Možnost jak se zbavit některých kontaminantů přirozenou cestou nabízí technologie zvaná bioremediace.
Co zamoříme, to vyčistíme - bioremediace
Vzduch který dýcháme, voda kterou pijeme, půda ve které pěstujeme naše jídlo a vlastně celé prostředí ve kterém žijeme je promořeno syntetickými látkami, které jsou produktem lidské činnosti. V současné době se lidé stále více obrací k přírodě a uvědomují si, co napáchali. Možnost jak se zbavit některých kontaminantů přirozenou cestou nabízí technologie zvaná bioremediace.
Intensifikace zemědělské výroby sebou již po desetiletí nese nepříjemný efekt. Pesticidy, které mají za úkol bránit úrodu před škůdci, se hromadí v půdě. Právě hromadění pesticidů dalo podnět k intenzivnímu studii rozkladu těchto látek a hledání cest, kterými bychom mohli tyto nebezpečné látky z půdy a prostředí dostat. Kromě pesticidů se však v prostředí vyskytuje ještě celá řada dalších průmyslově vyráběných sloučenin, které se dostávají do odpadních vod a půdy. A metody původně aplikované na odstraňování pesticidů můžeme často aplikovat i na tyto látky, které se odborně nazývají polutanty.
ROZKLAD ORGANICKÝCH LÁTEK V PŘÍRODĚ
Procesy, kterými každá látka (včetně těch látek, které do ní dodá člověk) v přírodě prochází, jsou velice složité a komplikované. Ovšem je naprosto nezbytné jim co nejlépe porozumět, pokud se chceme některých látek přirozeně zbavit.
Polutanty se v přírodě zřídka vyskytují v čisté formě, nejčastěji je zde můžeme nalézt ve formách často velmi vzdálených od původní formy - v komplexech a nebo jiných složitých směsích. Počet takovýchto sloučenin a komplexů je těžko vyčíslitelný.
Celá řada organických molekul podléhá v přírodě abiotickému rozkladu (vlastně se látka "upravuje" působením světla, vzduchu, vody atd.). Tento abiotický rozklad však většinou nevede k tomu co bychom si přáli - odstranění látky z přírodního prostředí. Obvykle dochází k pouhé modifikaci polutantu, přičemž vzniknuvší struktury jsou chemicky velmi podobné, často si zachovávají i stejné toxické vlastnosti jako původní látka.
Naproti tomu, pokud se do rozkladu polutantu zapojí živé organismy, tedy konkrétně enzymy, může docházet až k procesu mineralizace, tedy "rozpadu" organických sloučenin na anorganické (oxidy uhlíku, oxidy dusíku, methan, ...) Ty již zdaleka nepředstavují pro životní prostředí takovou zátěž jako původní polutant. V těchto biotických procesech se uplatňují jak rostliny, tak i živočichové, ale převaha biotických změn je uskutečňována působením mikroorganismů. A právě toho využívá technologie zvaná bioremediace.
CO JE TO BIOREMEDIACE?
V přírodě běžně dochází k rozkladu látek působením mikroorganismů - biodegradaci. Za tento efekt vděčíme obrovské variabilitě mikroorganismů, které si dokáží poradit s řadou látek včetně tisíců látek, které jsou z evolučního hlediska na zemi jen pár okamžiků, které byly připraveny člověkem.
Bioremediace je vlastně variantou biodegradace. Bioremediace může být definována jako jakýkoliv proces, v němž jsou působením živých organismů či enzymů přeměňovány toxické či rizikové látky na netoxické a nerizikové látky. Proces bioremediace spočívá v akceleraci přirozených biodegradačních procesů nebo v přísně cílené biodegradaci. Procesy bioremediace snižují rizika nežádoucí přirozené přeměny kontaminujících látek a rizika perzistence (přetrvání) neznámých transformačních produktů v prostředí. K čištění prostředí využívá bioremediace dva základní přístupy: fertilizaci a seeding (viz tabulka).
