Can bioremediation completely treat contaminants like cadmium and lead using microorganisms?

No, heavy metals are not truly biodegradable. Heavy metals like cadmium and lead are not truly biodegradable. Bioremediation can immobilize or remove them, but not completely treat them. Read more: EnvEco0146.

What is the basic principle behind the bioremediation technique?

Enhancing the natural biodegradation process that already occurs in nature. Bioremediation works by enhancing the same biodegradation process that occurs in nature. Read more: EnvEco0146.

Can genetic engineering play a role in bioremediation?

Yes, it can create microorganisms specifically designed for the task. Genetic engineering can genuinely create microorganisms specifically designed for bioremediation tasks. Read more: EnvEco0146.

जैव उपचार तकनीक के लाभ

जैव उपचार में प्रदूषित मिट्टी या पानी को साफ करने के लिए जीवों की मदद ली जाती है। अधिकतर तरीकों में सूक्ष्मजीवों का उपयोग होता है। कुछ में पौधों और उनकी जड़ों के आसपास मौजूद सूक्ष्मजीवों का उपयोग होता है। जीव हर प्रदूषक को खत्म नहीं कर सकते।

मिट्टी की एक जैव उपचार प्रणाली, जिसमें प्रदूषकों को तोड़ने के लिए सूक्ष्मजीवों का उपयोग किया जाता है। फोटो: Vicente Neto, CC BY 4.0, Wikimedia Commons के माध्यम से।

एक नज़र में

याद रखने योग्य चार तथ्य।

इन पर असरदार

कुछ कार्बनिक प्रदूषक, जैसे तेल के कुछ घटक।

इन्हें नष्ट नहीं कर सकता

सीसा और कैडमियम जैसी धातुएँ।

धातुएँ

इन्हें हटाया जा सकता है, बाँधकर रखा जा सकता है या दूसरी जगह पहुँचाया जा सकता है, लेकिन इनका जैव अपघटन नहीं होता।

ज़रूरी है

स्थल पर जाँच और नियमित निगरानी।

जैव अपघटनजीवों द्वारा किसी पदार्थ को तोड़े जाने की प्रक्रिया।

जैव उपचारइस प्रक्रिया का उपयोग करके प्रदूषित स्थल को साफ करना।

स्वस्थाने (In-situ)उसी जगह पर उपचार।

बाह्यस्थाने (Ex-situ)पहले दूसरी जगह ले जाना, फिर उपचार करना।

इस पाठ में

जीव क्या कर सकते हैं और क्या नहीं
मुख्य तरीकों में क्या अंतर है
पिछले वर्षों के प्रश्न
वास्तविक स्थल, भारत और व्यावहारिक सीमाएँ

जीव क्या कर सकते हैं और क्या नहीं

ज़रूर जानें

एक स्पष्ट परिभाषा से शुरुआत करें

जैव अपघटन जीवों द्वारा किसी पदार्थ को तोड़े जाने की प्रक्रिया है। यह प्राकृतिक रूप से तब होता है, जब उपयुक्त सूक्ष्मजीवों का संपर्क उपयुक्त रसायनों से होता है।
जैव उपचार में इसी प्रक्रिया का उपयोग किसी प्रदूषित स्थल को साफ करने के लिए किया जाता है।
काम करने वाले लोग वहाँ की परिस्थितियों को बेहतर बना सकते हैं, सूक्ष्मजीव डाल सकते हैं या पौधों का उपयोग कर सकते हैं।
मिट्टी के कुछ सूक्ष्मजीव पेट्रोलियम के कुछ घटकों को भोजन के रूप में इस्तेमाल करते हैं। वे इन रसायनों को सरल पदार्थों में बदल सकते हैं।
सफलता इस बात पर निर्भर करती है कि कौन-से यौगिक मौजूद हैं। यह ऑक्सीजन, पोषक तत्वों, नमी और समय पर भी निर्भर करती है।
स्रोत: अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी (US EPA) की जैव उपचार मार्गदर्शिका.

