Thuốc trừ sâu

Thuốc trừ sâu là những nguồn không đáng kể nhất của hóa chất được thêm vào môi trường. Phần lớn các loại thuốc trừ sâu hữu cơ đang được sử dụng có thể dễ phân hủy trong thời gian của một mùa trồng trọt hoặc ít hơn. Thuốc trừ sâu tổng hợp cho thấy nhiều cấu trúc hóa học phức tạp, nhưng hầu hết được nguồn từ chất béo tương đối đơn giản, alicyclic, và các cấu trúc thơm đã được nói đến. Các cấu trúc cơ sở thế nhiều

halogen, amin, nitro, hydroxyl, carboxyl, và nhóm thế phốt pho. Ví dụ, các chlorophenoxyacetates, như 2,4-D và 2,4,5-T, đã được phát tán vào môi trường như thuốc diệt cỏ trong vòng 40 năm qua. Cả hai cấu trúc có thể phân hủy và các con đường được trình bày trong hình 20.25.

Hình 20.26 So sánh bốn bộ thuốc trừ sâu.Kiểm tra cấu trúc và các nhóm chức năng của mỗi bộ thuốc trừ sâu và sau đó dự đoán của mỗi bộ được

dễ dàng hơn phân hủy sinh học.

20.7.Xử lý sinh học

Mục tiêu của xử lý sinh học là khai thác quá trình phân hủy tự sinh học trong tự nhiên để xử lý ô nhiễm, phải đồng bộ các địa điểm (Hội đồng

Nghiên cứu Quốc gia, 1993). Có một số loại xử lý sinh học. In situ xử lý sinh học là xử lý tại chỗ của một địa điểm bị ô nhiễm. Exsitu sinh học khắc phục có thể được thực hiện để xử lý đất bị ô nhiễm hoặc nước được lấy ra từ một địa điểm bị ô nhiễm.Thực chất xử lý sinh tại chỗ là phân hủy sinh học chất gây ô nhiễm của các vi sinh vật bản địa xảy ra mà không có bất kỳ sự kích thích nào.Tất cả các loại xử lý sinh học tiếp tục nhận được sự quan tâm ngày càng tăng như lựa chọn thay thế khắc phục khả thi vì nhiều lý do. Chi phí tương đối thấp xử lý sinh học khi nó là thành công. .Như với bất kỳ công nghệ nào, cũng có những nhược điểm.Thành công có thể là không thể đoán trước bởi vì một hệ thống sinh học đang được sử dụng.Một lưu ý thứ hai là xử lý sinh học hiếm khi phục hồi môi trường hoàn toàn. Thường ô nhiễm dư còn lại sau khi điều trị triển được hấp thu mạnh mẽ và không có sẵn cho các vi sinh vật cho sự phân hủy. Trong một thời gian dài (năm), các dư lượng có thể được phát hành từ từ . Có tương đối ít nghiên cứu liên quan đến số phận và độc tính tiềm năng của dư phát hành như vậy, và do đó có cả công và mối quan tâm quy định về tầm quan trọng của dư lượng ô nhiễm. Mặc dù nó thường không nghĩ đến như xử lý sinh học ,chất thải nước thải sinh hoạt được xử lý sinh học cho nhiều năm với thành công tốt đẹp. Điều thú vị, người ta còn tìm thấy chất ECD trong xử lý nước thải. Các hợp chất này mô phỏng hoạt động nội tiết tố trong hệ thống nội tiết động vật có vú và phát sinh từ dược liệu và các sản phẩm chăm sóc cơ thể ( PPCPs ) có trong nước thải nhưng không hoàn toàn loại bỏ bởi các nhà máy rượu và xử lý nước thải thông thường ( Snyder et al. , 2003). Loại bỏ các EDC là không đầy đủ cho hai lý do ; cấu trúc hóa học đa dạng đòi hỏi sự thích nghi và nồng độ thấp có thể không gây ra con đường phân hủy sinh học ( Thông tin Box 20,10 ) .

Trong ứng dụng của xử lý sinh học phải luôn ghi nhớ rằng phân hủy sinh học phụ thuộc vào cấu trúc của chất gây ô nhiễm và khả dụng sinh học. Vì vậy, thành công xử lý sinh học sẽ phụ thuộc vào loại hỗn hợp chất gây ô nhiễm hoặc ô nhiễm hiện tại và các loại của vi sinh vật . Thành công đầu tiên của xử lý sinh học là xử lý nước thải bên ngoài làm sạch sự cố tràn dầu , và thành công trong lĩnh vực này là được ghi nhận (xem Trường hợp nghiên cứu 20,2 ) . Trong vài năm qua, Thông tin Box 20,10 Vào tháng Ba năm 1989, 33.000 tấn dầu thô đã được đổ từ Exxon

Valdez ở Prince William Sound , Alaska. Dầu này là sau đó lan ra bởi một trận bão và phủ bờ đảo trong âm thanh . Làm sạch thông thường , chủ yếu là bởi Phys - phương pháp ical , đã không loại bỏ tất cả các dầu trên các bãi biển , đặc biệt trong đá và trong các trầm tích bãi biển.