Degradace některých látek vyžaduje spolupráci více mikrobiálních druhů. Tyto interakce mohou být nejen velmi důležité pro nastartování biodegradačního procesu, ale i pro průběh cílené transformace či úplné mineralizace polutantu. Tato vzájemná spolupráce několika mikroorganizmů na přeměně organické látky je označována jako synergizmus.
Tab. Stručný seznam některých polutantů, které můžeme šetrně odstranit pomocí bioremediace
BIOREMEDIACE V PRAXI
Samotná myšlenka bioremediace, tedy přeměna organických molekul, které jsou často silně toxické, na biomasu, CO2 a vodu je velice atraktivní. Ve srovnání s jinými metodami zneškodňování kontaminovaného odpadu (spalování, odpařování, imobilizace aj.) jsou tyto technologie výhodné i ekonomicky. Mimo to, fyzikální metody vedou často k tvorbě nových zbytkových polutantů a lze tedy říci, že problém ozdravné sanace řeší jen částečně. Naproti tomu bioremediace je složitá disciplína, která spojuje řadu vědních oborů jako je chemie, ekologie, ekotoxikologie, geologie, mikrobiologie, hydrologie atd. Bioremediační zákrok je tedy složitý úkol a to jen z hlediska syntézy výše uvedených vědních oborů, ale je také třeba posoudit ekonomický a v neposlední řadě estetický dopad zákroku na krajinu.
Často se stává, že kontaminované prostředí neobsahuje vhodnou mikroflóru nebo je zcela sterilní díky vysoké toxicitě polutantu. Je tedy nutné pracovat metodou seeding, zaočkováním kontaminovaného prostředí vhodnými mikroorganizmy. Je samozřejmé, že před zaočkováním mikroorganizmy je potřebné upravit prostředí tak, aby co nejméně ovlivnilo životaschopnost vnášené populace. Vnášení degradujících mikroorganizmů do kontaminovaného prostředí musí být prováděno vždy velmi uváženě.
Bioremediace mohou být prováděny technologiemi, ve kterých se degradace polutantu provádí přímo v místě kontaminace (in situ), tedy půda není odtěžována a kontaminovaná spodní voda není pumpována na povrch. Tyto technologie vyžadují relativně nízké náklady, jsou však pomalejší a průběh degradace polutantu je jen těžce kontrolovatelný. Druhým způsobem, kterým může bioremediace probíhat je aplikace technologie na odtěžený kontaminovaný materiál v místě často vzdáleném od původní lokality (ex situ). Manipulací s kontaminovaným materiálem sice vzrůstají náklady, ale celý degradační proces je pod kontrolou a veškerá rizika dalšího znečištění jsou minimalizována.
BIOREMEDIACE EX SITU
Bioremediační metody ex situ jsou často uplatňovány například při odbourávání zeminy kontaminované ropou a ropnými produkty. Kontaminovaná půda je často odvezena do speciálních hal opatřených nepropustnou podlahovou krytinou, nebo to také mohou být jen nezastřešená místa určená k těmto účelům. Tam pak může být půda inokulována vhodnými mikroorganismy. Pro úspěšnou biodegradaci ropných uhlovodíků lze odvodit množství dusíku a fosforu (které je nezbytné pro růst mikrobů) z koncentrace kontaminující uhlíkaté látky. Běžně je degradace ropných uhlovodíků prováděna tzv. záhonovým způsobem (land farming method). Půda je zemědělsky obdělávaná na speciálních plochách (hnojena, zavlažována, vzdušněna prooráváním či přehazováním).
Další metodou, která se často využívá pro bioremediace kontaminovaných půd je kompostování. Kontaminovaná zemina je promíchána s pevným organickým materiálem, jako je sláma, hobliny,kůra a obohacena zdrojem dusíku a fosforu. Materiál je pak navršen do vysokých hromad a je provzdušňován mechanicky nebo soustavou trubek napojených na kompresor. K rychlosti degradace polutantu během kompostování přispívá i vrůst teploty materiálu v důsledku množení mikroorganizmů na pevném organickém materiálu. Tento způsob degradace bývá používán například u půd kontaminovaných chlorofenoly.
