Biodegradovatelnost polutantů
Alifatické uhlovodíky
Alifatické uhlovodíky jsou obvykle degradovány za aerobních podmínek. Nejlépe jsou rozkládány nerozvětvené alkany (n-alkany) o deseti až osmnácti uhlících. Degradace n-alkanů s dlouhým řetězcem je komplikována jejich nízkou rozpustností ve vodě. Některé mikroorganismy jsou však schopny rozkládat i n-alkany s velkým počtem uhlíků. Krátké n-alkany (s méně než deseti atomy uhlíku v molekule) jsou sice méně hydrofobní, zato více toxické. Vysoce rozvětvené a cyklické alkany jsou obvykle odolnější vůči mikrobiální degradaci než n-alkany. Kromě výše zmíněné biodegradace za aerobních podmínek mohou být n-alkany, rozvětvené alkany i cykloalkany rozkládány i anaerobně. K tomu je potřeba, aby organismy využívaly jiný akceptor elektronů a protonů než kyslík, např. nitrát, síran nebo oxid uhličitý. Zisk energie anaerobním odbouráváním alkanů je však ve srovnání s aerobním většinou nižší, a růst mikroorganismů je pomalý.
Alkany:
Halogenderiváty alifatických uhlovodíků
Halogenderiváty alifatických uhlovodíků mohou být mikroorganismy rozkládány několika mechanismy. Nejdůležitějšími z nich jsou hydrolýza, oxidace a redukce. Kterou cestou bude degradace v daném případě probíhat, záleží na druhu polutantu (na délce řetězce, stupni halogenace), podmínkách prostředí (redoxním potenciálu, koncentraci molekulového kyslíku, přítomnosti primárních substrátů, pokud je polutant kometabolisován) a fyziologických schopnostech přítomných mikroorganismů. Hydrolýza vazby mezi atomy uhlíku a halogenu je katalyzována halogenalkandehalogenázami. Většina halogenovaných alifatických uhlovodíků může podléhat jak oxidaci, tak redukci. Jsou-li podmínky prostředí anaerobní a lokalita je kontaminována vysoce halogenovanými alifatickými uhlovodíky, je vhodné se při sanaci zaměřit na posílení procesu reduktivní dehalogenace. Za aerobních podmínek a přítomnosti primárních substrátů (např. methan, toluen) může být výhodná kometabolická oxidativní dehalogenace.
Chlormethan:
Bromethan:
Methyl(terc-butyl)ether
Methyl(terc-butyl)ether může být za aerobních podmínek mikroorganismy využíván jako zdroj uhlíku a energie nebo je oxidován jako sekundární substrát. V případě kometabolismu je rozkládán některými mikroorganismy, které rostou na n-alkanech, rozvětvených alkanech nebo monoaromatických uhlovodících. Anaerobní biodegradace MTBE je sice možná, je však méně častá než aerobní a velmi pomalá.
MTBE:
Monoaromatické uhlovodíky
Monoaromatické uhlovodíky mohou být rozkládány aerobně i anaerobně. Biodegradace za aerobních podmínek je v prostředí rozšířenější, protože je energeticky výhodnější a rychlejší než anaerobní. Degradace BTEX (benzen, toluen, ehtylbenzen, xylen) za aerobních podmínek je iniciována mono- nebo dioxygenázami, které katalyzují navázání hydroxylové skupiny na aromatické jádro, po němž následuje rozštěpení kruhu. Na druhou stranu, místa znečištěná monoaromatickými uhlovodíky bývají často téměř bezkyslíkatá a proto je výzkum anaerobní degradace těchto látek neméně důležitý srovnávali rychlost biodegradace jednotlivých členů skupiny BTEX autochtonními mikroorganismy. Dle jejich výsledků lze tyto látky seřadit podle jejich biodegradovatelnosti za aerobních podmínek takto: toluen > p-xylen > m-xylen a ethylbenzen > benzen > o-xylen. Přítomnost toluenu může podporovat degradaci benzenu a p-xylenu. Toluen patří k nejsnáze anaerobně rozložitelným aromatickým uhlovodíkům, zatímco benzen biologickému rozkladu odolává nejvíce ze všech BTEX.
BTEX:
Polyaromatické uhlovodíky
Polyaromatické uhlovodíky patří k nejhůře biodegradovatelným sloučeninám. S rostoucím počtem benzenových jader (popř. s rostoucí molární hmotností) jejich biodegradovatelnost klesá. Stejně jako monoaromatické uhlovodíky i PAU často znečišťují anaerobní prostředí. Obohacovat kyslíkem taková místa bývá velice nákladné, a je proto důležité zaměřit se ve výzkumu také na degradaci PAU za anaerobních podmínek. V tomto směru se jeví slibně hlavně procesy, které využívají jako konečný akceptor elektronů nitrát. Ukazuje se, že jsou téměř tak rychlé jako aerobní. Výhodou je i to, že nitráty jsou snadno dostupné a dobře rozpustné ve vodě. Biodegradace PAU za současné redukce sulfátu je častá v mořských sedimentech.
PAU:
Polychlorované a polybromované bifenyly
Také polychlorované bifenyly jsou velmi odolné vůči biologickému rozkladu. Vyskytují se jako směsi různých kongenerů. Předpokládá se, že úplná biodegradace směsí PCB je možná pouze druhově velmi rozmanitým mikrobiálním společenstvem. Za aerobních podmínek mohou PCB s menším počtem atomů chloru sloužit jako růstový substrát nebo být oxidovány kometabolicky. Z vysoce halogenovaných kongenerů PCB jsou atomy chloru odstraňovány reduktivní dehalogenací. Reduktivní dehalogenace vede ke vzniku méně chlorovaných kongenerů. Navodit jejich aerobní degradaci lze obohacením prostředí kyslíkem, primárním substrátem a anorganickými živinami. Biodegradace polybromovaných bifenylů není prozkoumána tolik jako biodegradace polychlorovaných. Stejně jako PCB i PBB jsou obtížně biologicky rozložitelné a perzistují v prostředí. Bylo zjištěno, že některá mikrobiální společenstva pocházející z míst znečištěných PCB jsou schopná reduktivně dehalogenovat PBB.
Polychlorovaný bifenyl:
Polybromovaný
Polybromované difenylethery
Etherová vazba polybromovaných difenyletherů je termodynamicky velmi stabilní, a tedy odolná vůči enzymatickému rozkladu. Za anaerobních podmínek mohou mikroorganismy odstraňovat atomy bromu z molekul PBDE reduktivní dehalogenací. Z vysoce halogenovaných PBDE, tak vznikají méně halogenované kongenery, které mohou být toxičtější než původní sloučeniny. Biodegradabilita PBDE za aerobních podmínek závisí na stupni halogenace – čím více atomů bromu molekula obsahuje, tím je vůči mikrobiální transformaci odolnější. Zatím byla popsána aerobní dehalogenace u PBDE obsahujících jeden až šest atomů bromu.
Polybromovaný difenylether:
Příklady bakterií degradující polutanty:
