Bioremediation Lecture 1 PDF

Introduction to Environmental Pollution Dr. Dalia Mohammad Melebari ENS 3402  Introduction ‫ ميكن أن تأتي هذه‬.‫ والتي ميكن أن يكون لها آثار ضارة على صحة اإلنسان واحلياة البرية والنظم البيئية‬, ‫يشير التلوث البيئي إلى تلوث البيئة الطبيعية باملواد الضارة أو امللوثات‬ ‫...

Introduction to Environmental Pollution Dr. Dalia Mohammad Melebari ENS 3402  Introduction ‫ ميكن أن تأتي هذه‬.‫ والتي ميكن أن يكون لها آثار ضارة على صحة اإلنسان واحلياة البرية والنظم البيئية‬, ‫يشير التلوث البيئي إلى تلوث البيئة الطبيعية باملواد الضارة أو امللوثات‬ ‫ مثل الهواء واملاء‬, ‫ال عديدة‬ ً ‫ ميكن أن يتخذ التلوث أشكا‬.‫ مبا ف ذلك األنشطة الصناعية واملمارسات الزراعية والتخلص من النفايات والتنمية احلضرية‬, ‫امللوثات من مصادر مختلفة‬ ‫ تعتبر معاجلة التلوث البيئي أمًرا بالغ األهمية للحفاظ على صحة كوكبنا وضمان رفاهية جميع الكائنات‬.‫ كل منها يؤثر على البيئة بطرق مختلفة‬, ‫والتربة والتلوث الضوضائي‬.‫ال يتضمن التنظيم واملمارسات املستدامة واحللول املبتكرة للحد من التلوث ومنعه‬ ً ‫جا شام‬ً ‫ وهذا يتطلب نه‬.‫احلية‬ Environmental pollution refers to the contamination of the natural environment by harmful substances or pollutants, which can have adverse effects on human health, wildlife, and ecosystems. These pollutants can come from various sources, including industrial activities, agricultural practices, waste disposal, and urban development. Pollution can take many forms, such as air, water, soil, and noise pollution, each impacting the environment in different ways. Addressing environmental pollution is crucial for maintaining the health of our planet and ensuring the well-being of all living organisms. This requires a comprehensive approach involving regulation, sustainable practices, and innovative solutions to reduce and prevent pollution. Dalia M Melebari ENS3402  Bioremediation ‫ تغطي الدورة كيف تكسر هذه الكائنات احلية‬.‫ وهي طريقة مستدامة لتنظيف البيئات امللوثة باستخدام الكائنات احلية الدقيقة مثل البكتيريا والفطريات‬, ‫توفر دورة املعاجلة احليوية هذه فهًما متعمًقا للمعاجلة احليوية‬ ‫ مثالية‬.‫ إنه يتناقض مع املعاجلة احليوية مع تقنيات العالج التقليدية ويستكشف األساليب اخملتلفة والتطبيقات الواقعية‬.‫ وحتولها إلى مواد أقل ضرًرا‬, ‫الدقيقة بشكل طبيعي امللوثات الضارة ف التربة واملاء والهواء‬.‫ تهدف الدورة إلى بناء املعرفة األساسية ف اإلدارة البيئية والتحكم ف التلوث‬, ‫للطالب ف العلوم البيئية أو الهندسة أو االستدامة‬ This Bioremediation course provides an in-depth understanding of bioremediation, a sustainable method for cleaning polluted environments using microorganisms like bacteria and fungi. The course covers how these microorganisms naturally break down harmful pollutants in soil, water, and air, transforming them into less harmful substances. It contrasts bioremediation with traditional remediation techniques and explores various methods and real-world applications. Ideal for students in environmental science, engineering, or sustainability, the course aims to build foundational knowledge in environmental management and pollution control. Dalia M Melebari ENS3402  Bioremediation vs Biodegradation ‫ مما يوفر‬, ‫ تساعد هذه العملية الطبيعية على حتويل املواد الضارة إلى أشكال أقل سمية أو غير سامة‬.‫ مثل التربة أو املياه امللوثة‬, ‫املعاجلة احليوية هي استخدام الكائنات احلية الدقيقة لتحطيم أو حتييد امللوثات ف البيئة‬.