Exxon đạt được một thỏa thuận hợp tác với môi trường. Cơ quan bảo vệ (EPA ) vào cuối tháng 5 năm 1989 để kiểm tra bioremedia - tion như một chiến lược làm sạch. Phương pháp tiếp cận theo sau là Capi - talize

trên điều kiện hiện tại càng nhiều càng tốt . Ví dụ, cho oildegrading vi sinh vật , các nhà khoa học nhận ra rằng những bãi biển rất có thể chứa sinh vật bản địa đã thích nghi với khí hậu lạnh. Trên thực tế, những bãi biển bị ô nhiễm có như vậy sinh vật cũng như một nguồn carbon dồi dào ( dầu tràn ) và đủ oxy. Trong thực tế, phân hủy sinh học nội tại đã là xảy ra trong khu vực (Button , 1992). Nghiên cứu sâu hơn cho thấy giá phân hủy nội tại bị hạn chế bởi khả dụng của chất dinh dưỡng như đạm, lân, và vi lượng khác elements .Thời gian là điều cốt yếu trong việc điều trị các nhiễm các địa điểm vì mùa Alaska tương đối ôn hòa là nhanh chóng tiến tới. Vì vậy, nó đã được quyết định để cố gắng nâng cao tỷ lệ nội tại của phân hủy sinh học bằng cách sửa đổi trong những khu vực bị nhiễm nitơ và phốt pho .trong đầu tháng Sáu năm 1989, lĩnh vực công việc trình diễn được bắt đầu, nhiều công nghệ xử lý sinh học mới đã xuất hiện mà đang được sử dụng để giải quyết các loại chất gây ô nhiễm kể cả

● hợp chất hữu cơ dễ bay hơi ( bao gồm khử trùng bằng clo ● hydrocarbon polyaromatic

● thuốc trừ sâu , thuốc diệt cỏ

Một số yếu tố quan trọng rất quan trọng để ứng dụng thành công xử lý sinh học của : điều kiện môi trường , chất gây ô nhiễm và lượng dinh dưỡng, và sự có mặt của vi sinh vật phân hủy. Nếu phân hủy sinh học không xảy ra, đầu tiên điều đó phải được thực hiện là để cô lập các yếu tố hạn chế sinh học khắc phục, và điều này đôi khi có thể là một nhiệm vụ rất khó khăn. Xét nghiệm ban đầu sử dụng đất hoặc nước bị ô nhiễm từ một địa điểm thường có thể xác định xem làm giảm vi sinh vật phân hủy hiện tại và liệu có một rõ ràng môi yếu tố giới hạn phân hủy sinh học , ví dụ, pH rất thấp hoặc cao hoặc thiếu nitơ và / hoặc phospho phorus . Tuy nhiên , đôi khi yếu tố hạn chế là không dễ dàng để xác

định. Thường các chất ô nhiễm có mặt như hỗn hợp và một thành phần của hỗn hợp chất gây ô nhiễm có thể có độc ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và hoạt động của vi sinh vật phân hủy . Sinh khả dụng thấp do hấp thụ và lão hóa là một yếu tố khác có thể giới hạn xử lý sinh học. Cho đến những năm 1980, xử lý sinh học không được coi là một lựa chọn để làm sạch các khu vực ô nhiễm . Tuy nhiên ,một báo cáo gần đây của EPA cho thấy từ năm 1988 , việc sử dụng xử lý sinh học tại các địa điểm trong danh sách của Superfund tại Hoa Kỳ có trở thành một sự thay thế thiết lập (EPA , 2001). Tổng thể, từ năm 1982 đến năm 2005, xử lý sinh học đã được sử dụng như một phương thuốc để kiểm soát các khu ô nhiễm nguồn ở mức 11% của các vị trí ô nghiễm của Superfund và đã được sử dụng để điều trị nước ngầm tại 34% các vị trí ô nhiễm của superfund (EPA, 2007a).

