Bioclogging - Bioclogging

Bioclogging ou obstrução biológica é a obstrução do espaço dos poros no solo por biomassa microbiana; seu corpo e seus subprodutos, como substância polimérica extracelular (EPS). A biomassa microbiana bloqueia o caminho da água no espaço dos poros, formando uma certa espessura de camada impermeável no solo, e reduz a taxa de infiltração de água notavelmente.

O bioclogging é observado sob infiltração contínua em lagoas em várias condições de campo, como lagoas de recarga artificiais , vala de percolação , canal de irrigação , sistema de tratamento de esgoto e revestimento de aterro . Também afeta o fluxo de água subterrânea no aquífero , como barreira reativa permeável e recuperação microbiana aprimorada de óleo . Na situação em que a infiltração de água em uma taxa apropriada é necessária, o bioclogging pode ser problemático e medidas preventivas, como a secagem regular do sistema, são tomadas. Em alguns casos, o bioclogging pode ser utilizado para fazer uma camada impermeável para minimizar a taxa de infiltração.

Descrição geral

Mudança na permeabilidade com o tempo

O bioclogging é observado como a diminuição da taxa de infiltração. A diminuição da taxa de infiltração sob infiltração em lago foi observada na década de 1940 para estudar a infiltração de lagoa de recarga artificial e o alastramento de água em solos agrícolas. Quando os solos estão continuamente submersos, a permeabilidade ou a condutividade hidráulica saturada muda em 3 estágios, o que foi explicado a seguir.

  1. A permeabilidade diminui por 10 a 20 dias, possivelmente devido a mudanças físicas na estrutura do solo.
  2. A permeabilidade aumenta devido à dissolução do ar preso no solo na água de percolação.
  3. A permeabilidade diminui por 2 a 4 semanas devido à desintegração de agregados e obstrução biológica dos poros do solo com células microbianas e seus produtos sintetizados, limos ou polissacarídeos.

Os 3 estágios não são necessariamente distintos em cada condição de campo de bioclogging; quando o segundo estágio não está claro, a permeabilidade continua diminuindo.

Vários tipos de entupimento

A mudança na permeabilidade com o tempo é observada em várias situações de campo. Dependendo da condição de campo, existem várias causas para a mudança na condutividade hidráulica , resumidas a seguir.

  1. Causas físicas: Obstrução física por sólidos em suspensão ou alterações físicas dos solos, como desintegração da estrutura agregada. A dissolução do ar aprisionado no solo na água percolada é a causa física do aumento da condutividade hidráulica.
  2. Causas químicas: Alteração na concentração do eletrólito ou na taxa de adsorção de sódio na fase aquosa, que causa dispersão e inchaço das partículas de argila.
  3. Causas biológicas: Normalmente, bioclogging significa o primeiro dos seguintes, enquanto bioclogging em um sentido mais amplo significa todos os seguintes.
    1. Bioclogging por corpos celulares microbianos (como bactérias , algas e fungos ) e seus subprodutos sintetizados, como substância polimérica extracelular (EPS) (também conhecida como lodo), que formam biofilme ou agregação de microcolônia em partículas de solo são causas biológicas diretas da diminuição na condutividade hidráulica.
    2. O aprisionamento de bolhas de gás, como o metano produzido por microrganismos produtores de metano, obstrui os poros do solo e contribui para diminuir a condutividade hidráulica. Como o gás também é subproduto microbiano, ele também pode ser considerado bioclogging.
    3. Bactérias de ferro estimulam a deposição de oxihidróxidos férricos que podem causar obstrução dos poros do solo. Esta é uma causa biológica indireta da diminuição da condutividade hidráulica.

Observação de campo

Sob infiltração de lagoas

Problema de campo e contramedida

O bioclogging é observado sob infiltração contínua em lagoas em locais como lagoas de recarga artificiais e valas de percolação . A redução da taxa de infiltração devido ao bioclogging na superfície de infiltração reduz a eficiência de tais sistemas. Para minimizar os efeitos do bioclogging, pode ser necessário o pré-tratamento da água para reduzir sólidos em suspensão , nutrientes e carbono orgânico. A secagem regular do sistema e a remoção física da camada de entupimento também podem ser contramedidas eficazes. Mesmo operado com cautela dessa forma, o bioclogging ainda pode ocorrer devido ao crescimento microbiológico na superfície infiltrante.

Os campos de drenagem séptica também são suscetíveis ao bioclogging porque o esgoto rico em nutrientes flui continuamente. O material de bioclogging na fossa séptica às vezes é chamado de biomat. O pré-tratamento da água por filtração ou redução da carga do sistema pode atrasar a falha do sistema por bioclogging. O sistema de filtro de areia lento também sofre de bioclogging. Além das contra-medidas mencionadas acima, a limpeza ou retrolavagem da areia pode ser operada para remover o biofilme e recuperar a permeabilidade da areia.

O bioclogging em rios pode afetar a recarga de aquíferos, especialmente em regiões secas onde a perda de rios é comum.

Beneficiar

O bioclogging pode ter um efeito positivo em certos casos. Por exemplo, nos tanques de estabilização de resíduos de laticínios usados ​​para o tratamento de águas residuais de fazendas de laticínios, o bioclogging efetivamente sela o fundo do tanque. Algas e bactérias podem ser inoculadas para promover o bioclogging no canal de irrigação para controle de infiltração.

O bioclogging também é benéfico em revestimentos de aterros sanitários , como revestimentos de argila compactada. Os revestimentos de argila são geralmente aplicados em aterros para minimizar a poluição pelo lixiviado do aterro no ambiente de solo circundante. A condutividade hidráulica dos revestimentos de argila torna-se inferior ao valor original por causa do bioclogging causado por microorganismos no lixiviado e nos espaços de poros na argila. O bioclogging está sendo estudado para ser aplicado na engenharia geotécnica .

No aquífero

Retirada de água do poço

O bioclogging pode ser observado quando a água é retirada do aquífero (abaixo do lençol freático) através de um poço de água . Ao longo de meses e anos de operação contínua de poços de água, eles podem mostrar uma redução gradual no desempenho devido ao bioclogging ou outros mecanismos de entupimento.

Biorremediação

A formação de biofilme é útil na biorremediação da poluição de águas subterrâneas biologicamente degradáveis . Uma barreira reativa permeável é formada para conter o fluxo de água subterrânea por bioclogging e também para degradar a poluição por micróbios. O fluxo de contaminantes deve ser analisado cuidadosamente porque o caminho de fluxo preferencial na barreira pode reduzir a eficiência da remediação.

Recuperação de óleo

Na extração de petróleo , uma técnica de recuperação aprimorada de petróleo é implementada para aumentar a quantidade de petróleo a ser extraída de um campo de petróleo. A água injetada desloca o óleo do reservatório que é transportado para poços de recuperação. Como o reservatório não é uniforme em permeabilidade, a água injetada tende a passar pela zona de alta permeável, e não passa pela zona onde fica o óleo. Nessa situação, a técnica de modificação do perfil bacteriano, que injeta bactérias na zona de alta permeável para promover o bioclogging, pode ser empregada. É um tipo de recuperação microbiana aprimorada de óleo .

Veja também

Referências