‫طريقة مستدامة وفعالة من حيث التكلفة لتنظيف التلوث‬ Bioremediation is the use of living microorganisms to break down or neutralize pollutants in the environment, such as contaminated soil or water. This natural process helps convert harmful substances into less toxic or non-toxic forms, offering a sustainable and cost-effective way to clean up pollution. ‫ تساعد هذه العملية على إعادة تدوير‬.‫ بتفكيك املواد العضوية إلى مركبات أبسط وغير سامة‬, ‫ مثل البكتيريا والفطريات‬, ‫التحلل البيولوجي هو العملية الطبيعية التي من خاللها تقوم الكائنات احلية الدقيقة‬.‫ وحتويلها إلى عناصر أساسية مثل ثاني أكسيد الكربون واملاء والكتلة احليوية‬, ‫املواد الطبيعية ف البيئة‬ Biodegradation is the natural process by which microorganisms, like bacteria and fungi, break down organic substances into simpler, non-toxic compounds. This process helps recycle natural materials in the environment, turning them into basic elements like carbon dioxide, water, and biomass. Dalia M Melebari ENS3402  Bioremediation vs Biodegradation Aspect Bioremediation Biodegradation ‫العملية الطبيعية‬ ‫استخدام الكائنات احلية‬ The use of microorganisms to The natural process of breaking ‫لتحطيم املواد العضوية‬ ‫الدقيقة إلزالة أو حتييد‬ Definition.‫امللوثات من املواقع امللوثة‬ remove or neutralize pollutants from down organic substances by ‫بواسطة الكائنات‬.‫احلية الدقيقة‬ contaminated sites. microorganisms. ‫لتنظيف البيئات‬ ‫إلعادة تدوير املواد‬ To clean up and restore To recycle organic matter naturally ‫العضوية بشكل‬ Purpose.‫امللوثة واستعادتها‬ contaminated environments. in the environment..‫طبيعي ف البيئة‬ ‫تستخدم ف جهود‬ ‫يحدث بشكل‬ ‫ مثل‬, ‫التنظيف البيئي‬ Used in environmental clean-up Occurs naturally in the , ‫طبيعي ف البيئة‬ Applications ‫االنسكابات النفطية‬ efforts, such as oil spills, industrial environment, such as decomposing ‫مثل حتلل النباتات‬ ‫والنفايات الصناعية‬ waste, and heavy metals. dead plants and animals..‫واحليوانات امليتة‬.‫واملعادن الثقيلة‬ ‫يحدث بشكل طبيعي‬ Requires intentional human Occurs naturally without human Human Intervention.‫دون تدخل بشري‬ intervention and management. intervention..‫يتطلب التدخل البشري املتعمد واإلدارة‬ Dalia M Melebari ENS3402  Bioremediation vs Biodegradation.‫ يعالج التلوث مباشرة ف املوقع‬:‫ ف املوقع‬-.‫ حتدث ف وجود األكسجي‬:‫ الهوائية‬-.‫ يزيل املواد امللوثة إلى مكان آخر للعالج‬:‫ خارج املوقع‬-.‫ يحدث ف غياب األكسجي‬:‫ الالهوائي‬- Aspect Bioremediation Biodegradation - In situ: Treats contamination directly - Aerobic: Occurs in the presence of at the site. oxygen. Types - Ex situ: Removes contaminated - Anaerobic: Occurs in the absence of material to another location for oxygen. treatment. ‫عملية خاضعة للرقابة‬ ‫عملية طبيعية غير‬ A controlled and managed process, A natural, uncontrolled process that ‫ وغالًبا ما يتم حتسينها‬, ‫ومدارة‬ ‫خاضعة للرقابة ميكن أن‬ , ‫بظروف مواتية )درجة احلرارة‬ Control and often optimized with favourable can be influenced by environmental ‫تتأثر بالظروف البيئية‬ , ‫ودرجة احلموضة‬ Optimization conditions (temperature, pH, oxygen, conditions (temperature, pH, ‫ درجة‬, ‫)درجة احلرارة‬.(‫ واملغذيات‬, ‫واألكسجي‬.