BIOLOGICKÉ SANAČNÍ METODY

Prezentace na téma: "BIOLOGICKÉ SANAČNÍ METODY"— Transkript prezentace:

1 BIOLOGICKÉ SANAČNÍ METODY
Ing. Vít Matějů ENVISAN-GEM, a.s. Biotechnologická divize Biologické sanační metody I

2 Biologické sanační metody I
O ČEM TO BUDE? Základní informace o biologických metodách sanace, jejich principech, možnosti použití, základy biochemických reakcí, přenos hmoty, limitující faktory, výhody a nevýhody Biologické technologie pro odstranění chlorovaných ethylenů, ropných uhlovodíků, aromatických uhlovodíků, přirozená atenuace, inženýrské a mikrobiologické aspekty sanací Biologické sanační metody I

3 CO TO JE HORNINOVÉ PROSTŘEDÍ ?
Hladina Podzemní vody Saturovaná zóna Nesaturovaná zóna Zvodeň, kolektor Biologické sanační metody I

4 POLUTANTY – DNAPL, LNAPL
Biologické sanační metody I

5 POLUTANTY – DNAPL, LNAPL
Biologické sanační metody I

6 Biologické sanační metody I
ZPŮSOB APLIKACE IN-SITU – na místě bez těžby pevných materiálů, bez čerpání vyčerpávání podzemní vody EX-SITU – po vytěžení pevných materiálů nebo vyčerpání podzemní vody a přemístění z kontaminované lokality ON-SITE – po vytěžení nebo vyčerpání na kontaminované lokalitě OFF-SITE – po vytěžení nebo vyčerpání mimo kontaminovanou lokalitu Biologické sanační metody I

7 Biologické sanační metody I
ZPŮSOBY APLIKACE Nesaturovaná zóna in-situ - bioventing Saturovaná zóna in-situ – biosparging, bioslurping, bariéry, přirozená atenuace Vytěžená zemina ex-situ nebo on-site, suspenzní bioreaktory Vyčerpaná podzemní voda na povrchu (pump & treat) – čištění v bioreaktorech Čištění půdní vzduchu – čištění v biofiltrech Biologické sanační metody I

8 BIOLOGICKÉ SANAČNÍ METODY
Anorganické polutanty Redukce sulfátu Fytoremediace Mokřady Biosorpce Bioimobilizace Biostabilizace Biologická redukce a oxidace kovů a radionuklidů Přirozená atenuace Biofiltrace Denitrifikace Organické polutanty Bioventing Biosparging Bioslurping Bioaugmentace Fytoremediace Bioimobilizace Biosorpce Kompostování Aerobní rozklad polutantů v zeminách Landfarming Kometabolismus Přirozená atenuace Biofiltrace Biologické sanační metody I

9 Biologické sanační metody I
BIOREMEDIACE IN-SITU DEFINICE bioremediace in-situ : Využití přirozených mikroorganismů k tomu, aby transformovaly, rozložily nebo imobilizovaly polutant přítomný v saturované zóně CÍL: Odstranit nebezpečné vlastnosti polutantu(ů) tak, aby vzniklé látky již nepůsobily nebezpečí pro lidské zdraví a životní prostředí Biologické sanační metody I

10 Biologické sanační metody I
OBECNÉ SCHÉMA Biologické sanační metody I

11 BIOVENTING, BIOSPARGING
Biologické sanační metody I

12 Biologické sanační metody I
BIOVENTING Biologické sanační metody I

13 Biologické sanační metody I
BIOVENTING Biologické sanační metody I

14 AIR SPARGING, BIOSPARGING
Biologické sanační metody I

15 Biologické sanační metody I
BIOREMEDIACE EX SITU SLURRY PHASE Biologické sanační metody I

16 Biologické sanační metody I
BIOREMEDIACE EX SITU Biologické sanační metody I

17 Biologické sanační metody I
BIOREMEDIACE EX SITU Biologické sanační metody I

18 Biologické sanační metody I
LANDFARMING Biologické sanační metody I

19 Biologické sanační metody I
PŘIROZENÁ ATENUACE BIODEGRADACE cca 95 % odstraněného znečištění Biologické sanační metody I

20 Biologické sanační metody I
PŘIROZENÁ ATENUACE Biologické sanační metody I

21 Biologické sanační metody I
BIOFILTRACE Biologické sanační metody I

22 Biologické sanační metody I
BIOFILTRACE Biologické sanační metody I

23 Biologické sanační metody I
ZÁSADA Mikroorganismy pro nás nepracují, protože to my chceme, ale proto, že jim to přináší různé výhody, především energii pro množení a tvorbu biomasy a pro nezbytné fyziologické pochody Pokud jim zlepšíme podmínky v prostředí, pracují o to lépe. Biologické sanační metody I

