bioremedijacija

1. UVOD Cilj seminarskog rada je da prikaže odredjen održiv sistem I njegovo funkcionisanje u službi poboljšanja kvaliteta životne sredine. Konkretno, reč je o alternativnom sistemu za prečišćavanje otpadnih voda (kanalizacionog otpada) – bioremedijaciji. Razlog za odabir baš ovog sistema leži u njegovim karakteristikama. Naime, radi se o ekološkom tretmanu otpadnih voda korišćenjem prirodnih agensa – mikroorganizama, biljaka I njihovih enzima u procesu neutralizovanja otpadnih materija i filtriranjem otpadnih voda u prirodno (upotrebljivo) stanje. 1 2. DEFINICIJA I NAČIN FUNKCIONISANJA BIOREMEDIJACIJE Bioremedijacija je proces u kome se koriste mikroorganizmi za uklanjanje ili degradaciju toksičnih supstanci do manje toksičnih ili netoksičnih supstanci. Pri ovom procesu, mikroorganizmi posredstvom svojih enzima razgradjuju (metabolišu) organske kontaminante iz zemljišta ili voda i transformišu ih u krajnje netoksične proizvode, pre svega do ugljen dioksida i vode. U ovom procesu, dakle, dolazi do interakcije između biljaka i mikroorganizama, a krajnji rezultat je čišćenje i ozdravljenje zemljišta. Bioremedijacija je prirodan proces, koji bi se odvijao u zemljištu i vodi i bez ljudskog uticaja, ali bi trajao daleko duže. Postupak je potpuno bezopasan po zdravlje ljudi i, što je najvažnije, nema dodatnog zagađivanja životne sredine. Tehnologije bioremedijacije, stvaranjem optimalnih uslova za rast mikroorganizama i uvećavanje njihove brojnosti, potpomažu detoksikaciju određenih količina kontaminanata. Za uspešnije obavljanje procesa bioremedijacije, potrebno je poznavati karakteristike kontaminanta, lokaliteta i mikroorganizama. Od ovih parametara zavisi i dužina trajanja bioremedijacije, koja često može da dostigne i više godina. Pojedini lako biodegradibilni kontaminanti mogu se razgraditi i za manje od godinu dana, dok se kontaminati velikih molekulskih težina razgrađuju znatno duže. Najvažnije karakteristike kontaminanta koje je potrebno determinisati su mogućnost biodegradacije, rastvorljivost u vodi, koeficijent absorpcije zemljišta i hemijska reaktivnost. Karakterizacija i opisivanje lokaliteta podrazumevaju determinisanje dubine i površine rasprostranjenja kontaminanta, koncentraciju kontaminanta u lokalitetu, tip zemljišta ili klasa voda sa svojim osobinama (pH, sadržaj organske materije, sadržaj makro- i mikroelemenata itd.), prisutvo ili odsustvo supstanci koje su toksične za mikroorganizme, prisustvo drugih akceptora elektrona itd Kada su mikroorganizmi u pitanju, potrebno je,pre svega, da oni budu aktivni, tj. da imaju sposobnost biodegradacije određenog kontaminanta i da njihova populacija u lokalitetu bude dovoljno velika, kako bi se što efikasnije kontaminant razgradio. Bioremedijacija je proces koji se može obavljati u aerobnim i anaerobnim uslovima. U aerobnim uslovima mikroorganizmi koriste kiseonik i transformišu mnoge kontaminante do ugljen dioksida (CO2) i vode (H2O), stvarajući pri tome sopstvenu ćelijsku biomasu. U anaerobnim uslovima se, u zavisnosti od vrste mikroorganizama i uslova, stvaraju različiti proizvodi razgradnje kontaminanata. 2 U opštem slučaju kontaminanti se transformišu do metana, malih količina ugljen dioksida i gasovitog vodonika. Pri sulfatredukujućim uslovima nastaje elementarni sumpor, dok nitratredukujući uslovi favorizuju nastanak gasovitih oblika azota. Klase organskih jedinjenja koja podležu bioremedijaciji Primer Klasa Prioritetni procesi Biodegradacije aerobni Monohlorna aromatična jedinjenja «BTEX» (benzen, toluen, ksilen) Nehalogenovani fenoli i krezoli Policiklični aromatični ugljovodonici Alkani i alkeni Polihlorni bifenili (PCB) Hlorofenoli Azotna heterociklična jedinjenja Hlorisani rastvarači Alkani