(‫ الرطوبة‬, ‫احلموضة‬ nutrients). moisture). ‫يحول املواد الضارة إلى‬ Breaks down organic matter into ‫يقسم املواد العضوية إلى‬ Transforms harmful substances into ‫مواد أبسط مثل املاء‬ ‫أشكال غير سامة أو أقل‬ simpler substances like water, carbon ‫ مثل ثاني أكسيد‬, ‫سمية‬ Outcomes non-toxic or less toxic forms, such as ‫وثاني أكسيد الكربون‬ dioxide, methane, and other organic ‫وامليثان واملركبات‬ ‫الكربون واملاء والكتلة احليوية‬ carbon dioxide, water, and biomass..‫العضوية األخرى‬ compounds. Dalia M Melebari ENS3402  Bioremediation vs Biodegradation Aspect Bioremediation Biodegradation Environmental remediation and Natural recycling and decomposition End Goal pollution reduction..‫العالج البيئي واحلد من التلوث‬ of organic materials..‫إعادة التدوير الطبيعي وحتلل املواد العضوية‬ ‫جزء من حل هندسي‬ Part of an engineered solution for Part of natural ecological cycles and Scopes.‫الستعادة البيئة‬.‫جزء من الدورات والعمليات البيئية الطبيعية‬ environmental restoration. processes. ‫تنظيف انسكابات النفط‬ Cleaning oil spills, treating Decomposition of leaves, food waste ‫ومعاجلة التربة امللوثة‬ Example ‫واملياه اجلوفية وإزالة‬ contaminated soil and groundwater, in compost, organic matter in.‫املعادن الثقيلة‬ removing heavy metals. landfills..‫ املواد العضوية ف مدافن النفايات‬, ‫ نفايات الطعام ف السماد‬, ‫حتلل األوراق‬ Dalia M Melebari ENS3402  Environmental Hazards :‫ وهي تشمل مجموعة واسعة من األخطار مثل‬.‫ ميكن أن تكون هذه اخملاطر طبيعية أو من صنع اإلنسان‬.‫اخملاطر البيئية هي ظروف أو مواد ضارة ف البيئة تشكل مخاطر على صحة اإلنسان والنظم اإليكولوجية واملمتلكات‬ Environmental hazards are harmful conditions or substances in the environment that pose risks to human health, ecosystems, and property. These hazards can be natural or human-made. They include a wide range of dangers such as: ‫ تشمل هذه املواد الكيميائية الضارة أو السموم مثل املبيدات احلشرية واملعادن الثقيلة وامللوثات الصناعية التي ميكن أن تلوث الهواء واملاء والتربة‬:‫اخملاطر الكيميائية‬.‫ مما قد يؤدي إلى مشاكل صحية خطيرة مثل السرطان أو مشاكل اجلهاز التنفسي أو اضطرابات النمو‬,‫واإلمدادات الغذائية‬ Types of environmental hazards Chemical Hazards: These involve harmful chemicals or toxins, such as pesticides, heavy metals, and industrial pollutants, that can contaminate air, water, soil, and food supplies, potentially leading to serious health issues like cancer, respiratory problems, or developmental disorders. Biological Hazards: These include bacteria, viruses, parasites, and other pathogens that can cause diseases in humans, animals, and plants. Examples include waterborne diseases, vector-borne diseases ‫ وتشمل هذه البكتيريا والفيروسات والطفيليات ومسببات األمراض األخرى التي ميكن أن تسبب‬:‫اخملاطر البيولوجية‬ like malaria, and outbreaks of illnesses such as influenza. ‫ ومن األمثلة على ذلك األمراض املنقولة باملاء واألمراض املنقولة بالنواقل‬.‫األمراض لدى البشر واحليوانات والنباتات‬.‫مثل املالريا وتفشي األمراض مثل األنفلونزا‬ Dalia M Melebari ENS3402  Environmental Hazards.‫ تشير هذه إلى األحداث الطبيعية مثل الزالزل والفيضانات واألعاصير وحرائق الغابات التي ميكن أن تتسبب ف تدمير واسع النطاق وخسائر ف األرواح‬:‫اخملاطر اجلسدية‬.‫ضا األخطار التي يصنعها اإلنسان مثل اإلشعاع والضوضاء الشديدة واحلرارة‬ ً ‫تشمل اخملاطر اجلسدية أي‬ Physical Hazards: These refer to natural events like earthquakes, floods, hurricanes, and wildfires that can cause widespread destruction and loss of life. Physical hazards also include man-made dangers like radiation, extreme noise, and heat. ‫ أو التخلص غير السليم‬, ‫ والتي ميكن أن تنتج عن حوادث محطات الطاقة النووية‬, ‫ تشمل التعرض للمواد املشعة أو اإلشعاع‬:‫اخملاطر اإلشعاعية‬.