Biologické metódy
Pri biologickom čistení horninového prostredia a pevných materiálov sa využíva genetická diverzita a metabolická mnohostrannosť mikroorganizmov na transformáciu kontaminantov na menej škodlivé alebo neškodné produkty, ktoré sa potom integrujú do prirodzených biogeochemických cyklov. Pochopenie ekológie, fyziológie a evolúcie degradujúcich mikroorganizmov je základnou podmienkou využívania biologických postupov pri sanácii pôd, zemín a kalov.
V súčasnosti sú známe tri základné možnosti zvyšovania intenzity degradácie kontaminantov mikroorganizmami. Prvá z nich je biostimulácia prirodzenej pôdnej mikroflóry optimalizáciou podmienok prostredia prídavkom živín nevyhnutných na prežitie (najčastejšie ide o prídavok dusíka a fosforu), vývoj a expresiu degradačnej schopnosti mikroorganizmov. Druhá možnosť je bioaugmentácia. Jej cieľom je posilnenie rozkladného potenciálu prostredia inokuláciou vhodnej kultúry degradujúcich mikroorganizmov. Tretia možnosť je úprava molekuly kontaminantu tak, aby sa zvýšila jeho bioprístupnosť a znížila sa jeho odolnosť proti mikrobiálnemu ataku. Je to možné dosiahnuť fyzikálno-chemickými postupmi (napr. chemickou oxidáciou). Biologické technológie na dekontamináciu zložiek životného prostredia sú založené na využívaní schopností mikroorganizmov spotrebúvať kontaminujúce látky ako zdroje uhlíka na získavanie energie pre životné funkcie alebo na ich transformácii na iné zlúčeniny v prítomnosti kosubstrátu.
Biologické rozkladné procesy sú v živých organizmoch katalyzované jednotlivými enzýmami alebo ich komplexmi. Enzýmy hrajú vo všetkých degradačných procesoch významnú rolu. Špecifickosť enzýmov a ich vlastnosti však degradáciu často obmedzujú alebo zastavujú na polceste. Kontaminant sa len čiastočne pozmení a ďalej pretrváva v prostredí vo viac alebo menej pozmenenej forme, často s vyššou toxicitou a mobilitou než pôvodná znečisťujúca látka. Preto pri aplikácii biologického postupu je nevyhnutné čo najlepšie poznať schopnosti autochtónnych (prirodzené pôdne spoločenstvo mikroorganizmov) a alochtónnych (vnesené – inokulované do pôdy, selektované a kultivované v laboratórnych podmienkach) mikroorganizmov.
Medzi mikroorganizmy, ktoré hrajú kľúčovú úlohu pri rozklade kontaminantov jednotlivých zložiek životného prostredia, patria predovšetkým baktérie, aktinomycéty a huby. Sľubným prístupom pri dekontaminácii pôd, sedimentov a vôd je degradácia kontaminantov kombinovaným účinkom anaeróbnych a aeróbnych mikroorganizmov. Anaeróbne spoločenstvá sú schopné po dlhom čase pôsobenia čiastočne dehalogénovať vysoko chlórované kongenéry bez straty aromatickosti, zatiaľ čo niektoré aeróbne baktérie sú schopné oxidačne atakovať a následne štiepiť aromatické jadrá nižšie chlórovaných aromátov. Úspech uvedených postupov závisí od mnohých biotických a abiotických podmienok. Mikrobiologická charakterizácia pôdy alebo podzemnej vody musí pri výbere sanačného postupu priniesť odpovede na niekoľko základných otázok:
• Sú vôbec prítomné životaschopné organizmy?
• Sú mikroorganizmy za podmienok existujúcich v danej lokalite schopné uskutočniť biodegradáciu a je ich mikrobiálna aktivita indukovateľná?
• Ak sú degradujúce mikroorganizmy prítomné, aký je ich počet?
• Ak je kontaminácia spôsobená zmesou znečisťujúcich látok, ktoré z nich sa budú rozkladať prednostne?
