Bioaugmentation - Bioaugmentation

L'augmentation biologique est l'ajout d' archées ou de cultures bactériennes nécessaires pour accélérer la vitesse de dégradation d'un contaminant . Les organismes qui proviennent de zones contaminées peuvent déjà être capables de décomposer les déchets, mais peut-être de manière inefficace et lente.

La bioaugmentation est un type de bioremédiation dans lequel elle nécessite d'étudier les variétés indigènes présentes sur le site pour déterminer si la biostimulation est possible. Après avoir découvert les bactéries indigènes trouvées dans l'emplacement, si les bactéries indigènes peuvent métaboliser les contaminants, davantage de cultures bactériennes indigènes seront mises en œuvre dans l'emplacement pour stimuler la dégradation des contaminants. La bioaugmentation est l'introduction de plus d'archées ou de cultures bactériennes pour améliorer la dégradation des contaminants, tandis que la biostimulation est l'ajout de suppléments nutritionnels pour les bactéries indigènes afin de promouvoir le métabolisme bactérien. Si la variété indigène n'a pas la capacité métabolique pour effectuer le processus d'assainissement, des variétés exogènes avec des voies aussi sophistiquées sont introduites. L'utilisation de la bioaugmentation permet des avancées dans les domaines de l'écologie et de la biologie microbiennes, de l'immobilisation et de la conception de bioréacteurs.

La bioaugmentation est couramment utilisée dans le traitement des eaux usées municipales pour redémarrer les bioréacteurs à boues activées . La plupart des cultures disponibles contiennent des cultures microbiennes, contenant déjà tous les micro-organismes nécessaires ( B. licheniformis , B. thuringiensis , P. polymyxa , B. stearothermophilus , Penicillium sp. , Aspergillus sp. , Flavobacterium , Arthrobacter , Pseudomonas , Streptomyces , Saccharomyces , etc.) . Les systèmes à boues activées sont généralement basés sur des micro-organismes comme les bactéries, les protozoaires, les nématodes, les rotifères et les champignons, qui sont capables de dégrader la matière organique biodégradable. Il existe de nombreux résultats positifs de l'utilisation de la bioaugmentation, tels que l'amélioration de l'efficacité et de la vitesse du processus de décomposition des substances et la réduction des particules toxiques dans une zone.

Applications

Assainissement des sols

La bioaugmentation est favorable dans les sols contaminés qui ont subi une biorestauration, mais qui présentent toujours un risque environnemental. En effet, les micro-organismes qui se trouvaient à l'origine dans l'environnement n'ont pas accompli leur tâche pendant la biorestauration lorsqu'il s'agissait de décomposer les produits chimiques dans le sol contaminé . L'échec des bactéries d'origine peut être causé par des stress environnementaux, ainsi que par des changements dans la population microbienne dus aux taux de mutation. Lorsque des micro-organismes sont ajoutés, ils sont potentiellement plus adaptés à la nature du nouveau contaminant, tandis que les micro-organismes plus anciens sont similaires à la pollution et à la contamination plus anciennes. Cependant, ce n'est que l'un des nombreux facteurs; la taille du site est également un déterminant très important. Afin de voir si la bioaugmentation doit être mise en œuvre, le paramètre global doit être pris en compte. De plus, certains micro-organismes hautement spécialisés ne sont pas capables de s'adapter à certains paramètres du site. La disponibilité de certains types de micro-organismes (utilisés pour la biorestauration) peut également être un problème. Bien que la bioaugmentation puisse apparaître comme une solution parfaite pour les sols contaminés, elle peut présenter des inconvénients. Par exemple, le mauvais type de bactéries peut entraîner des aquifères potentiellement obstrués, ou le résultat de l'assainissement peut être incomplet ou insatisfaisant.

Bioaugmentation des solvants chlorés

Sur les sites où le sol et les eaux souterraines sont contaminés par des éthènes chlorés, comme le tétrachloréthylène et le trichloréthylène , la bioaugmentation peut être utilisée pour s'assurer que les micro-organismes in situ peuvent complètement dégrader ces contaminants en éthylène et en chlorure , qui ne sont pas toxiques. La bioaugmentation n'est généralement applicable qu'à la biorestauration des éthènes chlorés, bien qu'il existe des cultures émergentes susceptibles de biodégrader d'autres composés, notamment le BTEX , les chloroéthanes , les chlorométhanes et le MTBE . La première application signalée de bioaugmentation pour les éthènes chlorés a eu lieu à Kelly Air Force Base , au Texas. La bioaugmentation est généralement effectuée en conjonction avec l'ajout d'un donneur d'électrons (biostimulation) pour obtenir des conditions géochimiques dans les eaux souterraines qui favorisent la croissance des micro-organismes de déchloration dans la culture de bioaugmentation.

Fitness de niche

L'inclusion de plus de microbes dans un environnement est bénéfique pour la rapidité de la durée du nettoyage. L'interaction et la compétition de deux composés influencent les performances qu'un micro-organisme, original ou nouveau, pourrait avoir. Cela peut être testé en plaçant un sol qui favorise les nouveaux microbes dans la zone, puis en examinant les performances. Les résultats montreront si le nouveau micro-organisme peut fonctionner suffisamment bien dans ce sol avec d'autres micro-organismes. Cela aide à déterminer la quantité correcte de microbes et de substances indigènes nécessaires pour optimiser les performances et créer un co-métabolisme.

