Hidrológiai Közlöny, 2021 (101. évfolyam)
2021 / 4. szám
Knisz J. és Vadkerti E.: A klímaváltozás hatása a szerves mikroszennyezők előfordulására 7 A szerves szennyezőanyagok környezetbe jutását követő sorsukat számos tényező, többek között a hőmérséklet, a terület jellegzetességei, a folyók hidrológiai viszonyai, az áramlási viszonyok, biodegradáció, egyéb környezeti közegekkel való kapcsolat, pl. üledék, lebegő anyag, valamint az adott mikroszennyezőre jellemző kémiai jellemzők egyaránt befolyásolják (Engloner és társai 2019, Knisz és társai 2020b). Számos szennyezőanyagot kimutattak az ismert pontforrástól távol eső helyeken. Azok a szerves mikroszennyezők, amelyek környezeti biodegradációja egyáltalán nem, vagy csak nagyon lassan megy végbe, a levegőben vagy a vízben több száz, akár ezer kilométerre is eljuthatnak a forrástól és ott károsíthatják a környezetet. Perzisztenciájuk miatt feldúsulnak a környezetben és nagyon magas koncentrációt is elérhetnek a víztestekben (pl. poliklórozott bifenilek, PAH vegyületek, szerves klórozott peszticidek stb.) (Wania és MacKay 1996). Az adott szennyezőanyag a hígító hatás miatt a nagy vízhozamú folyóknál kevésbé magas koncentrációban jelenik meg, mint a kis vízhozamú folyóknál, ahol az eltérő áramlási viszonyok és a kisebb víztérfogat miatt a szenynyezőanyag koncentrációja jellemzően magasabb lehet (Wilkinson és társai 2017). Ahogy a szennyezőanyagok a folyásiránnyal haladnak, kapcsolatuk a vízi környezettel egyre összetettebbé válik. Számos út és mechanizmus létezik a szennyezőanyagok koncentrációjának csökkenésére a vízben és az iszapban egyaránt, amelyek függnek a szerves szennyező jellemzőitől, az adott folyó vagy vízi környezet jellegzetességeitől, biotikus és abiotikus (pl. bioakkumuláció, hidrolízis, oxidáció, izomerizáció, vagy fotokémiai lebomlási folyamatok) folyamatoktól, illetve attól, hogy a szennyező anyag hol, mikor és hogyan jutott a környezetbe. Vizes környezetben a szerves mikroszennyezők lebomlása történhet abiotikus és biotikus (élő szervezetek, mikrobák segítségével) módon. Fotokémiai átalakulás és lebomlás minden olyan közegben történhet, ahol a napfény hatása érvényesül. A folyamat során a szennyezőanyagokban található kovalens kötések a napsugarak közvetlen adszorpciójával (direkt fotokémiai átalakulás) vagy reaktív gyökök képződésével (indirekt fotokémiai átalakulás) felbomlanak, és gyakran hidrolízisre érzékenyebb vegyületekké alakulnak át (Fenner és társai 2013). Az is előfordulhat, hogy perzisztensebb, károsabb anyag keletkezik UV hatására (pl. klorobenzénből poliklórozott bifenil lesz) vagy akár biokémiai folyamatok során. A fotokémiai reakciók hatékonyságát a szerves mikroszennyező fizikai-kémiai tulajdonságai mellett a vizes közeg számos fizikai és kémiai faktora is befolyásolja, többek között hőmérséklete, pH, fény- és nyomás viszonyok. A természetben a szerves mikroszennyezők lebontásának leggyakoribb módja a biodegradáció. A biodegradáció számos anyag körforgását befolyásolja, enélkül nagyságrendekkel több szennyezőanyag maradna a környezetben. A biodegradáció során a biológiailag bontható anyagok a legtöbb (nem extrém) környezetben egy év alatt nem toxikus, gazdag tápanyagtartalmú talajjá, vízzé és