Là sinh học là một cách hiệu quả để khử nhiễm hành tinh của chúng ta?
Sinh học là gì?
Xử lý sinh học là một kỹ thuật quản lý chất thải sử dụng các sinh vật sống được gọi là phản ứng sinh học để trung hòa, phá vỡ hoặc loại bỏ các chất ô nhiễm từ một vị trí bị ô nhiễm. EPA định nghĩa phản ứng sinh học là phương pháp điều trị, sử dụng các sinh vật tự nhiên để phân hủy các chất độc hại thành các chất ít độc hơn hoặc không độc hại. Xử lý sinh học có thể được thực hiện tại vị trí ô nhiễm được gọi là xử lý sinh học tại chỗ hoặc có thể được thực hiện tại một địa điểm khác sau khi thu gom vật liệu thải đến nơi xử lý riêng để xử lý sinh học. Quá trình xử lý sinh học có thể xảy ra một cách tự nhiên hoặc có thể cần phải được kích thích bằng việc bổ sung oxy và phân bón.
Phương pháp sử dụng
Trong kỹ thuật xử lý sinh học tại chỗ, việc khử nhiễm của một địa điểm được thực hiện bởi các quần thể vi sinh nội sinh của khu vực. Các vi khuẩn sống ở nơi này đã thích nghi với chất thải hóa học hữu cơ và do đó có thể làm giảm chất thải thông qua các phản ứng sinh hóa khác nhau được thực hiện bởi chúng. Đôi khi, khi các yếu tố nhất định như oxy hoặc chất dinh dưỡng khoáng trở nên hạn chế, các vi khuẩn có thể không thể thực hiện hành động xử lý sinh học. Tuy nhiên, trong những trường hợp như vậy, các yếu tố giới hạn được thêm vào trang web, một quá trình được gọi là xử lý sinh học tăng cường, để khuyến khích một vòng hoạt động mới của vi sinh vật. Việc sử dụng máy bơm và máy thổi để tạo chân không trong đất để thổi không khí vào không gian trống để cung cấp oxy cho vi khuẩn được gọi là thông hơi sinh học. Với nguồn cung cấp không khí trong lành, các vi khuẩn khởi động lại các hoạt động xử lý sinh học, phá vỡ một lượng lớn chất thải hữu cơ. Xử lý sinh học ngoại vi được thực hiện thông qua các kỹ thuật khác nhau như ủ phân, "canh tác trên đất" hoặc bằng cách sử dụng lò phản ứng sinh học trên mặt đất. Các lò phản ứng sinh học trên mặt đất, dựa trên công nghệ tương tự như lên men đơn giản, được sử dụng để xử lý đất hoặc nước bị ô nhiễm. Các kỹ thuật khác được sử dụng trong xử lý sinh học là phytoremediation (trong đó thực vật hấp thụ các chất gây ô nhiễm từ đất và chuyển hóa các chất gây ô nhiễm trong các mô của chúng), lọc sinh học (kim loại được chiết xuất từ quặng của chúng bằng vi khuẩn) và lọc nước rễ để hấp thụ các chất gây ô nhiễm trong nước).
Thành công
Xử lý sinh học đã thành công nhất trong việc làm sạch các vết dầu loang trên đại dương. Ví dụ, vụ tràn dầu Exxon Valdez năm 1989 ở Alaska dẫn đến việc phát hành gần 11-38.000.000 gallon dầu thô vào Prince William Sound, ảnh hưởng nghiêm trọng 350 dặm bờ biển trong khu vực. Một trong những cách quan trọng để làm sạch vết dầu loang này là bằng cách sử dụng các kỹ thuật xử lý sinh học tại chỗ tăng cường trong đó phân bón được thêm vào để cung cấp chất dinh dưỡng cho vi khuẩn trong việc làm sạch vết dầu loang bằng hành động trao đổi chất của chúng. Các siêu vi khuẩn (khác với các vi khuẩn kháng thuốc) cũng được tạo ra bởi các nhà khoa học, là loại đầu tiên được phát triển trong phòng thí nghiệm của nhà khoa học người Mỹ gốc Ấn Ananda Mohan Chakrabarty vào những năm 1970. Những siêu vi khuẩn này là các vi sinh vật đã được biến đổi gen để cung cấp cho chúng các gen giúp các vi khuẩn này phá vỡ các hydrocarbon phức tạp độc hại, chẳng hạn như các chất có trong sự cố tràn dầu, thành các chất ít gây hại hơn. Năm 1980, Chakrabarty đã đạt được bằng sáng chế cho loại tuyệt vời của mình, đây là bằng sáng chế đầu tiên từng được cấp cho một sinh vật biến đổi gen. Nếu được đưa vào môi trường tự nhiên nơi xảy ra sự cố tràn dầu, những siêu vi khuẩn này có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc làm sạch khu vực.
Thất bại
Bioremediation là một công nghệ mới trong những năm đầu tiên. Một chương trình xử lý sinh học thành công cần các chuyên gia từ nhiều ngành như vi sinh, kỹ thuật, địa chất và khoa học đất để bắt đầu, thực hiện và hoàn thành một chương trình xử lý sinh học thành công. Tuy nhiên, cho đến nay, vẫn còn thiếu nhân sự được đào tạo đủ tốt để thực hiện các thủ tục xử lý sinh học. Ngoài ra, vì công nghệ này không liên quan đến bất kỳ sản phẩm cuối cùng có lợi nhuận, đầu tư vào nghiên cứu và phát triển trong xử lý sinh học là chậm. Cần nhiều nghiên cứu chuyên sâu hơn để sản xuất các vi khuẩn có hiệu quả cao hơn trong việc làm giảm các hydrocarbon rất phức tạp nhưng kinh phí rất kém trong lĩnh vực này. Ngoài ra, mỗi trang web chất thải có yêu cầu riêng và do đó, một chương trình xử lý sinh học cần phải được điều chỉnh hiệu quả cho từng trang web, một lần nữa đòi hỏi đủ nhân lực, thời gian và kinh phí.
Tương lai giữ gì?
Nếu phản ứng sinh học trở nên phổ biến hơn, các yếu tố hạn chế ở trên cần phải biến mất. Nhu cầu xử lý sinh học trở nên phổ biến hơn bao giờ hết trong thế giới ngày nay, nơi ô nhiễm môi trường liên quan đến sự tập hợp của một lượng lớn chất thải trên bề mặt Trái đất và sự cố tràn dầu trên các đại dương, dẫn đến mất hệ thực vật và động vật nghiêm trọng bất lợi Trong những trường hợp như vậy, xử lý sinh học hứa hẹn một giải pháp tự nhiên và hiệu quả cho vấn đề này và có hy vọng rằng trong tương lai công nghệ này sẽ được khai thác ở quy mô lớn hơn để làm sạch chất thải độc hại trên Trái đất.
