Lexikon
biológiai kioldáson alapuló bányászati biotechnológia. A biotechnológia központi folyamata a kemolitotróf autotróf, aerob Thiobacillus baktériumok energiatermelése. Ezek a baktériumok az életműködéseikhez szükséges energiát szervetlen vegyületek oxidációjából nyerik. Az egyik, számukra könnyen felhasználható redukált szubsztrát a szulfid formában lévő ásványok, tehát a kőzetek és a talaj építőkövei pirit és más fémszulfidok.
Ugyanezen baktériumok ipari felhasználása két nagy területen történik: az egyik fémbányászatban, elsősorban a rézbányászatban, másrészt a kéntartalmú szenek kéntelenítésében. A mezofil és termofil baktériumtörzsek akár 70 fokos hőmérsékleten is képesek dolgozni.
A szén kéntelenítése aprítás és flotálás után levegőztetett iszapfázisú bioreaktorokban folyik. A reaktort megtöltik az előkezelt kéntartalmú szén szuszpenziójával, a baktériumok számára kiegészítő tápanyagot adagolnak. A biológiai folyamat során kénsav keletkezik, melyet a felúszóból nyernek ki a szén ülepedése után.
A fémkilúgzást elsősorban rézércek, arany és uránércek kezelésére alkalmazzák. A gyenge minőségű. Kis fémtartalmú ércek esetében alkalmazzák prizmás vagy reaktoros formában. A technológia tulajdonképpen a szilárd fázisú anyag aprított érc folyamatos locsolásából és a csurgalék gyűjtéséből és feldolgozásából áll. Itt is a pirit oxidációja az elsődleges folyamat, és a keletkezett kénsav az, ami kioldja az ércből a fémet. Napjainkban a világ réztermelésének mintegy 60%-a biotechnológiai úton történik.
vegyi anyagok átvitele a környezetből mikroorganizmusokba, növényekbe, állatokba, emberbe.
a szennyezőanyag biológiailag hozzáférhető része egy környezeti elemben vagy fázisban, az a mennyiség, amit a környezeti elemet, fázist használó vagy fogyasztó ökoszisztéma-tag vagy ember fel tud venni belégzés, emésztés vagy bőrkontaktus által. Az ökoszisztémában, a felszíni vizekben, üledékekben és a talajban élő élőlények teljes testfelületükkel érintkeznek környezetükkel, így abból közvetlenül is felvehetik a szennyezőanyagokat. A talajlakó állatok a talajlevegőt lélegzik be, közülük sokan talajjal táplálkoznak, az állatok bőre és szőre, a növények savakat termelő gyökerei, a mikroorganizmusok nyálkás tokja, sejtfala vagy membránja közvetlenül érintkezik a talajjal és benne a szennyezőanyag mozgékony frakciójával, így az bekerülhet a szervezetébe. Tovább növeli a kockázatot az, hogy a talajjal közvetlenül érintkező mikoroorganizmusok és növények a talajból történő tápanyagfelvétel intenzifikálására kölcsönhatásba lépnek a talajjal és olyan anyagokat is kioldanak, mobilizálnak, komplexálnak, emulgeálnak, stb. a talajban, ami "magától", csupán a talajnedvesség hatására nem kerülnének át a talajoldatba. Ugyanakkor védekező és szelektáló mechanizmusok is kialakulnak, a talajlakó sejtek és szervezetek egy része fel sem veszi, vagy ha felvette, akkor "veszélyes hulladékként" "izolált lerakóba" helyezi a káros anyagokat, valahol, a szervezetén belül. Ez a táplálékláncra jelent megnövekedett kockázatot.
Meg kell különböztetnünk az anyagjellemzőt, melyet hozzáférhetőségnek, vagy felvehetőségnek neveznek és általában a Kow oktanol—víz megoszlási hányados alapján becsülnek meg és a valódi felvételt, helyesebbn felvett hányadot, mely a helyi jellegezetességek, valamint a kitett organizmus és a vegyi anyag kölcsönhatásából adódó helyszín-specifikus folyamat, melynek eredménye a felvett, bioakkumulált vagy biomagnifikáción átesett szennyezőanyag koncentráció a szervezetben.
szilárd anyagok, élelmiszerek, hulladékok és a talaj szennyezőanyag-tartalma feltáródik, mobilizálódik, biológiailag hozzáférhetővé válik az emésztés során. Az emésztés által mobilizálódó szennyezőanyag-hányad válik aztán biológiailag elérhetővé, az tudja kifejteni hatását a szervezet/szövetek/sejtek receptorhelyein. Az emésztés során savas feltáródás, különféle emésztő-enzimek pepszin, tripszin, stb. általi feltáródás és az epe általi emulgeálódás a fő szennyezőanyag-mobilizáló folyamatok. Egyes, talajhoz kötött szennyezőanyagok, mint például a PAH-ok kimondottan az emésztés által veszik fel hatékony formájukat, ezért a toxicitási/mutagenitási/teratogenitási teszteknél, a szennyezett talajt az emésztést szimuláló feltárással előkezelik a teszteléshez. A többlépéses enzimes feltárás nagymértékben bonyolítja a tesztelést, ráadásul kb. 100-szoros hígulást eredményez, ezért a kutatás-fejlesztések egyik iránya az emésztéssel történő feltárás egyszerűsített modellezése.
