Biostabilizácia a bioimobilizácia patria medzi sanačné biologické metódy ex situ. Prevažná časť dekontaminačných technológií znečisťujúce látky z pevných materiálov odstraňuje, resp. znižuje ich koncentráciu. Biostabilizačné a bioimobilizačné techniky znečisťujúce látky z pôdy neeliminujú, ale znižujú ich bioprístupnosť, rozpustnosť vo vode, mobilitu, toxicitu a tým aj ich negatívne pôsobenie na životné prostredie. Princíp metódy spočíva v zmene podmienok prostredia napr. zvýšením organického podielu v znečistenom materiáli, zmenou oxidačno-redukčných, aeróbnych a anaeróbnych podmienok a podobne. Táto zmena spôsobuje premenu pôvodnej znečisťujúcej látky na inú, obyčajne sa vyznačujúcu vyššou sorpciou na pôdne častice. Znečisťujúce látky naviazané na pôdne častice sa nachádzajú v nepohyblivej forme a ich škodlivosť je tak výrazne obmedzená. Pri procese môže nastať aj čiastočná biodegradácia znečisťujúcich látok (Matějů et al., 2006).
Metóda sa využíva na sanáciu pevných materiálov, znečistených prevažne veľmi škodlivými organickými aj anorganickými látkami, ktorými sú najmä (NRC, 2003):
• polycyklické aromatické uhľovodíky (PAU),
• polychlórované bifenyly (PCB),
• polychlórované dibenzodioxíny (PCDD),
• polychlórované dibenzofurány (PCDF),
• výbušiny (napr. TNT),
• pesticídy,
• kovy,
• rádionuklidy.
Všeobecne je za účelom biostabilizácie a bioimobilizácie znečisťujúcich látok potrebné vo vyťaženej zemine navodiť vhodné oxidačno-redukčné podmienky. Pri organických znečisťujúcich látkach sa preferujú oxidačné podmienky, ktoré podporujú biodegradáciu pôvodných zlúčenín. Pri rozklade vznikajú metabolity s funkčnými skupinami (v prípade PAU sú to hydroxylové –OH skupiny). Mikroorganizmy stabilizujú organické znečisťujúce látky dvoma spôsobmi: buď kontaminant slúži ako zdroj uhlíka, resp. energie, alebo ako akceptor elektrónov (NRC, 2003). Do kontaminovaného materiálu je pridaný aj rôzny organický odpad (kompost, lignocelulózový odpad a podobne), ktorý v aeróbnych podmienkach humifikuje. Vzniknuté humusové látky predstavujú veľmi dobré sorbenty pre pôvodné organické znečisťujúce látky, ako aj ich metabolity. Prevažná časť znečisťujúcich organických látok sa naviaže na organickú hmotu, t. j. bioimobilizuje sa, a zvyšok sa za aeróbnych podmienok rozloží.
Bioimobilizácia zlúčenín TNT prebieha podobne ako v prípade iných organických látok. V prvom kroku sa však nenavodzujú oxidačné podmienky, ale anaeróbne podmienky prostredia. V prítomnosti mikroorganizmov to spôsobí redukciu pôvodných zlúčenín TNT na amíny. Amíny sa následne veľmi dobre viažu na organickú hmotu prítomnú v pôdach (najmä na humínové látky). Tým nasáva ich účinná imobilizácia a zníži sa škodlivé pôsobenie na životné prostredie (Walker, 2004).
