Cikksorozatunk 3. fejezetében a horgászok nagy többsége számára talán mindeddig ismeretlen, a tudomány legfrissebb vívmányaiként nyilvántartott vízkezelési módszereket mutatjuk be.
1) Élővizek Bioremediációja
Mit jelent az, hogy bioremediáció?
A bioremediáció mint fogalom nem új keletű, egy igen régóta alkalmazott eljárásról van szó. Definíció szerint a bioremediáció nem más, mint szennyezett közegben (pl. talaj vagy talajvíz) mikroorganizmusok vagy növények segítségével a szennyezés felszámolása (növények alkalmazása esetén gyakran a fitoremediáció szót használják). Különböző olajszármazékokkal szennyezett talaj vagy talajvíz kármentesítési technológiáit évtizedek óta egészítik ki azzal, hogy olajbontó mikrobákat juttatnak a közegbe, így gyorsítva meg a szennyezés csökkentésének ütemét.
Mit jelent az, hogy élővíz bioremediáció?
Élővizek esetén a bioremediáció definíciója bonyolultabb: Élővíz bioremediációjáról beszélünk akkor, ha egy kedvezőtlen ökológiai állapotú, az eutrofizáció káros hatásai által sújtott vízbe nagy mennyiségben juttatunk olyan természetes eredetű, talajból vagy vízből izolált hasznos mikroorganizmusokat és enzimeket, amelyek a teljes vízi ökoszisztémát újra a számunkra kívánatos ökológiai állapot irányába mozdítják.
Mik a főbb jellemzői egy élővíz bioremediáció kivitelezésére alkalmas készítménynek?
Egy élővíz bioremediációs készítmény minden esetben természetben is megtalálható, onnan izolált hasznos mikroorganizmusokat és enzimeket tartalmaz. A vízben a mikroorganizmusok aktivitását több tényező befolyásolja, úgymint vízhőmérséklet, pH, az oldott oxigén koncentrációja, mikroelemek, tápanyagok, másodlagos táplálékforrások jelenléte vagy hiánya, koncentrációja stb.. Egy megfelelően megtervezett bioremediációs készítmény nem egy, nem is néhány, hanem sok mikroorganizmus fajt tartalmaz. Egy élővíz bioremediációjára alkalmas készítmény tervezésénél igen nagy figyelmet fordítanak arra, hogy az igen változatos vízi környezetben, akár a legszélsőségesebb körülmények, hipertróf állapotok esetén is a bejuttatott mikroorganizmusok el tudják kezdeni, és véghez tudják vinni feladatukat.
Hogyan működik egy élővíz bioremediációjának a folyamata?
A fő folyamatok vázlatszerűen (a sorrend nem időrendi sorrend, csak felsorolás):
1. A szerves anyagok ill. szerves szennyezőanyagok biológiai lebontása (biodegradációja)
Hatásmechanizmus:
szerves anyagok -------› szén-dioxid + víz + élő sejtek anyaga
A vizeket terhelő szerves anyagok, nagyon leegyszerűsítve, jelen vannak a vízoszlopban (oldott vagy lebegő formában), illetve a fenéken lévő üledékben. Fontos, hogy a lebontási folyamatok mindkét helyen elinduljanak, ezért a bioremediációt végző mikrobák egy részét (többnyire szilikát alapú, kis szemcseméretű) hordozóhoz kötik, amely vízbe kerülés után, a felületéhez rögzített, immár aktív mikrobákkal együtt a fenéküledék felszínére süllyed, és ott kezdik meg a mikroorganizmusok az üledék szerves anyagainak lebontását. A hordozóhoz nem kötött mikrobák vizes fázisban maradnak, és a vízoszlopban lévő oldott vagy lebegő, nem élő szerves anyagokat kezdik bontani.