&search
a biológiai immobilizáció alapvetően kétféle lehet:
1. Maguk a növények vagy a mikroorganizmus sejtek vagy szervezetek immobilizálják a szennyezőanyagot a sejtjeikben vagy szöveteikben, esetleg szöveteiken kívül. Ez a biológiai lekötés az organizmus élettartamára terjed ki, a szennyezőanyag az élőlény elpusztultával visszakerül az elemkörforgalomba. Ha ezt a folyamatot remediációs technológiában kívánjuk hasznosítani, vagyis a szennyezőanyagot szegregálni, és kiküszöbölni, akkor a biomasszát külön kell választanunk a kezelt környezeti elemtől vagy fázistól pl. talajvíz kezelése szilárd hordozóra kötött mikroorganizmusokkal, talajvíz eleveniszapos biológiai kezelése.
2. A biológiai immobilizáció másik fajtája eredményét tekintve tulajdonképpen nem különbözik az enyhe fizikai-kémiai immobilizációtól, de a stabilizációhoz szükséges vegyületeket és/vagy külső körülményeket nem fizikai-kémiai ágensek, hanem maguk a mikroorganizmusok vagy a növények állítják elő. Ezek az élőlények lehetnek őshonosak vagy a technológia kedvéért betelepítettek. Immobilizáló biológiai ágensek a pH megváltoztatása, pl. baktériumok általi lúgosítás; a redoxpotenciál megváltoztatása, pl. anaerob körülmények létrehozása fakultatív anaerob mikroorganizmusokkal; kicsapódó vegyületek képzése, pl. szulfidok képzése szulfátlégző mikroorganizmusok által; szorpciót növelő anyagok, pl. bakteriális nyálkaanyagok a rizoszférában, vagy a humuszképződés elősegítése, stb.
&search
a biológiai kioldáson alapuló technológia alatt általában kén vagy fémek kioldását értjük mikroorganizmusok segítségével. Ez az általánosan létező természetes mikrobiológiai folyamat az ember szempontjából hasznos és káros következményekkel járhat, a kőzetek mállásától a talajképződésen keresztül, a talajok savanyodásáig és a savas bányavizek problémájáig. A mikrobiológiai folyamatot kontrollált körülmények közé kényszerítve hasznos technológiák alapját képezheti fémkinyerés, remediáció. A kioldást végző mikrobák energiaigénye csekély, hatékonyak, alkalmazásuk kis környezeti kockázattal jár. Az üzemeltetési költség kicsi, bár az egyes lépések üzemesítése nehézségekkel járhat.
A Thiobacillus baktériumok a szulfidásványok oxidálásával szulfid szulfát segítik elő a fémek mobilizálását a termelt kénsav kioldó hatásán keresztül. A Thiobacillusok tevékenységén alapuló kioldást nemcsak szennyezett talaj vagy kőzetek kezelésére, de ércekből való fémkioldásra, tehát bányászati technológiaként is alkalmazzák. A Föld réztermelésének mintegy 60%-a ilyen biotechnológián alapul.
A szennyezőanyagok mobilizációján, kioldásán alapuló biotechnológiákban alkalmazhatunk mikroorganizmusokat vagy növényeket. A technológia alapját képező természetes folyamatot általában úgy hasznosítjuk, hogy a hasznosítandó folyamatot izoláljuk a környezettől a savas oldat ne kerüljön a környezetbe, hanem a technológia részeként fogjuk fel és kezeljük és eltoljuk az egyensúlyokat a kioldás domináljon a kicsapódáshoz képest.
1. A biológiai kioldás során a Thiobacillus baktériumok a fém-szulfidok szulfáttá történő oxidációját katalizálják. Eközben kénsav szabadul fel, mely elősegíti a fémek ionos formába kerülését, ezzel mobilizációját. A folyamat spontán lezajlásakor a szennyezett terület, szennyezett hulladéklerakat fokozatosan megtisztul, míg környezete, akár a teljes vízgyűjtő, elszennyeződik. Technológiaként alkalmazva a természetes környezettől elkülönítve, izolált prizmákban, töltött oszlopokban, szilár töltetű aerob reaktorokban történik a kezelés során a savtermelés és a kioldás. A csurgalékot kontrolláltan gyűjtik és kezelik. A technológia felhasználható bányászati, ércelőkészítési technológiakánt biológiai bányászat = biomining vagy fémekkel szennyezett hulladék vagy talaj kezelésére.
2. A növények által termelt gyökérsavak a pH csökkentésével mobilizálják a fémeket a talajban: ez a folyamat a növényi akkumulációval párosulva, a fitoextrakció. A mikorrhiza mikrobák által termelt anyagok még inkább mobilizálják a talajban kötött fémeket, ezért a növényi felvétel tovább növekszik. Ha a természetben spontán lezajló folyamatként értékeljük ezt a folyamatot, akkor a talaj fémtartalmának csökkenése, mint haszon mellett fellépő potenciális kár, vagyis a bioakkumulációt végző növények táplálékláncba kerülésének kockázata általában nem elfogadható. A természetes környezettől izoláltan, kontrolláltan végzett fitoextrakción alapuló technológia viszont a kontrolláltan és izoláltan történő növényi felhalmozással, tehát a környezetre veszélyt alig jelentő tevékenységgel párhuzamosan csökkentheti a talaj fémtartalmát.
3. Mikrobák alkilező tevékenysége során egyes fémek Hg, Cd illékonnyá válnak. Ez a higany esetében, melynek geokémiai ciklusa tartalmazza az atmoszférikus elemet is, képezheti egy higanymentesítési talajremediáció alapját.
az élőlények közvetlen és közvetett módon járulnak hozzá a kőzetek mállásához.
A fák gyökere a sziklák repedésibe nőve keresi a vizet. Ahogy vastagszanak a gyökerek egyre nagyobb nyomást gyakorolnak a sziklákra, melyek végül repednek. Ezen a fizikai mállasztó hatásokon kívül a gyökerek által termelt savak és komplexképző vegyületek kioldanak, savanyítanak, anyagtraszportot, az elemek áramlását indítják el a kőzetben, később a talajban.