‫ مبا ف ذلك السرطان‬, ‫ ميكن أن يؤدي التعرض لفترات طويلة إلى آثار صحية شديدة‬.‫ أو أعطال املعدات الطبية‬, ‫من النفايات املشعة‬ Radiological Hazards: These involve exposure to radioactive substances or radiation, which can result from nuclear power plant accidents, improper disposal of radioactive waste, or medical equipment malfunctions. Prolonged exposure can lead to severe health effects, including cancer. Socioeconomic Hazards: These hazards arise from human activities and societal factors, such as deforestation, urban sprawl, and poor waste management, which can lead to land degradation, habitat , ‫ تنشأ هذه اخملاطر من األنشطة البشرية والعوامل اجملتمعية‬:‫اخملاطر االجتماعية واالقتصادية‬ loss, and increased vulnerability to natural disasters. ‫ مما قد يؤدي إلى تدهور‬, ‫ وسوء إدارة النفايات‬, ‫ والتوسع احلضري‬, ‫مثل إزالة الغابات‬.‫ وزيادة التعرض للكوارث الطبيعية‬, ‫ وفقدان املوائل‬, ‫األراضي‬ Dalia M Melebari ENS3402 Types of Environmental Pollution Dalia M Melebari ENS3402  Terminology related pollutions ‫ مثل مصنع أو محطة معاجلة مياه الصرف الصحي أو‬, ‫ التلوث الذي ينشأ من مصدر واحد ميكن التعرف عليه‬: ‫التلوث من مصدر محدد‬.‫ من األسهل إدارتها والتحكم فيها مقارنًة بتلوث املصدر غير احملدد‬.‫تسرب النفط‬ Point Source Pollution: Pollution that originates from a single, identifiable source, such as a factory, sewage treatment plant, or oil spill. It is easier to manage, and control compared to non-point source.‫ يجعل من الصعب حتديده وإدارته‬,‫ أو امللوثات احملمولة جوًا‬,‫ أو مياه األمطار احلضرية‬,‫ مثل مياه الصرف الزراعي‬,‫ التلوث الذي يأتي من مصادر منتشرة‬:‫التلوث من مصادر غير محددة‬ pollution. Non-Point Source Pollution: Pollution that comes from diffuse sources, such as agricultural runoff, urban stormwater, or airborne pollutants, makes it more challenging to identify and manage..‫ ومن األمثلة على ذلك نفايات الطعام والورق‬.‫ املواد التي ميكن حتللها عن طريق العمليات الطبيعية والكائنات احلية الدقيقة إلى أشكال أقل ضرًرا‬:‫امللوثات القابلة للتحلل البيولوجي‬ Biodegradable Pollutants: Substances that can be broken down by natural processes and microorganisms ‫ املواد التي ال تتحلل بسهولة أو ال تتحلل على اإلطالق‬:‫امللوثات غير القابلة للتحلل البيولوجي‬ into less harmful forms. Examples include food waste and paper. ‫ ومن األمثلة على ذلك البالستيك واملعادن الثقيلة‬.‫ مما يؤدي إلى تلوث طويل األمد‬,‫ف البيئة‬.DDT ‫وبعض املواد الكيميائية مثل مادة‬ Non-Biodegradable Pollutants: Substances that do not break down easily or at all in the environment, leading to long-term pollution. Examples include plastics, heavy metals, and certain chemicals like DDT. Dalia M Melebari ENS3402  Terminology related pollutions Greenhouse Gases (GHGs): Gases such as carbon dioxide (CO2), methane (CH4), and nitrous oxide (N2O) that trap heat in the atmosphere, contributing to global warming and climate change. Eutrophication: The process by which water bodies become overly enriched with nutrients (mainly phosphorus and nitrogen), leading to excessive growth of algae and depletion of oxygen, which can harm aquatic life. Smog: A type of air pollution that appears as a haze in the atmosphere, formed by the interaction of sunlight with pollutants like volatile organic compounds (VOCs) and nitrogen oxides (NOx). It is often seen in urban areas and can cause respiratory problems..