Lexikon
levegő oxigénjének jelenlétéhez kötött körülmény vagy folyamat. Aerob körülmények között a környezeti elemekben a biológiai szervezetek számára elérhető oxigén van jelen, ilyen a felszíni vizek oldott oxigéntartalma és a háromfázisú talaj, a vadózus zóna légterének oxigénje. Aerob körülmények között a biológia szervezetek a levegő oxigénjét vagy a vízben oldott oxigént használják fel energiatermelésükhöz, melynek végeredménye a szubsztrátok széntartalmának teljes oxidációja, CO2 végtermékkel. A talajban mind makroszinten pl. mélységgel arányosan, mind mikroszinten talajszemcséken belül, pl. a mikrokapillárisokban oxigéngradiensek jellemzik a helyzetet, így az aerob, anoxikus és teljesen anaerob körülmények páthuzamosan is megjelennek. Az aerob biológiai folyamatokat aerobiózisnak is nevezik. Ha a levegő-oxigén kevés vagy nem elérhető, akkor anoxikus, ha teljesen hiányzik, akkor anaerob körülményekről beszélünk.
az aerob biodegradáció a talajban vagy a vízben mikroorganizmusok által katalizált oxidációs folyamat, melynek során a sejtek a szennyezőanyagot energiatermelés céljára szubsztrátként hasznosítják a légköri oxigén felhasználásával. Eközben a szerves vegyületekből szervetlen végtermékeket állítanak elő, így a szerves szénből széndioxidot, a szerves nitrogénből nitrátot, a szerves kénből szervetlen kénformákat. Ezt a folyamatot mineralizációnak is nevezzük. A mineralizáció sok biodegradáción alapuló remediációs technológia alapja. Ez a leggyorsabb és legintenzívebb biológiai bontási folyamat, melyet állandó oxigénellátással lehet maximumon tartani. Ha az oxigén nem áll korlátlan mennyiségben rendelkezésre, akkor a folyamatok katalízisét az aerob mikroorganizmusoktól átveszik a fakultatív anaerob mikroorganizmusok és erjedési folyamatok lépnek fel; a szerves anyagok oxidációja nem tökéletes pl. a széndioxid helyett alkoholok vagy aldehidek, nitrát helyett egyszerűbb szerves nitrogénvegyületek vagy ammónia keletkeznek. Ha a szennyezőanyag az aerob biodegradációhoz csak szénforrásul szolgál pl. szénhidrogének és a talaj vagy a víz nem tartalmaz elegendő biogén elemet a mikroorganizmusok szaporodásához, akkor a folyamatot N- és P-forrás vagy mikroelemek biztosításával lehet gyorsítani.
az aerob oxidációs biológiai folyamatok a talajban vagy a vízben a mikroorganizmusok energiatermeléséhez kötődnek. A szennyezőanyag a redukált szubsztrát, melynek oxidációjával energiát nyernek. A folyamathoz szükséges oxigént a légköri levegőből, a talajlevegőből vagy a vízben oldott oxigénből nyerik. Ez akkor lehetséges, ha a környezet redoxpotenciálja nagy, +0,8-+0,6 Volt. Ha ez a folyamat a remediációs technológiánk alapja, akkor az oxigénkoncentrációt kell magas szinten tartanunk talajszellőztetéssel, talajvízbe injektálással vagy a víz levegőztetésével. Ha a levegőztetés nehezen oldható meg, alternatív megoldásként hidrogénperoxid vagy kevésbé oldható peroxidvegyületek szolgáltathatják az oxigént a biológiai folyamatokhoz. Ilyen adalékok használatakor figyelembe kell venni, hogy a peroxid sejtméreg, már viszonylag kis koncentrációban is megmérgezheti a talajmikroorganizmusokat.
klórozott szénhidrogénekkel és POP-okkal szennyezett talaj in situ vagy ex situ kezelésére bevált technológia, melyben aerob és anaerob szakaszok váltják egymást. Az aerob szakaszokban szántással, talajforgatással levegőztetik a talajt, az anaerob szakaszokban szerves anyagot, tápanyag-kiegészítést és ZVI-t fémvasat kevernek a talajhoz, majd alaposan nedvesítik. A nagymennyiségű szervesanyag mikrobiológiai bontása során elfogy az oxigén, így anoxikus körülmények, vagyis alacsony redoxpotenciál áll elő a talajban, mely kedvez a reduktív dehalogénezésnek. A dehalogénezett termékek bontása a következő aerob ciklusban történik meg. A ciklikus biotechnológia optimálására célszerűen összeállított adalékanyagot, pl. DARAMENDR és részletes technológiamonitoringot alkalmaznak, mely lehetővé teszi az optimális ciklusidő beállítását. Az USA-ban népszerű technológiával 5-8 hónap alatt sikerült megfelelő mértékűre csökkenteni a 200 ppm toxafén és 100 ppm DDT tartalmú talajt.
levegő oxigénjének hiányához kötött körülmény vagy folyamat. Anaerob körülmények alakulnak ki a talaj mélyebb rétegeiben, eutróf felszíni vizekben és üledékekben. Az anaerobitást a környezeti elem redoxpotenciáljával jellemezhetjük. A mikrobiológiai lebontó, energiatermelő folyamatok anaerob körülmények között is folynak a környezetben, ezt anaerobiózisnak nevezzük. Az anaerob szervezetek a levegő oxigénje helyett alternatív elektronakceptorokat használnak fel légzésük folyamán, pl. nitrát, szulfát vagy karbonát. A legismertebb anaerob biológiai folyamatok a különböző típusú erjedések és a metántermeléssel járó anaerob rothadás.
