Bioremedijacija

Mehanizam otklanjanja soli iz nanosa cunamija, putem remedijacije

Definicija

Bioremedijacija je termin koji se odnosi na primjenu bioloških sistema u svrhu detoksikacije okoline kontaminirane teškim metalima (Hg i Pb), organskim spojevima kao što su hidrokarboni nafte, radionuklidima (Pu, U) i drugim materijama kao što su eksplozivi, pesticidi i plastika.

Suština remedijacije je u iskorištavanju prirodnih hemijskih reakcija i metaboličkih procesa putem kojih organizmi razlažu spojeve kako bi obezbijedili hranjive tvari i energiju. Osnovni bioremedijacijski procesi su oksidacija i redukcija koje se mogu odvijati u aerobnim ili anaerobnim uvjetima. Brojni mikroorganizmi imaju jedinstvene metaboličke puteve preko kojih razgrađuju hemijske spojeve antropogenog porijekla. U močvarama i tresetištima, biljke i mikroorganizmi stotinama godina apsorbuju i razgrađuju raznovrsne hemijske spojeve i konvertuju polutante u neškodljive spojeve. Bioremedijacija je stari koncept. Najjednostavniji primjer je septička jama u kojoj mikroorganizmi tla degradiraju otpad. Na istom principu su zasnovana i postrojenja za preradu kanalizacionog otpada koja djeluju decenijama.^[1][2]

Prema EPA, bioremedijacija je "tretman koji koristi prirodne organizme za razbijanje opasnih materija u manje toksične ili neotrovne tvari". Takva tehnologija se općenito može klasificirati kao in situ ili ex situ. In situ bioremedijacija uključuje tretiranje kontaminiranog materijala na pogođenom mjestu, dok ex situ uključuje uklanjanje kontaminirane materije putem tehnika koje se označavaju kao:

• fitoremedijacija,
• prirodna ventilacija,
• bioispiranje,
• farmerstvo,
• bioreaktori,
• kompostiranje,
• bioaugmentacija,
• rizofiltracija i
• biostimulacija.

Genetičko inženjersto u bioremedijaciji

Primjena genetičkog inženjerstva uključuje stvaranje organizama koji su posebno podešeni za bioremedijaciju i ima veliki potencijal. Bakterija Deinococcus radiodurans (jedini poznati radiorezistentni organizam) je modificirana tako da konzumira i vari toluen i ionsku živu iz visoko radioaktivnog nuklearnog otpada.^[3] Otpuštanjem genetički pripremljenih organizama u okolinu može biti problematično jer ih je teško pratiti, ali je moguća ugradnja gena za bioluminescenciju iz drugih vrsta može biti rješenje tog problema.^[4]

Procjena bioremedijacije

Proces bioremedijacije može se posredno pratiti mjerenjem oksidacijski smanjenog potencijala u zemljištu i podzemnim vodama ili redoksom, zajedno sa pH, temperaturom, sadržajem kisika, koncentracijom elektronskog akceptora / donatora i koncentracijom gubitka proizvoda (npr. ugljendioksida). Donje tabela prikazuje smanjenje biološkog učinka u funkciji redoks potencijala.

Proces	Reakcija	Redoksni potencijal (Eh u mV)
Aerobni organizmi	O2 + 4e− + 4H+ → 2H2O	600 ~ 400
Anaerobna hipoksija
Denitrifikacija	2NO3− + 10e− + 12H+ → N2 + 6H2O	500 ~ 200
Redukcija mangana IV	MnO2 + 2e− + 4H+ → Mn2+ + 2H2O	400 ~ 200
Redukcija željeza III	Fe(OH)3 + e− + 3H+ → Fe2+ + 3H2O	300 ~ 100
Redukcija sulfata	SO42− + 8e− +10 H+ → H2S + 4H2O	0 ~ −150
Fermentacija	2CH2O → CO2 + CH4	−150 ~ −220