Biopemulihan

Biopemulihan boleh ditakrifkan sebagai mana-mana satu proses yang menggunakan mikroorganisma, kulat, tumbuh-tumbuhan hijau atau enzimnya untuk mengembalikan alam semula jadi yang terjejas oleh bahan-bahan kontaminasi kepada keadaannya yang asal. Ia boleh digunakan untuk menyerang bahan-bahan kontaminasi tanah yang tertentu, misalnya degradasi hidrokarbon berklorin oleh bakteria. Salah satu contoh pendekatan yang lebih umum ialah pembersihan tumpahan minyak menerusi penambahan baja nitrat dan/atau baja sulfat untuk memudahkan pereputan minyak mentah oleh bakteria asli atau bakteria eksogen.

Gambaran keseluruhan dan penggunaan sunting

Biopemulihan dan fitopemulihan semula jadi telah digunakan buat berabad-abad. Misalnya, penyahgaraman tanah pertanian oleh fitopengekstrakan mempunyai tradisi yang lama. Teknologi biopemulihan yang menggunakan mikroorganisma dilaporkan direka oleh George M. Robinson. Beliau penolong jurutera petroleum kaunti kepada Santa Maria, California. Pada dekad 1960-an, Robinson menghabiskan masa lapangnya untuk menguji kaji balang-balang kotor dan pelbagai campuran mikrob.

Teknologi-teknologi biopemulihan umumnya dikategorikan kepada teknologi in situ atau teknologi ex situ. Biopemulihan In situ melibatkan perawatan bahan terkontaminasi di tapak, manakala biopemulihan ex situ melibatkan pemindahan bahan terkontaminasi ke tempat yang lain untuk dirawat. Sesetengah contoh teknologi biopemulihan ialah biopelohongan, perladangan, bioreaktor, pengomposan, biopengimbuhan, rizopenurasan, dan bioperangsangan.

Bagaimanapun, bukan semua bahan kontaminasi dapat dirawat dengan mudah menerusi biopemulihan dengan menggunakan mikroorganisma. Logam-logam berat seperti kadmium dan plumbum, misalnya, tidak mudah diserap atau ditangkap oleh organisma. Asimilasi logam seperti raksa ke dalam rantai makanan boleh memburukkan lagi keadaan. Oleh itu, fitopemulihan amat berguna dalam keadaan-keadaan sebegini kerana tumbuh-tumbuhan semula jadi atau tumbuh-tumbuhan rentas gen berupaya membiotumpukkan toksin-toksin tersebut di bahagian atas tanah masing-masing yang kemudian dituai untuk penghapusan.^[1] Logam berat di dalam biojisim tuaian dapat dipekatkan lagi menerusi penunuan atau pengitaran semula untuk kegunaan perindustrian.

Penghapusan berbagai-bagai bahan pencemar dan sisa dari alam sekitar memerlukan peningkatan pemahaman kita tentang kepentingan relatif laluan dan rangkaian kawal atur ke fluks karbon di dalam persekitaran-persekitaran tertentu serta untuk sebatian-sebatian yang tertentu. Sudah tentunya, ini akan mempercepat pembangunan teknologi biopemulihan dan proses-proses biotransformasi.^[2]

Pendekatan kejuruteraan genetik sunting

Penggunaan kejuruteraan genetik untuk mencipta organisma yang direka bentuk khusus untuk biopemulihan mempunyai potensi yang amat besar.^[3] Bakteria Deinococcus radiodurans (organisma paling radiorintang yang diketahui) telah diubah suai untuk memakan dan mencernakan toluen dan raksa ion daripada sisa nukleus yang sangat radioaktif.^[4]

Mikopemulihan sunting

Mikopemulihan ialah bentuk biopemulihan yang mempergunakan kulat untuk mengembalikan sesuatu persekitaran (biasanya tanah) yang dicemari oleh bahan pencemar kepada keadaan yang kurang tercemar. Istilah "mikopemulihan" dicipta oleh Paul Stamets dan merujuk khususnya kepada penggunaan miselium kulat dalam proses biopemulihan.

Salah satu peranan utama kulat di dalam ekosistem ialah pereputan yang dilakukan oleh miselium. Miselium itu merembeskan enzim-enzim dan asid-asid luar sel yang mengurai lignin dan selulosa, dua blok binaan utama gentian tumbuhan. Terdapat sebatian-sebatian organik yang terdiri daripada rantai karbon dan hidrogen yang panjang, dan yang strukturnya agak serupa dengan banyak bahan pencemar organik. Kunci kejayaan mikopemulihan ialah penentuan spesies kulat yang sesuai untuk menyasarkan sesuatu bahan pencemar yang tertentu. Sesetengah strain telah dilaporkan berjaya mendegradasikan gas saraf VX dan sarin.

Dalam sebuah uji kaji yang dijalankan bersama-sama dengan Thomas, seorang penyumbang utama dalam industri biopemulihan, sebuah petak tanah yang dicemari dengan minyak diesel diinokulasi dengan miselium cendawan tiram. Teknik-teknik biopemulihan tradisional (bakteria) digunakan di petak-petak kawalan. Selepas empat minggu, melebihi 95% daripada banyak PAH (hidrokarbon aromatik polisiklik) telah menjadi komponen-komponen tak toksik di petak-petak yang diinokulasi dengan miselium. Komuniti mikrob semula jadi kelihatan membantu kulat mengurai bahan kontaminasi supaya akhirnya dijadikan karbon dioksida dan air. Kulat yang mendegradasikan kayu paling berkesan mengurai bahan-bahan pencemar aromatik (komponen toksik petroleum), serta juga sebatian berklorin (sesetengah pestisid tertentu yang tidak hilang-hilang; Battelle, 2000).