Alkeni hloroform trihloroetilen + + pentahlorofenol piridin + + + + benzin trihlorobifenil + + + kreozot + 2-metil fenol + + + + Hlorobenzen + anaerobni 3 Bioremedijacija se može obavljati na dva načina: in situ i ex situ. In situ bioremedijacija zasniva se na tretiranju kontaminiranog zemljišta ili voda na istoj lokaciji gde je utvrđeno prisustvo kontaminanata. Ex situ bioremedijacija zahteva iskopavanje kontaminiranog ispumpavanje kontaminiranih voda pre bioremedijacionog tretmana. zemljišta ili Osnovni cilj aerobne in situ bioremedijacije je obezbeđivanje kiseonika i hranljivih elemenata neophodnih za razvoj mikroorganizama u cilju što efikasnije degradacije kontaminanata. Ovoj grupi metoda, između ostalog, pripadaju i bioventilacija i ubacivanje vodonik-peroksida. Kod sistema bioventilacije vazduh iz atmosfere se ubrizgava u kontaminirano zemljište ili vodu, a kiseonik, koji na ovaj način dospeva u sistem, koriste mikroorganizmi za sopstvene biosinteze, kao i degradaciju kontaminanta. Ubacivanjem vodonik-peroksida i njegovim kruženjem kroz kontaminirano zemljište,obezbeđuje se kiseonik koji stimulativno deluje na mikroorganizme, koji, svojom aktivnošću, doprinose degradaciji kontaminanta. Ex situ tehnike bioremedijacije su brže, lakše se kontrolišu i omogućavaju razgradnju šireg spektra kontaminanata nego pri bioremedijaciji in situ. Ove tehnike podrazumevaju iskopavanje i tretman kontaminiranog zemljišta pre, a ponekad i nakon obavljanja bioremedijacije. Najčešći način bioremedijacije ex situ jeste mešanje kontaminiranog zemljišta sa odgovarajućim količinama vode u posebnom «bioreaktoru» uz dodatak mikroorganizama. Informacije iz oblasti molekularne ekologije mogu biti korisne za razvoj metoda bioremedijacije i procenu njenog uticaja na životnu sredinu. Ove informacije imaju posebnu primenu u procesu bioaugmentacije, odnosno unošenja egzogenih mikroorganizama u kontaminirano zemljište ili podzemne vode. 3. ’LIVING MASHINE’ Sistemi za bioremedijaciju su poznati pod imenom LIVING MASHINE, a razvijeni su u NEW ALCHEMY INSTITUTE Džona Toda (John Todd). Living machine je brendiran naziv za vid biološkog tretmana otpadnih voda, dizajniranog tako da oponaša funkcionisanje jednog prirodnog ekosistema (močvara)...i plasiranog na tržište od strane kompanije Worrell Water Technologies. Reč je o sistemima intenzivne bioremedijacije, koji mogu proizvesti korisne nusproizvode kao što su jestive ili ukrasne biljke, riba...zapravo vodene biljke, bakterije, alge, planktoni, puževi, školjke i ribe i drugi organizmi koriste se u ovom sistemu kako bi obezbedili prečišćavanje vode. U umerenim klimatskim uslovima sistem rezervoara, cevi i filtera se postavlja u staklenike kako bi se povećela temperatura, a samim tim i stopa biološke aktivnosti. 4 Nivo primene ovih sistema može biti u rasponu od: lokalnih (zahtevaju vrlo malo prostora, funkcionišu unutra i napolju, dizajn se prilagodjava potrebama korisnika), komunalnih centralnih sistema Bioremedijski sistemi ispravljaju bitne nedostatke konvencionalnih sistema za obradu otpadnih voda – konvencionalni sistemi uglavnom kao izlucevinu proizvode mulj, koji je veoma toksičan i najčešće se izbacuje na deponije, mora ili se spaljuje. To stvara samo veće koncentracije opasnih materija na pojedinim mestima. Takodje, konvencionalni sistemi prečišćavaju otpadne vode uz pomoć hemikalija, veoma opasnih po okruženje. Za razliku od njih, bioremedijski sistemi transformišu mulj u biomasu i mogu da filtriraju odredjene materije i čestice, što je neizvodljivo u konvencionalnim sistemima. Gledajući sa materijalne strane, konvencionalni sistemi su u exploataciji mnogo skuplji i energetski neefikasni, dok bioremedijski sistemi funkcionišu praktično sami od