Obr. 8.3.1: Vymezení pojmu "bioremediace" v širším rámci technologie ochrany prostředí
Mikrobiologické procesy probíhající v podpovrchových vrstvách zeminy
Mikroorganismy představují zdaleka nejvýznamnější skupinu organismů podílejících se na biotransformačních dějích. Význam mikroorganismů při biotransformaci kontaminujících látek vyplývá zejména z vysoké rychlosti reprodukce a následně také obrovské přizpůsobivosti a schopnosti vytvářet množství typů. Mikroorganismy lze rozdělit do tří hlavních skupin - 1) bakterie (jednobuněčné organismy), 2) aktinomycety (vláknité jednobuněčné organismy vykazující jak vlastnosti bakterií tak i vlastnosti hub a 3) houby (plísně a kvasinky). Bakterie jsou dominantními mikroorganismy v saturované zóně, zatímco aktinomycety a houby mohou vykazovat značnou aktivitu v té části zeminy, do níž zasahuje kořenový systém. Bakterie mohou být dále rozděleny na bakterie heterotrofní (vyžadující pro svůj růst organickou hmotu) a autotrofní (schopné růstu na bázi anorganického uhlíku, včetně oxidu uhličitého). Dále lze bakterie rozdělit na aerobní (vyžadující kyslík) a anaerobní (nevyžadující kyslík). Anaerobní mikroorganismy se mohou dále dělit na striktně anaerobní (na které působí kyslík toxicky) a na fakultativně anaerobní (které mohou existovat i v prostředí obsahujícím kyslík). Mikroorganismy jsou všudypřítomné v povrchních i hlubokých vrstvách zeminy. Mikroorganismy se adaptovaly k životu v zásadě v kompletním spektru podmínek okolního prostředí, které lze na zemském povrchu nalézt. Jsou schopny existence při teplotách dosahujících až 100°C a koncentracích solí dosahujících až 300 g/l.
Zásadním faktorem ovlivňujícím mikrobiální aktivitu v zemině je velikost částic (respektive distribuce velikosti částic) daného typu zeminy. Mineralizace organických látek například v písčitém sedimentu probíhá výrazně rychleji nežli například v sedimentu jílovitém, a to i přes skutečnost, že počet mikroorganismů v jílovitém sedimentu je vyšší. Dalšími faktory ovlivňujícími mikrobiální aktivitu jsou: dostupnost živin, redox podmínky, povrchová aktivita tuhé matrice.
Bioremediace všeobecně, a bioremediace v uspořádání in-situ zvlášť je multidisciplinární technologií. K jejímu úspěšnému zvládnutí je zapotřebí kombinovat znalosti zejména z oblasti chemického inženýrství, hydrologie a mikrobiologie. Jiný nežli multidiscliplinární přístup k bioremediace zpravidla nevede k úspěchu.
Aerobní versus anaerobní degradace
Při aerobní degradaci slouží kyslík jako akceptor elektronů a je přeměňován na vodu, přičemž dochází k uvolnění energie, která může být daným mikroorganismem využita při metabolických procesech. Z této reakce může být získáno více energie (125,1 kJ) nežli z potenciálně možných konkurenčních anaerobních reakcí. Následně bude tedy tato reakce probíhat přednostně tak dlouho dokud bude v podzemní vodě přítomen kyslík. Toxicita kyslíku vůči striktně anaerobním bakteriím potom navíc bude inhibovat anaerobní aktivitu.
Praktický význam výše zvýrazněného rozlišení bioremediačních procesů na aerobní a anaerobní je dán skutečností, že řada důležitých kontaminantů nepodléhá aerobnímu rozkladu (nebo se aerobně rozkládá pouze v přítomnosti jiného, nežádoucího nutrientu), zatímco za anaerobních podmínek k jejich rozkladu dochází. Příkladem takových kontaminantů jsou chlorované uhlovodíky včetně PCB. Anaerobní rozkladné procesy jsou typické například pro skládky odpadu. Pokud jde o kontaminované zeminy, v zásadě všechny bioremediační technologie aplikované v současné době v České republice vycházejí z aerobních procesů, které jsou vhodné zejména pro likvidaci ropných uhlovodíků.