A szervetlen anyagokon élő mikroorganizmusok, később pedig ezek és a növények elpusztult anyagán élő gombák és állati egysejtűek közössége aktív biológiai munkát végez, mely nagyban hozzájárul a kőzetek mállásához és a talajképződéhez. A mikroorganizmusok exoenzimeket, komplexképző anyagokat, reaktív kémiai vegyületeket választanak ki, melyek hozzájárulnak a kőzet mállásához. Biofilmeket képeznek a kőzet felületén. A biofilmben és alatta extrém kémiai körülmények alakulhatnak ki, melyek nagymértékben meggyorsíthatják a mállási folyamatokat.
Az állatok, melyek a mikroorganizmusokat és növényi maradványokat fogyasztják nagymennyiségű savas emésztőnedvet és nyálkákat bocsáthatnak ki, egyesek, például a giliszták táplálkozásukkor emésztőrendszerükön átengedik az aprózódott kőzetet, illetve a talajt. Ez és a málló kőzetben vagy talajban készített járatok egyaránt lazítják a kőzetet/talajt, mely több víz és gyökér bejutását eredményezik, tehát meggyorsítják a málást.
környezetmonitoring céljára alkalmazott biológiai módszerek összessége. Alapulhat egyetlen tesztorganizmust laboratóriumi ökotoxikológiai teszt vagy életközösséget mikrokozmosz teszt alkalmazó teszten, ilyenkor a környezeti mintát a laboratóriumba szállítás után vizsgálják. Alapulhat helyszíni, ún. in situ biológiai vizsgálatokon: aktív biomonitoring során a kiválasztott fajok izoláltan és kontrolláltan felnevelt egyedeit helyezzük a környezetbe, míg passzív biomonitoring esetén, a területen élő fajokat vizsgáljuk, így:
1. a közösség összetételét és működését: fajösszetétel, fajsűrűség, érzékeny fajok kihalása, tápláléklánc, a teljes ökoszisztéma anyag- és energiaforgalma;
2. az életközösség genetikai jellegzetességeit: rezisztens fajok megjelenése, genetikai jellemzők, DNS ujjlenyomatok;
3. a bioakkumulációt;
4. a biodegradációt;
5. biomarkereket: stresszfehérjék, metallotionein, citokrom P450.
A biomonitoring előszeretettel alkalmaz bioindikátor fajokat:
1. őrző fajok: a vizsgált területre telepített, nagy érzékenységű fajok, amelyek elpusztulásukkal korai figyelmeztetőül szolgálnak;
2. detektor fajok: a vizsgált területen élő fajok, amelyeknek szennyezőanyag hatására megváltozik a viselkedésük, koreloszlásuk, esetleg elpusztulnak;
3. kiaknázó fajok: rezisztens fajok, amelyek szennyeződés esetén előnybe kerülnek a többi fajjal szemben.
4. akkumuláló fajok: felveszik és akkumulálják a szennyezőanyagot olyan mennyiségben, hogy az kémiai analízissel kimutathatóvá válik.
természetes és biológiai eszközök használata a növényi kártevők ellen. A hagyományos kémiai növényvédelemhez képest a biológiai egyenesúlyokat jobban figyelembe vevő és kevésbé felborító védekezési módszerek összessége. Leggyakoribb megoldásai a kártevő ellenségeinek felhasználása a kártevő alpusztítására, illetve visszaszorítására, például Bacillus thuringiensis gyümölcsmolyok ellen, rovarok és egyéb kártevők elriasztása, illetve befogása csalogató szex-feromonok és risztószerek segítségével. Lásd még biotechnológia.
A biológiai növényvédelemben felhasznált, biológiai eredetű anyagok, vagy biológiai szervezetek, melyek a szintetikus peszticidek mellett kevésbé kockázatos, és sok esetben specifikusabb hatású növényvédelmet eredményeznek. Ezek lehetnek antagonista szervezetek, ezek részei vagy termékei. A biológiai növényvédelemnek két alapvető megoldása van: 1. biocönotikus növényvédelem: olyan növények, növénytársulások alkalmazása, melyek visszaszorítják a gyomokat és más káros növényeket. 2. A kémiai növényvédőszereket kiváltó biopeszticidek alkalmazása, melyek lehetnek ásványi eredetűek kovaföld, ásványi olajok, bakteriális eredetűek antibiotikumok, Bacillus thüringiensis, növényi eredetűek rovarölő és riasztó növények vagy növényi anyagok, pl. piretrinek, állati eredetű csalogatószerek pl. feromonok, növényi és állati eredetű olajok és zsírok.
a szennyvíz szerves és szervetlen anyagainak biológiai úton történő eltávolítása. A szennyvízben lévő anyagokat a szennyvíztisztító mikroflóra tagjai anyagcserefolyamataikban hasznosítják: belőlük energiát termelnek (légzés, mineralizáció) és/vagy sejtjeik felépítéséhez és működtetéséhez szükséges anyagok bioszintézisére használják.
A biológiai szennyvíztisztítási technológiákban bonyolult közösségek végzik a szennyvíizek tisztítását, acélból, hogy a használt felszíni víz élővizekbe ereszthető legyen. A szennyviztisztító telepek mikroorganizmus-közössége számára a biotechnológus által irányított technológia biztosítja az optimális működési paramétereket. A szennyvíz "megtisztulása" nem jelenti minden szennyvízben lévő anyag elbontását, hanem inkább azt, hogy a vízben oldott anyagok koncentrációja lecsökken a befogadó felszíni víz által meghatározott, elfogadható szintre.
