מהם היישומים של חומרים פעילי שטח ביולוגיים בהנדסה סביבתית?

חומרים פעילי שטח רבים המסונתזים כימית פוגעים בסביבה האקולוגית עקב יכולת ההתכלות הביולוגית הירודה שלהם, רעילותם ונטייתם להצטבר במערכות אקולוגיות. לעומת זאת, חומרים פעילי שטח ביולוגיים - המאופיינים בפירוק ביולוגי קל ובאי-רעילותם למערכות אקולוגיות - מתאימים יותר לבקרת זיהום בהנדסה סביבתית. לדוגמה, הם יכולים לשמש כאספני ציפה בתהליכי טיהור שפכים, תוך ספיחת חלקיקים קולואידים טעונים כדי להסיר יוני מתכת רעילים, או לשימוש בשיקום אתרים מזוהמים על ידי תרכובות אורגניות ומתכות כבדות.

1. יישומים בתהליכי טיפול בשפכים​

כאשר מטפלים בשפכים באופן ביולוגי, יוני מתכות כבדות לעיתים קרובות מעכבים או מרעילים קהילות מיקרוביאליות בבוצה פעילה. לכן, טיפול מקדים חיוני בעת שימוש בשיטות ביולוגיות לטיפול בשפכים המכילים יוני מתכות כבדות. כיום, שיטת שיקוע הידרוקסיד משמשת בדרך כלל להסרת יוני מתכות כבדות משפכים, אך יעילות השיקוע שלה מוגבלת על ידי מסיסות ההידרוקסידים, וכתוצאה מכך השפעות מעשיות לא אופטימליות. שיטות ציפה, לעומת זאת, מוגבלות לעיתים קרובות עקב השימוש בקולטי ציפה (למשל, חומר פעיל שטח מסונתז כימית נתרן דודציל סולפט) שקשה לפרק בשלבי הטיפול הבאים, מה שמוביל לזיהום משני. כתוצאה מכך, יש צורך לפתח חלופות שהן גם מתכלות בקלות וגם לא רעילות לסביבה - וחומרים פעילי שטח ביולוגיים מחזיקים ליתרונות אלה.

2. יישומים בביו-רמדיאציה​

בתהליך של שימוש במיקרואורגניזמים כדי לזרז את פירוקם של מזהמים אורגניים ובכך לשקם סביבות מזוהמות, חומרים פעילי שטח ביולוגיים מציעים פוטנציאל משמעותי לשיקום ביולוגי באתרים מזוהמים אורגניים. הסיבה לכך היא שניתן להשתמש בהם ישירות ממרקי תסיסה, ובכך לבטל את העלויות הכרוכות בהפרדת חומרים פעילי שטח, מיצוי וטיהור המוצר.

2.1 שיפור פירוק האלקאנים​

אלקאנים הם המרכיבים העיקריים של נפט. במהלך חיפושי נפט, הפקה, הובלה, עיבוד ואחסון, פליטות נפט בלתי נמנעות מזהמות את הקרקע ואת מי התהום. כדי להאיץ את פירוק האלקאנים, הוספת חומרים פעילי שטח ביולוגיים יכולה לשפר את ההידרופיליות והביולוגית של תרכובות הידרופוביות, להגדיל את אוכלוסיות המיקרוביאלים ובכך לשפר את קצב הפירוק של אלקאנים.

2.2 שיפור הפירוק של פחמימנים ארומטיים פוליציקליים (PAHs)‎

PAHs זוכים לתשומת לב גוברת בשל "שלוש ההשפעות המסרטנות" שלהם (מסרטנות, טרטוגניות ומוטגניות). מדינות רבות סיווגו אותם כמזהמים בעלי עדיפות. מחקרים הראו כי פירוק מיקרוביאלי הוא המסלול העיקרי לסילוק PAHs מהסביבה, ויכולת הפירוק שלהם פוחתת ככל שמספר טבעות הבנזן עולה: PAHs עם שלוש טבעות או פחות מתפרקים בקלות, בעוד שאלו עם ארבע טבעות או יותר מאתגרות יותר לפירוק.

2.3 סילוק מתכות כבדות רעילות​

תהליך הזיהום של מתכות כבדות רעילות בקרקע מאופיין בהסתרה, יציבות ובלתי הפיכה, מה שהופך את שיקום קרקע מזוהמת במתכות כבדות למוקד מחקר ארוך שנים באקדמיה. שיטות נוכחיות להסרת מתכות כבדות מהקרקע כוללות ויטריפיקציה, קיבוע/ייצוב וטיפול תרמי. בעוד שויטריפיקציה אפשרית מבחינה טכנית, היא כרוכה בעבודת הנדסה משמעותית ובעלויות גבוהות. תהליכי קיבוע הם הפיכים, מה שמחייב ניטור מתמשך של יעילות הטיפול לאחר היישום. טיפול תרמי מתאים רק למתכות כבדות נדיפות (למשל, כספית). כתוצאה מכך, שיטות טיפול ביולוגיות בעלות נמוכה ראו התפתחות מהירה. בשנים האחרונות, חוקרים החלו להשתמש בחומרים פעילי שטח ביולוגיים שאינם רעילים מבחינה אקולוגית כדי לשקם קרקע מזוהמת במתכות כבדות.