sebe, prirodnim mehanizmima ali zahtevaju i neophodni nadzor i kontrolu. Način postavljanja ovog sistema je sledeći: Postavljanje rezervoara – pre nego što voda bude puštena u sistem, mora se napuniti rezervoar kako bi se protok izjednačio i čvrste materije slegle. Veći sistemi za to koriste filtere. Kontrolni sistem – protok vode kroz sistem se kontroliše preko glavnog kontrolnog postrojenja, koji takodje prati performanse sistema. ’Močvarne instalacije’ – u srcu sistema je postavljeno močvarno zemljište, koje se sastoji od agregata šljunka, posebno projektovane trake sa korisnim mikroorganizmima i biljkama, koje zajedno funkcionišu u ovom ekosistemu. Sistem dezinfekcije – postoji opcija da se koristi ozon, UV ili hlor kako bi se u potpunosti uništili svi patogeni organizmi, koji su ostali u vodi. Zavisno od načina tretiranja otpadnih voda, dezinfekcija istih se nekada zahteva pre pustanja filtrirane vode u okruženje. Sistem reciklaže vode – čista voda se kolektuje u poseban rezervoar odakle se dalje koristi za ispiranje toaleta, kupanje životinja, navodnjavanje, dekorativne svrhe (vodopadi u dvorištu, vodeni zid...) ili da se ponovo vrati u sistem ili okruženje. Grafički prilog br. 1 5 4. SISTEMI BIOREMEDIJACIJE U ARHITEKTURI Living machine sistem trebalo bi što više koristiti u arhitekturi kako zbog svojih karakteristika održivog sistema, tako i iz estetskih razloga. Naime, sam koncept ovog postrojenja zasniva se na imitiranju prirodnih procesa i okruženja, što mu pruža veliki stepen primene u organskoj arhitekturi. Posebno važan princip u projektovanju danas jeste što bolje ukopiti izgradjene površine u prirodni ambijent, sa što manjim stepenom zagadjenja. Uz to, reciklaža i održivi sistemi igradju najznačajniju ulogu. Upravo iz razloga očuvanja životne sredine, korišćenje bioremedijacije u oblikovanju urbanog prostora, tačnije u recikliranju njegovog otpada, je od velike važnosti. Uz to, pažljivo osmišljeni living machine sistemi mogu biti veoma dekorativni, posebno u dvorištima javnih i stambenih objekata, parkovima i tome slično. Primeri bioremedijacijskih sistema otvorenog i zatvorenog tipa 6 Sa druge strane, buduće korisnike ovih sistema interesovala bi isplativost ove investicije, tj. kolika je prosečna ušteda u troškovima za vodu. Primeri korisnika u Americi pokazuju da se može prilično uštedeti korišćenjem living machine sistema kako u ruralnim I suburbanim tako I u urbanim područjima. Takodje, koristi imaju I područja sa ograničenjima u sabdevanju vodom. Što se tiče bezbednosti ovih sistema, treba napomenuti da se otpadne vode nalaze uvek ispod vodene površine sistema. To znači da ne postoji mogućnost direktnog dodira sa delimično tretiranim otpadnim vodama kao I razmnožavanja komaraca. Dizajneri su vodili računa I o neprijatnim mirisima I osmislili posebne mehanizme za njihovo neutralisanje. Pažljivo održavan sistem proizvodiće jedino prijatne mirise biljaka (cveća) koje se tu gaje. Rešenje neutralizacije neprijatnih mirisa veoma je bitno pre svega zbog toga što je većina ovih sistema zatvorenog tipa. Još jedna bitna odlika living machine postrojenja jeste LEED sertifikat, što potvrdjuje njegovu samoodrživost I odobrava implementaciju u prirodno okruženje. 7 5. ZAKLJUČAK Bioremedijacija se, i pored svojih prednosti, još uvek smatra tehnologijom u razvoju. Osnovni razlozi za ovu tvrdnju leže u problemima pri izvođenju bioremedijacije, koji se, pre svega, ogledaju u velikoj prirodnoj otvorenosti ekosistema na koji deluju različiti faktori (tip i količina kontaminanta, klimatski faktori, hidrogeodinamika itd.) Međutim, da bi se ovi realni potencijali što brže aktivirali, neophodno je ulaganje sredstava u naučna istraživanja, kao i primena rezultata u privredi. 8