Kovy nepodliehajú žiadnemu biologickému rozkladu. Biostabilizácia a bioimobilizácia patria k niekoľkým metódam, ktoré dokážu účinne znížiť bioprístupnosť týchto potenciálne toxických prvkov v prostredí. Vzhľadom na rozsah kontaminácie pôd kovmi v niektorých lokalitách môže byť metóda bioimobilizácie veľmi vhodnou metódou na zamedzenie negatívneho vplyvu znečisťujúcich látok na životné prostredie (Barkay a Schaefer, 2001). Kovy sú obyčajne mobilné v kyslých oxidačných podmienkach (Ďurža a Khun, 2002), výnimkou je napr. arzén (Sadiq, 1997). V kontaminovanom materiáli je preto potrebné dosiahnuť redukčné podmienky, ktoré spôsobujú zníženie oxidačného čísla kovov. To zároveň obmedzí ich mobilitu, zníži rozpustnosť vo vode a v niektorých prípadoch aj toxicitu, napr. v prípade chrómu (Ďurža a Khun, 2002). S cieľom dosiahnuť potrebné redukčné podmienky sa do ošetrovaných pôd pridávajú rozličné látky, ktoré slúžia ako heterotrofné substráty pre mikroorganizmy. Biostabilizácia a bioimobilizácia významne znižuje bioprístupnosť kovov a eliminuje ich toxicitu (NRC, 1999). Účinnosť tejto metódy je možné zvýšiť pridávaním aktívnych sorbentov do ošetrovaných pôd, napr. apatitu, Fe0 (Kaplan et al., 2002). Kovy sa veľmi často vyskytujú v prostredí spolu so sulfátmi, ktoré sú pre životné prostredie rovnako nebezpečné, pretože reakciou s vodou z nich vzniká kyselina sírová. Tá okrem iných nepriaznivých účinkov zvyšuje aj mobilitu kovov v prostredí. V redukčných podmienkach sa redukujú sírany na sulfidy, ktoré sú za priaznivých podmienok relatívne stabilné a nemobilné.
Výhodou metódy je, že pri procese sa navodzujú prirodzené podmienky prostredia a neaplikujú sa syntetické reagenty. Na druhej strane, biostabilizácia a bioimobilizácia nie sú vhodné na čistenie materiálov, v ktorých je koncentrácia znečisťujúcich látok taká vysoká, že inhibuje prirodzené biologické procesy (NRC, 2003). Pôdy s nízkym obsahom organického uhlíka vyžadujú aplikáciu väčšieho množstva organickej hmoty v podobe kompostu a rozličného rastlinného a živočíšneho odpadu (Mahajan et al., 2000).
Pretože sa pri biostabilizácii a bioimobilizácii využívajú prírodné postupy, ide o relatívne pomalý proces. Čas čistenia sa pohybuje v rozmedzí 6 mesiacov až 2 roky (Matějů et al., 2006).
Biostabilizácia a bioimobilizácia sú sanačné metódy, ktoré sa komerčne využívajú veľmi zriedkavo a skôr v zahraničí ako na Slovensku. Vhodných lokalít by sa však na území Slovenska našlo veľmi veľa (banské oblasti, oblasť východného Slovenska znečistená PCB, priemyselné oblasti a podobne), a preto sa predpokladá, že v budúcnosti nájdu tieto technológie veľké využitie. Technológia sa skúšobne aplikovala na sedimenty kontaminované PAU v prístave v Milwaukee (USA). Preukázalo sa významné zníženie bioprístupnosti PAU v dôsledku silnej sorpcie na organický materiál v sedimentoch (Mahajan et al., 2000). Technológia sa úspešne komerčne odskúšala na 1 200 tonách zeminy kontaminovanej PAU vo Švédskom meste Eskilstun (ISVAV, 2008). Experimentálne sa aplikovala aj na biostabilizáciu PCB v pôdach (US EPA, 1999) a na sanáciu pôd kontaminovaných rôznorodými vysokomolekulárnymi a vo vode slabo rozpustnými organickými látkami (US EPA, 2000).
Technológia bola otestovaná aj pri sanácii pôd znečistených chrómom. Pôdne mikroorganizmy prostredníctvom bioredukcie znížili toxicitu kovu a jeho rozpustnosť vo vode. Tým obmedzili jeho bioprístupnosť až o 96 % (Papassiopi et al., 2009). Bioprístupnosť a toxicita sa znížila aj pri použití biostabilizačnej metódy na pôdach kontaminovaných arzénom.
© 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