20.7.1 Bổ sung oxy hoặc khí khác

Một trong những yếu tố hạn chế phổ biến nhất trong xử lý sinh học là khả dụng của oxy.Oxy là một yếu tố cần thiết cho phân hủy sinh học hiếu khí. Ngoài ra, oxy có hòa tan thấp trong nước và út khuếch tán từ không khí vào nước .sự kết hợp ba yếu tố này làm cho nó dễ dàng để hiểu rằng cấp oxy không đủ đồng nghĩa sẽ làm chậm xử lý sinh học . nhiều công nghệ đã được phát triển để khắc phục sự thiếu oxy. Một hệ thống xử lý sinh học có thể là có thể dùng để xử lý một tầng nước ngầm bị ô nhiễm cũng như việc xây khu taminated trên mực nước được thể hiện trong hình20.27A.

. Hệ thống này bao gồm một loạt các giếng phun hoặc phòng trưng bày và một loạt các giếng phục hồi tạo nên một hai phương pháp tiếp cận hướng để xử lý sinh học . Đầu tiên ,các giếng phục hồi loại bỏ ô nhiễm nước ngầm , được xử lý trên mặt đất , trong trường hợp này sử dụng một phản ứng sinh học có chứa vi sinh vật được thích nghi với các chất gây ô nhiễm .

Điều này sẽ được xem xét xử lý bằng phương pháp exsitu . Sau sinh xử lý lò phản ứng, nước sạch được cung cấp ôxi và chất dinh dưỡng , và sau đó nó được tiêm vào các vị trí ô nhiễm. Các nước mồi này cung cấp oxy và chất dinh dưỡng để kích thích phân hủy sinh học tại chỗ . Ngoài ra, nước mồi thổi sạch vùng trên nước ngầm để hỗ trợ trong việc loại bỏ các nhiễm bẩn để điều trị phản ứng sinh học trên mặt đất . Mô hình xử lý này là một ví dụ rất tốt của một sự kết hợp của, hóa học , vật lý và phương pháp điều trị sinh học được sử dụng để tối đa hóa hiệu quả của việc điều trị khắc phục hậu quả .

Hình 20.27B cho thấy một chiến lược khắc phục đó là dựa trên

bioventing ( tốc độ chảy thấp ) hoặc extraction ( tốc độ dòng chảy cao ) . Bioventing là một kỹ thuật sử dụng để thêm oxy trực tiếp vào các vị trí ô nhiễm trong khu vực trên nước ngầm (vadose ) . Trong bioventing một mình, không khí tiêm ở lưu lượng rất thấp vào khu vực bị ô nhiễm để thúc đẩy phân hủy sinh học . Ngoài ra trong một số trường hợp , lưu lượng có thể được tăng lên để kết hợp extraction ( SVE ) và công nghệ xử lý sinh học . Trong trường hợp này , chiết xuất các chất ô nhiễm hơi pha được xử lý trên mặt đất hoặc sinh học hoặc hóa học và ngoài ra, tại chỗ xử lý sinh học được kích thích . Các bioventing / SVE khu vực được đánh dấu màu đỏ trong hình . 20.27B và bao gồm các vùng và khu vực bị ô nhiễm vadose ngay dưới nước bảng . Như thể hiện trong hình này, giếng đã được xây dựng xung quanh khu vực ô nhiễm . Để bắt đầu

bioventing ,chân không được vẽ trên những giếng để đẩy không khí tăng tốc phong trào thông qua các khu vực ô nhiễm . Này hiệu tively làm tăng cung cấp oxy trong địa điểm,và do đó tỷ lệ phân hủy sinh học gây ô

nhiễm . Nếu tỷ lệcủa không khí chuyển động được tăng thêm , chất gây ô nhiễm là bay hơi và loại bỏ khi không khí được buộc phải thông qua hệthống. Không khí bị ô nhiễm này có thể được xử lý sinh học bằng đi qua không khí thông qua giường đất trên mặt đất trong một quá trình gọi là lọc sinh học như hình . 20,28 ( Jutras et al. ,1997). Ngược lại, sparging

không khí được sử dụng để thêm oxy cho vùng bão hòa (Hình 20.27C ) . Trong quá trình này , một người biết dành dụm không khí cũng được sử dụng để bơm không khí dưới áp suất dưới nước bảng . Không khí tiêm vào trong nước,tạo ra một độ xốp chứa đầy không khí tạm thời. Điều này làm tăng lượng oxi , dẫn đến tăng cường phân hủy sinh học . Ngoài ra, như thể hiện trong sơ đồ này , dễ bay hơi chất hữu cơ bay hơi có thể vào luồng khí và được loại bỏ bởi Chiết hơi nước tốt. Mêtan là một loại khí có thể được bổ sung oxy trong nước ngầm khai thác và tiêm vào khu vực nước ngầm. Metan được sử dụng đặc biệt để kích thích hoạt động

methanoic và quá trình cometabolic của clo dung môi. Như mô tả trong mục 14.2.3.3 , methanotrophic sinh vật sản xuất các enzyme

monooxygenase mêtan phân hủy mêtan , và enzyme này cũng đồng chuyển hóa làm giảm một số dung môi clo . Sự phân hủy Cometabolic của dung môi clo hiện nay đang được thử nghiệm trong thử nghiệm thực địa để xác định tính hữu ích của công nghệ này.