szén-dioxiddá bomlanak. A teljes biodegradáció eredménye a mineralizáció vagy ásványosítás, eredményeként szervetlen gázok (pl. CO2, N2,) víz és sók keletkeznek (Borsodi és társai 2013, Singh 2017). A legnagyobb mértékű természetes biodegradációt jellemzően az üledék-víz határfelületen, mocsarakban és lápokban tapasztalták. A biodegradációt leginkább meghatározó tényezők a mikroba közösség összetétele, hőmérséklet, tápanyag, pH, áramlás és a sótartalom (Wilkinson és társai 2017). Azok a szerves mikroszennyező anyagok, amelyek a környezetben tartósan megmaradnak, a mikrobák számára idegen anyagok (xenobiotikum), lebontásukra az evolúció során még nem alakultak ki metabolikus utak. A biodegradációnak ellenálló, perzisztens vegyületek ún. xenofor csoportokat tartalmaznak, amelyek nagymértékben gátolják a biodegradációt (Borsodi és társai 2013). Bár az egyes mikrobák közvetlenül nem tudják metabolizálni a xenobiotikumokat, kémiailag módosíthatják azokat és a mikrobaközösség együttesen már képes lehet az adott perzisztens szennyezőanyagot kevésbé toxikus, esetleg biodegradálható anyaggá alakítani (kometabolizmus) (Nzila 2013). Ehhez azonban különleges összetételű mikrobaközösség szükséges, amely nem minden élőhelyen található meg, így egyes közegekben némely szennyezőanyagok felhalmozódnak. Például az alkilfenol etoxilátok (APEO-k) viszonylag könnyen bomlanak aerob körülmények között, de lebomlásuk anaerob közegben limitált (Ivankovic és Hrenovic 2010). A nagy menynyiségben előforduló xenobiotikumok lebontására idővel specializálódhatnak a mikrobák, ez az evolúciós folyamat ma is folyamatosan zajlik, pl. intenzíven szennyezett területekről, hulladéklerakók csurgalékvizéből mutattak ki mikroszennyező anyagokat lebontani képes új, eddig nem detektált mikrobatörzseket. Kahl és társai (2018) olyan új mikrobaközösséget mutattak ki, mely egy közel két évtizedes, szennyvíztisztítókban lejátszódó evolúciós folyamat eredményeképpen a korábban biodegradációnak ellenálló, nagy mennyiségben fogyasztott aceszulfám édesítőszer lebontására specializálódott. A mikroorganizmusok képesek a mikroszennyezők széles spektrumát átalakítani, lebontani vagy felhalmozni, pl. aromás szénhidrátokat (pl. PAH), PCB-ket, gyógyszereket, fémeket. Emiatt a környezeti bioremediációban kulcsszerepet játszanak. A vízi környezetben, a tápláléklánc alján található mikroorganizmusokkal táplálkozó élőlényekben felhalmozódhatnak azok a szennyezőanyagok, amelyek bioakkumulációra hajlamosak. A mikroorganizmusokhoz hasonlóan a vízi növények is képesek felvenni és felhalmozni egyes szennyezőanyagokat, amelyek ezáltal bekerülnek a táplálékhálózatba (Arslan és társai 2017). A vízi állatok mind a táplálékban, mind a vízi környezetben található mikroszennyezőket képesek felvenni, ez utóbbiakat elsősorban a kopoltyún, illetve a bőrön keresztül. A csúcsragadózók (pl. keselyűk, kardszárnyú delfinek, ember) szervezetében a bioakkumulációra hajlamos szennyezőanyagok olyan mértékben feldúsulhatnak (biomagnifikáció), ami káros élettani hatást okozhat (Arslan és társai 2017). Biomagnifikációt kimutattak többek között égésgátló anyagokra (TPBC-kre) (Ruhi és társai 2016), PCB-kre, és polibrómozott difenil éterekre (PBDE) (Kobayashi és társai 2015).
