BIOTEHNOLOGIJA U ZAŠTITI OKOLIŠA

Dr. sc. Jasmina Ibrahimpašić, docent

BIOREMEDIJACIJA

Bioremedijacija= proces koji koristi mikroorganizme ili biljke u svrhu vraćanja zagađenog okoliša u prirodni oblik.

Tehnologija bioremedijacije može biti provođena: in situ-podrazumijeva tretman

kontaminanta na terenu ex situ-podrazumijeva uklanjanje

kontaminiranog materijala da bi se tretirao negdje drugdje.

Prednosti bioremedijacije - je da se može primijeniti u inače nedostupnim predjelima.

Naftne spilje ili klorirana otapala mogu kontaminirati podzemne vode. Unošenjem odgovarajućeg donora ili akceptora elektrona može se značajno reducirati koncentracija kontaminanta (nakon lag faze prilagodbe). Npr. čišćenje spilja od sirove nafte dodatkom nitrata i sulfata kako bi se ubrzala razgradnja sirove nafte pomoću autohtonih bakterija.Ovaj je tretman mnogo manje je skup i zahtjevan nego pumpanje i tretman kontaminiranih podzemnih voda.

Uklanjanje teških metala iz vode

Biosorpcija teških metala na «biočestice» sastavljene od Pseudomonas aeruginosa imobiliziranih na čestice aktivnog ugljena nakon 50 minuta kontakta.

Metal Učinkovitost biosorpcije (%)Cr (VI) 100Ni (II) 100Cu (II) 84Cd (II) 84Zn (II) 81

Izluživanje ruda Bakterija Thiobaclillus ferrooxidans je jedan od

najstarijih oblika života na zemlji. Nalazi se u visokoj koncentraciji u stijenama. Energiju dobiva iz FeS, pri čemu nastaje

H2SO4i FeSO4–koji otapaju (izlužuju) rude metala iz stijena.

Tako se netopivi CuS pretvara u topivi CuSO4.

Voda strujeći kroz stijene odnosi CuSO4, koji se skuplja u jezercima. Tako se Cu raspršen u siromašnoj rudi koncentrira u vodi bogatoj metalom. Cu se iz vode lako taloži na komadićima Fe, a istaloženi sloj Cu se lako može odvojiti. Istim se procesom iz rude izlužuje i uran.

Biodegradacija plastike

Biodegradacija plastike

Plastika u kućnom otpadu ima volumni udio više od 30%, a maseni udio od oko 8%.

Bioremedijacija nuklearnog otpada Bakterija Deinococcus radiodurans- otkrivena 1956.

godine. Tetrade, obligatni aerobni kemoorganoheterotrof,

nesporogen, nepokretan, stanična stjenka je specifične građe.

Ima vrlo veliki genom (2 kružna kromosoma, megaplazmid i plazmid).

Nalazi se prirodno u okolišu (tlo, voda, hrana). Nepatogena.

Bakterija Deinococcus radiodurans je najotporniji organizam prema radijaciji. Dok je doza od 10 Greya dovoljna da ubije čovjeka, a doza od 60 Gy dovoljna da pobije sve stanice u kulturi E. coli, bakterija D. radiodurans je u stanju izdržati dozu zračenja od čak 5,000 Gy nimalo ne gubeći sposobnost preživljavanja. D. radiodurans je u stanju preživjeti i vrućinu, hladnoću, dehidraciju, vakuum i kiselinu (tzv. ekstremofilna bakterija).Može konzumirati i razgrađivati toluen i Hg (II) iz visoko radioaktivnog nuklearnog otpada.

Biodegradacija kloriranih ugljikovodika u tlu

Biodegradacija kloriranih ugljikovodika u tlu Razgradnja

polikloriranih bifenila (PCB) je teška budući se treba razbiti čvrsta veza bifenilne skupine i klora procesom deklorinacije.

Bakterije zamjenjuju atom klora s vodikom, čime se dobiva biorazgradiv produkt koji nije toksičan.

Rhodococcus sp. –razgrađivač PCB

Struktura PCB

Ekoremedijacija

Ekoremedijacija je prirodn ipristup"ozdravljenju"okoliša metaboličkim procesima mikroorganizama i viših biljaka, pa se govori i o“fitoinžinjeringu”(grč.Phyton=biljka).

Ekoremedijacija (fitoinžinjering) kao pristup očuvanju, ozdravljenju i unapređenju okoliša naziva se danas i "zelena tehnologija“.

Jedna od tehnologija fitoinženjeringa koja se danas široko primjenjuje su biljni pročistači.

Biljni pročistači se koriste za pročišćavanje komunalnih otpadnih voda, posebno za objekte udaljene od kanalizacijske mreže.

