Zdolność pobierania metali przez mikroorganizmy stanowi podstawę procesów biotechnologicznych:
- usuwanie metali zwłaszcza miedzi, kadmu czy kobaltu ze ścieków przemysłowych oraz zanieczyszczonych wód kopalnianych
-usuwania radionuklidów uranu, radu oraz toru , a - odzyskiwania ze ścieków metali wartościowych np.srebro.
MECHANIZMY USUWANIA METALI Z UDZIŁEM MIKROORGANIZMÓW
Wszystkie gatunki mikroorganizmów pobierają metale z roztworów wodnych i wiążą je na powierzchni ścian komórkowych lub w obrębie błony cytoplazmatycznej.
ADSORPCJA:proces niezależny od aktywności biochemicznej drobnoustrojów, ograniczający się do powierzchniowego wiązania metali.
JAKO PRZYKAD USUWANIA METALI W WYNIKU PROC METABOLICZ MOŻNA WYMIENIĆ: -pozakomórkowe wydzielanie przez mikroorganizmy związków nieorganicznych czy organicznych reagujących z metalami w wyniku czego następuje strącanie metali, - biotransformacje polegającą na biologicznym utlenianiu lub redukcji metali bądź wytwarzaniu lotnych związków - wewnątrzkomórk pobieranie i wytrącanie metali.
W PRZYPADKU NIEAKTYWNYCH KOMÓREK JAKO ZALETY METODY WYMIENIA SIĘ:
- Brak toksycznego oddziaływania metali na mikroorganizmy, -niezależnie od stanu fizjologicznego i szybkości wzrostu drobnoustrojów pobieranie metali, - duża szybkość sorpcji, - łatwość desorpcji, - możliwość definiowania i modelowania matematycznego procesu
W PROCESIE ADSORPCJI ILOŚĆ ZWIĄZANEGO METALU ZALEZY OD:
Rodzaju i liczebności dostępnych ligandów, ich rozmieszczenia przestrzennego, powinowactwa chemicznego do metalu, budowy chemicznej ściany komórkowej.
ZAZWYCZAJ BRANE SĄ KRYTERIA:
* pojemność adsorpcyjna,* łatwość flokulacji bądź immobilizacji mikroorganizmów, * stała efektywność usuwania metali w szerokim zakresie odczynu, * sprawność usuwania metali, * łatwość desorpcji i możliwość wielokrotnego użycia biosorbentów,
POJEMNOŚC ADSORPCYJNA:masa metalu/g s.m biosorbenta jest uważana za jeden z istotniejszych, chociaż nie jedyny miernik przydatności biosorbentów do usuwania metali ze ścieków i zanieczyszczonych wód.
DESORPCJA METALI I REGENERACJA BIOMASY
Jako substancji odpłukujacych metale najczęściej używa się: kwasów mineralnych, kwasów organicznych, środków kompleksujących
DESORPCJA poprzez obniżanie odczynu prowadzi do zmniejszenia aktywności mikroorganizmów, podczas gdy desorpcja związkami kompleksujacymi jak EDTA pozwala utrzymać ich aktywność na stałym poziomie.
METODA BIOSORPCJI:
Posiada szereg wad. Do najważniejszych należy zaliczyć fakt, ze stan nasycenia biomasy metalem następuje stosunkowo szybko. W trakcie procesu nie istnieje możliwość zwiększania ilości miejsc adsorpcyjnych w biosorbencie ponieważ namnażanie biomasy odbywa się poza układem. Z kolei kilkakrotne wykorzystanie mikroorganizmów wymaga desorpcji, która prowadzona przy użyciu kwasów mineralnych powoduje uszkodzenie komórek i szybkie zużycie biosorbentów. W przypadku mieszanin metali biosorbenty mogą wykazywać selektywność wiązania.
USUWANIE METALI W WYNIKU AKTYWNOŚCI MRTABOLICZNRJ MIKROORG:
Pozakomórkowe wydzielanie przez mikroorganizmy substancji nieorganicznych czy organicznych:
* wytwarzanie słabych kwasów organicznych tj kwas cytrynowy,* uwalnianie amoniaku czy zasad organicznych, które powodują wytracanie metali w formie nierozpuszczalnych wodorotlenków * wydzielanie fosforanów w wyniku czego tworzą się nierozpuszczalne fosforany, * produkcja pozakomórkowych polisacharydów, co powoduje tworzenie się nierozpuszczalnych chelatów.
ZASADA USUWANIA METALI Z ROTWORU: polega na ich reakcji z deponowanymi w obrębie ściany komórkowej jonami HPO4 i wytracaniu nierozpuszczalnych MeHPO4 na powierzchni komórek.
BIOTRANSFORMACJA METALI: utlenianie metali, redukcja metali, biometylacja.
Usuwanie fosforu ze ścieków metodą osadu czynnego polega na pobieraniu fosforanów z wody osadowej przez bakterie zdolne do kumulacji polifosforanów i ich gromadzeniu w biomasie, która następnie jest usuwana z układu jako osad nadmierny. Podczas gdy w konwencjonalnych z osadem czynnym stężenie fosforu nie przekracza zazwyczaj 2% jego suchej masy, to w oczyszczalniach ze strefą beztlenową może osiągnąć znacznie wyższe wartości od 3 do 6 %. Systematyczne odprowadzanie z oczyszczalni osadu nadmiernego bogatego w fosfor, zapewnia jego wysoki stopień eliminacji ze ścieków. Wewnątrz komórkowe wiązanie fosforu w osadzie czynnym zachodzi w osadzie pracującym w warunkach beztlenowo-tlenowych:
-w warunkach beztlenowych bakterie kumulujące polifosforany pobierają ze ścieków proste związki organiczne na przykład octan i syntetyzuja kwas poli-β-hydroksymasłowy (PHB). Niezbędną do tego celu energię usyskuja z hydrolizy wewnątrzkomórkowych polifosforanów. Powstające fosforany są uwalniane do ścieków.
-w warunkach tlenowych PHB stanowi endogenne źródło energii i węgla do wzrostu nowych komórek. Energia uzyskana w wyniku rozkładu PHB jest zatrzymywana w komórce dzięki wewnątrzkomórkowej kumulacji polifosforanów. Dzieki temu fosforany mogą być pobierane ze ścieków i gromadzone w osadzie jako PP.