A szennyvízből tehát minden olyan szennyezőanyag eltávolítható illetve átalakítható, amely valamely mikroorganizmus számára tápanyagul (szubsztrátként) szolgálhat. A szennyvíztisztitók mikroflórája nagyon flexibilis, fajeloszlásával és genetikai változékonyságával képes adaptálódni a folyamatosan változó összetételű, esetleg akár toxikus szennyvizekhez is. Az éppen aktuális szennyezőanyagok bontását az optimális mikroflóra-összetétel, énnek a közösségnek a működéséhez szükséges körülmények (a szennyvíztisztítás optimális paraméterei) együttesen biztosítják.
A szennyezőanyagok vízben nem oldható és nehezen vagy egyáltalán nem biodegradálható része az eleveniszapos tisztítórendszerekben a szennyvíziszapban, a csepegtetőtestes rendszerekben, a rögzített fázisban, a gyökérzónás szennyvízkezelés során a talajban, tehát mindig a szilárd fázishoz kötve marad, abban feldúsul. Így ennek a fázisnak a hosszú távú kezelésére, elhelyezésére külön gondolni kell.
A vízben oldott szerves anyagokon kívül a szennyvízben lévő nitrát és foszfát is eltávolítható a szennyvíizekből biológiai úton. Az aerob szennyvíztisztás során az ammónium-ion nitráttá alakul, ez a nitrifikáció, a nitrát viszont csak anoxikus körülmények között képes nitrátlégző (denitrifikáló) baktériumok segítségével nitrogéngázzá – denitrifikáció – alakulni.
A szennyező anyagok mind aerob, mind anaerob módon bonthatóak. Az aerob lebontás hatékonyabb, gyorsabb, viszont levegőt igényel, amely költséges technológiai paraméter.
A biológiai szennyvíztisztítás természetközeli megoldásai a tavas kezelés, a mesterséges lápok, a nyitott csatornák, az élőgépek, melyek előnye, hogy ezek energiát nem igénylő, un. passzív rendszerek.
A biológiai szennyvíztisztítás a technológiai megoldások széles skáláját alkalmazza, melyek közül a legismertebbek az alábbiak:
- aerob eleveniszapos szennyvíztisztítás
- csepegtetőtestes biológiai tisztítók
- levegőztetett csepegtetőtestek,
- szabad felületű, illetve felületi levegőztetéssel ellátott medencék
- biológiai szűrők
- levegőztetett biológiai szűrők
- biológiai membrán-reaktorok
- lagunás kezelés
- mesterséges lápok alkalmazása
- nitráteltávolítás
- foszfáteltávolítás
- gyökérzónás szennyvízkezelés
- élőgépes szennyvízkezelés.
A szennyvíziszap további kezelésére alkalmas technológiák:
- aerob iszapkezelés
- anaerob iszaprothasztás, metántermeléssel
- komposztálás
- égetés biomasszaként
- szennyvíziszap közvetlen talajra alkalmazása
- szennyvíziszap (veszélyes) hulladékként történő lerakása.
a biológiai gáztisztításban a gázszennyező anyagok lebontására mikroorganizmusokat alkalmaznak. Mivel a mikroorganizmusok élettevékenységéhez a víz nélkülözhetetlen, azok a biológiailag lebontható szennyezőanyagok eliminálhatók ezen a módon, amelyek vízben oldódnak.
A módszer előnye, hogy a lebontás kis hőmérsékleten játszódik le. A lebontást végző mikroorganizmusok csak szűk pH-tartományban életképesek, ezért a megfelelő pH-tartásáról gondoskodni kell. Bizonyos szennyezőanyagokra (pl. nehézfémek) a baktériumok érzékenyek, ezek jelenlétében dezaktiválódhatnak vagy elpusztulnak.
A biológiai tisztítás vizes szuszpenzióban lévő vagy szilárd anyagon rögzített mikroorganizmusokkal történik. Rögzített mikroorganizmusokat a bioszűrők vagy biofilterek valamint a bioreaktorok (csepegtetőtest), szuszpenzióban lévő mikroorganizmusokat pedig a biomosók alkalmaznak.
Ipari méretekben a lebontásra használt mikroorganizmusok legtöbbször szennyvíztisztító üzemből, ritkábban a talajból származnak. Gyakran használnak véggáztisztítási célokra specifikus baktériumtörzseket is. A baktériumtörzset az adott összetételű gázhoz hozzá kell szoktatni, az adaptációs idő általában 2–4 hét. A specifikus baktérium törzsek előnye az, hogy az adaptációs idő lerövidül.
Forrás: Barótfi István (Ed.): Környezettechnika, Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 2000
biológiailag lebontható/lebomló vagy biodegradálható hulladék minden olyan hulladék, amely hajlamos anaerob vagy aerob bomlásra, mint pl. az élelmiszer- és kerti hulladék, papír és kartonpapír;
Forrás: A Tanács 1999/31/EK irányelve (1999. április 26.) a hulladéklerakókról. http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:31999L0031:HU:HTML
a geobiológia az a tudományterület, mely a geológia és a biológia kölcsönhatásait vizsgálja, vagyis az élőlények kölcsönhatását az atmoszférával, a vízi- és szárazföldi élőhelyekkel.
a környezeti mikrobiológia az ökológia és a környezetbiológia egyik ága. Kiemelten tárgyalja a mikroorganizmusok szerepét a földi ökológiai rendszerekben, különös tekintettel a biogeokémiai ciklusokban és a táplálékláncokban betöltött szerepére.
A Föld ökoszisztémájában rendkívüli módon elterjedtek a mikroorganizmusok, egy gramm átlagos talajban 109 db (milliárd) mikroorganizmus él, de jó minőségű, aktív talajokban ennek még százszorosa vagy ezerszerese is lehetséges.