A fenéken lévő üledék a többnyire magas szerves anyag tartalma és a felületén uralkodó anoxikus (oxigén nélküli, de nitrátban gazdag), valamint belsejében uralkodó anaerob (oldott oxigén nélküli, nitrátszegény) folyamatok hatására állandó szennyezőanyag utánpótlást biztosít a víznek. Az anaerob bomlás következtében a szerves vegyületek visszaoldódása folyamatos, csakúgy, mint a megkötött foszfor oldott formában történő ismételt kijuttatása a vízoszlopba. Utóbbi a víz-üledék határfelületen uralkodó anoxikus körülményekkel magyarázható, ugyanis az iszap felületén a redoxpotenciál negatívvá válik, amely a fenti reakciót beindítja.
A bioremediációt végző mikroorganizmus törzsek a holt szerves anyagot táplálékként hasznosítják. E szénforrásból részben sejtanyag keletkezik, részben a mikroorganizmus a bontás során felszabaduló energiából saját energiaszükségleteit fedezi, a végtermék pedig ebben az esetben szén-dioxid és víz. A fenéküledék csökkentése természetesen az iszap felszínéről indul el, és fokozatosan, rétegenként történik a bontás. Nagyon fontos, hogy az iszapszint hatékony csökkentéséhez az kell, hogy a már említett üledék-víz határfelületen az anoxikus viszonyok megszűnjenek, és a közeg aerobbá váljon, azaz az oldott oxigén megjelenjen. Erről a remediációs folyamat első fázisa maga gondoskodik (ld. lent). Természetesen az iszapzónába kerülő mikroorganizmusok egy része fakultatív aerob/anaerob szervezet, ami azt jelenti, hogy oldott oxigén jelenlétében és hiányában is életképesek a mikrobák. Utóbbi esetben is zajlik tehát a folyamat, de jóval lassabban (mély tavak esetén fordulhat ez elő).
A vízoszlopban lévő lebegő és oldott szerves anyagok bontása egyértelműen oldott oxigén jelenlétében, viszonylag gyorsan zajlik, ennek következménye néhány hónappal a kezelés megkezdése után a víz átlátszóságának javulásában, jobb fényviszonyok kialakulásában szemmel is látható.
2. A szerves foszfor biodegradációja
Hatásmechanizmus:
szerves vegyületben kötött foszfor -------› szén-dioxid + víz + foszfát
A folyamat tulajdonképpen hasonlít az előzőre, a különbség annyi, hogy a bontandó szerves molekula valamilyen formában foszfort tartalmaz, ezért a bontás végtermékei között ott a foszfát is.
3. Az oldott foszfor immobilizálása (élővilág számára hozzáférhetetlenné tétele)
Hatásmechanizmus:
oldott formájú foszfát -------› kötött formájú foszfát
A természetes vizek legnagyobb ellensége az oldott foszfát. A forrásairól már jelen fejezetben is és cikksorozatunk korábbi fejezeteiben is írtunk. Az oldott foszfát legnagyobb hátránya, hogy nagyon nehezen lehet végleg „kiszedni” a vízi körforgásból. A nitrogén esetében a folyamat egyszerűbb, természetes körülmények között is zajlik (ld. következő pont). A foszfát ugye növényi tápanyag, így mind a vízinövények, mind az algák hasznosítják életük során, pusztulásukkal viszont az üledékbe süllyedve, majd onnan újra felszabadulva ismételten a vízoszlopba kerül. Az iszapban zajló folyamatok hatására megindul ugyan egy nagyon lassú ütemű mineralizáció, azaz a foszfát olyan formába kerülése, amely az élővilág számára hozzáférhetetlen, de e folyamat sebessége ritkán képes lépést tartani a szennyezés/terhelés ütemével.
A bioremediáció része az oldott foszfor immobilizálása, a folyamat lényege ugyanaz, mint az iszapban zajló mineralizációé. Bizonyos bejuttatott mikroorganizmus fajok anyagcsere folyamataik során olyan metabolitokat, úgynevezett biopolimereket termelnek, amelyek képesek megkötni úgy a foszfátot, hogy az a fenékre süllyedve sem képes újból felszabadulni, azaz a biopolimerhez kötött foszfát kikerül a vízi körforgásból.
