1 godzina temu
Sztuczne mokradła (ang. constructed wetlands, CWs) to coraz częściej stosowane, naturalne systemy oczyszczania ścieków. Wykorzystują one współdziałanie roślin i mikroorganizmów, by neutralizować zanieczyszczenia w sposób tani, trwały i przyjazny dla środowiska. Mikroorganizmy są w nich silnikiem biologicznym – to one rozkładają materię organiczną, przekształcają związki azotu i fosforu oraz rozbijają tzw. nowe zanieczyszczenia, takie jak leki czy kosmetyki.
Badanie przeprowadzone przez zespół naukowców z Indii i Chin pod kierownictwem Aradhny Kumari z College of Agriculture w Madhya Pradesh, którego wyniki opublikowano 13 października br., to analiza funkcji ekologicznych mikroorganizmów żyjących w sztucznych mokradłach i wykorzystywanych do oczyszczania wody.
Bogactwo mikroskopijnego życia
Mikroflora sztucznych mokradeł to niezwykle zróżnicowane społeczności bakterii, archeonów i grzybów. Jej najliczniejszym typem są Proteobacteria – stanowią one od 25 do 48 proc. wszystkich mikroorganizmów. Wyróżniają się wszechstronnością metaboliczną, dzięki czemu przystosowują się do zmiennych warunków tlenowych. Wśród nich najważniejszą rolę odgrywają Pseudomonas, Acinetobacter czy Nitrosomonas, które uczestniczą w przemianach azotu i rozkładzie związków organicznych.
Drugim co do liczebności typem są Bacteroidetes (10–28 proc.), odpowiedzialne za wstępny rozkład złożonej materii organicznej, m.in. resztek roślinnych. Actinobacteria (5–15 proc.) rozkładają trudne do usunięcia substancje – antybiotyki, kosmetyki czy leki. Z kolei Firmicutes (4–12 proc.) uczestniczą w fermentacji, wytwarzając związki pośrednie dla innych mikroorganizmów.
Wokół korzeni roślin powstają tzw. strefy ryzosfery, czyli lokalne punkty aktywności biologicznej, w których gęstość mikroorganizmów jest choćby 2 do 10 razy większa niż w osadach strefy pozakorzeniowej.
Przemiany biogeochemiczne – laboratorium natury
Mikroorganizmy w sztucznych mokradłach są siłą sprawczą kluczowych procesów oczyszczania. Denitryfikacja, czyli redukcja azotanów do azotu gazowego, jest głównym mechanizmem usuwania azotu. Wymaga środowiska beztlenowego i obecności węgla organicznego, który bakterie pobierają z obumarłych części roślin lub ze ścieków.
Fosfor, który nie ma gazowej fazy obiegu, usuwany jest znacznie trudniej. Bakterie gromadzą go wewnątrz komórek w postaci polifosforanów. Gatunki z rodzaju Accumulibacter czy Tetrasphaera potrafią efektywnie magazynować ten pierwiastek w cyklach tlenowo-beztlenowych.
Węgiel organiczny rozkładany jest zarówno w strefach tlenowych (dzięki bakteriom heterotroficznym), jak i beztlenowych, gdzie zachodzą fermentacja, acetogeneza i metanogeneza. W rezultacie redukcja takich wskaźników, jak BZT (biochemiczne zapotrzebowanie na tlen) czy ChZT (chemiczne zapotrzebowanie na tlen) osiąga choćby 85–98 proc.
Skuteczność oczyszczania – liczby mówią same za siebie
Sztuczne mokradła potrafią usuwać zawiesiny z wydajnością 80–95 proc. Amoniak i inne formy azotu redukowane są w 70–99 proc., zaś całkowite usuwanie azotu sięga 60–85 proc., w zależności od konstrukcji systemu. Fosfor usuwa się trudniej – jego redukcja wynosi od 40 do 80 proc, zależnie od rodzaju podłoża i warunków pracy.
Dzięki mikroorganizmom sztuczne mokradła neutralizują również metale ciężkie. Bakterie wiążą jony metali w biofilmach, przekształcają je w nierozpuszczalne siarczki lub tlenki i ograniczają toksyczność. Pseudomonas, Bacillus, Clostridium i cyjanobakterie potrafią przekształcać niebezpieczne formy chromu czy arsenu w mniej szkodliwe postacie.