Bioremediace v kalu je využívána nejen pro ex situ čištění kontaminovaných půd, ale i kalů samotných nebo sedimentů. Tento způsob degradace může probíhat přímo v lagunách nebo ve speciálních reaktorech. Metoda v reaktoru je vhodná zejména pro kontaminace, kde vznikají nebezpečné meziprodukty či nebezpečné plynné sloučeniny, jejichž produkce může být v reaktoru snadno monitorována. Bioremediací v kalu mohou být odbourávány například nebezpečné fenoly a kresoly.
BIOREMEDIACE IN SITU
Technologie in situ mají tu velkou výhodu, že je možné použít ji k čištění kontaminovaných spodních vod. V takovém případě je technologie je založena na vtlačování kyslíku a živin popř. vhodné mikroflóry do kontaminované lokality. Metoda je využívána například pro čištění spodních vod kontaminovaných ropnými látkami.
Proces in situ je také možno úspěšně aplikovat na kontaminovanou zeminu, oproti metodě ex situ dochází k výraznému snížení nákladů, protože odpadá nákladná manipulace s kontaminovanou půdou.
Rozvoj bioremediačních technologií je dobrou zprávou pro životní prostředí a tím i pro nás všechny. I když si to často nepřipouštíme, všichni jsme na kvalitě životního prostředí závislí. Jeho kvalita přímo ovlivňuje kvalitu a délku života. Tím nejmenším co pro životním prostředí, a tím i pro sebe, můžeme udělat je to, že co sami svou činností znečistíme, to si po sobě (s laskavým dovolení mocných mikroorganismů) sami vyčistíme. A s tím nám pomáhají technologické postupy bioremediace.
Použité zdroje:
1. Horáková D.: Bioremediace ; Masarykova univerzita, 2006
2. Webové stránky
3. Singh V.P.: Biotransformations:Bioremediation Technology for Health and Environmental Protection. Progress in Industrial Mikrobiology, 2003
4. Otevřená encyklopedie: Wikipedia
ROZKLAD ORGANICKÝCH LÁTEK V PŘÍRODĚ
Procesy, kterými každá látka (včetně těch látek, které do ní dodá člověk) v přírodě prochází, jsou velice složité a komplikované. Ovšem je naprosto nezbytné jim co nejlépe porozumět, pokud se chceme některých látek přirozeně zbavit.
Polutanty se v přírodě zřídka vyskytují v čisté formě, nejčastěji je zde můžeme nalézt ve formách často velmi vzdálených od původní formy - v komplexech a nebo jiných složitých směsích. Počet takovýchto sloučenin a komplexů je těžko vyčíslitelný.
Celá řada organických molekul podléhá v přírodě abiotickému rozkladu (vlastně se látka "upravuje" působením světla, vzduchu, vody atd.). Tento abiotický rozklad však většinou nevede k tomu co bychom si přáli - odstranění látky z přírodního prostředí. Obvykle dochází k pouhé modifikaci polutantu, přičemž vzniknuvší struktury jsou chemicky velmi podobné, často si zachovávají i stejné toxické vlastnosti jako původní látka.
Naproti tomu, pokud se do rozkladu polutantu zapojí živé organismy, tedy konkrétně enzymy, může docházet až k procesu mineralizace, tedy "rozpadu" organických sloučenin na anorganické (oxidy uhlíku, oxidy dusíku, methan, ...) Ty již zdaleka nepředstavují pro životní prostředí takovou zátěž jako původní polutant. V těchto biotických procesech se uplatňují jak rostliny, tak i živočichové, ale převaha biotických změn je uskutečňována působením mikroorganismů. A právě toho využívá technologie zvaná bioremediace.
CO JE TO BIOREMEDIACE?
V přírodě běžně dochází k rozkladu látek působením mikroorganismů - biodegradaci. Za tento efekt vděčíme obrovské variabilitě mikroorganismů, které si dokáží poradit s řadou látek včetně tisíců látek, které jsou z evolučního hlediska na zemi jen pár okamžiků, které byly připraveny člověkem.