A biomérnök, illetve az ökomérnök célja, hogy a mikroorganizmusokat és végtelen genetikai és biokémiai potenciáljukat technológiák szolgálatába állítsa és hogy a környezetben lejátszódó természetes folyamatokat, átalakító tevékenységeket mérnöki technológiákban hasznosítsa.
Hogy a mérnök a földi ökoszisztémával harmoniában tehesse ezt, ahhoz részletes ismereteket kell szereznie a földi ökológiai rendszerekről, erről a mai napig ismeretelen fekete dobozról.
A mikroorganizmusokat számtalan biotechnológiában hasznosítják a környezetmérnökök, ökomérnökök, így biológiai szennyvízkezelési technológiákban, szennyezett talajok kezelésében, hulladékok bontásában, például biogáztermelésre, komposztok előállítására. A környezetben szerepet játszó mikroorganizmusokat olyan biotechnológiákban is hasznosítják, ahol segítségükkel finomvegyszereket, különleges, például hőtűrő enzimeket vagy gyógyszereket, például antibiotikumokat állítanak elő.
A szennyezett környezet remediálásában hatékony mikroorganizmusok általában a környezetben kifejlődött, a szennyezőanyaghoz, vagy szennyezőanyagok keverékéhez szokott, adaptálódott mikroorganizmus-közösséget alkotnak. Ilyet az ember nem tud mesterségesen összeállítani, lévén, hogy töb száz mikroorganizmus optimális együttműködéséről van szó. Ha egy ilyen "finoman-hangolt" mikroorganizmus-közösséghez mesterségesen felszaporított fajokat adunk, folyamatosan követnünk kell a fajeloszlást és a folyamatokat, hogy ne borítsuk fel, illetve ne károsítsuk irreverzibillisen a természetes körülményeket.
A környezetben élő mikroorganizmusok végtelen genetikai és biokémiaia potenciálja még messze ki nem aknázott lehetőségeket rejt az emberiség számára az energiatermelésben, a hulladékhasznosításban és különleges, biológiailag aktív vegyületek előállításában.
A környezeti mikrobiológia történetének legfontosabb mérföldkövei:
1887. Winogradszki (Szergej) tanulmányozni kezdi a Beggiatoa nemzetséget ezzel megalapozza az autotróf szervezetekről, anyagcseréről szóló tanokat.
1888. Beijerinck (Martinus) kifejleszti a dúsítási technikát, azaz egyes fajok arányának szelektív megnövelését egy vegyes mikróbakultúrában.
1891. Winogradszki felfedezi a nitrifikációért felelős mikroorganizmusokat és az új tudás hasznosíthatóságát a mezőgazdálkodás során, amikoris a talaj nitrogéntartalma limitáló tényező lehet a növények tápanyagellátásban.
1904. Beijerinck előállítja a kén-oxidáló Thiobacillus denitrificans első tiszta kultúráját.
1904. Koning (Cornelius Johan) kimutatja és bizonyítja, hogy a gombáknak kulcsszerepe van a környezetben a holt szervesanyag bontásában.
1909. Orla-Jensen (Sigurd) javaslatára elkezdik a baktériumokat fiziológiai jellemzőik figyelembe vételével csoportosítani, osztályozni. Később ezen alapult a Bergey-féle osztályozási rendszer. Maga Orla-Jensen elsősorban a tejsavbaktériumokat kutatta és azonosításukra és megkülönböztetésükre alkalmas kritériumok létrehozásában játszott szerepet.
1920. Az Amerikai Bakteriológiai Társaság publikálta a baktériumok jellemzésének és osztályozásának alapjait és kiadta a Bergey kézikönyvet, 1923-ban.
1961. McCarthy (Brian) és Bolton (E. T.) kifejlesztették és leírták a hibridizációs technika felhasználását különböző mikroorganizmus-fajok genomjának összehasonlítására. A technika alkalmas a fajok genetikai hasonlóságának kvantitatív leírására.
1965. Zuckerkandl (Emile) és Pauling (Linus) publikálta "A molekulák mint az evolúció dokumentumai" (Molecules as documents of evolutionary history) című művét. melyben egyértelművé teszik, megadják a metodikát és példákkal támasztják alá a DNS-szekvenciák használhatóságát a mikroorganizmus rokonságának, evolúciós történetének meghatározására.
1969. Brenner (Don) és kutatócsoportja módszert dolgozott ki az enterobaktériumok (bélből izolált baktériumok, Enterobacteriaceae) osztályozására. A módszer alapja a különböző organizmusokból nyert DNS hibridizációja, a kapcsolódás (reasszociáció) mértéke. A módszer segítségével történhet az egyes izolált és tisztított fajok/törzsek azonosítása.
1977. Woese (Carl) a riboszómális RNS-analízis alapján azonosította az élő szervezetek egy új csoportját, az ősbaktériumokat (Archea). Az archeobaktériumok egyértelműen eltérnek a többi baktériumtól, rokonságot mutatnak mind a prokariótákkal, mind az eukariótákkal.
1977. Jannasch (Holger) kiterjedt élőközösséget talált az óceánok fenekén a hidrotermális rések közelében. Ez az élőközösség a kenet oxidáló és ebből energiát nyerő (szulfátlégzés) élőlények tevékenységén alapul, mert az óceán mélyén a fotoszintézis és a fotoredukció nem működik, lévén, hogy oda nem jut le a fény.
1982. Stetter (Karl) hőtűrő, akár 105 oC-on életképes baktériumokat (Archaea) izolál. Ezzel a felfedezéssel megdőlt az addig uralkodó nézet az életre alkalmas hőmérsékletekről és a fehérjék denaturálódásáról.