Nowe wyzwania – mikrozanieczyszczenia i mikroplastik
Kwestią coraz bardziej pilną jest usuwanie z wody tzw. mikrozanieczyszczeń – pozostałości leków, kosmetyków i innych związków pochodzących z przemysłu. W sztucznych mokradłach wyspecjalizowane mikroorganizmy potrafią rozkładać antybiotyki z efektywnością 50–90 proc., a hormony i związki zaburzające gospodarkę hormonalną w 60–95 proc. Niektóre bakterie, jak Dehalococcoides, działają choćby w warunkach beztlenowych, rozkładając chlorowane związki organiczne.
Sztuczne mokradła zatrzymują również mikroplastik, którego cząsteczki akumulują się w osadach i stają się podłożem dla biofilmów. Mikroorganizmy z rodzaju Pseudomonas, Rhodococcus czy grzyby Aspergillus wytwarzają enzymy (PETazy, lakkazy, kutinazy), które są w stanie rozkładać niektóre tworzywa sztuczne.
Sztuczne mokradła a klimat – kłopotliwe sprzężenie zwrotne
Na funkcjonowanie sztucznych mokradeł zasadniczy wpływ ma temperatura. Zimą różnorodność bakterii spada, a aktywność procesów, takich jak nitryfikacja czy denitryfikacja, wyraźnie maleje. Latem wzrost temperatury przyspiesza rozkład materii, ale zbyt wysokie wartości mogą zakłócać stabilność ekosystemu.
Zmiana klimatu – wahania temperatur, susze czy gwałtowne opady – wpływają na mikroflorę sztucznych mokradeł. Podtopienia mogą wypłukiwać mikroorganizmy, a okresy suszy ograniczają ich aktywność. Dlatego projektowanie nowoczesnych systemów wymaga uwzględnienia odporności na ekstremalne zjawiska pogodowe.
Jest i druga strona medalu. Sztuczne mokradła są skuteczne w oczyszczaniu ścieków, ale stanowią źródło gazów cieplarnianych: metanu (CH4), podtlenku azotu (N2O) i dwutlenku węgla (CO2). Metan powstaje w strefach beztlenowych, szczególnie przy wysokiej temperaturze i dużym obciążeniu organicznym, N2O pojawia się przy niepełnej denitryfikacji, a CO2 – w wyniku oddychania tlenowego mikroorganizmów.
Aby ograniczyć emisje, badacze zalecają m.in. stosowanie roślin mających zdolność napowietrzania strefy korzeniowej (ROL), dodawanie biocharu (ulepszacz gleby o wysokiej zawartości węgla) lub materiałów bogatych w żelazo, a także okresowe napowietrzanie, które ogranicza procesy metanogenezy.
W stronę technologii przyszłości
Autorzy badania sugerują, iż kierunek rozwoju sztucznych mokradeł powinien łączyć ekologię z gospodarką obiegu zamkniętego. W nowoczesnych projektach planuje się odzyskiwanie składników odżywczych (azotu i fosforu) do produkcji nawozów, wytwarzanie energii w ogniwach mikrobiologicznych oraz stosowanie nowych materiałów – biocharu czy mediów inżynieryjnych – poprawiających wydajność procesów.
Choć sztuczne mokradła są tanie i przyjazne środowisku, mają też ograniczenia: potrzebują dużych powierzchni, długiego okresu rozruchu i cechują się zmienną skutecznością w usuwaniu fosforu i mikrozanieczyszczeń. Mogą także emitować gazy cieplarniane i stać się rezerwuarem genów oporności na antybiotyki. To problemy, którym trzeba będzie stawić czoła.
W ocenie autorów badania sztuczne mokradła są tanim i skutecznym pomysłem na naturalne oczyszczanie dzięki mikroorganizmów, który doskonale wpisuje się w ideę zrównoważonego rozwoju. W przyszłości ich skuteczność może wzrosnąć, dzięki integracji biotechnologii, nowych materiałów oraz precyzyjnego monitoringu mikrobiologicznego.
Źródło:
Kumari, A.; Raj, S.; Singh, S.K.; Verma, K.K.; Mishra, P.K. Ecological Functions of Microbes in Constructed Wetlands for Natural Water Purification. Water 2025, 17, 2947. https://doi.org/10.3390/w17202947
![Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie zyskał nowych profesorów [ZDJĘCIA]](https://radio.lublin.pl/wp-content/uploads/2025/11/EAttachments9101954ea1cc93c2af88cf0dbb2f24a230890b3_xl.jpg?size=md)