केवल जीव पर नहीं, प्रदूषक में होने वाले बदलाव पर ध्यान दें

प्रदूषक	जीव क्या कर सकते हैं	क्या जाँचना ज़रूरी है
तेल के कुछ यौगिक	सूक्ष्मजीव इनमें से कई को तोड़कर सरल पदार्थों में बदल सकते हैं।	क्या पूरे हानिकारक मिश्रण की मात्रा कम हुई?
कुछ विलायक	उपयुक्त सूक्ष्मजीव रसायन को बदल सकते हैं या तोड़ सकते हैं।	क्या इस प्रक्रिया के बीच में हानिकारक पदार्थ बने?
सीसा या कैडमियम	पौधे या सूक्ष्मजीव धातु को अपने भीतर ले सकते हैं, बाँधकर रख सकते हैं या उसके एक जगह से दूसरी जगह जाने की क्षमता को बदल सकते हैं।	धातु कहाँ गई?

सीसा और कैडमियम तत्व हैं। सूक्ष्मजीव किसी तत्व को नष्ट नहीं कर सकते उसके रासायनिक बंधों को तोड़कर।
कोई पौधा धातु को अपने तनों और पत्तियों में जमा कर सकता है। इसके बाद काम करने वाले लोगों को पौधे के इन हिस्सों को काटकर उनका उचित प्रबंधन करना होता है।
दूसरे तरीके धातु को एक ही जगह पर रोके रखते हैं। स्थल की परिस्थितियाँ बदलने पर वह फिर से एक जगह से दूसरी जगह जा सकती है।
प्रयोगशाला के एक अध्ययन में जीवाणु के एक प्रभेद द्वारा लगभग 91% कैडमियम हटाए जाने की बात कही गई। यह नतीजा परीक्षण की परिस्थितियों पर निर्भर था। इससे यह गारंटी नहीं मिलती कि प्रदूषित खेत में भी यही नतीजा मिलेगा।
अध्ययन में मापा गया कि परीक्षण के घोल से कितना कैडमियम हटा। इससे यह साबित नहीं हुआ कि तत्व नष्ट हो गया था।
स्रोत: अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी (US EPA) की पादप उपचार संबंधी समीक्षा और जैव-अधिशोषण का अध्ययन.

तीन उपयोगी क्रियाएँ

रूप बदलना: प्रदूषक का रासायनिक रूप बदलना।
हटाना: उसे मिट्टी या पानी से बाहर निकालना।
स्थिर करना: उसे आसानी से इधर-उधर फैलने से रोकना।
अधिक सुरक्षित रूप में भी प्रदूषक मौजूद रहता है। हटाई गई धातु को भी सुरक्षित ढंग से संभालना ज़रूरी है।
केवल हरे पौधे होने से यह साबित नहीं होता कि कोई स्थान सुरक्षित है। कर्मियों को परिणाम मापने चाहिए।

सही या गलत: जैव उपचार कैडमियम और सीसा जैसे भारी धातु प्रदूषकों का पूरी तरह उपचार कर सकता है, ठीक उसी तरह जैसे वह कार्बनिक प्रदूषकों का करता है।

मुख्य विधियाँ एक-दूसरे से कैसे अलग हैं

जानने योग्य बातें

उसी स्थान पर या हटाने के बाद?

स्वस्थाने (In-situ) उपचार वहीं होता है जहाँ प्रदूषण मौजूद है। कुओं के ज़रिए प्रदूषित भूजल तक हवा या पोषक तत्व पहुँचाए जा सकते हैं।
बाह्यस्थाने (Ex-situ) उपचार में पहले प्रदूषित सामग्री को हटाकर दूसरी जगह ले जाया जाता है। कर्मी खोदकर निकाली गई मिट्टी को ढेर या टैंक में रख सकते हैं।
A जैव ढेर (biopile) उपचार के लिए विशेष रूप से तैयार किया गया मिट्टी का ढेर होता है। एक जैव अभिक्रियक (bioreactor) पानी या कीचड़ के उपचार के लिए इस्तेमाल होने वाला पात्र होता है।
भूमि पर फैलाकर उपचार (Landfarming) में दूषित मिट्टी को सतह पर पतली परतों में फैलाया जाता है। कर्मी इसे पलटते हैं और इसकी निगरानी करते हैं।
स्वस्थाने उपचार से स्थान पर कम छेड़छाड़ हो सकती है। लेकिन सघन मिट्टी हवा और पोषक तत्वों को प्रदूषण तक पहुँचने से रोक सकती है।
बाह्यस्थाने उपचार में अधिक नियंत्रण मिलता है। खुदाई और ढुलाई से लागत, धूल और प्रदूषकों के संपर्क में आने का जोखिम बढ़ता है।
स्रोत: EPA की स्थल मार्गदर्शिका.

