Biologické metódy
Výhodou sanačných metód ex situ je možnosť relatívne jednoduchého ovplyvňovania podmienok procesov. Platí to aj pri biologických sanačných metódach ex situ. Sú založené na degradačnom pôsobení mikroorganizmov, ktoré využívajú kontaminujúce látky pri svojom raste ako zdroj látok a energie. Implementácia biologických procesov v sanačných metódach ex situ je relatívne ekonomicky výhodná a účinná. Výhodou je, že biochemické procesy dokážu odstrániť z čisteného média aj látky v nižšej koncentrácii (Grady et al., 1999). Vhodne zvolené mikroorganizmy väčšinou degradujú kontaminanty bez potreby následného dočisťovania. Niekedy sa však môže vyskytnúť problém s tvorbou toxických medziproduktov (napr. TCE – vynylchlorid), čo je nutné zohľadniť pri návrhu technológie. Výhodou metód ex situ v porovnaní s metódami in situ je to, že problém prípadných toxických medziproduktov sa dá riešiť v rámci komplexného návrhu technológie (medziprodukty vznikajú mimo horninového prostredia).
Pri biologických sanačných metódach sa vytvárajú a udržujú podmienky vhodné na vysokú aktivitu a rast mikroorganizmov degradujúcich dané kontaminanty. Spomedzi základných podmienok potrebných na úspešnú realizáciu biosanačných metód treba spomenúť najmä obsah kyslíka a nutrientov, ako aj teplotu a pH. V neposlednom rade je nutné zabezpečiť optimálny prísun kontaminantu a zamedziť výskyt prípadných inhibítorov rastu mikroorganizmov.
Potrebný obsah kyslíka sa v podmienkach ex situ zabezpečuje pomerne ľahko, najmä mechanickým a hydraulickým premiešavaním, resp. prebublávaním. Niekedy sa využívajú anaeróbne podmienky (bez prístupu kyslíka), a to najmä pri degradácii niektorých vysoko chlórovaných uhľovodíkov (FRTR, 2008).
Najdôležitejšie nutrienty pre rast organizmov sú dusík, fosfor, draslík, síra, horčík, vápnik, mangán, železo, zinok a meď. V prípade nedostatku nutrientov sa biologická aktivita spomalí, resp. až zastaví. Dusík a fosfor sú nutrienty, ktoré sú často deficitné, a je nutné ich do systému pridávať.
Hodnoty pH ovplyvňujú mnohé procesy prebiehajúce v sanačnom systéme, napríklad prostredníctvom ovplyvňovania rozpustnosti látok. Pre biochemické procesy sú vo všeobecnosti optimálne neutrálne hodnoty pH (6 až 8).
Pri aktivite mikroorganizmov zohráva významnú úlohu teplota. S klesajúcou teplotou aktivita mikroorganizmov výrazne klesá, to znamená, že v našich podmienkach je pri zníženej vonkajšej teplote (najmä v zimnom období) potrebné tento fakt zohľadniť a v prípade nevyhnutnosti realizácie sanácie udržiavať v sanačnom systéme optimálnu teplotu. Pri veľmi nízkej teplote sa aktivita mikroorganizmov prakticky zastavuje. Pri opätovnom náraste teploty sa aktivita zvyčajne obnoví. Príliš vysoká teplota však môže byť taktiež škodlivá. Vplyv teploty na biochemické procesy sa uplatňuje dvojakým spôsobom (Grady et al., 1999): vplyvom na rýchlosť enzymaticky katalyzovaných reakcií a vplyvom na rýchlosť difúzie substrátu do buniek. Optimálne teplotné rozmedzie špecificky závisí od konkrétneho spoločenstva mikroorganizmov. Z hľadiska závislosti aktivity od teploty sa môžu mikroorganizmy deliť na tri skupiny. Najdôležitejšie sú mezofilné mikroorganizmy, ktorých aktivita sa prejavuje najmä v rozmedzí od 10 do 35 ºC. Teplota systému ovplyvňuje aj niektoré iné dôležité podmienky v systéme, nepriamo vplývajúce na aktivitu mikroorganizmov, najmä rozpustnosť a prchavosť látok prítomných v systéme (kyslík, prchavé organické látky a i.).
Výber vhodných mikroorganizmov degradujúcich daný kontaminant je dôležitý predpoklad úspešného uplatnenia biologických sanačných metód. Využívajú sa špeciálne druhy mikroorganizmov, ale často aj lokálne, autochtónne druhy v danej kontaminovanej oblasti, ktoré sa následne izolujú a vytvárajú sa optimálne podmienky na ich rast v podmienkach ex situ.
Spomedzi biologických sanačných metód ex situ sú najvýznamnejšie bioreaktory a umelé mokrade (koreňové čistiarne). V chladnom klimatickom období (v zime), keď je biologická aktivita na minime, účinnosť umelých mokradí výrazne klesá. Preto z uvedených metód majú v našich podmienkach väčší význam bioreaktory. Vzhľadom na nízke prevádzkové náklady a relatívne vysokú účinnosť, najmä v prípadoch dlhodobého dočisťovania menej zaťažených kontaminovaných vôd, je možné umelé mokrade využiť ako dlhodobý doplnok iného druhu sanácie.
Rozmanitosť bioreaktorov spočíva v tom, že pracujú na rôznych biochemických princípoch a majú množstvo technických riešení a variantov. Technologické riešenie bioreaktorov môže byť jednostupňové, prípadne viacstupňové, môžu fungovať pri rôznych oxidačno-redukčných podmienkach (aeróbne – anaeróbne) a rôznych spôsoboch prísunu kontaminovanej kvapaliny (kontinuálne, s celkovým alebo čiastkovým re/cyklom, vsádkové atď.).
Prostredníctvom biologických metód ex situ je možné sanovať lokality znečistené rozličnými organickými aj anorganické kontaminantmi, ktoré sú bližšie charakterizované pri jednotlivých sanačných metódach.
Pri biologických metódach ex situ je dôležité mať k dispozícii systém merania a regulácie prebiehajúcich procesov. Týka sa to najmä bioreaktorov. Rozsiahlejšia teória zaoberajúca sa biologickými spôsobmi čistenia vôd je obsiahnutá v mnohých prácach (napr. Grady et al., 1999; Wiesmann et al., 2007).
Bioreaktory