1994. Olsen (Gary), Woese (Carl) és Overbeek (Ross) áttekintik és összegzik a prokarióták fejlődéstörténetét, melynek hatására a tudósok átértelmezték a mikroorganizmusok szerepét és fontosságát a földi életben.
Forrás:
http://www.microbiologytext.com/index.php?module=book&func=displayarticl...
mikrobiológia a biológia tudományának egy ága, mely olyan apró biológiai képződményekkel és élőlényekkel foglalkozik, melyek csak mikroszkóppal láthatóak. Ilyenek a szubvirális elemek (prionok és viroidok) a vírusok és a mikroorganizmusok. A mikroorganizmusok között vannak baktériumok, gombák, növények és állatok, lehetnek egyejtűek vagy többsejtűek, a lényeg, hogy szemmel nem látszanak, nem vizsgálhatóak. A géntechnikák és az immunológia módszertanilag és céljait tekintve is nagyrészt a mikrobiológiához tartozik.
A mikrobiológia egyik legfontosabb területe a környezeti mikrobiológia, mely a mikrobák szerepét és diverzitását vizsgálja természetes környezetükben és azt, hogy a természetes vagy szennyezett környezetben élő és működő mikroorganizmusok hogyan hasznosíthatóak környezetvédelmi technológiákban.
A környezeti mikrobiológia alterületei a mikrobiális ökológia, a biogeokémiai ciklusok és a geomikrobiológia, a mikrobák élete és működése szempontjából fontos életterek (rizoszféra, phylloszféra, talaj, talajvíz ökoszisztémái, óceánok, extrém életterek) és az együttműködések (szimbiózis, antibiózis, kommenzalizmus, parazitizmus, stb.) vizsgálata.
A környezeti mikrobiológia társterületei a környezettudományokban az ökológia, a mikrobiális ökológia, a mikrobiális fiziológia, a mikrobiális genetika, a humán patogének mikrobiológiája, orvosi mikrobiológia, állatorvosi mikrobiológia, parazitológia, evolúciós mikrobiológia és az ipari mikrobiológia.
talajkezelési technológia alapját képező mikrobiológiai és növényi együttműködés. mikroorganizmusok és növények képesek mind szerves, mind szervetlen szennyezőanyagok immobilizálására, stabilizálására. Az immobilizáció történhet az élőlény szervezetében vagy a szervezeten kívül, magában a talajban. Az immobilizáció egyik formája az, amikor az élőlények sejtjeikbe építik be a szennyezőanyagot miután kivonták a talajból, üledékből. Ez a folyamat a természetben izolálatlanul nem hasznos, hiszen a szennyezőanyag az élőlény pusztulásával visszakerül a körforgalomba, de még káros is lehet, ha körforgása közben bekerül a táplálékláncba. Ugyanakkor mesterségesen izolálva a folyamatot a környezettől, hasznos technológia válhat belőle: ezen alapul a fitoextrakció és a rizofiltráció: ilyenkor a növényben immobilizált fémek egy kapcsolódó technológiában ártalmatlaníthatóak.
Spontán is lejátszódó, de akár tudatosan használható és irányítható folyamat a redoxpotenciál csökkentése a levegő oxigén párhuzamosan történő felhasználása révén. Mesterséges adalékként talajba juttatott energiaforrás mindig aktiválja a helyi mikroflórát. Ha nem gondoskodunk levegőztetésről, akkor először elfogy a talajlevegő oxigénje, majd az alternatív légzési formák beindultával elfogynak az alternatív légzésformák oxigénforrásai nitrát, szulfát, végül teljesen anaerob körülmények teremtődnek. A negatív redoxpotenciál mellett eltolódnak a kémiai formák egyensúlyai, ez bizonyos szennyezőanyagoknál, pl. toxikus fémeknél kémiai immobilizációhoz, mozgékonyságcsökkenéshez, biológiai hozzáférhetetlenséghez vezet.
A növények extracelluláris anyagot termelve képesek bizonyos szennyezőanyagok rhizoszférában történő kicsapására.
Egyes mikroorganizmusok extracelluláris poliszaccharidokat termelve csapják ki a fémeket a sejten kívüli térben. Vízkezelés, vagy in situ talajkezelés során hasznosíthatjuk ezt a folyamatot, ha a fémeket megkötő növényzetet el tudjuk távolítani gyökerestől a környezeti elemből.
Más mikroorganizmusok a sejten belül kötik meg, majd a sejtfalba és a membránba építik be a szennyezőanyagokat, ezáltal védve saját magukat a toxikus hatású szennyezőanyag anyagcseréjükbe kerülésétől. Ez a környezetben haszontalan folyamat - a védekező organizmustól eltekintve - akkor használható technológiaként, ha a sejtek elkülöníthetőek a szennyezett környezeti elemtől, tehát elsősorban vizek kezelésére ajánlható.
Szennyezett vizek üledékének felszínén egy idő után humuszréteg alakul ki a belehullott szerves anyagoktól humuszlepény, mely kettős hatású. Egyrészt fizikailag izolálja az alatta lévő szennyezett réteget, másrészt az így létrejövő anaerob körülmények közt a redoxpotenciál megváltozásával a fémek oldhatatlan szulfid formába MeS kerülnek. Utóbbi állapotot stabilizálhatják a szulfátlégzést alkalmazó baktériumok, melyek vagy honosak, vagy oltóanyagként betelepíthetőek a szulfát-veszélyt jelentő talajokba vagy üledékekbe, az izoláció alá. A Thiobacillusok tevékenységének megakadályozására szulfátredukáló baktériumok telepíthetőek a szennyezett területre, a talajba vagy az üledékbe. Ilyen mikroorganizmusok az obligát anaerob Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfuromonas autooxidans, amelyek a szulfátot oldhatatlan szulfiddá alakítják. A baktériumok működéséhez anaerob körülményekre van szükség, tehát ez vagy felszíni vizek mélyebb rétegeiben, mocsaras területeken vagy légmenetesen lezárt talajokban alkalmazható mikrobiológiai stabilizálási módszer.