Mitopenurasan merupakan proses yang serupa atau sama. Ia menggunakan miselium kulat untuk menuras sisa toksik dan mikroorganisma dari air di dalam tanah.

Kelebihan sunting

Terdapat sebilangan kelebihan kos/kecekapan terhadap biopemulihan yang boleh digunakan di kawasan-kawasan yang tidak dapat didatangi tanpa penggalian. Misalnya, tumpahan hidrokarbon (khususnya, tumpahan petrol) atau sesetengah pelarut berklorin yang tertentu boleh mencemari air tanah. Pemasukan penerima elektron yang sesuai atau pinda penderma elektron (sebagaimana yang sesuai) boleh mengurangkan kepekatan bahan pencemar dengan ketara selepas berlangsungnya masa susul untuk membenarkan aklimasi. Pendekatan ini biasanya jauh lebih murah daripada penggalian diikuti oleh pelupusan di tempat yang lain, penunuan, atau strategi-strategi pengolahan ex situ yang lain. Ia juga mengurangkan atau menghapuskan keperluan untuk menggunakan teknik "pam dan rawat", suatu amalan yang umum digunakan di tapak-tapak yang hidrokarbon telah mencemari air tanah yang besar.

Pengawasan biopemulihan sunting

Proses biopemulihan dapat diawasi secara tidak langsung dengan mengukur Keupayaan Penurunan Pengoksidian atau redoks di dalam tanah dan air tanah, bersama-sama dengan pH, suhu, kandungan oksigen, kepekatan penerima/penderma elektron, dan kepekatan produk-produk penguraian (misalnya karbon dioksida). Jadual yang berikut menunjukkan kadar penguraian biologi (secara berkurangan) sebagai fungsi keupayaan redoks:

Proses	Tindak balas	Keupayaan redoks (E_h dalam mV)
Aerob:	O₂ + 4e⁻ + 4H⁺ → 2H₂O	600 ~ 400
Anaerob:
Denitrifikas	2NO₃⁻ + 10e⁻ + 12H⁺ → N₂ + 6H₂O	500 ~ 200
Penurunan mangan IV	MnO₂ + 2e⁻ + 4H⁺ → Mn²⁺ + 2H₂O	400 ~ 200
Penurunan besi III	Fe(OH)₃ + e⁻ + 3H⁺ → Fe²⁺ + 3H₂O	300 ~ 100
Penurunan sulfat	SO₄²⁻ + 8e⁻ +10 H⁺ → H₂S + 4H₂O	0 ~ −150
Penapaian	2CH₂O → CO₂ + CH₄	−150 ~ −220

Jadual di atas, pada dirinya dan di sebuah tapak tunggal, tidak memberikan banyak maklumat tentang proses pemulihan:

Pensampelan titik pada jumlah yang cukup di tapak terkontaminasi dan kawasan persekitarannya diperlukan supaya dapat menentukan kontur keupayaan redoks yang sama. Pengkonturan biasanya dilakukan menerusi perisian khusus seperti penentudalaman Kriging.
Jika semua ukuran keupayaan redoks menunjukkan bahawa penerima elektron telah habis digunakan, ia sebenarnya merupakan penunjuk kepada kegiatan mikrob menyeluruh. Analisis kimia juga diperlukan untuk menentukan bilakah aras bahan kontaminasi dan produk-produk penguraiannya telah dikurangkan ke bawah had kawal atur.

Lihat juga sunting

Rujukan sunting

^ Meagher, RB (2000). "Phytoremediation of toxic elemental and organic pollutants". Current Opinion in Plant Biology. 3 (2): 153–162. doi:10.1016/S1369-5266(99)00054-0. PMID 10712958.
^ Diaz E (editor). (2008). Microbial Biodegradation: Genomics and Molecular Biology (ed. 1st). Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-17-2.
^ Lovley, DR (2003). "Cleaning up with genomics: applying molecular biology to bioremediation". Nature Reviews. Microbiology. 1 (1): 35–44. doi:10.1038/nrmicro731. PMID 15040178.
^ Brim H, McFarlan SC, Fredrickson JK, Minton KW, Zhai M, Wackett LP, Daly MJ (2000). "Engineering Deinococcus radiodurans for metal remediation in radioactive mixed waste environments". Nature Biotechnology. 18 (1): 85–90. doi:10.1038/71986. PMID 10625398.CS1 maint: multiple names: authors list (link)

Pautan luar sunting

[1] Meagher, RB (2000). "Phytoremediation of toxic elemental and organic pollutants". Current Opinion in Plant Biology. 3 (2): 153–162. doi:10.1016/S1369-5266(99)00054-0. PMID 10712958.

[Diaz-2] Diaz E (editor). (2008). Microbial Biodegradation: Genomics and Molecular Biology (ed. 1st). Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-17-2.

[3] Lovley, DR (2003). "Cleaning up with genomics: applying molecular biology to bioremediation". Nature Reviews. Microbiology. 1 (1): 35–44. doi:10.1038/nrmicro731. PMID 15040178.

[4] Brim H, McFarlan SC, Fredrickson JK, Minton KW, Zhai M, Wackett LP, Daly MJ (2000). "Engineering Deinococcus radiodurans for metal remediation in radioactive mixed waste environments". Nature Biotechnology. 18 (1): 85–90. doi:10.1038/71986. PMID 10625398.CS1 maint: multiple names: authors list (link)

[1]

[2]

[3]

[4]