Mikrobit ja sienet töissä
Mikrobit ja sienet kykenevät hajottamaan orgaanisia aineita ja raskasmetalleja. Tätä ominaisuutta hyödynnetään puhdistettaessa haitta-aineita maaperästä tai vedestä.
Maaperän olosuhteet vaikuttavat mikrobien hajotustehoon. Joissakin tapauksissa hajotukseen tarvitaan useita mikrobilajeja.
Tehostettu biologinen puhdistus on menetelmä, jossa maaperän tai veden olosuhteita muutetaan niin, että mikrobien hajotustoiminta nopeutuu.
Puhdistus tapahtuu mikrobien yhteistyönä
Orgaaniset saasteet hajoavat luonnossa, mutta liian hitaasti. Maaperän lukuisilla mikrobeilla on monipuolinen aineenvaihdunta ja siksi merkittävä kyky hajottaa erilaisia yhdisteitä.
Maaperässä haitta-aineet hajoavat yleensä vaiheittain monien mikrobien yhteistyönä ja useiden entsyymien peräkkäisen toiminnan seurauksena. Haitta-aineita hajottavat mikrobit voivat hyödyntää haitta-aineita joko hiilen- ja energianlähteinä tai muokkaamalla yhdistettä tuottamillaan entsyymeillä. Täydellisesti hajotessaan haitta-aineista tulee hiilioksidia, vettä ja muita epäorgaanisia yhdisteitä.
Luontaisesta biopuhdistuksesta vastaavat usein bakteerit, joita löytyy lähes kaikkialta ympäristöstämme: ilmasta, vedestä ja maaperästä. Bakteerit pystyvät hajottamaan ja käyttämään ravintonaan kaikkia luonnollisia orgaanisia yhdisteitä sekä monia synteettisiä yhdisteitä.
Useat maaperästä löytyvät bakteerit kykenevät myös hyödyntämään öljyperäisiä hiilivetyjä energian- ja hiilenlähteenään. Yksi tärkeimmistä öljyhiilivetyjen hajottajista on Pseudomonas-bakteeri.
Biopuhdistusta sienten avulla
Sieniä on hyödynnetty biopuhdistuksessa erityisesti hajottamaan sellaisia hankalia yhdisteitä, joihin bakteerit ja maan luontainen mikrobipopulaatio eivät pysty. Sienet soveltuvat sekä orgaanisilla että epäorgaanisilla yhdisteillä pilaantuneiden kohteiden puhdistukseen ja ne kestävät myös korkeita raskasmetallipitoisuuksia.
Lue lisää sienillä tehtävästä biopuhdistuksesta >>>
Mikrobien toimintaa voidaan tehostaa
Ennen kuin pilaantuneen kohteen biopuhdistus aloitetaan, on selvitettävä, kykenevätkö maaperän omat mikrobit hajottamaan maahan päässeitä haitta-aineita. Ympäristössä on yleensä luonnostaan tehokkaita hajottamikrobeja.
Luontainen puhdistuminen voi kuitenkin olla hyvin hidasta tai lähes olematonta, jos olosuhteet ovat mikrobien toiminnalle epäsuotuisat. Mikrobien hajotustehoa heikentävät muun muassa matala lämpötila, hapettomuus, haitta-aineen huono vesiliukoisuus ja väärä ravinnetasapaino.
Näiden tekijöiden optimointia eli muuttamista mikrobien toiminnalle suotuisammaksi kutsutaan biostimulaatioksi. Se voidaan tehdä esimerkiksi lisäämällä maahan ravinteita ja happea.
Jos maaperässä ei ole sopivia hajottajia tai jos mikrobeja on liian vähän, maan puhdistumista voidaan tehostaa bioaugmentaatiolla, toisin sanoen lisäämällä siihen laboratoriossa tuotettuja haitta-aineita tehokkaasti hajottavia mikrobeja.
Mitä mikrobeille tapahtuu puhdistuksen jälkeen - jäävätkö ne maahan?
”Jos paikan päällä tapahtuvassa in situ -puhdistuksessa käytetään biostimulaatiota, maaperän luontainen mikrobisto kasvaa. Syntynyt biomassa kuitenkin hajoaa, kun mikrobitoimintaa ei enää tehosteta. Maahan ei siis jää mitään ylimääräistä. Bioaugmentaatiossa puhdistettuun kohteeseen lisätään mikrobisoluja, mutta nekin hajoavat ja häviävät, kun maata pilaava aine on hajotettu.”
Ovatko puhdistukseen käytettävät mikrobit turvallisia?
”Usein parasta on käyttää puhdistettavan kohteen omia mikrobeja eli tehostaa niiden toimintaa. Jos pyritään lisäämään hajottajamikrobeja, turvallisuustestaus riippuu käytetystä lähestymistavasta. Eristetyt ja karakterisoidut kannat tulee todeta vaarattomiksi ympäristömikrobeiksi, joiden lähisukulaisiin ei kuulu taudinaiheuttajia.
Geneettisesti parannettujen mikrobikantojen käyttöä vältetään, sillä yleensä geneettinen muokkaus ei ole tarpeen. Lisäksi näiden kantojen käyttö on luvanvaraista ja se edellyttää mittavaa testausta ilman takeita siitä, että niitä silti saisi käyttää puhdistukseen. Jos käytössä on hajotuskyvyn perusteella rikastettu muokkaamaton mikrobiseos, joka on peräisin esimerkiksi pilaantuneesta kohteesta, selkeitä sääntöjä ei ole. Joka tapauksessa biostimulaatio eli kohteen omien mikrobien toiminnan tehostaminen on usein paras ratkaisu.”
- Martin Romantschuk, Helsingin yliopiston ympäristöekologian laitos
Kasvit keräävät metalleja
Myös kasvit voivat pilkkoa suurimman osan orgaanisesta jätteestä, mutta yleensä ne eivät pysty käsittelemään raskasmetalleja aineenvaihdunnassaan. Ne voivat sen sijaan kerätä kudoksiinsa maaperässä olevia haitallisia metalleja, esimerkiksi nikkeliä ja kadmiumia.
Metallia sisältävät kasvit on helppo koota ja hävittää, ja metallijäte voidaan jopa kierrättää.
Tutkimuksia luontaisesta puhdistumisesta
Tutkija Timo Sipilä esitteli väitöstutkimuksessaan molekyylibiologisen menetelmän, jonka avulla maaperästä voidaan entistä kattavammin tunnistaa ympäristömyrkkyjä hajottavia bakteereita.
Menetelmän avulla arvioitiin, kuinka koivun juuristo vaikuttaa hajottajabakteeriyhteisöihin polyaromaattisilla yhdisteillä saastuneessa maassa.
Kasvihuonekokeet osoittivat, että koivun juuristoa ympäröivässä maassa on monimuotoisempi aromaattisia yhdisteitä hajottava bakteeristo kuin juurettomassa maassa. Koivun juuriston vaikutus näkyi tehostuneena polyaromaattisten yhdisteiden hajoamisena, totesi Sipilä vuonna 2009 Helsingin yliopistossa tarkastetussa väitöskirjassaan.
Tulevaisuudessa puiden istutus voi olla yksi keino tehostaa öljyhiilivedyillä saastuneen maaperän puhdistumista.
Lue lisää: Öljyn luonnonmukainen puhdistus tehokkainta havumetsämaassa >>>