1.1.1 Microbe-Based Clean Up-System (Microbial Bioremediation

Mikroorganismen Aufnahme von Schwermetallen aktiv (Bioakkumulation) und / oder passiv (Adsorption). Die mikrobiellen Zellwände, die hauptsächlich aus Polysacchariden, Lipiden und Proteinen bestehen, bieten viele funktionelle Gruppen, die Schwermetallionen binden können, und diese schließen Carboxylat-, Hydroxyl-, Amino- und Phosphatgruppen ein. Unter verschiedenen Mikroben vermittelten Methoden scheinen die Biosorption Verfahren durchführbarer für große Anwendung zu sein im Vergleich zum Bioakkumulationsprozess, da Mikroben Zugabe von Nährstoffen für die aktive Aufnahme von Schwermetallen erfordern, die den biologischen Sauerstoffbedarf bzw. chemischen Sauerstoffbedarf im Abfall erhöhen. Ferner ist es sehr schwierig, eine gesunde Population von Mikroorganismen aufgrund von Schwermetalltoxizität und anderen Umweltfaktoren zu erhalten. Pilze der Gattungen Penicillium, Aspergillus und Rhizopus sind potenzielle mikrobielle Mittel zur Entfernung von Schwermetallen aus wässrigen Lösungen. Endophytische Bakterien, die bekanntermaßen nützlich sind für Pflanzen, verbessern auch die Fähigkeit der Wirtspflanze, höhere Gehalte an Schwermetallen aufzunehmen und zu speichern.

Mikroorganismen sind überall in schwermetallverseuchten Umgebungen zu finden und können leicht Schwermetalle in nicht-toxische Formen umwandeln. In Bioremediationsprozessen mineralisieren Mikroorganismen die organischen Verunreinigungen zu Endprodukten wie CO2 und H2O oder in Stoffwechselzwischenprodukten, die als primäre Substrate für das Zellwachstum verwendet werden. Verschiedene Mechanismen der biologischen Sanierung sind bekannt, einschließlich Biosorption, Metall-Mikroben-Interaktionen, Bioakkumulation, Biomineralisation, Biotransformation und Bioleaching. Mikroorganismen sind in der Lage, von Metallen reduzierende oder oxidierende Übergangsmetalle zu lösen. Verschiedene Methoden, mit denen Mikroben die Umwelt wieder herstellen sind Oxidatiion, Binden, Immobilisieren, Verflüchtigen und Transformation von Schwermetallen. Bioremediation kann an bestimmten Orten mit dem Designer-Mikroben-Ansatz erfolgreich durchgeführt werden. Voraussetzung ist das Verständnis ihres Mechanismus, das Wachstum und die Aktivität von Mikroorganismen in den kontaminierten Standorten zu steuern, ihre Stoffwechselfunktionen und ihre Reaktion auf Veränderungen der Umwelt.

Mikroorganismen Aufnahme von Schwermetallen aktiv (Bioakkumulation) und / oder passiv (Adsorption). Die mikrobiellen Zellwände, die hauptsächlich aus Polysacchariden, Lipiden und Proteinen bestehen, bieten viele funktionelle Gruppen, die Schwermetallionen binden können, und diese schließen Carboxylat-, Hydroxyl-, Amino- und Phosphatgruppen ein. Unter verschiedenen Mikroben vermittelten Methoden scheinen die Biosorption Verfahren durchführbarer für große Anwendung zu sein im Vergleich zum Bioakkumulationsprozess, da Mikroben Zugabe von Nährstoffen für die aktive Aufnahme von Schwermetallen erfordern, die den biologischen Sauerstoffbedarf bzw. chemischen Sauerstoffbedarf im Abfall erhöhen. Ferner ist es sehr schwierig, eine gesunde Population von Mikroorganismen aufgrund von Schwermetalltoxizität und anderen Umweltfaktoren zu erhalten. Pilze der Gattungen Penicillium, Aspergillus und Rhizopus sind potenzielle mikrobielle Mittel zur Entfernung von Schwermetallen aus wässrigen Lösungen. Endophytische Bakterien, die bekanntermaßen nützlich sind für Pflanzen, verbessern auch die Fähigkeit der Wirtspflanze, höhere Gehalte an Schwermetallen aufzunehmen und zu speichern.