24 Biologické sanační metody I
BEZE SLOV Biologické sanační metody I

25 Biologické sanační metody I
BIOLOGICKÝ ROZKLAD AEROBNÍ - v přítomnosti kyslíku (alifatické uhlovodíky, některé chlorované ethyleny, aromatické uhlovodíky, fenoly) ANAEROBNÍ – bez přítomnosti kyslíku (pentachlorfenol, tetrachlorethylen, aromatické uhlovodíky, organické kyseliny, nitroaromatické sloučeniny – TNT, RDX, HRX Biologické sanační metody I

26 SCHÉMA AEROBNÍHO MIKROBIÁLNÍHO METABOLISMU
CO2 + H2O + biomasa Biologické sanační metody I

27 Biologické sanační metody I

28 MECHANISMY BIODEGRADACE
Biologické sanační metody I

29 MECHANISMY BIODEGRADACE
Biologické sanační metody I

30 AEROBNÍ DEGRADACE n-ALKANŮ
Biologické sanační metody I

31 AEROBNÍ DEGRADACE AROMATICKÝCH UHLOVODÍKŮ
Biologické sanační metody I

32 REDUKTIVNÍ DEHALOGENACE
Biologické sanační metody I

33 AEROBNÍ DEGRADACE NAFTHALENU
Biologické sanační metody I

34 AEROBNÍ DEGRADACE POLYAROMATICKÝCH UHLOVODÍKŮ
Biologické sanační metody I

35 Biologické sanační metody I
ENERGETICKÁ NÁROČNOST ANAEROBNÍHO ROZKLADU Biologické sanační metody I

36 Biologické sanační metody I
KDE NAJÍT INFORMACE University of Manitoba Biocatalysis/Biodegradation Database - UM - BBD 155 metabolických cest 1029 reakcí 973 látek 642 enzymů 379 mikroorganismů 239 biotransformačních pravidel 50 organických funkčních skupin 76 reakcí nafthalen 1,2-diooxigenasy 109 reakcí toluendiooxigenasy Biologické sanační metody I

37 Biologické sanační metody I
University of Manitoba Biocatalysis/Biodegradation Database UB-BBD Pathway Prediction System Biologické sanační metody I

38 Biologické sanační metody I
JAK BY TO MĚLO BÝT Energie Biomasa Biologické sanační metody I

39 Biologické sanační metody I
JAK TO PROBÍHÁ Biologické sanační metody I

40 Biologické sanační metody I
BIOREMEDIACE ALE JAK TO JE OPRAVDU Biologické sanační metody I

41 Biologické sanační metody I
SOUHLASÍTE Biologické sanační metody I

42 Biologické sanační metody I
OMEZUJÍCÍ FAKTORY Přenos hmoty do buňky Dostupnost molekul polutantu pro mikroorganismy (sorpce, rozpustnost) Enzymatický aparát mikroorganismů Tvorba toxických metabolitů Inhibiční podmínky v prostředí (toxicita polutantů, pH, teplota, nedostatek vlhkosti, nedostatek finálních akceptorů elektronů, limitace makro a mikrobiotickými prvky …..) Neschopost odourávat některé polutanty vedle sebe (např. toluen a chlorbenzen) Biologické sanační metody I

43 RYCHLOST OMEZUJÍCÍ PRVKY
Biologické sanační metody I

44 BIOLOGICKÁ DOSTUPNOST POLUTANTU
Vymytí povrchově aktivní látkou Biologické sanační metody I

45 ROZDĚLENÍ ZBYTKOVÉHO ZNEČIŠTĚNÍ
Saturovaná zóna Nenasycená zóna Biologické sanační metody I

46 TRANSPORT HMOTY DO BUŇKY
Biologické sanační metody I

47 Biologické sanační metody I
OBOURÁVÁNÍ PAU BAKTERIE Diooxygenasa HOUBY Cyt P-450 Peroxidasy Biologické sanační metody I

48 Biologické sanační metody I
SHRNUTÍ PŘEKÁŽEK Biologické sanační metody I

49 TRANSPORT HMOTY DO BUŇKY
Biosurfaktanty, nepolární látky Biologické sanační metody I

50 DEAD-END PRODUKTY PYRENU - HOUBY
Biologické sanační metody I

51 Biologické sanační metody I
DEAD-END PRODUKTY Biologické sanační metody I

52 DEAD-END PRODUKTY PYRENU – HOUBY BÍLÉ HNILOBY
Biologické sanační metody I

53 Biologické sanační metody I
1. PROBLÉM Stanovení PAU po extrakci nepolárními rozpouštědly Biotransformační produkty jsou polární – nestanoví se, nastává pokles koncentrace PAU - HURÁÁÁÁ !!! Skutečnost Biotransformační produkty a dead-end produkty jsou ve vodě mnohem rozpustnější a tedy mobilnější, jsou však často i toxičtější, takže zemina se sníženou koncentrací PAU po biodegradaci je z hlediska životního prostředí mnohem škodlivější, má podstatně vyšší ekotoxicitu a genotoxicitu Biologické sanační metody I