Bioremediace je vlastně variantou biodegradace. Bioremediace může být definována jako jakýkoliv proces, v němž jsou působením živých organismů či enzymů přeměňovány toxické či rizikové látky na netoxické a nerizikové látky. Proces bioremediace spočívá v akceleraci přirozených biodegradačních procesů nebo v přísně cílené biodegradaci. Procesy bioremediace snižují rizika nežádoucí přirozené přeměny kontaminujících látek a rizika perzistence (přetrvání) neznámých transformačních produktů v prostředí. K čištění prostředí využívá bioremediace dva základní přístupy: fertilizaci a seeding (viz tabulka).
| Fertilizace | Bioremediční metoda, která spočívá v akceleraci již probíhajících procesů uskutečňovaných přirozeně se vyskytující mikroflórou. Nejčastěji spočívá v podpoře růstu vhodných mikrobů přídavkem zdrojů dusíku a fosforu, popř. růstových faktorů či induktorů specifických enzymů. |
| Seeding | Bioremediační metoda, která spočívá v obohacení kontaminovaného prostředí vhodným mikroorganismem se známým degradačním potenciálem. Spolu s těmito mikroorganizmy mohou, ale nemusí být aplikovány i potřebné živiny a růstové faktory. Bioremediace uskutečňovaná metodou seeding je prováděna nejčastěji s mikroorganizmy isolovanými z přirozeného prostředí. |
Degradace některých látek vyžaduje spolupráci více mikrobiálních druhů. Tyto interakce mohou být nejen velmi důležité pro nastartování biodegradačního procesu, ale i pro průběh cílené transformace či úplné mineralizace polutantu. Tato vzájemná spolupráce několika mikroorganizmů na přeměně organické látky je označována jako synergizmus.
| Co všechno můžeme odstranit bioremediací | |
| Ropa a ropné deriváty | Halogenované sloučeniny |
| Aromatické a alifatické uhlovodíky | Polychlorované bifenyly |
| Karboxylové kyseliny a alkoholy | Těžké kovy |
BIOREMEDIACE V PRAXI
Samotná myšlenka bioremediace, tedy přeměna organických molekul, které jsou často silně toxické, na biomasu, CO2 a vodu je velice atraktivní. Ve srovnání s jinými metodami zneškodňování kontaminovaného odpadu (spalování, odpařování, imobilizace aj.) jsou tyto technologie výhodné i ekonomicky. Mimo to, fyzikální metody vedou často k tvorbě nových zbytkových polutantů a lze tedy říci, že problém ozdravné sanace řeší jen částečně. Naproti tomu bioremediace je složitá disciplína, která spojuje řadu vědních oborů jako je chemie, ekologie, ekotoxikologie, geologie, mikrobiologie, hydrologie atd. Bioremediační zákrok je tedy složitý úkol a to jen z hlediska syntézy výše uvedených vědních oborů, ale je také třeba posoudit ekonomický a v neposlední řadě estetický dopad zákroku na krajinu.
Často se stává, že kontaminované prostředí neobsahuje vhodnou mikroflóru nebo je zcela sterilní díky vysoké toxicitě polutantu. Je tedy nutné pracovat metodou seeding, zaočkováním kontaminovaného prostředí vhodnými mikroorganizmy. Je samozřejmé, že před zaočkováním mikroorganizmy je potřebné upravit prostředí tak, aby co nejméně ovlivnilo životaschopnost vnášené populace. Vnášení degradujících mikroorganizmů do kontaminovaného prostředí musí být prováděno vždy velmi uváženě.
Bioremediace mohou být prováděny technologiemi, ve kterých se degradace polutantu provádí přímo v místě kontaminace (in situ), tedy půda není odtěžována a kontaminovaná spodní voda není pumpována na povrch. Tyto technologie vyžadují relativně nízké náklady, jsou však pomalejší a průběh degradace polutantu je jen těžce kontrolovatelný. Druhým způsobem, kterým může bioremediace probíhat je aplikace technologie na odtěžený kontaminovaný materiál v místě často vzdáleném od původní lokality (ex situ). Manipulací s kontaminovaným materiálem sice vzrůstají náklady, ale celý degradační proces je pod kontrolou a veškerá rizika dalšího znečištění jsou minimalizována.