Mikroorganismen sind überall in schwermetallverseuchten Umgebungen zu finden und können leicht Schwermetalle in nicht-toxische Formen umwandeln. In Bioremediationsprozessen mineralisieren Mikroorganismen die organischen Verunreinigungen zu Endprodukten wie CO2 und H2O oder in Stoffwechselzwischenprodukten, die als primäre Substrate für das Zellwachstum verwendet werden. Verschiedene Mechanismen der biologischen Sanierung sind bekannt, einschließlich Biosorption, Metall-Mikroben-Interaktionen, Bioakkumulation, Biomineralisation, Biotransformation und Bioleaching. Mikroorganismen sind in der Lage, von Metallen reduzierende oder oxidierende Übergangsmetalle zu lösen. Verschiedene Methoden, mit denen Mikroben die Umwelt wieder herstellen sind Oxidatiion, Binden, Immobilisieren, Verflüchtigen und Transformation von Schwermetallen. Bioremediation kann an bestimmten Orten mit dem Designer-Mikroben-Ansatz erfolgreich durchgeführt werden. Voraussetzung ist das Verständnis ihres Mechanismus, das Wachstum und die Aktivität von Mikroorganismen in den kontaminierten Standorten zu steuern, ihre Stoffwechselfunktionen und ihre Reaktion auf Veränderungen der Umwelt.

Mikrobielle Bioremediation durch Adsorption

Schwermetalle können durch Mikroben, die an Bindungsstandorten in der Zellstruktur vorhanden sind, ohne die Beteiligung von Energie biosorbiert werden. Unter den verschiedenen reaktiven Verbindungen, die mit bakteriellen Zellwänden verbunden sind, sind die extrazellulären polymeren Substanzen (hochmolekulare Verbindungen, die in die Umgebung sekretiert sind) von besonderer Bedeutung und sie sind gut dafür bekannt, dass sie signifikante Auswirkungen auf Säure-Base-Eigenschaften und Metall Adsorption aufweisen. Abgesonderte extrazelluläre polymere Substanzen haben eine große Fähigkeit, auf komplexe Schwermetalle durch verschiedene Mechanismen einschließlich Protonen-Austausch-und Mikro-Fällung von Metallen einzuwirken.

Mikrobielle Bioremediation von Physio-bio-chemischen Mechanismen

Biosorption ist das Verfahren, das eine höhere Affinität eines Biosorbens in Richtung Sorbierung (Metallionen) beinhaltet, bis ein Gleichgewicht zwischen den beiden Komponenten hergestellt wird. Saccharomyces cerevisiae wirkt als Biosorbens zur Entfernung von Zn (II) und Cd (II) durch den Ionenaustauschmechanismus. Cunningham elegans ist ein vielversprechender Sorbens gegen Schwermetalle, das von Textilabwasser freigegeben wird. Pilze sind potentielle Biokatalysatoren, um auf Schwermetalle zuzugreifen und sie in weniger toxische Verbindungen umzuwandeln. Einige Pilze wie Klebsiella oxytoca, Allescheriella sp., Stachybotrys sp., Phlebia sp., Pleurotus pulmonarius, Botryosphaeria rhodina haben Metallbindungspotential. Pb (II) kontaminierte Böden können durch Pilzarten wie A. parasitica und Cephalosporium aphidicola mit Biosorptions-Verfahren saniert werden. Hg resistent Pilze (Hymenoscyphus ericae, Neocosmospora vasinfecta und Verticillium terrestre) konnten den Hg (II) Zustand in einen nicht-toxischen Zustand biotransformieren. Viele der Kontaminanten sind hydrophob und sie werden von Mikroben durch die Sekretion von einigen Biotensiden und direkten Zell-Verunreinigungs-Vereinigungen aufgenommen. Biotenside bilden stärkere ionische Bindungen mit Metallen und formen Komplexe, bevor sie aufgrund der geringen Grenzflächenspannung von der Bodenmatrix zur Wasserphase desorbiert werden.