A foszfát kisebb hányadát a mikroorganizmusok saját maguk hasznosítják. A foszfát elengedhetetlen tápanyag minden élőlény számára: az élő szervezet több energiaciklusában részt vesz mint az energiatároló ATP (adenozin-trifoszfát) egyik alkotója, emellett nélkülözhetetlen építőköve a sejtmembránoknak és az örökítő anyagnak is.
4. Nitrogénformák eltávolítása
Hatásmechanizmus:
ammónium -------› nitrit -------› nitrát -------› nitrogén gáz
Az élővízben a fenti, ún. nitrifikációs (ammónium oxidációja nitritté, majd nitráttá), valamint denitrifikációs (nitrát redukciója nitrogéngázzá) folyamatok vizenként változó ütemben zajlanak. A fenti folyamatokat természetesen mikroorganizmusok végzik. A bioremediáció során a vízbe juttatott egyes mikroorganizmus fajok a folyamat különböző pontjain kapcsolódnak be a nitrifikációs-denitrifikációs mechanizmusokba, jelentősen felgyorsítva azokat. Természetesen a folyamat minden lépésénél valamennyi nitrogénforma beépítésre is kerül mint sejtanyag, lévén a nitrogén különböző formái szintén fontos tápanyagok az élő szervezet számára, így a remediációt végző mikrobák számára is.
5. A patogén (fertőzést okozó) mikroorganizmusok visszaszorítása a vízben
Az oldott oxigén hiánya és a rothadási folyamatok igen kedveznek a patogén mikroorganizmusok szaporodásának. A bioremediációs folyamat lényege az élhetőbb környezet megteremtése az egészségesebb, számunkra kívánatos vízi élővilág részére. Az vízi oxigénháztartás stabilizációjával ezek a mikroorganizmusok visszaszorulnak, szaporodásuk gátolt lesz, hiszen életfeltételeik romlanak.
6. A magasabb rendű vízi élővilág életfeltételeinek javítása
Az oldott oxigén szintjének emelkedésével, a vizet terhelő vegyületek degradációjával, az iszapszint csökkenésével, ezáltal a stabil, élettérnek alkalmas üledékréteg kialakulásával és a vízi élettér növekedésével a vízi élővilág magasabb rendű fogyasztói (pl. halak) is kedvezőbb életfeltételeknek örvendenek. A bioremediációt végző mikroorganizmusok között emellett olyan fajok is találhatók, amelyek kifejezetten a vízi élőlények anyagcsere folyamatait optimalizálják, immunrendszerüket pedig természetes úton erősítik.
Hogyan stabilizálja a bioremediáció egy víz oxigénháztartását?
A mikrobiológiában járatos ember talán erre összeráncolja a szemöldökét, és értetlenségét fejezi ki. Hogyan lehet az, hogy jelentős mennyiségben juttatunk a vízbe mikroorganizmusokat, amelyek nagy része aerob, tehát oldott oxigént fogyaszt anyagcsere folyamatai során, és néhány héten belül a kritikus oldott oxigén koncentrációk nem hogy tovább csökkennének, hanem nőni kezdenek a víz minden rétegében? A válasz erre elég összetett: a mikroorganizmusok egyrészről valóban fogyasztják az oldott oxigént, másrészről viszont:
- bontják a vízoszlopban lévő holt szerves anyagokat, melyek igen nagymértékben felelősek az alacsony oldott oxigénkoncentrációért
- táplálékkonkurensei sok, szintén a vízben jelenlévő és szintén aerob, a vízminőség-javítás szempontjából semleges vagy kártékony mikroorganizmusnak, melyek élettere és így az anyagcsere folyamatai is korlátozottak lesznek
- és ami a legfontosabb: több bejuttatott mikrobafaj táplálékkonkurense az algáknak, ezért azok éjszakai tevékenysége, mikor oxigénfogyasztóvá válnak, erősen korlátozott lesz. Azaz a mikroorganizmus depresszálja éjszaka az algákat, amelyek így nem tudnak annyi oxigént elvonni a vízből, mint a kezelés előtt, viszont a nappali oxigéntermelés ideális esetben ezzel együtt is 100%-os oxigéntelítettség fölé növeli az értéket.