BIOREMEDIACE EX SITU
Bioremediační metody ex situ jsou často uplatňovány například při odbourávání zeminy kontaminované ropou a ropnými produkty. Kontaminovaná půda je často odvezena do speciálních hal opatřených nepropustnou podlahovou krytinou, nebo to také mohou být jen nezastřešená místa určená k těmto účelům. Tam pak může být půda inokulována vhodnými mikroorganismy. Pro úspěšnou biodegradaci ropných uhlovodíků lze odvodit množství dusíku a fosforu (které je nezbytné pro růst mikrobů) z koncentrace kontaminující uhlíkaté látky. Běžně je degradace ropných uhlovodíků prováděna tzv. záhonovým způsobem (land farming method). Půda je zemědělsky obdělávaná na speciálních plochách (hnojena, zavlažována, vzdušněna prooráváním či přehazováním).
Bioremediace ex situ
Další metodou, která se často využívá pro bioremediace kontaminovaných půd je kompostování. Kontaminovaná zemina je promíchána s pevným organickým materiálem, jako je sláma, hobliny,kůra a obohacena zdrojem dusíku a fosforu. Materiál je pak navršen do vysokých hromad a je provzdušňován mechanicky nebo soustavou trubek napojených na kompresor. K rychlosti degradace polutantu během kompostování přispívá i vrůst teploty materiálu v důsledku množení mikroorganizmů na pevném organickém materiálu. Tento způsob degradace bývá používán například u půd kontaminovaných chlorofenoly.
Kompostování kontaminované půdy (foto Horáková, 2002)
Bioremediace v kalu je využívána nejen pro ex situ čištění kontaminovaných půd, ale i kalů samotných nebo sedimentů. Tento způsob degradace může probíhat přímo v lagunách nebo ve speciálních reaktorech. Metoda v reaktoru je vhodná zejména pro kontaminace, kde vznikají nebezpečné meziprodukty či nebezpečné plynné sloučeniny, jejichž produkce může být v reaktoru snadno monitorována. Bioremediací v kalu mohou být odbourávány například nebezpečné fenoly a kresoly.
Obr.10 Laguna kontaminovaná fenoly (foto Horáková, 2001)
BIOREMEDIACE IN SITU
Technologie in situ mají tu velkou výhodu, že je možné použít ji k čištění kontaminovaných spodních vod. V takovém případě je technologie je založena na vtlačování kyslíku a živin popř. vhodné mikroflóry do kontaminované lokality. Metoda je využívána například pro čištění spodních vod kontaminovaných ropnými látkami.
Proces in situ je také možno úspěšně aplikovat na kontaminovanou zeminu, oproti metodě ex situ dochází k výraznému snížení nákladů, protože odpadá nákladná manipulace s kontaminovanou půdou.
Bioremediace (únik chloristanu) v místě kontaminace (in situ)
Rozvoj bioremediačních technologií je dobrou zprávou pro životní prostředí a tím i pro nás všechny. I když si to často nepřipouštíme, všichni jsme na kvalitě životního prostředí závislí. Jeho kvalita přímo ovlivňuje kvalitu a délku života. Tím nejmenším co pro životním prostředí, a tím i pro sebe, můžeme udělat je to, že co sami svou činností znečistíme, to si po sobě (s laskavým dovolení mocných mikroorganismů) sami vyčistíme. A s tím nám pomáhají technologické postupy bioremediace.
Použité zdroje:
1. Horáková D.: Bioremediace ; Masarykova univerzita, 2006
2. Webové stránky
3. Singh V.P.: Biotransformations:Bioremediation Technology for Health and Environmental Protection. Progress in Industrial Mikrobiology, 2003
4. Otevřená encyklopedie: Wikipedia
Autor: Stanislav Obruča
Sdílet článek na sociálních sítích
