L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià

Biobstrucció

Bioclogging, biobstruccó o obstrucció biològica és l'obstrucció de la porosidad del sol per una biomassa microbiana; ya siga pel seu propi cos o els seus productes secundaris, tals com les substàncies polimèriques extracelulares (EPS). La biomassa microbiana pot bloquejar el fluix d'aigua en els espais porosos del sol, formant una capa grossa i impermeable. Açò reduïx en gran medida el grau d'infiltració d'aigua.

La biobstruccó s'observa en sistemes en infiltració contínua en diverses condicions de camp, com per eixemple: estanys de recarrega artificial, sangues de percolacó, canals de rec, sistemes de tractament d'aigües residuals i revestiment d'abocadors. També afecta el fluix d'aigua subterrànea en els aqüífers, com les barreres permeables autorreactivas i en l'extracció de petròleu millorada per microbis. La biobstruccó pot ser problemàtica en situacions a on es requerix controlar l'infiltració d'aigua a una velocitat específica, per a açò solen prendre's contra mides, com el secat regular dels sistemes. Contràriament, la biobstruccó també es pot utilisar per a fer una capa impermeable per a minimisar la taxa d'infiltració d'algun sistema.

Descripció general

Canvi en permeabilidad en temps

La biobstruccó s'observa com la disminució en la taxa d'infiltració. En la década de 1940, quan s'estudiava l'infiltració d'estanys en recarrega artificial per a la propagació de l'aigua en els sols agrícoles, es va observar que existia una disminució en la taxa d'infiltració en els mateixos[1] Quan el sol està contínuament sumergit, la permeabilidad o la conductivitat hidràulica saturada canvi en 3 etapes:

  1. La permeabilidad va disminuir en els primers 10 a 20 dies possiblement per canvis físics de l'estructura del sol.
  2. La permeabilidad va aumentar per la dissolució de l'aire atrapat en el sol en l'aigua filtrada.
  3. La permeabilidad va disminuir durant 2 a 4 semanes per la desintegració dels agregats i l'obstrucció biològica dels poros del sol en cèlules microbianas i els seus productes sintetisats, com a rovines i polisacàrits.

Les 3 etapes no són necessàriament distintes en cada condició de camp; aun cuando la segona etapa no està clara, la permeabilidad simplement continua disminuint.

Varis tipos d'obstrucció

El canvi en la permeabilidad en el temps s'observa en diverses situacions de camp. Depenent de la condició del camp, hi ha vàries causes per al canvi en la conductivitat hidràulica, resumides de la següent manera.[2]

  1. Causes físiques: obstrucció física per sòlits suspesos o canvis físics del sol, com la desintegració agregats. Una causa física de l'aument en la conductivitat hidràulica és la dissolució d'aire atrapat en el sol en l'aigua filtrada.
  2. Causes químiques: canvi en la concentració d'electrolitos o la relació d'adsorció de sodi en la fase aquosa, lo que provoca la dispersió i unflament de les partícules d'argila.
  3. Causes biològiques: per lo general, biobstruccó dels següents tipos:
    1. Per cossos celulars microbianos (com bactèries,[3][4][5][6] algues[7] i foncs[8][9] ) i els seus subproductes sintetisats com la substància polimèrica extracelular (EPS)[10] (també conegut com a rovina), que formen biopelículas estores o tapets microbianos[11][12][13] agregació de microcolonias[14]
    2. L'atrapament de bombetes de gas com el metà[15] produït per metanogenos que obstruïx els poros del sol i contribuïx a disminuir la conductivitat hidràulica. Com el gas també és un subproducte microbiano, també pot considerar-se una biobstruccó.
    3. Les bactèries del ferro estimulen la deposicó de oxihidróxidos fèrrics que poden causar l'obstrucció dels poros del sol.[16]

Observació de camp

Baix infiltració estancada

Problema de camp i contramedidas

La biobstruccó s'observa baix infiltració contínua en llocs com a estanys de recarrega artificial[17] i sangues de percolacó .[18] La reducció de la taxa d'infiltració per la biobstruccó en la superfície d'infiltració reduïx l'eficiència de tals sistemes. Per a minimisar els efectes de biobstruccó, pot ser necessari el pretratament de l'aigua per a reduir els sòlits suspesos, els nutrients i el carbono orgànic. El secat regular del sistema i l'eliminació física de la capa d'obstrucció també poden ser efectiu. Inclús operat en estes cauteles, és provable que la biobstruccó ocórrega pel creiximent microbiològic en la superfície infiltrante.