Prednosti fitoremedijacije

Jedna od najjačih prednosti fitoremedijacije, kao i nekih drugih biotehnologija, kao što je na primer bioremedijacija, je ta što ona spada u jednu od jeftinijih biotehnologija koja je uz to i prirodna «environmental friendly» , odnosno njenom primjenom ne opterećuje se dodatno životna sredina jer se kao činioci prečišćavanja koriste isključivo prirodni objekti tj. one vrste koje i inače mogu da rastu ili rastu na datom zagađenom području.

Biljke same koriste energiju sunca u onoj meri u kojoj im je neophodna kako za rast, razvoj i obavljanje svih fizioloških procesa, tako i za mehanizme fitoremedijacije.

Nedostaci fitoremedijacije

Uspješnost fitoremedijacije zavisi od:

   stepena zagađenja zemljišta,   dostupnosti metala za usvajanje korjenu biljaka (biodostupnost), i   sposobnosti biljaka da absorbiraju i akumuliraju teške metale u svojim organima

S druge strane postoje ograničenja u smislu tipa zagađenja (toksične materije) koji je prisutan u prirodi kao i na njegovu koncentraciju, jer ukoliko ta koncentracija prevazilazi kapacitet vrste za tolerantnost prema toksičnoj materiji, ona će na nju delovati supresivno pa možda i letalno. Ovo se posebno odnosi na zagađenja poreklom od pesticida (Anderson, 2002).Dakako, jedan od takođe veoma važnih činioca kada je u pitanju primenljivost i uspešnost fitoremedijacije jeste i dostupnost zagađujuće materije biljci i njenoj rizosferi. Da bi se zagađujuća materija s uspehom mogla sanirati ona prvo ne sme biti preduboko s obzirom da je mesto dešavanja vezano za zemljište koje okružuje korenove biljaka tj. rizosferu. Zatim ona ne sme biti suviše čvrsto vezana za čestice zagađenog zemljišta, kao što to može biti slučaj kada imamo veliki udeo frakcije gline u istom. Glina je poznata po tome da ima veliku moć adsorpcije molekula na svojoj površini. Korenovi biljaka će najbolje i najlakše usvajati one molekule, jone i atome koji se nalaze rastvoreni u zemljišnom rastvoru.Odabir vrste koja će se primeniti u fitoremedijaciji je kritičan korak koji određuje uspešnost fitoremedijacije (Anderson, 2002). Zato je poznavanje vrsta, njihove celokupne ekologije, kao i fiziologije i osobina njihovih tkiva i organa, odnosno anatomije i morfologije od vitalnog značaja.

Jedan od veoma bitnih faktora kada je u pitanju primjenljivost i uspješnost fitoremedijacije jeste i dostupnost zagađujuće materije biljci i njenoj rizosferi. Da bi se zagađujuća materija s uspjehom mogla sanirati ona prvo ne smije biti preduboko s obzirom da je mjesto dešavanja vezano za zemljište koje okružuje korjen biljaka tj. rizosferu. Zatim, ne smije biti suviše čvrsto vezana za čestice zagađenog zemljišta, kao što to može biti slučaj kada imamo veliki udio frakcije gline u istom. Glina je poznata po tome da ima veliku moć adsorpcije molekula na svojoj površini. Korijen biljaka će najbolje i najlakše usvajati one molekule, ione i atome koji se nalaze otopljeni u zemljištu.

Odabir vrste koja će se primjeniti u fitoremedijaciji je kritičan korak koji određuje uspješnost fitoremedijacije .

Zato je poznavanje vrsta, njihove cjelokupne ekologije, kao i fiziologije i osobina njihovih tkiva i organa, odnosno anatomije i morfologije od vitalnog značaja.

Ograničenja fitoremedijacije Primjena je ograničena na plića zemljišta, primjena je ograničena kod pojedinih vrsta vodotokova, za svaku biljnu vrstu postoje vrijednosti ekoloških faktora

pa tako, npr. u pogledu tolerancije biljaka prema toksičnim materijama,

vremenski period za odvijanje uklanjanja zagađenja iz životne sredine je veći nego kod neke druge metode, na primjer mehaničkog uklanjanja,

fitoremedijacija je efikasna samo na umjereno hidrofobne spojeve,

postoji potencijalna opasnost da dođe do ulaska toksina u lanac ishrane unošenjem biljnih tkiva sa akumulirnim zagađujućim materijama u životinje i njegova dalja distribucija kroz lanac ishrane.

•Ovom biotehnologijom postižu se i neke propratne pojave koje nisu od malog značaja za očuvanje životne sredine, a čiji značaj se mijenja u zavisnosti od toga koja se biljna vrsta ili vrste primenjuje u fitoremedijaciji.

• Sadnjom nekih drvenastih vrsta stvaraju se i zaštitni pojasevi koji mogu efikasno da smanje buku u regiji i da predstavljaju zaštitu od vjetra, da smanje emisiju ugljik dioksida u atmosferu, da stvore nova staništa za razvoj faune ili da predstavljaju izvor biomase za sječu stabla na kraju tretmana ukoliko ih je potrebno ukloniti sa date lokacije.