Teljesen leegyszerűsítve a dolgot, a mikroorganizmusok áldásos tevékenységükkel több oxigén oldatba kerülését biztosítják, mint amennyit ők maguk elfogyasztanak.
Hogyan képes a bioremediációs kezelés megállítani egy folyamatos halpusztulást?
Az oxigénhiány miatt bekövetkezett halpusztulást az oxigénháztartás viszonylag gyors ütemű stabilizációjával, a patogén mikrobák okozta fertőzések miatt bekövetkezett pusztulást e kórokozók számának visszaszorításával a fent leírtak szerint.
Mi az, amit egy bioremediációs kezeléstől nem lehet elvárni?
- Csodát, irreális dolgokat.
- Azt, hogy néhány hét alatt tegyen rendbe egy vizet, szüntesse meg az évtizedek alatt felhalmozódó szennyeződés okozta károkat.
- Azt, hogy gátat szabjon az algák burjánzásának olyan esetben, ha az adott élővíz köztudottan óriási tápanyagterhelést kap akár a tápláló vízfolyásából, akár az általajvízből. Bár a kezelés pozitív hatásai egyértelműek lesznek, a víz átlátszóságának jelentős javulása, és a tökéletes algaszám-kontroll a szennyezőforrás felszámolása, de legalább a terhelés minimalizálása után várható.
- Azt, hogy a kezelés első 1-2 évében garanciát jelentsen az időjárási frontok szeszélye okozta, ún. vízátfordulás veszélyei ellen, mikor egy gyors, nagymértékű lehűlés miatt a felső vízréteg hőmérséklete hirtelen csökken, a sűrűsége nő, ezáltal kvázi helyet cserél az alsóval. Ennek bekövetkeztét természetesen a hidegfronton kívül még elég sok tényező befolyásolja, melyek részletezésére helyszűke miatt nem térünk ki. A folyamat hipertróf, sekélyebb vizeken az oldott oxigén azonnali lenullázódásával jár, amit rövidesen halpusztulás követ. Nem kis büszkeséggel hozzátesszük azonban, hogy azon általunk kezelt vizek, ahol a jelenség bekövetkezett, mind kivétel nélkül halpusztulás nélkül úszták meg az esetet, de ettől még erre garancia nincs. Az időjárás és a fizika törvényeinek a sérült élővilágra vonatkozó hatását a bioremediációs folyamat nem tudja befolyásolni, az esetleges negatív hatásokat azonban csökkenteni tudja.
Mire figyeljünk oda, ha bioremediáció kivitelezésével bízunk meg egy vállalkozást?
A bioremediáció komoly szakmai ismereteket és gyakorlatot igényel mind a mikroorganizmus-enzim komplexek gyártója, mind a kivitelező vállalat részéről. Amennyiben valaki úgy dönt, hogy szeretné a kezelésében lévő élővizet elindítani a gyógyulás útján, érdemes az alábbiakra kiemelt figyelmet fordítani:
- A bioremediációs technológia biotechnológia, ami azt jelenti, hogy az alkalmazott készítménynek a hatályos rendeletek szerinti engedélyezési folyamaton kell átesnie. A mikroorganizmusokat a gyártónak/forgalmazónak letétbe kell helyezni a Corvinus Egyetem Nemzeti Törzsgyűjteményében. A készítményeknek az Országos Tisztifőorvosi Hivatal részletes vizsgálati dokumentációjával és engedélyével kell rendelkeznie. Az engedélyek meglétét, a termékek OTH számát mindig ellenőrizzük.