Eaux usées des usines de coke en Chine

Un exemple de la façon dont la bioaugmentation a amélioré un environnement, est dans les eaux usées de l'usine de coke en Chine. Le charbon en Chine est utilisé comme source d'énergie principale et l'eau contaminée contient des contaminants toxiques nocifs comme l' ammoniac , le thiocyanate , les phénols et autres composés organiques, tels que les mono- et polycycliques contenant de l' azote aromatiques , l' oxygène et contenant du soufre hétérocycliques et des hydrocarbures aromatiques polynucléaires . Les mesures précédentes pour traiter ce problème étaient un système aérobie-anoxique-oxique, des extractions au solvant, un strippage et un traitement biologique. Il a été rapporté que la bioaugmentation élimine le 3-chlorobenzoate, le 4-méthyl benzoate, le toluène , le phénol et les solvants chlorés .

Le réacteur anaérobie était rempli de milieux semi-souples, construits par un anneau en plastique et une chaîne de fibres synthétiques. Le réacteur anoxique est un réacteur complètement mélangé tandis que le réacteur oxique est un bioréacteur hybride dans lequel des supports de mousse de polyuréthane ont été ajoutés. L'eau du réacteur anoxique, du réacteur odique et du réservoir de sédimentation a été utilisée et contenait des mélanges de différentes quantités de microbes anciens et développés avec une concentration de 0,75 et 28 degrés Celsius. Le taux de dégradation des contaminants dépendait de la quantité de concentration microbienne. Dans la communauté microbienne améliorée, les micro-organismes indigènes ont décomposé les contaminants des eaux usées de la cokerie, comme les pyridines et les composés phénoliques . Lorsque des micro-organismes hétérotrophes indigènes ont été ajoutés, ils ont converti de nombreux grands composés moléculaires en composés plus petits et plus simples, qui pourraient être extraits de composés organiques plus biodégradables. Cela prouve que la bioaugmentation pourrait être utilisée comme un outil pour l'élimination des composés indésirables qui ne sont pas correctement éliminés par un système de traitement biologique conventionnel. Lorsque la bioaugmentation est combinée avec le système A1 – A2 – O pour le traitement des eaux usées des cokeries, elle est très puissante.

Nettoyage pétrolier

Dans l' industrie pétrolière , il y a un gros problème avec la façon dont la fosse de forage des champs pétrolifères est éliminée. Beaucoup avaient l'habitude de simplement placer de la saleté sur la fosse, mais il est beaucoup plus productif et économiquement avantageux d'utiliser la bioaugmentation. Grâce à l'utilisation de microbes avancés, les sociétés de forage peuvent en fait traiter le problème dans la fosse du champ pétrolifère au lieu de transférer les déchets. Plus précisément, les hydrocarbures aromatiques polycycliques peuvent être métabolisés par certaines bactéries, ce qui réduit considérablement les dommages environnementaux causés par les activités de forage. Dans des conditions environnementales appropriées, les microbes sont placés dans le puits de pétrole pour décomposer les hydrocarbures et à côté se trouvent d'autres nutriments. Avant le traitement, il y avait un niveau total d'hydrocarbures de pétrole (TPH) de 44 880 ppm , ce qui en seulement 47 jours, le TPH a été abaissé à un niveau de 10 000 ppm à 6 486 ppm.

Pannes et solutions potentielles

Il y a eu de nombreux cas où la bioaugmentation présentait des lacunes dans son processus, y compris l'utilisation du mauvais organisme. La mise en œuvre de la bioaugmentation sur l'environnement peut poser des problèmes de prédation, de compétition nutritionnelle entre bactéries indigènes et inoculées, d'inoculations insuffisantes, et de perturber l'équilibre écologique du fait de fortes inoculations. Chaque problème peut être résolu en utilisant différentes techniques pour limiter les possibilités de survenance de ces problèmes. La prédation peut être évitée par des doses initiales élevées des bactéries inoculées ou par un traitement thermique avant l'inoculation, tandis que la compétition nutritionnelle peut être réglée avec la biostimulation. Des inoculations insuffisantes peuvent être traitées par des inoculations répétées ou continues et de grandes inoculations sont résolues avec des dosages hautement contrôlés des bactéries.

Les exemples incluent les bactéries introduites qui ne parviennent pas à améliorer la dégradation dans le sol, et les essais de bioaugmentation échouent à l'échelle du laboratoire, mais réussissent à grande échelle. Beaucoup de ces problèmes sont survenus parce que les problèmes d' écologie microbienne n'ont pas été pris en compte pour cartographier les performances de la bioaugmentation. Il est crucial de considérer la capacité des microbes à résister aux conditions de la communauté microbienne dans laquelle ils doivent être placés. Dans de nombreux cas qui ont échoué, seule la capacité des microbes à décomposer les composés a été prise en compte et moins leur aptitude dans les communautés existantes et le stress concurrentiel qui en résulte. Il vaut mieux identifier les communautés existantes avant de se pencher sur les souches nécessaires pour décomposer les polluants.


Voir également

Les références