.

20.7.2 Bổ sung chất dinh dưỡng

Bổ sung các chất dinh dưỡng, trong nitơ đặc biệt và phốt pho. Nhiều địa điểm bị ô nhiễm hữu cơ chứa tiêm là để tối ưu hóa tỷ lệ cacbon, nitơ , và phốt pho ( C : N : P) trong các vị trí ô nhiễm khoảng 100:10:1. Tuy

nhiên , hấp thụ các chất dinh dưỡng bổ sung có thể làm cho nó khó khăn đạt được tỷ lệ tối ưu chính xác.

Phân hủy sinh học nhanh chóng của nhiều chất ô nhiễm có thể ưu tiên yêu cầu cả hai giai đoạn kỵ khí và hiếu khí. Như đã thảo luận sớm , điều kiện hiếu khí có lợi cho phân hủy sinh học các hợp chất ít halogen hóa, và kỵ khí điều kiện thuận lợi cho việc phân hủy sinh học của các hợp chất với một số lượng lớn các halogen hóa . Tuy nhiên , phân hủy sinh học hoàn toàn của các dẫn xuất halogen aliphatics cao dưới điều kiện thường không diễn ra . Vì vậy, một số các nhà nghiên cứu đã đề xuất việc sử dụng một trình tự xử lý kỵ khí và hiếu khí .Xử lý ban đầu trong điều kiện kỵ khí được sử dụng để làm giảm các hợp chất halogen, là lĩnh vực nghiên cứu hoạt động, và trong vài năm tới khoa học viễn tưởng có thể hiểu biết thêm vầ hoạt động của vi sinh vật trong các hệ sinh thái đất. Tuy nhiên , cho đến khi chúng ta khám phá làm thế nào để thành công trong việc cung cấp và thiết lập vi sinh vật mồi, bổ sung các vi sinh vật mồi này vào các địa điểm bị nhiễm sẽ không phải một lựa chọn khả thi cho xử lý sinh học . Một cách để tận dụng lợi thế của siêu vi khuẩn này là sử dụng chúng trong các hệ thống phản ứng sinh học dướiđiều kiện kiểm soát . Một chiến lược bioaugmentation thứ hai là thêm gen cụ thể trong việc phân hủy sinh học vào vi sinh vật bản địa. Việc bổ sung các gen dựa vào việc cung cấp và hấp thu của vật liệu di truyền bằng vi sinh vật bản địa. Có hai phương pháp có thể được thực hiện trong cung cấp gen. Đầu tiên là sử dụng tế bào vi khuẩn để cung cấp các DNA thông qua sự kết hợp. Thêm DNA " trần trụi " để đất để cho phép hấp thu qua chuyển đổi. Phương pháp thứ hai này có thể làm giảm sự khác cung cấp một mình DNA nhỏ hơn nhiều so với một toàn bộ tế bào . Tuy nhiên, ít được biết đến như nào về hai phương pháp tiếp cận .Như đã thảo luận trong trường hợp nghiên cứu 3.1, Di Giovanni etal. (1996) đã chứng minh rằng việc chuyển gen có thể xảy ra trong đất ,kết quả hoạt động suy thoái 2,4-D . Tuy nhiên , cho dù chuyển nhượng như vậy là phổ biến và những điều kiện thuận lợi hoặc ức chế chuyển nhượng như vậy chưa được xác định. Chất thải giàu carbon nhưng chứa một lượng tối thiểu

nitơ và phốt pho. Ngoài các chất dinh dưỡng được minh họa trong các đề án xử lý sinh học thể hiện trong hình 20.27A và B.

Tiêm dung dịch dinh dưỡng diễn ra từ một hệ thống thức ăn hàng loạt trên mặt đất. Mục tiêu của dinh dưỡng bổ sung tiếp theo của oxy tạo điều kiện-hiếu khí cho phép suy thoái hoàn toàn để tiến hành hiếu khí. Cách tiếp cận này đã được sử dụng thành công để phân hủy vị tí ô nhiễm chưa tổng hợp TCE, dichloroethene (DCE) và vinyl chlorice (VC) và dầu khí hydrocarbon (Morkin et al.,2000).

20.7.4 Bổ sung chất hoạt động bề mặt

Ngoài ra bề mặt đã được đề xuất như một kỹ thuật để tăng khả dụng sinh học và do đó tăng phân hủy sinh học của chất gây ô nhiễm (xem phần 20.4.2)Chất hoạt động bề mặt có thể được tổng hợp hóa học và cũng