स्थानीय सूक्ष्मजीवों को पोषण दें या नए सूक्ष्मजीव मिलाएँ?

जैव उद्दीपन (Biostimulation) उस स्थान पर पहले से मौजूद सूक्ष्मजीवों की मदद करता है। कर्मी ऑक्सीजन, पोषक तत्व या भोजन मिलाते हैं।
जैव संवर्धन (Bioaugmentation) में चुने हुए सूक्ष्मजीव मिलाए जाते हैं। यह तब मदद कर सकता है जब उपयुक्त सूक्ष्मजीव मौजूद न हों या बहुत कम हों।
सूक्ष्मजीव मिलाना कोई आसान शॉर्टकट नहीं है। उन्हें फिर भी उपयुक्त परिस्थितियाँ चाहिए।
वायवीय सूक्ष्मजीव ऑक्सीजन की मौजूदगी में काम करते हैं। अवायवीय सूक्ष्मजीव इसके बिना काम करते हैं। कुछ रसायनों के उपचार में दोनों चरणों की ज़रूरत होती है।
जाँच में चरणों के बीच बनने वाले हानिकारक पदार्थों का भी पता लगाना चाहिए।
गंध या रंग में कमी आना पर्याप्त नहीं है। कर्मियों को उस रसायन की मात्रा मापनी चाहिए।
स्रोत: अमेरिकी भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण (US Geological Survey).

पौधे कैसे मदद कर सकते हैं?

विधि	सरल अर्थ	मुख्य सीमा
पादप निष्कर्षण (Phytoextraction)	पौधे कुछ धातुओं को अवशोषित कर लेते हैं। कर्मी पौधों के ज़मीन से ऊपर के हिस्सों को काटकर इकट्ठा करते हैं।	काटकर इकट्ठी की गई सामग्री का सुरक्षित निपटान ज़रूरी है।
पादप स्थिरीकरण (Phytostabilization)	जड़ें और मिट्टी प्रदूषण को एक ही जगह रोके रखती हैं।	प्रदूषक उसी स्थान पर बना रहता है।
जड़ क्षेत्र में अपघटन (Rhizodegradation)	जड़ों के पास मौजूद सूक्ष्मजीव कुछ कार्बनिक रसायनों को तोड़ते हैं।	जड़ें गहराई में मौजूद प्रदूषण तक शायद न पहुँच पाएँ।
पादप अपघटन (Phytodegradation)	पौधा स्वयं कुछ कार्बनिक रसायनों का रूप बदलता है।	परिणाम पौधे और रसायन पर निर्भर करते हैं।

पौधों को बढ़ने के लिए जगह, अनुकूल मौसम और समय चाहिए। जहाँ प्रदूषण से पौधे मर जाते हैं, वहाँ यह विधि विफल हो सकती है।
स्रोत: पादप उपचार (फाइटोरिमेडिएशन) का EPA परिचय.