Els camps de drenage sèptic també són susceptibles a l'obstrucció biològica perque aigües residuals riques en nutrients fluïxen contínuament.[19][20] El material de biobstruccó en el tanc sèptic a voltes es diu biomat.[21] El pretratament de l'aigua per filtració o la reducció de la càrrega del sistema podria retardar la falla del sistema. Els sistemes de filtre d'arena llent també sofrixen obstrucció.[22] Ademés de les contra-mides mencionades anteriorment, l'arena de neteja o retrolavado es pot usar per a eliminar la biopelícula i recuperar la permeabilidad de l'arena.


La biobstruccó en els rius pot afectar la recarrega dels aqüífers, especialment en regions seques a on és comuna perdre rius.[23]

Beneficis

L'obstrucció biològica pot tindre un efecte positiu en certs casos. Per eixemple, en els estanys d'estabilisació de rebujos làcteus utilisats per al tractament de les aigües residuals de les granges lleteres, la biobstruccó sagella efectivament el fondo de l'estany.[24] Es poden inocular algues i bactèries per a promoure el bioclogging en el canal de rec per al control de la filtració.[25]

El bioclogging també és beneficiós en el revestiment d'abocadors, com els revestiment d'argila compactar. Els revestiment d'argila generalment s'apliquen en abocadors per a minimisar la contaminació per abocadors de lixiviados en l'entorn del sol circumdant. La conductivitat hidràulica dels revestiment d'argila es torna més baixa que el valor original per l'obstrucció biològica causada per microorganismes en els espais de lixiviados i poros en l'argila.[26][27] El bioclogging ara s'està estudiant per a ser aplicat a l'ingenieria geotécnica .[28]

En acuífero

Extracció d'aigua del pou

El bioclogging es pot observar quan s'extrau aigua d'aqüífers (baix del nivell freàtic) a través d'un pou d'aigua .[29] Durant mesos i anys d'operació contínua de pous d'aigua, estos poden mostrar una reducció gradual en el rendiment per l'obstrucció biològica i atres mecanismes d'obstrucció.[30]

Biorremediació

La formació de biopelículas és útil en la biorremediació[31] d'aigües subterrànees contaminades.Una barrera reactiva permeable[32] es forma per a contindre el fluix d'aigua subterrànea per mig de bioclogging aixina com per a degradar la contaminació per microbis.[33] El fluix de contaminants deu analisar-se cuidadosadament perque la ruta de preferència de fluix en la barrera pot reduir l'eficiència de la remediació.[34]

Extracció de petròleu

En l'extracció de petròleu, s'implementa una tècnica de recuperació millorada de petròleu per a aumentar la cantitat de petròleu que s'extraurà d'un camp petroler. L'aigua injectada desplaça el petròleu en el depòsit que es transporta als pous de recuperació. Com el reservorio no té una permeabilidad uniforme, l'aigua injectada tendix a travessar la zona d'alta permeabilidad i no travessa la zona a on permaneix el petròleu. En esta situació, es pot amprar la tècnica "modificació del perfil bacterià" [35] que injecta bactèries en la zona d'alta permeabilidad per a promoure el bioclogging. A açò se li coneix com a extracció de petròleu millorada per microbis .