- A környezetvédelmi szakmában sajnos, csakúgy, mint az élet más területein, olykor megjelennek az ügyeskedők, a kuruzslók stb., akik igen sokat ártanak a szakma egészének. Legyen gyanús, ha:
- Az illető ugyanazt az egy termékét, ugyanolyan adagolási javaslattal próbálja minden vízen elsütni, víztípustól függetlenül, azt mondván, hogy az anyag általánosan nagyon jó mindenhol. Aki élővíz bioremediációt végez, az a különböző víztípusokhoz, vízminőségtől és a probléma jellegétől függően, több komplexből keveri ki az optimális, adott víznek leginkább megfelelő összetételű elegyet, melyet alkalmazni fog.
- Pontos árajánlatot ad valaki a víz rehabilitációjára anélkül, hogy a vízen bejárást tartana, vízminőség-vizsgálatot végezne, a problémákról a helyszínen tájékozódna. Egy bioremediációs költségvetés igen jól saccolható nagyságrendileg (!) a vízfelület, átlagmélység, átlagos iszapszint stb. adatai alapján, de a felhasznált anyagokat és azok mennyiségét csak és kizárólag a friss vízminőség-vizsgálat alapján lehet pontosan meghatározni, és ezáltal árat kalkulálni.
- Eladja a termékét a megrendelőnek, megmondja, mit kell vele csinálni, mikor és hogyan kell adagolni, hogy jó legyen. A bioremediáció olyan mélységű szakmai rálátást kíván a kivitelező részéről, hogy a tudnivalókat pár perc vagy óra alatt nem lehet elmagyarázni. Egy bioremediációs folyamatot ritkán tudja maga a tógazda teljes sikerrel kivitelezni.
- Mindig győződjünk meg arról, hogy a bioremediációra vállalkozó megfelel-e a vállalt feladat végrehajtásához szükséges feltételeknek, áll-e mögötte rendezett anyagi, szakmai és eszközháttér, valamint munkaerő. Ne sajnáljuk az időt, látogassunk el az adott cég telephelyére, székhelyére, hogy lássuk, kivel tárgyalunk.
Lehet-e kárt okozni a bioremediációval?
Nem. Rosszul kivitelezett folyamat maximum nem éri el a kívánt eredményt. Egy bioremediációs keverék többszörös túladagolása sem okozhat kárt a vízi élővilágban, ugyanis a mikroorganizmusok a rendelkezésre álló tápanyag és élettér szerint kontrollálják saját létszámukat. Magyarán szólva a felesleg elpusztul, az anyagi veszteségen kívül (kidobott pénz) más nem történik.
2) Biomanipuláció
Az eutrofizáció káros hatásainak kontrollálására alkalmas rendkívül érdekes módszer a biomanipuláció. Míg a bioremediáció során az eutrofizációt gyökereiben próbáljuk megszüntetni, legalulról indulva, a kiváltó okokat felszámolni (lentről felfelé haladva), addig a biomanipuláció ennek ellenkezőjéről szól:
A biomanipuláció során nem szüntejük meg a kiváltó okokat, hanem az eutrofizáció káros hatásait, jelenségeit mérsékeljük, mégpedig úgy, hogy a vízi tápláléklánc felső szintjein lévő élőlényektől indulunk (fentről lefelé). A módszer még viszonylag gyerekcipőben jár, nyugaton és az USA-ban a kísérletek folyamatosan zajlanak, és már Magyarországon is hallani próbálkozásokról.
Nézzük a biomanipulációt egy egyszerű példán:
Tegyük fel, hogy vizünk magas algaszámmal rendelkezik, amely évről évre gondot okoz a tógazdának.
Mivel tudjuk a leggyorsabban lecsökkenteni az algaszámot?
Most az épelméjű módszereknél maradjunk, a klórmeszet, a mészhidrátot, a rézgálicot és a többi agyrémet felejtsük el, a természetes megoldásoknál próbálunk maradni! Az algafajok jelentős hányadát előszeretettel fogyasztják a zooplankton szervezetek. Tehát meg kell oldanunk, hogy a vizünkben megerősödjön a zooplankton állomány.
Hogyan tudjuk a zooplankton állományt megerősíteni?
