Akumulace kovů ve vodách a jejich dočišťování bakteriemi

Pod pojmem akumulace si můžeme představit jakýkoli druh hromadění nežádoucích látek v životním prostředí. Nejčastěji to bývají látky, které mají schopnost se navázat na živou buňku. Mezi takovéto látky patří například tzv. těžké kovy. Ty mají schopnost kumulovat se v biosférických složkách, jako jsou voda a půda a následně tak zapříčinit jejich kontaminaci.
Do vod se kovy dostávají především z průmyslové výroby, jako je například výroba oceli, ale také vymýváním z půdy vlivem dešťových srážek. Jejich výskyt je především ve vodách podzemních a následně ve vodách povrchových.

Postupným vývojem a výzkumem vědci zjistili, že se tyto nežádoucí látky dají z kontaminovaných částí složek životního prostředí separovat a snížit tak jejich obsah pomocí určitých mikroorganismů. Při těchto technologiích se využívá právě schopnost některých kovů kumulovat se v živých buňkách.

Podle způsobu akumulace kovů mikroorganismy se rozlišuje 5 hlavních mechanizmů:

• Extracelulární (mimobuněčné) srážení kovů
• Extracelulární akumulace, které předchází tvorba komplexu kovu
• Vazba kovu k povrchu buňky
• Intracelulární (vnitrobuněčné) akumulace
• Volatizace

Pro příklad uvedu jen některé metody odstraňování kovů z vod.

1. Extracelulární srážení kovů
Tato metoda se využívá při odstraňování těžkých kovů z průmyslových odpadních vod. Principem je, že na metabolických produktech mikroorganismů nebo na povrchu mrtvých buněk dochází ke srážení volných nebo sorbovaných kationtů za vzniku ve vodě nerozpustných sloučenin. Například mikrobiologická redukce síranů na sulfan, který sráží kationty kovů na sulfidy.

2. Vazba kovu k povrchu buňky
Princip tohoto mechanismu akumulace spočívá v elektrostatickém přitahování kovů, pozitivně nabitých komplexů nebo sraženin k negativně nabitým místům na povrchu mikrobiální buňky. Z elektroforetických měření vyplývá, že disociací fosfodiesterových skupin dochází pravděpodobně ke zvýšení negativního náboje na povrchu kvasinky Sacharomyces cerevisiae i při nízkém pH a že karboxylové skupiny jsou hlavním zdrojem negativních míst na povrchu bakterií druhů Escherichia coli, Micrococcus lysodeiktikus, Bacillus megatorium. Ve většině případů mrtvá biomasa koncentruje vyšší množství kovů než živé buňky. Na odumřelých buňkách dochází k adsorpcí iontů, která je kombinována s iontovou výměnou, tvorbou komplexů nebo sraženin mikroskopických rozměrů.

3. Intercelulární akumulace
Zde se využívá vysoce vyvinutého specifického transportního systému, kterým mikroorganismy disponují. Pomocí tohoto systému selektivně akumulují stopové prvky a mohou tak intercelulárně vázat Ag, As, Au, Cu, Cd, Cr, Hg, Ni, Pt, Pb, Th, U a Zn.
Ni2+ váže bakterie Alacaligenes eutrophus
Mn2+ váže Bacillus subtilis, Escherichia coli.

4. Volatizace
Mikrobiální redukcí dochází k snížení valence kovů. Redukce může být částečná (z vyššího na nižší valenční stav) nebo úplná za vzniku elementárního kovu. Nejlépe prostudovaná je Hg. Hg2+ je transportována z roztoku do buňkové membrány a tam je redukováni enzymem na Hg. Elementární Hg difunduje z buňky a je odstraněná z okolního roztoku vypařením. K odstranění kovů z roztoku může dojit po jejich methylaci působením bakterií nebo mikroskop hub. Takto jsou transformovány Hg, Se, Te, As, Sn, Pb a Cd. Laboratorně byla ověřená biometylace Pt, Pa, Au, Th. V praxi se neaplikuje kvůli potížím se zachycováním těchto prchavých sloučenin, protože některé jsou extrémně toxické.

Na závěr je nutno poznamenat, že spousty kovů se v přírodě vyskytují naprosto přirozeně, a tak jejich kumulace v jednotlivých složkách životního prostředí je běžná. Jejich navýšení koncentrací je zapříčiněno právě průmyslovými technologiemi a jejich produkty obsahující těžké kovy, které se pak vypouštěním odpadních vod dostávají dále do životního prostředí. Výše uvedené metody za přispění mikroorganismů mohou alespoň pomoci při jejich částečném snížení koncentrací.

Autor: Jiří Kubečka

Zdroje: Elektronická skripta VŠB-TU Ostrava; Miroslav Herčík: Ochrana životního prostředí, skripta VŠB-TU Ostrava.

Internetové zdroje:
www.arvanitakis.com