fitostabilizáció céljából a területet a szennyezőanyagot tűrő növényfajokkal ültetik be, megakadályozva ezzel a szennyezőanyag szél vagy víz útján történő továbbterjedését. Rhizofiltráció esetén a felszíni vizekből és/vagy a vízzel elárasztott talajból a gyökérzóna kiszűri, felveszi, elbontja, vagy megköti a szennyezőanyagot. A növények gyökérrendszere igen nagy területet hálóz be, nagy felületet biztosít a gyökér-mikroflóra működésének. A gyökjérmikroflóra által mineralizált szerves anyagokat a növények flhasználják. Ha akkumulálható toxikus fémek is vannak a rendszerben és ezek a növény föld feletti részében akkumulálódnakk, akkor a növényi anyagot veszélyes hulladékként kell kezelni: betakarítás után égetés, majd a hamu veszélyes hulladéklerakóban történő elheyezése vagy más módon történő ártalmatlanítáa, esetleg hasznosítása. A hamuból a fémtartalom kioldható vagy stabilizálandó.
mikrobiológiai korrózióról akkor beszélünk, ha fémek vagy nem fémes anyagok korrózióját mikroorganizmusok okozzák közvetlenül vagy közvetetten, az általuk termelt korrozív anyagok révén.
A mikrobiológiai korrózióért felelős baktériumok közül a leggyakoribbak 1. a szulfidokból vagy kénhidrogénből szulfátot, azaz kénsavat képző Thiobacillus vagy Acidothiobacillus nemzetség tagjai, 2. a vasat oxidáló baktériumok, melyek a vasból vashidroxidot vagy vasoxidot képeznek, miközben energiát nyernek. Az általuk termelt finomszemcsés vasoxid eldugíthatja a csővezetékeket. 3. Az anaerob körülmények között élő szulfátlégző baktériumok szulfidokat illetve kénhidrogént képeznek a szulfátokból, ilyenkor a kénhidrogén korrozív hatásával kell számolnunk. 4. Egy sor baktérium képes szerves savakat, vagy 5. lúgos vegyületeket termelni, például a denitrifikáló baktériumok ammóniát, mely szintén korrozív anyag. 6. Maga a biofilm, illetve a mikroorganizmusok által kiválasztott nyálka is okozhat korróziót,vagy azért mert maga savas, vagy azért mert fegyűlik alatta a korrozív mikrobiológiai anyagcseretermék.
A mikrobiológiai korrózió nem csak fémeket, de például a betont, a követ, és a legtöbb építőanyagot is érintheti. A műanyagok, a fa- és textiltermékek mikrobiológiai korróziója a mikroorganizmusok biodegradáló tevékenységének következménye.
A mikrobiológiai korrózió ellen a felület tisztán tartásával, biocidekkel, jól záró bevonatokkal, felületkezeléssel lehet védekezni.
lásd aerob oxidáción alapuló talajbioremediáció és
lásd anaerob+oxidáción+alapuló+bioremediáció" target="_blank">anaerob oxidáción alapuló bioremediáció.
lásd anaerob+redukción+alapuló+bioremediáció" target="_blank">anaerob redukción alapuló bioremediáció.
mikroorganizmusok által végzett deklórozás a klór lehasítása egy szerves molekuláról a szulfátlégzés és a karbonátlégzés redoxpotenciálján. A klór elektronakceptorként történő felhasználása a mikroorganizmusok egyik alternatív légzésformájaként is felfogható, ezért klórlégzésnek is nevezik. A termék sósav HCl.
olyan talajremediációs technológia, melyben a szennyezőanyag immobilizálása a talajban mikrobiológiai közreműködéssel történik. A hasznosuló mikrobiológiai folyamat eredménye lehet közvetlenül vagy közvetetten immobilizációhoz vezető változás, pl. mikrobiológiai átalakítás, biológiai oxidáció vagy redukció, bioszorpció, stb. de lehet a környezeti paraméterek, például a pH vagy a redoxpotenciál biológiai okokra visszavezethető megváltozása pl. szulfátlégzés és ezen megváltozott körülmények között spontán lejátszódó kémiai reakció fémszulfidok keletkezése.
a mikroorganizmusok elterjedtsége a földi ökoszisztémában és a holt szerves anyagok bontására kialakult határtalan genetikai potenciáljuk alkalmassá teszi őket a környezetet szennyező anyagok, akár még a biológiai rendszerek számára idegen xenobiotikumok bontására is.
A mikroorganizmusok kis generációs idejük és gyors alkalmazkodóképességük révén szinte minden xenobiotikumot képesek lebontani, vagy energiatermeléssel összekötött folyamatokban, vagy kometabolizmus útján. A xenobiotikumok mikrobiológiai degradálhatósága nemcsak a mikroflóra genetikai képességétől és fiziológiai állapotától függ, de a xenobiotikum biológiai hozzáférhetőségétől, mozgékonyságától, vízoldhatóságától, polaritásától, más szennyezőanyagokkal és a szennyezett környezeti elem fázisaival való kölcsönhatásától, stb.
