasangan, operasi dan penyelenggaraannya harus dipertimbangkan dari fasa reka bentuk sistem.

Pembuatan tanah

Bioteknologi yang disebut "landfarming" (diterjemahkan dari bahasa Inggeris: tilling the land), terdiri daripada mencampurkan bahan yang tercemar (lumpur atau sedimen) dengan 30 cm pertama tanah yang tidak tercemar dari kawasan yang luas.

Pada sentimeter tanah pertama, degradasi bahan pencemar disukai kerana pengudaraan dan pencampurannya. Jentera pertanian digunakan untuk tugas-tugas ini, seperti traktor bajak.

Kelemahan utama penanaman tani adalah bahawa ia memerlukan kawasan tanah yang besar, yang dapat digunakan untuk pengeluaran makanan.

Fediemediasi

Fitoremediasi, juga disebut mikro-organisma dan bioremediasi berbantukan tumbuhan, adalah sekumpulan bioteknologi berdasarkan penggunaan tumbuhan dan mikro-organisma untuk menghilangkan, mengurung atau mengurangkan toksisitas bahan pencemar di perairan permukaan atau bawah tanah, lumpur dan tanah.

Semasa phytoremediation, degradasi, pengekstrakan dan / atau penstabilan (penurunan bioavailabiliti) bahan cemar dapat terjadi. Proses ini bergantung pada interaksi antara tumbuhan dan mikroorganisma yang hidup sangat dekat dengan akarnya, di kawasan yang disebut rhizosfera.

Rajah 2. Bioremediasi air yang tercemar dengan tumbuhan dan mikroorganisma. Sumber: Wikyhelper, dari Wikimedia Commons

Fediemediasi sangat berjaya dalam penyingkiran logam berat dan bahan radioaktif dari tanah dan permukaan atau air bawah tanah (atau rhizofiltrasi air yang tercemar).

Dalam kes ini, tanaman mengumpulkan logam dari persekitaran dalam tisu mereka dan kemudian dituai dan dibakar dalam keadaan terkawal, sehingga bahan pencemar itu tersebar dari persekitaran, menjadi pekat dalam bentuk abu.

Abu yang diperoleh dapat dirawat untuk mendapatkan kembali logam (jika ia mempunyai kepentingan ekonomi), atau dapat ditinggalkan di tempat pembuangan sampah akhir.

Kelemahan phytoremediation adalah kurangnya pengetahuan mendalam mengenai interaksi yang berlaku antara organisma yang terlibat (tumbuhan, bakteria, dan mungkin kulat mikorizal).

Sebaliknya, keadaan persekitaran yang memenuhi keperluan semua organisma terpakai mesti dijaga.

Bioreaktor

Bioreaktor adalah bekas yang cukup besar, yang memungkinkan untuk mengekalkan keadaan fisikokimia yang sangat terkawal dalam media kultur berair, dengan tujuan untuk menyukai proses biologi yang menarik.

Mikroorganisma bakteria dan kulat dapat dikultur secara besar-besaran di makmal di bioreaktor dan kemudian diterapkan dalam proses bioaugmentasi in situ. Mikro-organisma juga dapat dikultur untuk memperoleh enzim yang merosakkan pencemar mereka.

Bioreaktor digunakan dalam proses bioremediasi ex situ, dengan mencampurkan substrat yang tercemar dengan media kultur mikroba, memihak kepada degradasi bahan cemar.

Mikroorganisma yang tumbuh dalam bioreaktor bahkan boleh menjadi anaerobik, dalam hal ini, media kultur berair mesti tanpa oksigen terlarut.

Rajah 3. Bioreaktor. Sumber: es.m.wikipedia.org

Di antara bioteknologi bioremediasi, penggunaan bioreaktor agak mahal, kerana penyelenggaraan peralatan dan keperluan untuk budaya mikroba.

Mikroremediasi

Penggunaan mikroorganisma kulat (kulat mikroskopik) dalam proses bioremediasi bahan pencemar beracun disebut mikoremediasi.

Perlu dipertimbangkan bahawa penanaman kulat mikroskopik biasanya lebih kompleks daripada bakteria dan oleh itu memerlukan kos yang lebih tinggi. Selanjutnya, kulat tumbuh dan membiak lebih perlahan daripada bakteria, dengan bioremediasi berbantu kulat menjadi proses yang lebih perlahan.