Bioremediation kann auch aerobe oder anaerobe mikrobielle Aktivitäten einzubeziehen. Aerober Abbau beinhaltet oft die Einführung von Sauerstoffatomen in Reaktionen, die durch Monooxygenase vermittelt werden, durch Dioxygenase, Hydroxylase, oxidative Dehalogenase oder chemisch reaktive Sauerstoffatome, durch Enzyme wie Ligninasen oder Peroxidasen. Anaerobe Verschlechterungen von Kontaminanten beinhalten anfängliche Aktivierungsreaktionen, gefolgt von oxidativem Abbau, vermittelt über anoxische Elektronenakzeptoren. Die Immobilisierungs-Technik wird verwendet, um die Mobilisierung von Schwermetallen aus kontaminierten Standorten zu reduzieren, indem sie den physikalischen oder chemischen Zustand der toxischen Metalle ändert.

Die Erstarrungs-Behandlung beinhaltet die Vermischung von chemischen Mitteln bei den Altlasten oder Ausfällen von Hydroxiden. In den kontaminierten Standorten mobilisieren Mikroben die Schwermetalle durch Auslaugung, Chelat, Methylierung und Redox-Transformation von giftigen Metallen. Es ist nicht möglich, Schwermetalle vollständig zu zerstören, aber der Prozess verwandelt ihre Oxidationsstufe oder ihren organischen Komplex, um sie wasserlöslich, abzuscheiden und weniger toxisch zu machen. In der biologischen Sanierung von kontaminierten Umgebungen verwenden Mikroben Schwermetalle und Spurenelemente als terminale Elektronenakzeptoren oder sie reduzieren sie durch den Entgiftungsmechanismus. Mikroorganismen entfernen Schwermetalle durch die Mechanismen, die sie verwenden, um Energie aus Metall-Redoxreaktionen abzuleiten, um toxisches Metall durch enzymatische und nicht-enzymatische Prozesse zu behandeln. Zwei Hauptmechanismen für die Entwicklung von Resistenzen bei Bakterien sind Entgiftung (Umwandlung des toxischen Metallzustands, um ihn so nicht erreichbar zu machen) und aktives Efflux Pumpen des giftigen Metalls aus den Zellen. Die Basisredox-Reaktion (Oxidation und Reduktion) findet sich im Boden zwischen toxischen Metallen und Mikroorganismen; Mikroorganismen wirken als Oxidationsmittel für Schwermetalle und sie veranlassen sie, Elektronen zu verlieren, die durch alternative Elektronenakzeptoren (Nitrat, Sulfat und Eisenoxide) angenommen werden.

Unter aeroben Bedingungen wirkt Sauerstoff wirkt als Elektronenakzeptor, während in anaeroben Bedingungen Mikroben oxidieren, indem sie organische Verunreinigungen durch Elektronenakzeptoren reduzieren. Der Mikroorganismus nimmt Energie für das Wachstum auf durch Oxidieren der organischen Verbindung mit Fe (III) oder Mn (IV) als Elektronenakzeptor. Anaerober Abbau von organischen Verunreinigungen wird mit der höheren Verfügbarkeit von Fe (III) für die mikrobielle Reduktion stimuliert. Der biologische Abbau von Chlor von Verunreinigungen erfolgt durch reduktive Dechlorierung, wo Verunreinigungen wie chlorierte Lösungsmittel als ein Elektron in der Atmung wirken.

Mikroorganismen reduzieren den Zustand von Metallen und ändern deren Löslichkeit, wie die Geobacter (anaerobe Bakterienarten, die unter anaeroben Bedingungen in Böden und aquatischem Sediment gefunden werden) und reduzieren auch das Uran von einem löslichen Zustand (U6 +) in einen unlöslichen Zustand (U4 +). Verschiedene Abwehrsysteme (Ausgrenzung, Kompartimentierung, Komplexbildung und Synthese von Bindungsprotein und Peptide) reduzieren den Stress, der von toxischen Metallen entwickelt wird. Diese Metall bindenden Protein-Transkriptionsfaktoren sind dafür bekannt, im Hormon- und Redox- Signalisierungsprozess in Zusammenhang mit toxischem Metall (Cd, Zn, Hg, Cu, Au, Ag, Co, Ni und Bi) Expositionen zu vermitteln.