Podporovaná biosanácia
Princíp
Pri podporovanej biosanácii sa využíva aktivita autochtónnych mikroorganizmov, ktorá sa stimuluje napríklad zapúšťaním roztokov živín (napr. kyslík, dusičnany) do kontaminovanej zeminy. V prípade nízkej biodegradačnej aktivity autochtónnych mikroorganizmov sa ošetrovaná zemina inokuluje bakteriálnymi kmeňmi s vysokou degradačnou aktivitou (napr. huby, baktérie a iné). Podporovaná biosanácia urýchľuje prirodzené biodegradačné procesy v systéme (Fuentes et al., 2002).
Použiteľnosť
Podporovaná biosanácia je efektívna pri čistení zemín znečistených ropnými uhľovodíkmi, prchavými a poloprchavými organickými látkami, pesticídmi, alkoholmi, nitrozlúčeninami, rozpúšťadlami a organickými kyselinami. V mnohých prípadoch sa uplatnila pri odstraňovaní zvyškového obsahu kontaminantov po odstránení zdroja kontaminácie (Fuentes et al., 2002).
Základná charakteristika
V praxi existujú štyri hlavné postupy podporovanej biosanácie (Fuentes et al., 2002):
• Injektáž výživy v plynnom skupenstve. – Výživa sa injektuje do kontaminovanej zeminy cez vrty s cieľom povzbudiť a zabezpečiť dostatočnú výživu pre prirodzene sa vyskytujúce (autochtónne) mikroorganizmy. Najčastejšie využívaným plynom je atmosférický vzduch.
• Cirkulácia peroxidu vodíka. – Zriedený roztok peroxidu vodíka sa injektuje do zeminy s cieľom zvýšiť rýchlosť aeróbnej biodegradácie.
• Dodávanie dusičnanov do systému. – Roztok dusičnanov sa dodáva do kontaminovanej zeminy s cieľom zvýšiť anaeróbnu biodegradáciu.
• Bioaugmentácia (zvýšenie biologickej aktivity). – Biologická aktivita sa zvyšuje pridávaním mikroorganizmov prispôsobených daným podmienkam.
V rámci podporovanej biosanácie in situ sa urýchľuje rast mikroorganizmov schopných degradovať napríklad ropné uhľovodíky. Systém uvedený na obr. 4.1.3 predstavuje iba jedno z mnohých možných usporiadaní – v tomto prípade je systém použitý na čistenie pásma nasýtenia aj pásma prevzdušnenia (na dočistenie podzemnej vody bola inštalovaná stripovacia veža a vyčistená voda vsakuje spať do zeminy) (Kubal et al., 2002).
Mikroorganizmy predstavujú najvýznamnejšiu skupinu organizmov podieľajúcich sa na biotransformačných dejoch. Význam mikroorganizmov pri biotransformácii znečisťujúcich látok vyplýva najmä z vysokej rýchlosti ich reprodukcie a následne z ich veľkej prispôsobivosti a schopnosti vytvárať rozličné typy kolónií. Mikroorganizmy je možné rozdeliť na tri hlavné skupiny: 1. baktérie, 2. aktinomycéty (vláknité jednobunkové organizmy vykazujúce vlastnosti baktérií aj vlastnosti húb, 3. huby (plesne a kvasinky). Baktérie sú dominantné v pásme nasýtenia, zatiaľ čo aktinomycéty a huby vykazujú značnú aktivitu najmä v tej časti zeminy, do ktorej zasahuje koreňový systém. Baktérie sa môžu ďalej rozdeliť na heterotrofné baktérie (vyžadujúce na svoj rast organickú hmotu) a autotrofné baktérie (schopné rastu na báze anorganického uhlíka vrátane oxidu uhličitého). Baktérie môžeme ešte rozdeliť na aeróbne (vyžadujúce kyslík) a anaeróbne (nevyžadujúce kyslík) (Kubal et al., 2002).
Obr. 4.1.3. Princíp podporovanej biosanácie in situ (Kubal et al., 2002).
Vysvetlivky: 1 – pásmo nasýtenia, 2 – pásmo prevzdušnenia, 3 – kompresor, 4 – čerpadlo, 5 – cisterna so živinami, 6 – cisterna s H2O2, 7 – mobilná analytická stanica, 8 – stripovacia vež, 9 – vypúšťanie do atmosféry
Zásadným faktorom ovplyvňujúcim mikrobiálnu aktivitu v zemine je zrnitosť, respektíve distribúcia veľkosti častíc daného typu zeminy (krivka zrnitosti a zastúpenie jednotlivých frakcií zemín). Mineralizácia organických látok napríklad v piesčitej zemine prebieha výrazne rýchlejšie ako v ílovitej zemine, a to aj napriek tomu, že počet mikroorganizmov v ílovitej zemine je vyšší. Ďalšie faktory ovplyvňujúce mikrobiálnu aktivitu sú najmä dostupnosť živín, oxidačno-redukčné (redoxné) podmienky a povrchová aktivita pevných častíc (Kubal et al., 2002).
Výhody a limitácie
Výhoda podporovanej biosanácie spočíva v minimálnom porušení miesta aplikácie metódy a súčasne v tom, že sa neprodukuje odpad. Metóda je bezpečná, cenovo konkurencieschopná a nenáročná na energiu. Keďže táto metóda je založená na abiotickej oxidácii kontaminantov v kontakte s reagentmi, dôležité je najmä odstraňovanie kontaminácie v pásme prevzdušnenia (Fuentes et al., 2002). Na druhej strane, vysoké hodnoty kontaminantov môžu byť toxické pre použité mikroorganizmy. V anaeróbnych podmienkach sa môže kontaminácia premeniť aj na produkty, ktoré môžu byť nebezpečnejšie ako pôvodné znečistenie. Prípadná zvýšená mobilita kontaminantov si môže vynútiť následné dočisťovanie podzemných vôd. Pri nakladaní s peroxidom vodíka sa musia použiť zodpovedajúce bezpečnostné opatrenia. Podporovaná biosanácia je veľmi zložitá v zeminách s nízkou priepustnosťou. Biotické a abiotické straty kyslíka môžu zvýšiť náklady na fungovanie a udržiavanie systému. Použitie injektáže kyslíka môže zvýšiť biologickú aktivitu v blízkosti injektážnych vrtov, ale následne znížiť difúziu kyslíka a prísun výživných zložiek do zvyšku znečisteného prostredia.
Metóda si vyžaduje dlhodobé monitorovanie zvyškovej kontaminácie v zemine a podzemnej vode. Koncentrácia peroxidu vodíka okolo 100 až 200 mg . kg–1 inhibuje aktivitu mikroorganizmov v podzemných vodách. Biodegradácia ťažkých ropných produktov si môže vyžiadať dlhší čas (Fuentes et al., 2002).
Trvanie čistenia a účinnosť
Potreba času na čistenie je veľmi rozdielna. Na základe praktických skúseností je možné trvanie čistenia odhadnúť na 6 mesiacov až 5 rokov. Závisí to od mnohých faktorov, napríklad od koncentrácie stanovených sanačných limitov, celkového objemu sanovaného pásma prevzdušnenia, dosiahnuteľnej biodegradačnej rýchlosti, koncentrácie a distribúcie znečisťujúcich látok, priepustnosti a anizotropie horninového prostredia a kapacity systému na aplikáciu podporných médií (Matějů et al., 2006).
© 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