A különböző környezeti elemek mikroflórájának nagyfokú alkalmazkodóképességét a mikrobaközösségek flexibilis genomja, kis generációs ideje, külső körülmények hatására fokozott ütemű evolúciója, változékonysága, adaptív enzimjei és az egyre elterjedtebb mozgékony genetikai elemek (plazmidok, ugráló gének, stb.) is segítik, melyek képesek a xenobiotikum bontásához szükséges géneket megfelelő időben, megfelelő minőségben és mennyiségben előállítani, és azt a közösségben elterjeszteni.
szennyezett talaj vagy talajszuszpenzió (zagy) kezelésére alkalmas aerob vagy anaerob ex situ remediáció nyitott vagy zárt reaktorban vagy kapcsolt reaktorokban.
A kiemelt szennyezett talajt tartályokba vagy reaktorokba töltik. Ilyen célra használaton kívüli mezőgazdasági (pl. silókat) vagy szennyvíztisztító berendezéseket, (pl. ülepítőket) szoktak használni. A prizmás kezeléshez hasonlóan levegőztetés céljából forgatják, és a forgatással együtt végzik az adalékanyagok bejuttatását vagy csőrendszerrel levegőztetik a reaktorokba halmozott talajt és azon keresztül szívják el a használt levegőt és juttatják be az oldott tápanyagokat is. Drénrendszer vagy más szivárogtató réteg telepítése szükséges a tartály aljára, hogy az ott felgyülemlett fölös nedvesség (víz) ne pangjon, elvezethető legyen.
A talajjal töltött tartályokat oszlopreaktorként is működtethetjük, folyamatosan átszivárogtatott oldott anyagokkal, esetleg mosóvizekkel kezelve a talajt. A szivárogtató és gyűjtőrendszer jó kiépítése és eldugulásának megakadályozása ilyenkor alapvető fontosságú. Ezt megfelelően megválasztott rétegsor biztosíthatja a talaj alatt, pl. homok, kavics, durva kavics.
Reaktorokban történő biológiai kezelés nem csak aerob biodegradáción alapuló technológia lehet, de lehet anaerob biológiai degradáción vagy biológiai kioldáson alapuló is (bioleaching). Ilyenkor a reaktor belső térfogatát el kell zárni a levegőtől, illetve inert gázokkal átszellőztetni vagy levegőelnyelő adalékanyagokat alkalmazni.
talajkezelő reaktorokban nem biológiai, hanem fizikai-kémiai és kombinált talajkezelés is folyhat.
biodegradálható szennyező anyagokkal szennyezett talaj remediációja zagyreaktorban kialakított vizes rendszerben is megvalósítható akár aerob, akár anaerob feltételek biztosításával.
A szennyezett talajból vagy üledékből készített zagyot vagy az eleve iszapfázisú szennyezett szilárd anyagot keverőberendezéssel és aerob kezelés esetén levegőztetéssel ellátott reaktorokba viszik. A biológiai kezelés a szennyezőanyag bonthatósága szerint tetszőleges redoxpotenciál biztosítása mellett folyhat.
A zagyreaktorban gyakorlatilag vizes fázisban zajlanak a folyamatok, a talaj másodlagos szerkezete szétesik, nem játszik már szerepet, a mikroorganizmusok sem a talaj mikrokapillárisaiban működnek, hanem a vizes szuszpenzióban. Nagymértékben homogén rendszerről van szó.
Az oxigént az aerob folyamatokhoz vagy a vízben oldott oxigén vagy oxigént szolgáltató vízoldható anyagok (hidrogénperoxid, Mg-peroxid) biztosítják. A reaktor anoxikus körülmények között is működőképes, ilyenkor nitrát, Fe III, vagy szulfát biztosítja a mikroorganizmusok alternatív légzéshez az elektronaceptort.
A talajszuszpenzió sűrűsége tág határok között változtatható a szennyezőanyag és a mikrobiológiai aktivitás függvényében. Lassú keveréssel biztosítják a homogenitást és akadályozzák meg az ülepedést. Egyszerűen megoldható a tápanyagellátás, tápanyagpótlás, adalékanyagok bejuttatása vagy a mikoorganizmusokkal való beoltás.
A biológiai bontás után a fázisokat szétválasztják, a kezelt talajt víztelenítik, a vizes fázist, ha szükséges tovább kezelik.
Az iszapreaktor ideális berendezés a kombinált technológiák, pl. fizikai-kémiai előkezelés utáni biológiai bontás vagy biológiai bontást követő kémiai kezelés, vagy a biodegradációval egybekötött vizes mosás, stb. alkalmazására.
a talajlevegőztetés során a telítetlen talaj saját aerob mikroflóráját aktíváljuk, hogy minél hatékonyabb szervesanyag lebontásra legyenek képesek. Ezt az eljárást bioventillációnak is nevezzük. A talaj vízzel telített fázisát is levegőztetehetjük levegő vagy oxigén talajba injektálásával, bár ennek energiagénye és költsége lényegesen nagyobb, mint a bioventillációé. A telített zóna levegőztetésére az angol szakirodalomban a "biosparging" (biológiai bekeverés) kifejezés terjedt el, ami arra utal, hogy a levegő mellett gyakran tápanyagokat is kevernek a kezelendő talajvízbe.
A talaj levegőztetés hatásának előrejelzése a biodegradációra nem minden esetben egyszerű, eldöntése a szennyezőanyag ismeretében megfontolásokat és általában kísérleteket is követel. A következő főbb alternatívák között kell döntenünk:
1. telítetlen talaj levegőztetése bioventillációval vagy levegő injektálásával;
2. telített talajba, helyesebben a talajvízbe levegő injektálása (biosparging);
3. talajvízszint-süllyesztéssel megnövelt telítetlen rétegvastagság átszellőztetése bioventillációval;
4. a telített zónában folyó biodegradáció intenzifikálása csökkent redoxpotenciálon, levegő helyett alternatív elektronakceptorok (nitrát, szulfát, Fe2+, stb.) alkalmazásával.