Bioremediasi berbanding teknologi fizikal dan kimia konvensional

-Kelebihan

Bioteknologi bioremediasi jauh lebih ekonomik dan mesra alam daripada teknologi sanitasi persekitaran kimia dan fizikal yang digunakan secara konvensional.

Ini bermaksud bahawa penggunaan bioremediasi mempunyai kesan persekitaran yang lebih rendah daripada amalan fizikokimia konvensional.

Sebaliknya, di antara mikroorganisma yang diterapkan dalam proses bioremediasi, ada juga yang dapat memineralisasi sebatian pencemaran, memastikan kehilangannya dari persekitaran, sesuatu yang sukar dicapai dalam satu langkah dengan proses fizikokimia konvensional.

-Kelemahan dan aspek yang perlu diambil kira

Kapasiti metabolik mikrob yang ada di alam semula jadi

Memandangkan hanya 1% mikroorganisma yang ada di alam telah diasingkan, batasan bioremediasi adalah tepatnya pengenalpastian mikroorganisma yang mampu membiodegradasi bahan pencemaran tertentu.

Kekurangan pengetahuan mengenai sistem yang diaplikasikan

Sebaliknya, bioremediasi berfungsi dengan sistem kompleks dua atau lebih organisma hidup, yang umumnya tidak difahami sepenuhnya.

Beberapa mikroorganisma yang dikaji mempunyai sebatian pencemaran biotransformasi menjadi produk sampingan yang lebih toksik. Atas sebab ini, adalah perlu untuk mengkaji organisma bioremediasi dan interaksinya secara mendalam di makmal.

Sebagai tambahan, ujian rintis berskala kecil (di lapangan) mesti dilakukan sebelum menerapkannya secara beramai-ramai, dan akhirnya proses bioremediasi harus dipantau secara in situ, untuk memastikan bahawa sanitasi persekitaran berlaku dengan betul.

Ekstrapolasi hasil yang diperoleh di makmal

Kerana kerumitan sistem biologi yang tinggi, hasil yang diperoleh dalam skala kecil di makmal tidak selalu dapat diekstrapolasi ke proses lapangan.

Kekhususan setiap proses bioremediasi

Setiap proses bioremediasi melibatkan reka bentuk eksperimen tertentu, sesuai dengan keadaan tertentu dari lokasi yang tercemar, jenis bahan cemar yang akan dirawat dan organisme yang akan diterapkan.

Oleh itu, proses-proses ini perlu diarahkan oleh kumpulan pakar interdisipliner, antaranya mestilah ahli biologi, ahli kimia, jurutera, dan lain-lain.

Pemeliharaan keadaan fizikokimia persekitaran untuk menggemari pertumbuhan dan aktiviti metabolik yang menarik, menyiratkan pekerjaan tetap semasa proses bioremediasi.

Masa yang diperlukan

Akhirnya, proses bioremediasi boleh memakan masa lebih lama daripada proses fizikokimia konvensional.

Rujukan

1. Adams, GO, Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Bioremediasi minyak bekas yang tercemar dengan menggunakan kotoran unggas. Jurnal Penyelidikan dalam Kejuruteraan dan Sains Gunaan3 (2) 124-130
2. Adams, O. (2015). "Bioremediasi, Biostimulasi dan Bioaugmentasi: Kajian". Jurnal Antarabangsa Bioremediasi Alam Sekitar dan Biodegredasi. 3 (1): 28–39.
3. Boopathy, R. (2000). "Faktor-faktor yang mengehadkan teknologi bioremediasi". Teknologi Bioresource. 74: 63–7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
4. Eweis JB, Ergas, SJ, Chang, DPY dan Schoeder, D. (1999). Prinsip Biorecovery. McGraw-Hill Interamericana dari Sepanyol, Madrid. hlm 296.
5. Madigan, MT, Martinko, JM, Bender, KS, Buckley, DH Stahl, DA dan Brock, T. (2015). Biologi mikroorganisma. 14 ed. Benjamin Cummings. hlm 1041.
6. McKinney, RE (2004). Mikrobiologi Kawalan Pencemaran Alam Sekitar. M. Dekker. hlm 453.
7. Pilon-Smits E. 2005. Fitoremediasi. Annu. Rev. Plant Biol.56: 15-39.