सही या गलत: प्रयोगशाला परीक्षण में जीवाणु जैव-अधिशोषण से लगभग 90% तक कैडमियम हटा सकते हैं। इसमें धातु का विघटन नहीं होता, बल्कि उसे स्थिर कर दिया जाता है।

परीक्षा के लिए खास

पिछले वर्षों के प्रश्न

UPSC 2017 में जैव उपचार से जुड़े तीन कथनों की जाँच की गई थी।

UPSC 2017जैव उपचार प्राकृतिक विघटन को बढ़ा सकता है। इसमें खास उद्देश्य के लिए तैयार किए गए सूक्ष्मजीवों का भी उपयोग हो सकता है। फिर भी सूक्ष्मजीव सीसे या कैडमियम से होने वाले हर तरह के प्रदूषण का आसानी से और पूरी तरह उपचार नहीं कर सकते। धातुएँ अपनी जगह बदल सकती हैं, किसी पदार्थ से बँध सकती हैं या काटकर हटाए गए पौधों के साथ बाहर निकल सकती हैं। इसलिए कथन 1 और 3 सही हैं। उत्तर विकल्प (c) है। प्रश्न देखें.

सही या गलत: UPSC के 2017 के प्रश्न में यह सही माना गया था कि आनुवंशिक अभियांत्रिकी से जैव उपचार के कार्यों के लिए विशेष रूप से तैयार सूक्ष्मजीव बनाए जा सकते हैं।

वास्तविक स्थल, भारत और व्यावहारिक सीमाएँ

जानने योग्य खास बातें

प्रदूषण की सफाई में एक के बाद एक कई निर्णय लेने होते हैं

नक्शा बनाएँ। स्रोत और फैलाव का पता लगाएँ।
जाँचें। रसायनों और स्थल की स्थितियों की जाँच करें।
छोटा परीक्षण करें। छोटे स्तर पर उपचार आजमाएँ।
उपचार करें। चुनी गई विधि को नियंत्रित ढंग से लागू करें।
पुष्टि करें। नमूनों की तुलना सफाई के लक्ष्यों से करें।

सांद्रता घटने के कई कारण हो सकते हैं। कोई रसायन वाष्प बनकर उड़ सकता है, बह सकता है या अधिक गहराई में जा सकता है।
इसलिए निगरानी के लिए एक से अधिक स्थानों से नमूने लेने होते हैं। कर्मचारी उपचार की गई जमीन की तुलना बिना उपचार वाले क्षेत्र से कर सकते हैं।
कुछ स्थलों पर उपचार बंद होने के बाद भी आगे जाँच की जरूरत होती है।
स्रोत: EPA का तकनीकी मार्गदर्शन.

वास्तविक स्थितियों पर आधारित तीन उदाहरण

तेल से दूषित मिट्टी: कर्मचारी इसे नियंत्रित ढंग से बनाए गए ढेर में हवा और पोषक तत्त्वों के साथ मिलाते हैं। जाँच में बचे हुए तेल और वाष्पों का पता लगाना जरूरी है।
नाले का पानी: जहाँ खुले नाले में सीवेज बहता है, वहाँ चुने हुए सूक्ष्मजीव डाले जा सकते हैं। छोटे स्तर का परीक्षण, चालू और कारगर सीवेज उपचार व्यवस्था की जगह नहीं ले सकता।
अपनी 2013–14 की वार्षिक रिपोर्टमें भारत के पर्यावरण मंत्रालय ने भरतपुर (Bharatpur) और इंदौर (Indore) में छोटे स्तर पर किए गए परीक्षणों का वर्णन किया था। उसने उपचार किए गए हिस्सों में प्रदूषण भार घटने की जानकारी दी थी।
उस समय के इन परीक्षणों के नतीजे यह साबित नहीं करते कि हर नाले की स्थिति सुधरेगी।
अधिक धातुओं वाली मिट्टी: पौधे कुछ धातुओं को अपने भीतर ले सकते हैं या उन्हें उसी जगह रोकने में मदद कर सकते हैं। स्थिर की गई मिट्टी की भी देखभाल जरूरी है, क्योंकि धातु उसमें बनी रहती है।

यह तरीका कब उपयुक्त नहीं है?