54 Biologické sanační metody I
2. PROBLÉM Heterocyklické sloučeniny podléhají rovněž biotransformaci – vznikají toxičtější produkty Pentachlorfenol tvoří v technické směsi jen 30 až 35 %, jsou tedy přítomny další kongenery – ale ty se nesledují (analyticky) Vedlejší produkt z chlorace fenolu – polychlorované dioxiny!!!! Biologické sanační metody I

55 Biologické sanační metody I
CO MIKROORGANISMY UMÍ BIOTRANSFORMACE Obměna molekuly polutantu biologickou cestou, výsledek může být pozitivní i negativní BIODEGRADACE Rozklad organických látek na menší organické či anorganické molekuly MINERALIZACE Oxidace organické látky na oxid uhličitý a vodu (za uvolnění energie a tvorby mikrobiální biomasy) Biologické sanační metody I

56 Biologické sanační metody I
MIKROORGANISMY Bakterie Kvasinky Plísně Dřevokazné houby Biologické sanační metody I

57 MECHANISMY VYUŽITÍ POLUTANTŮ
NE PROTO, ŽE MY CHCEME Biologické sanační metody I

58 Biologické sanační metody I
KOMETABOLISMUS Kometabolismus je transformace organické sloučeniny organismy, které nejsou schopné tuto látku využívat jako zdroj energie. Nespecifické enzymy pro jeden substrát jsou schopné využívat i jiné látky (např. monooxygenasy) Biologické sanační metody I

59 Biologické sanační metody I
KOMETABOLISMUS Trichlorethylen (aerobně) Trinitrotoluen 1,1,1-trichlorethan MTBE Chloroform Biologické sanační metody I

60 BAKTERIE PRO BIOREMEDIACI
Pseudomonas sp. Acinetobacter sp. Micrococcus sp. Rhodococcus sp. Ralstonia metallidurans Deinococcus radiodurans Accumulibacter phosphatis Sphingomonas aromaticivorans Biologické sanační metody I

61 Biologické sanační metody I
PSEUDOMONAS P. putida P. aeruginosa P. fluorescens Biologické sanační metody I

62 Biologické sanační metody I
KVASINKY Biologické sanační metody I

63 HOUBY – NENAPLNĚNÉ NADĚJE
Biologické sanační metody I

64 Biologické sanační metody I
HOUBY - BIOREMEDIACE Tvorba exoenzymů – peroxidas – zrychlení biodegradace PAU – podobné ligninu, eliminace transportu do buňky Problém: kolonizace ošetřované půdy Veliké množství inokula – vysoká cena Tvorba dead-end produktů, výsledek horší než očekávání – spíše žádný Biologické sanační metody I

65 Biologické sanační metody I
BÍLÁ A HNĚDÁ HNILOBA Biologické sanační metody I

66 HOUBY – JAK BY TO MĚLO FUNGOVAT
Biologické sanační metody I

67 HOUBY – JAK BY TO MĚLO FUNGOVAT
Biologické sanační metody I

68 POUŽITÍ HUB, KTERÉ FUNGUJE
Biologické sanační metody I

69 Biologické sanační metody I
BIOPULPING PO PŘED Úspora cca $ 10 na 1 tunu celulosy + úspora 30 % energie Návratnost investice až 3 roky !!!! Biologické sanační metody I

70 Biologické sanační metody I

71 POKUSY O PRAKTICKÉ VYUŽITÍ DŘEVOKAZNÝCH HUB PRO BIOREMEDIACI
Earthfax Engineering, Dr. Lamar, Utah, USA ATE, česká pobočka, Dr. T.M. Vogel, původní technologie francouzská Biologické sanační metody I

72 NEVÝHODY BIOREMEDIACE
Špatný management – neznalost biologických principů Nesnadný odhad doby sanace Závislost na klimatu Tvorba transformačních produktů a dead-end produktů Nemůže být použita pro všechny polutanty Biologické sanační metody I

73 Biologické sanační metody I
VÝHODY BIOREMEDIACE Většinou nejlevnější technologie Řeší jinak neřešitelné situace Využívá přírodních procesů Rozkládá polutanty na neškodné produkty (někdy) Je možné ji aplikovat mnoha způsoby Velmi vhodná jako doplňková metoda k jiným sanačním metodám Biologické sanační metody I

74 Biologické sanační metody I
TAK CO SI O TOM MYSLÍTE? Biologické sanační metody I

75 Biologické sanační metody I
OTÁZKY ? Biologické sanační metody I

76 Biologické sanační metody I
DĚKUJI VÁM ZA POZORNOST Biologické sanační metody I