Microbial bioprocess performance in nanoparticle-mediated composting

Resumo

A compostagem microbiana é uma das técnicas mais econômicas para degradação, remediação, nutrição, etc. Atualmente, há um crescimento e desenvolvimento mais rápidos da nanotecnologia em diferentes setores. Este desenvolvimento leva as nanopartículas (NPs) a entrarem nas compostagens de diferentes maneiras. Primeiro, entrada não intencional de NPs nas compostagens via: descarte de resíduos, resíduos sólidos enterrados, escoamento superficial, descarte direto em resíduos (bens de consumo, alimentos, produtos farmacêuticos e de cuidados pessoais). Segundo, a mediação intencional das NPs no processo de compostagem é uma nova abordagem desenvolvida para aumentar a taxa de degradação de resíduos e como nutriente para as plantas. A presença de NPs nas compostagens pode causar nanotoxicidade. Por outro lado, sua presença também pode ser benéfica, como recuperação de solos, degradação, etc. Alternativamente, as NPs metálicas também são úteis para todos os organismos vivos, incluindo microrganismos, em vários processos biológicos, como replicação de DNA, biossíntese de precursores, respiração, respostas ao estresse oxidativo e transcrição. As NPs mostram desempenho exemplar em múltiplos campos, enquanto seu papel no processo de compostagem vale a pena ser estudado. Consequentemente, este artigo auxilia na compreensão do papel das NPs no processo de compostagem e até que ponto sua presença pode ser benéfica. Este artigo revisa a significância das NPs em: o processo de compostagem, o desempenho do bioprocesso microbiano durante a nano compostagem, a avaliação básica do ciclo de vida (ACV) da compostagem mediada por NPs e o modo de ação das NPs na matriz do solo. Este artigo também lança luz sobre a noção de nanozimas e destaca sua caracterização biocatalítica, o que será útil em futuras pesquisas de compostagem.

Abstract

Microbial composting is one of the most cost-effective techniques for degradation, remediation, nutrition, etc. Currently, there is faster growth and development in nanotechnology in different sectors. This development leads nanoparticles (NPs) to enter into the composts in different ways. First, unintentional entry of NPs into the composts via: waste discharge, buried solid waste, surface runoff, direct disposal into wastes (consumer goods, food, pharmaceuticals, and personal care products). Second, intentional mediation of the NPs in the composting process is a novel approach developed to enhance the degradation rate of wastes and as a nutrient for plants. The presence of NPs in the composts can cause nanotoxicity. Conversely, their presence might also be beneficial, such as soil reclamations, degradation, etc. Alternatively, metal NPs are also helpful for all living organisms, including microorganisms, in various biological processes, such as DNA replication, precursor biosynthesis, respiration, oxidative stress responses, and transcription. NPs show exemplary performance in multiple fields, whereas their role in composting process is worth studying. Consequently, this article aids the understanding of the role of NPs in the composting process and how far their presence can be beneficial. This article reviews the significance of NPs in: the composting process, microbial bioprocess performance during nano composting, basic life cycle assessment (LCA) of NP-mediated composting, and mode of action of the NPs in the soil matrix. This article also sheds insight on the notion of nanozymes and highlights their biocatalytic characterization, which will be helpful in future composting research.