Tegyük fel, hogy más tényező nem limitálja a zooplanktont alkotó fajok szaporulatát a vízben, csak az őket fogyasztó halak (ez azért eléggé sarkított feltétel, de csak a példa kedvéért…). Tehát az a megoldás, hogy a zooplanktont fogyasztó halfajok egyedeinek számát csökkentjük a vízben.
Milyen módon lehetséges a zooplanktont fogyasztó halak számát csökkenteni?
Vagy szelektív halászattal, vagy az e halfajokat fogyasztó ragadozók létszámának növelésével, ezek telepítésével.
A folyamat végeredménye papírforma szerint egy nagyobb létszámú zooplankton állomány, és ezáltal egy kisebb létszámú fitoplankton állomány. A módszer működőképes, ezt elég sok kísérlet pozitív eredménye bizonyítja. De ezúton kérünk meg mindenkit, hogy szakember segítsége nélkül ne próbálkozzon senki a biomanipulációval, a zooplankton szervezetek túlszaporodása ugyanis az algaszám drasztikus csökkenéséhez vezethet, amelynek katasztrofális következményei lehetnek.
A magyar horgászok nagy része a hazai két „betegségben” úgyis egyszerre szenved, az egyik a „pontyimádat”, a másik a „harcsautálat”. Vizeinkben tulajdonképpen a biomanipulációs folyamat ellenkezője történik: temérdek mennyiségű ponty kerül be, szegény harcsa meg megeszi a pontyot, ezért őt nem szeretik… Nem ismeretlen a szöveg a tavak partján: „Van 8 db 50 kiló feletti harcsa a tóban, aki bármelyiket megfogja, ingyen viheti és 10 évig ingyen horgászhat”, meg hasonlók.
3) A fenéküledék szintjének csökkentését célzó biológiai módszerek
Az iszapkotrás magas beruházási költsége miatt több biotechnológiai cég kezdett világszerte olyan módszerek kifejlesztésébe, amelyekkel a kotrást néhány nagyságrenddel olcsóbban helyettesíteni lehet.
A horgászok többnyire ámulnak, mikor azt látják, hogy az iszapszint csökkenésnek indul egy kezelés hatására. Szakmai szemmel ez nem akkora művészet, mikrobafajok milliói élnek a Földön, amelyek képesek arra, hogy vizes közegben metabolizálják a holt szerves anyagot. Ez a folyamat a bioremediációnak is része (ld. 1. fejezet), hangsúlyos azonban, hogy a bioremediációs eljárás ökológiai kockázat nélkül csökkenti az üledék szintjét, a pusztán iszapbontásra irányuló eljárások többnyire nem.
Érdemes tudni, hogy amennyiben nem gondoskodunk a víz oxigénháztartásának stabilizációjáról, az iszap bontása kizárólag anaerob körülmények között fog zajlani. Az iszapbontó készítmények gyártói többnyire a gyors eredmény elérésére helyezik a hangsúlyt, ami nagyszámú anaerob mikroorganizmus vízbe juttatását jelenti.
A folyamatban az iszap valóban eltűnik, de az ilyen módszerek erjesztik az iszapot, az erjedés végtermékei pedig nem széndioxid és víz, hanem nagyrészt alacsony szénláncú szerves vegyületek. Magyarán szólva az iszap eltűnik a fenékről, de anyagának jelentős hányada - szerves anyagaival és tápanyagaival együtt - a vízoszlopba kerül. Túladagolás esetén minden feltétel adott egy oxigénhiány miatti nagymértékű halpusztuláshoz.
A gyártók és forgalmazók többnyire felhívják a figyelmet honlapjukon a technológia alkalmazásával járó kockázatra és a helyes felhasználásra! Erre fokozottan ajánlott odafigyelni.
Malaczkó Szabolcs
okl. biomérnök - ügyvezető igazgató
Malatech Water Kft.
Vass Endre (endru)
okl. halászati szakmérnök - Élővíz üzletágvezető
Malatech Water Kft.