Referències

  1. ↑ Allison, L.E.(1947).«Effect of microorganisms on permeability of soil under prolonged submergence».Soil Science.63(6): 439–450.doi:10.1097/00010694-194706000-00003.
  2. ↑ Baveye, P.; Vandevivere, P.; Hoyle, B.L.; DeLeo, P.C.(2006).«Environmental impact and mechanisms of the biological clogging of saturated soils and aquifer materials».Critical Reviews in Environmental Science and Technology.28(2): 123–191.doi:10.1080/10643389891254197.
  3. ↑ Gupta, R.P.; Swartzendruber, D.(1962).«Flow-associated reduction in the hydraulic conductivity of quartz sand».Soil Science Society of America Journal.26(1): 6–10.doi:10.2136/sssaj1962.03615995002600010003x.
  4. ↑ Frankenberger, W.T.; Troeh, F.R.; Dumenil, L.C.(1979).«Bacterial effects on hydraulic conductivity of soils».Soil Science Society of America Journal.43(2): 333–338.doi:10.2136/sssaj1979.03615995004300020019x.
  5. ↑ Vandevivere, P.; Baveye, P.(1992).«Saturated hydraulic conductivity reduction caused by aerobic bactèria in sand columns.».Soil Science Society of America Journal.56(1): 1–13.doi:10.2136/sssaj1992.03615995005600010001x.
  6. ↑ Xia, L.; Zheng, X.; Shao, H.; Xin, J.(2016).«Effects of bacterial cells and two types of extracellular polymers on bioclogging of sand columns».Journal of Hydrology.535: 293–300.doi:10.1016/j.jhydrol.2016.01.075.
  7. ↑ Gette-Bouvarot, M.; Mermillod-Blondin, F.; Angulo-Jaramillo, R.; Delolme, C.(2014).«Coupling hydraulic and biological measurements highlights the key influence of algal biofilm on infiltration basin performance».Ecohydrology.7(3): 950–964.doi:10.1002/eco.1421.
  8. ↑ Seki, K.; Miyazaki, T.; Nakano, M.(1996).«Reduction of hydraulic conductivity due to microbial effects.».Transactions of Japanese Society of Irrigation, Drainage and Reclamation Engineering.181: 137–144.doi:10.11408/jsidre1965.1996.137.
  9. ↑ Seki, K.; Miyazaki, T.; Nakano, M.(1998).«Effect of microorganisms on hydraulic conductivity decrease in infiltration».European Journal of Soil Science.49(2): 231–236.doi:10.1046/j.1365-2389.1998.00152.x.
  10. ↑ Jiang, Y.; Matsumoto, S.(1995).«Change in microstructure of clogged soil in soil wastewater treatment under prolonged submergence».Soil Science and Plant Nutrition.41(2): 207–213.doi:10.1080/00380768.1995.10419577.
  11. ↑ Taylor, S.W.; Milly, P.C.D.; Jaffé, P.R.(1990).«Biofilm growth and the related changes in the physical properties of a porous medium: 2. Permeability».Water Resources Research.26(9): 2161–2169.doi:10.1029/WR026i009p02161.
  12. ↑ {{Cita publicació|url=http://www.jesc.ac.cn/jesc_en/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=2009210608&%3Bflag=1&%3Bjournal_id=jesc_en&origin=publication_detail%7Ctítul=Clogging processes caused by biofilm growth and organic particle accumulation in lab-scale vertical flow constructed wetlands|llinages=Zhao|nom=L.|llinages2=Zhu|nom2=W.|publicació=Journal of Environmental Sciences|volum=21|número=6|pàgines=750–757|format=PDF|doi=10.1016/S1001-0742(08)62336-0|llinages3=Tong|nom3=W.|any=2009}}
  13. ↑ Kim, J.; Choi, H.; Pachepsky, Y.A.(2010).«Biofilm morphology as related to the porous media clogging».Water Research.44(4): 1193–1201.doi:10.1016/j.watres.2009.05.049.
  14. ↑ Seki, K.; Miyazaki, T.(2001).«A mathematical model for biological clogging of uniform porous media».Water Resources Research.37(12): 2995–2999.doi:10.1029/2001WR000395.
  15. ↑ Reynolds, W.D.; Brown, D.A.; Mathur, S.P.; Overend, R.P.(1992).«Effect of in-situ gas accumulation on the hydraulic conductivity of peat».Soil Science.153(5): 397–408.doi:10.1097/00010694-199205000-00007.
  16. ↑ Houot, S.; Berthelin, J.(1992).«Submicroscopic studies of iron deposits occurring in field drains: Formation and evolution».Geoderma.52(3–4): 209–222.doi:10.1016/0016-7061(92)90037-8.
  17. ↑ Bouwer, H.(2002).«Artificial recharge of groundwater: hydrogeology and engineering».Hydrogeology Journal.10(1): 121–142.doi:10.1007/s10040-001-0182-4.Consultat el 25 de novembre de 2019.
  18. ↑ Furumai, H.; Jinadasa, H.K.P.K.; Murakami, M.; Nakajima, F.(2005).«Model description of storage and infiltration functions of infiltration facilities for urban runoff analysis by a distributed model».Water Science and Technology.52(5): 53–60.doi:10.2166/wst.2005.0108.
  19. ↑ Kristiansen, R.(1981).«Sand-filter trenches for purification of septic tank effluent: I. The clogging mechanism and soil physical environment».Journal of Environmental Quality.10(3): 353–357.doi:10.2134/jeq1981.00472425001000030020x.
  20. ↑ Nieć, J.; Spychała, M.; Zawadzki, P.(2016).«New approach to modelling of sand filter clogging by septic tank effluent».Journal of Ecological Engineering.17(2): 97–107.doi:10.12911/22998993/62296.
  21. ↑ «Septic Biomat: defined, properties». InspectAPedia. Consultat el 22 de març de 2017.
  22. ↑ Mauclaire, L.; Schürmann, A.; Thullner, M.; Gammeter, S.(2004).«Slow sand filtration in a water treatment plant: biological parameters responsible for clogging».Journal of Water Supply: Research and Technology.53(2): 93–108.doi:10.2166/aqua.2004.0009.
  23. ↑ Newcomer, M.E.; Hubbard, S.S.; Fleckenstein, J.H.; Maier, U.(2016).«Simulating bioclogging effects on dynamic riverbed permeability and infiltration».Water Resources Research.52(4): 2883–2900.doi:10.1002/2015WR018351.
  24. ↑ Davis, S.; Fairbanks, W.; Weisheit, H.(1973).«Dairy waste ponds effectively self-sealing».Transactions of the ASAE.16(1): 69–71.doi:10.13031/2013.37447.
  25. ↑ Ragusa, S.R.; de Zoysa, D.S.; Rengasamy, P.(1994).«The effect of microorganisms, salinity and turbidity on hydraulic conductivity of irrigation channel soil».Irrigation Science.15(4): 159–166.doi:10.1007/BF00193683.
  26. ↑ Kamon, M.; Zhang, H.; Katsumi, T.(2002).«Redox effect on the hydraulic conductivity of clay liner».Soils and Foundations.42(6): 79–91.doi:10.3208/sandf.42.6_79.
  27. ↑ Tang, Q.; Wang, H.Y.; Chen, H.; Li, P.(2015).«Long-term hydraulic conductivity of compacted clay permeated with landfill leachates».Japanese Geotechnical Society Special Publication.2(53): 1845–1848.doi:10.3208/jgssp.CHN-52.
  28. ↑ Ivanov, V.; Stabnikov, V. (2017). «Chapter 8: Bioclogging and biogrouts», Construction biotechnology: biogeochemistry, microbiology and biotechnology of construction materials and processes, New York: Springer, pp. 139–178. ISBN 978-9811014444.
  29. ↑ van Beek, C.G.E.M.; van der Kooij, D.(1982).«Sulfate-reducing bactèria in ground water from clogging and senar-clogging shallow wells in the netherlands river region».Ground Water.20(3): 298–302.doi:10.1111/j.1745-6584.1982.tb01350.x.
  30. ↑ «Well remediation and rehabilitation». Groundwater Engineering Limited. Consultat el 22 de març de 2017.
  31. ↑ Lee, M.D.; Thomas, J.M.; Broden, R.C.; Bedient, P.B.(1998).«Biorestoration of aquifers contaminated with organic compounds».Critical Review in Environmental Control.18(1): 29–89.doi:10.1080/10643388809388342.
  32. ↑ Naftz, D.; Morrison, S.J.; Fuller, C.C.; Davis, J.A. (2002). Handbook of groundwater remediation using permeable reactive barriers: applications to radionuclides, trace Metals, and nutrients, Cambridge, Massachusetts: Academic Press. ISBN 978-0125135634.
  33. ↑ Komlos, J.; Cunningham, A.B; Camper, A.K.; Sharp, R.R.(2004).«Biofilm barriers to contain and degrade dissolved tricholoroethylene».Environmental Processes.23(1): 69–77.doi:10.1002/ep.10003.
  34. ↑ Seki, K.; Thullner, M.; Hanada, J.; Miyazaki, T.(2006).«Moderate bioclogging leading to preferential flow paths in biobarriers».Groundwater Monitoring and Remediation.26(3): 68–76.doi:10.1111/j.1745-6592.2006.00086.x.
  35. ↑ Lappan, R.E.; Fogler, H.S.(1996).«Reduction of porous mija permeability from in situ leuconostoc mesenteroides growth and dextran production».Biotechnology and Bioengineering.50(1): 6–15.doi:<6::AID-BIT2>3.0.CO;2-L 10.1002/(SICI)1097-0290(19960405)50:1<6::AID-BIT2>3.0.CO;2-L.
Obtingut de «https://lenciclopedia.org/w/index.php?title=Biobstrucció&oldid=1660759»