Kvôli úspešnej aplikácii biotechnologických metód pri sanácii a pri zneškodňovaní nebezpečného odpadu je nevyhnutná znalosť vlastností autochtónnych mikrobiálnych populácií, ich schopnosť zúčastňovať sa na rozklade nežiaducich látok v danom prostredí a zistenie podmienok potrebných na optimalizáciu ich činnosti. Až na základe posúdenia týchto vlastností je možné rozhodnúť, či na účinnú biodegradáciu postačí optimalizácia podmienok, či bude nutné použiť alochtónne mikroorganizmy a či vôbec bude možné použiť biologický postup. Na mikrobiálne hodnotenie autochtónnych populácií a posúdenie ich biodegradačných schopností existuje veľká škála metód. Žiadna z nich však nie je univerzálna, a preto je nutné venovať výberu metódy značnú pozornosť.
Medzi mikrobiálne procesy ovplyvňujúce chovanie sa toxických kovov/rádionuklidov v biosfére patria: biosorpcia (60Co, 90Sr, UO2+, 226Ra), bioakumulácia (137Cs, 60Co, U), redukcia a precipitácia (99Tc, U6+), mobilizácia (bioleaching) (Pu).
Biosorpcia je proces, v ktorom mikroorganizmy pasívne, teda bez požiadaviek na energiu, odstraňujú kovy, metaloidy a rádionuklidy. Biomasa (baktérie, vláknité huby, kvasinky, riasy), ktorou je možné odstrániť kovy, môže byť často tvorená neživými preparátmi. Proces biosorpcie je veľmi rýchly a pomerne účinný. Bola preukázaná biosorpcia U, Zn, Cd, Co, Ni, Cu, Hg, Th, Cs, Au, Ag, Sn a Mn.
Bioakumulácia je proces, ktorý je spojený so životaschopnosťou a metabolickou aktivitou mikroorganizmov a vyžaduje energiu.
Redukcia kovov je uskutočňovaná celou radou mikroorganizmov. Vedie k zmene toxicity kovu, rozpustnosti a mobility. Využitie týchto reduktívnych reakcií v biosanačných technológiách je diskutované v spojení so zdravotným rizikom prítomného kovu.
Oxidácia, precipitácia a metylácia kovov patrí rovnako k sanačným technológiám. Obzvlášť proces precipitácie je využívaný k rýchlemu odstráneniu niektorých kovov z vodných zdrojov. V tomto procese sú najčastejšie využívané baktérie redukujúce sírany, obzvlášť druhy rodu Desulfovibrio. V procese anaeróbneho metabolizmu týchto mikroorganizmov sú vytvárané nerozpustné sulfidy Zn, Pb, Ni, Cr, Cd, Cu, Fe, Hg a ďalších kovov. Tieto nerozpustné sulfidy môžu byť odstránené sedimentáciou alebo filtráciou, príp. separačnou centrifugáciou. Tento proces odstraňovania kovov býva využívaný v špeciálnych reaktoroch.
Pri sanácii znečistenej pôdy sa využívajú aj rastliny a táto metóda sa nazýva fytosanácia. Fytosanácie boli vyvinuté na širokú škálu aplikácií nielen pre anorganické, ale aj pre organické znečisťujúce látky. Okrem fytosanácie je možné využiť aj mykosanáciu, ktorá predstavuje použitie húb na sanáciu znečisťujúcich látok a fykosanáciu, ktorá používa na dekontamináciu riasy. V celom obore je v súčasnosti ešte stále zreteľný relatívny nedostatok znalostí z oblasti základného výskumu, potrebných na optimalizáciu týchto biologických sanačných metód.
© Atlas sanačných metód environmentálnych záťaží
Autori: Jana Frankovská, Jozef Kordík, Igor Slaninka, Ľubomír Jurkovič, Vladimír Greif,
Peter Šottník, Ivan Dananaj, Slavomír Mikita, Katarína Dercová a Vlasta Jánová
Štátny geologický ústav Dionýza Štúra, Bratislava 2010, 360 s,
ISBN 978-80-89343-39-3
Vákuová bioextrakcia (bioventing)
Kometabolická vákuová bioextrakcia
(kometabolický bioventing)