A környezetvédelmi technológiákban szennyvízkezelés, szennyezett talaj kezelése megkülönböztetünk anoxikus és anaerob körülményeket. Az anoxikus körülményeket az jellemzi, hogy nincs jelen légköri oxigén, de van oxigén nitrát vagy szulfát formájában, melyet az alternatív légzésformákkal rendelkező mikroorganizmusok fel tudnak használni biológiai oxidációhoz, energiatermeléshez.
a biodegradációs folyamatokat a talajban vagy a vízben a mikroorganizmusok katalizálják. A szennyezőanyag az energiatermelő folyamatukhoz szükséges redukált szubsztrát, melynek bontásával, oxidációjával energiát nyernek. A folyamathoz szükséges oxigént, mely hidrogénakceptorként szerepel az energiatermelő oxidációs légzési folyamatban nem csak légköri oxigén lehet, hanem nitrát vagy szulfát is. A mikroorganizmusok nitrátlégzése +0,4 Volt redoxpotenciál körül lép be, a szulfátlégzés pedig + 0,2 Volt érték körül. Ha a technológiánk központi folyamata nitrátlégzésen vagy szulfátlégzésen alapuló biodegradációs folyamat, akkor ezeknek a légzésformáknak kedvező redoxpotenciált a technológusnak kell biztosítania NO3 vagy SO4 adagolással, esetleg vas 0 és vas II szint beállítással. Ha nem pótoljuk az hidrogén-akceptort, akkor az idővel elfogy, és a redoxpotenciál egyre kisebb érték lesz, végül negatív értéket vesz fel. Negatív redoxpotenciálon az obligát anaerob mikroorganizmus működnek, a szubsztrát oxidációját karbonátlégzésük segítségével oldják meg acetogenézis a termék acetát vagy metanogenézis a termék metán során. Ha a biodegradáción alapuló biotechnológia karbonátlégzésen alapul, akkor a negatív redoxpotenciált mindvégig biztosítanunk kell a talajban vagy a talajvízben. Ez pl. nitrát- vagy szulfátlégzés segítségével könnyen oxidálható szubsztrátfelesleg állandó koncentráció biztosításával érhető el. Ilyenkor a könnyen bontható szubsztrát oxidációjához elhasználódik a rendszerbe pl. áramló talajvízzel bekerülő nitrát vagy szulfát.
az oxidációs biológiai folyamatokat a talajban vagy a vízben a mikroorganizmusok katalizálják. A szennyezőanyagok ezen a mikroorganizmusok energiatermelő folyamatában szubsztrátként szerepelnek, a redukált szerves vegyületből oxidált termékek keletkeznek. Amennyiben ezekhez az oxidáció folyamatokhoz nem a légköri oxigént használják a mikroorganizmusokat, hanem alternatív légzési formák segítségével NO3-ot, SO4-ot vagy CO2-ot, akkor anaerob oxidációról beszélünk. Amennyiben a biotechnológiánk központi folyamat az anaerob oxidáció, akkor megfelelő hidrogénakceptorról kell gondoskodnunk, ellenkező esetben egy ilyen magárahagyott folyamat zárt rendszerben egyre csökkenő redoxpotenciálhoz fog vezetni, végül az obligát anaerób mikroorganizmusoknak kedvező negatív redoxpotenciálon folyó metántermelő folyamatba torkollik pl. hulladéklerakó telepek.
az anaerob oxidáció folyamatpárja a redukció. Miközben egy szubsztrát pl. a szenyezőanyag oxidálódik, aközben anaerob körülmények között a nitrát nitrogéngázzá, a szulfát kénhidrogénné, karbonát pedig acetáttá vagy metánná redukálódik. Gyakran ez a reduktív folyamat a bioremediációs technológiánk alapfolyamata. Egyik legismertebb példa erre a szulfátredukció közben keletkező kénhidrogén felhasználása fémek oldhatatlan szulfiddá alakítására. Oldhatatlan szulfid formában az anaerob üledékek, vízzel elárasztott talajok fémtartalma, teljesen hozzáférhetetlen csapadék formában van jelen, kockázata kicsit. Egy másik ismert példa a klórlégzés vagy reduktív deklórozás: ilyenkor a szerves klórvegyületen kötött klór lesz a hidrogénakceptor, a szerves vegyület pedig deklórozódik. Ha ez a folyamat a biotechnológiánk alapja, biztosítanunk kell a klórlégzéshez szükséges negatív redoxpotenciált a talajban: ha in situ, vagyis nem zárt rendszerben dolgozunk, akkor a kezelt területre érkező talajvízben oldott szulfátot a szulfátlégző baktériumok számára túladagolt szubsztrátokkal lehet eltávolítani és ezzel a redoxpotenciált leszorítani.