‫ مما يساهم ف ظاهرة االحتباس احلراري وتغير املناخ‬,‫( التي حتبس احلرارة ف الغالف اجلوي‬N2O) ‫( وأكسيد النيتروز‬CH4) ‫( وامليثان‬CO2) ‫ الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون‬:(GHGs) ‫ الغازات املسببة لالنحباس احلراري العاملي‬.‫ مما قد يضر باحلياة املائية‬,‫ مما يؤدي إلى النمو املفرط للطحالب ونضوب األكسجي‬,(‫ العملية التي تصبح بها املسطحات املائية غنية بالعناصر الغذائية )الفوسفور والنيتروجي بشكل أساسي‬:‫ التخثث‬ ‫ غالًبا ما ُيرى ف املناطق احلضرية وميكن أن يسبب‬.(NOx) ‫( وأكاسيد النيتروجي‬VOCs) ‫ ويتكون من تفاعل ضوء الشمس مع امللوثات مثل املركبات العضوية املتطايرة‬,‫ نوع من تلوث الهواء يظهر على شكل ضباب ف الغالف اجلوي‬:‫ الضباب الدخاني‬.‫مشاكل ف اجلهاز التنفسي‬ Dalia M Melebari ENS3402  Terminology related pollutions Acid Rain: Precipitation that contains acidic components, such as sulfuric or nitric acid, formed from the emissions of sulfur dioxide (SO2) and nitrogen oxides (NOx) from fossil fuel combustion. It can damage vegetation, aquatic life, and infrastructure. Hazardous Waste: Waste materials that are dangerous or potentially harmful to human health or the environment, including toxic chemicals, radioactive substances, and biological contaminants. Microplastics: Tiny plastic particles less than 5mm in size that result from the breakdown of larger plastic debris or are manufactured for specific uses. They are pervasive in the environment and can accumulate ‫( وأكاسيد النيتروجي‬SO2) ‫ والتي تتكون من انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت‬,‫ مثل حمض الكبريتيك أو النيتريك‬,‫ األمطار التي حتتوي على مكونات حمضية‬:‫ املطر احلمضي‬ in the food chain..‫ وميكن أن تلحق الضرر بالنباتات واحلياة املائية والبنية األساسية‬.‫( من احتراق الوقود األحفوري‬NOx).‫ مبا ف ذلك املواد الكيميائية السامة واملواد املشعة واملواد امللوثة البيولوجية‬,‫ املواد النفايات التي تشكل خطًرا أو ضارة محتملة بصحة اإلنسان أو البيئة‬:‫ النفايات اخلطرة‬ ‫ وهي منتشرة ف البيئة‬.‫ م وتنتج عن حتلل حطام بالستيكي أكبر أو يتم تصنيعها الستخدامات محددة‬5 ‫ جزيئات بالستيكية صغيرة يقل حجمها عن‬:‫ املواد البالستيكية الدقيقة‬.‫وميكن أن تتراكم ف سلسلة الغذاء‬ Dalia M Melebari ENS3402  Terminology related pollutions Persistent Organic Pollutants (POPs): Chemical substances that persist in the environment, bioaccumulate through the food web, and pose a risk to human health and the environment. Examples include pesticides like DDT and industrial chemicals like PCBs. Environmental Remediation: The process of cleaning up pollution and contaminants from the environment, restoring ecosystems, and preventing further damage. Techniques include bioremediation, soil washing, and phytoremediation. ‫ ومن األمثلة على ذلك املبيدات احلشرية مثل‬.‫ وتشكل خطًرا على صحة اإلنسان والبيئة‬,‫ وتتراكم بيولوجًيا من خالل شبكة الغذاء‬,‫ املواد الكيميائية التي تظل موجودة ف البيئة‬:‫ امللوثات العضوية الثابتة‬.‫ واملواد الكيميائية الصناعية مثل ثنائي الفينيل متعدد الكلور‬DDT ‫مبيد‬.‫ واإلصالح النباتي‬,‫ وغسل التربة‬,‫ وتشمل التقنيات اإلصالح البيولوجي‬.‫ ومنع املزيد من الضرر‬,‫ واستعادة النظم البيئية‬,‫ عملية تنظيف التلوث واملواد امللوثة من البيئة‬:‫ اإلصالح البيئي‬ Dalia M Melebari ENS3402 Dalia M Melebari ENS3402