जैव उपचार में महीनों या वर्षों का समय लग सकता है।
ठंडे, सूखे, बहुत जहरीले या बहुत सघन स्थलों पर जीवों की गतिविधियाँ धीमी पड़ सकती हैं।
कुछ रसायन टूटकर हानिकारक मध्यवर्ती पदार्थ बनाते हैं।
बहुत अधिक तेल ऑक्सीजन की पहुँच रोक सकता है। गहराई में मौजूद प्रदूषण पौधों की जड़ों की पहुँच से बाहर हो सकता है।
बाढ़ प्रदूषकों को बहाकर दूसरी जगह ले जा सकती है।
जब प्रदूषकों के संपर्क का खतरा तत्काल हो, तब दूषित पदार्थों को भौतिक तरीकों से जल्दी हटाना जरूरी हो सकता है।
उपयुक्त स्थल पर जैविक उपचार की लागत कम हो सकती है। लेकिन यह हमेशा सस्ता नहीं होता। खुदाई, निगरानी और लंबे उपचार से लागत बढ़ती है।
भूमि उपचार (लैंडफार्मिंग) के लिए पर्याप्त जमीन और सतही बहाव पर नियंत्रण जरूरी है। मिट्टी को पलटने से वाष्प निकल सकती हैं।
स्रोत: EPA की लैंडफार्मिंग मार्गदर्शिका.

परीक्षा में इन भ्रमों से बचें

बिना किसी नियोजित सफाई के भी प्राकृतिक जैव अपघटन हो सकता है। जैव उपचार में सफाई का लक्ष्य पूरा करने के लिए जीवों का उपयोग किया जाता है।
इन-सीटू (In-situ) का अर्थ है उसी स्थान पर। एक्स-सीटू (Ex-situ) में पहले पदार्थ को दूसरी जगह ले जाया जाता है।
जैव उद्दीपन (Biostimulation) में स्थानीय सूक्ष्मजीवों को पोषण दिया जाता है। जैव संवर्धन (Bioaugmentation) में सूक्ष्मजीव जोड़े जाते हैं।
धातु को हटाया जा सकता है या उसी जगह स्थिर रखा जा सकता है। तेल की तरह उसका जैव अपघटन नहीं हो सकता।
लैंडफार्मिंग में सतह की मिट्टी का नियंत्रित ढंग से उपयोग होता है। इसमें पदार्थों को गहराई में नहीं दबाया जाता।

सोचिए: जैव उपचार का स्तर बढ़ाकर भारी धातुओं को तेल की तरह पूरी तरह क्यों नहीं तोड़ा जा सकता?

सूक्ष्मजीव कई जैविक प्रदूषकों के रासायनिक बंधों को तोड़ सकते हैं। सीसा और कैडमियम तत्व हैं। कोई सूक्ष्मजीव किसी तत्व को नष्ट नहीं कर सकता। वह किसी धातु को बाँध सकता है या उसका रूप बदल सकता है। कोई पौधा उसे अपने ऊतकों में अवशोषित कर सकता है। इसके बाद धातु जहाँ मौजूद है या जहाँ पहुँचती है, वहाँ उसका उचित प्रबंधन करना ज़रूरी है।

सही या गलत: उपयुक्त स्थानों पर जैव उपचार को रासायनिक या भौतिक सफाई विधियों के कम खर्चीले और पर्यावरण के अनुकूल विकल्प के रूप में व्यापक मान्यता मिली है।

सही या गलत: जैव उपचार की एक आम विधि, लैंडफार्मिंग (Landfarming), में प्रदूषकों को अलग रखने के लिए दूषित मिट्टी को ज़मीन में गहराई में दबाया जाता है।

त्वरित प्रश्नोत्तर

मूल सिद्धांत?

प्राकृतिक जैव अपघटन को बढ़ावा देना।

क्या सूक्ष्मजीव कैडमियम को नष्ट कर सकते हैं?

नहीं। वे उसे बाँधते हैं या एक जगह से दूसरी जगह ले जाते हैं।

इन-सीटू (In-situ) का अर्थ?

उसी स्थान पर उपचार।

जैव उद्दीपन (Biostimulation)?

स्थानीय सूक्ष्मजीवों को पोषक तत्व देना।

लैंडफार्मिंग (Landfarming)?

मिट्टी को सतह पर पतली परतों में फैलाना, गहराई में दबाना नहीं।

0 / 5 सही