Anaerob bioremediáció

1. Anaerob bioremediáció Juhász Eszter (F8RKJ8) Környezetmérnök BSc 2009. 12.

2. Bioremediáció • Szennyezett talaj, talajvíz vagy felszíni vízi üledék környezeti kockázatának csökkentése biológiai módszerekkel • A technológia középpontja: élő sejtek vagy szervezetek, esetleg azok valamely termékének biodegradációs, bioakkumulációs vagy biológiai stabilizáló képessége • Optimális körülményeket biztosít a biológiai folyamatoknak az alkalmazott technológiai paraméterekkel, adalékanyagokkal • Gyakran alkalmazott bioremediációs technológiák: természetes biológiai folymatok aktiválása, bioágyas vagy prizmás talaj/üledékkezelés, talajkezelés agrotechnikai módszerekkel, bioventilláció, iszapfázísú üledék/talajkezelés, fitoremediáció. • In situ és ex situ technológiaként is alkalmazható.

3. Anaerob bioremediáció • A szennyezőanyag tömegét csökkentő természetes folyamatok elősegítésének biológiai módszerei • Mikroorganizmusok által katalizált biodegradációs folyamat. • Egyik típus: a szennyezőanyag bontásával a mikroorganizmusok energiát nyernek. • Másik típus: kometabolizmus. • A mikroorganizmusok nitrát-, szulfát-, illetve karbonátlégzésén alapszik. • Adalékanyagok alkalmazásával a természetesen jelenlévő mikroorganizmusok stimulálása, a meglévő degradációs aktivitás mértékének növelésére. • Bibiodegradáción alapuló remediációs technológia. • Kivitelezés szerint lehet in situ, és ex situ technológia is.

4. Anaerob biodegradációs folyamat • Ha a technológia nitrátlégzésen vagy szulfátlégzésen alapul: a mikroorganizmusok számára kedvező redoxpotenciált biztosítani kell NO3 vagy SO4 adagolással, vas 0 és vas II szint beállítással. Az elektrondonor pótlás nélkül idővel elfogy és a redoxpotenciál csökken, végül negatív lesz. • Ha a technológia karbonátlégzésen alapul: negatív redoxpotenciált kell biztosítanunk a talajban, ami elsősorban szulfátlégzés segítségével könnyen oxidálható szubsztrátfelesleg biztosításával elérhető. A könnyen bontható szubsztrát oxidációjához elhasználódik a rendszerbe kerülő szulfát (esetleg még maradék nitrát).

5. Metántermelés biológiai hulladékból Nem csak szennyezőanyag, de akár szerves hulladék bontására és metánná alakítására is képesek a talaj anaerob bontó mikroorganizmusai

6. Alkalmazhatóság, néhány anaerob úton bontható szennyezőanyag • Aromás vegyületek (pl. benzol) anaerob bontása: hidrolízist követő dehidrogenáz és dekarboxiláz enzimműködés révén. • Alifás klórozott szénhidrogének (tetraklór-etilén, triklór-etilén ): a lebontást reduktív dehalogénezéssel különböző anaerob baktériumok végzik. • TNT, RDX: dimetilhidrazin keletkezik, előnytelen átalakulás! • BTEX: központi intermedier benzoil coA

7. Felszín alatti szerves anyag forrás Metanogén zóna Szulfátredukció FeIII redukció Nitrát és MnIV redukció aerob Oxigénlimitált környezetben kialakuló anaerob zónák

8. A mikroorganizmusok lebontó képességének legfontosabb tényezői • Mikroorganizmusok, tiszta- és keverékkultúrák • A bontandó anyag kémiai szerkezete • Biológiai hozzáférhetőség és anyagátadás • N- és P-forrás, H-akceptorok • Szubsztrátok kometabolizmushoz • Xenobiotikum-koncentrációk

9. Anaerob bioremediációs technológia előnyei: • Mind in situ, mind ex situ technológiaként alkalmazható. • Viszonylag olcsón, nagy területek kezelése. • Talaj tulajdonságait, élővilágát, biológiai aktivitását megőrzi. • In situ kezelés esetén megengedi a terület munkálatok közbeni használatát. • Kicsi a másodlagos környezeti kockázat, technológiából való kibocsátás, energiahasználat • Alkalmazható elő- és utókezelésként, vagy kombinált technológia részeként.

10. Hátrányai: • Viszonylag időigényes. • Időjárás- és klímafüggő. • Számolni lehet szennyezőanyag maradékkal. • Enyhe fizikai-kémiai beavatkozásoknál is számítanunk kell biológiai következményekre (élő talaj esetében).

11. SWOT elemzés • Erősségek: kis költségvetésből nagy területek kezelése, környzetbarát, ökológiailag hatékony. • Gyengeségek: időigény, szakértelem-igény. • Lehetőségek: nincs oxigénigény; in situ kezelésként is alkalmazható. • Veszélyek: szennyezőanyag maradék lehet; a kiindulási anyagnál lényegesen kockázatosabb metabolitok keletkezhetnek a mikrobiológiai átalakító tevékenység során. A folyamatok megismerésével és monitorozással kivédhető.

12. Bioaugmentáció • Amikor az endogén talajmikroflóra nem megfelelő mennyiségű, összetételű vagy aktivitású és így a szennyezőanyag biodegradációját vagy más módon történő ártalmatlanítását nem képes elvégezni, talajoltóanyagot alkalmazunk. • Őslakos baktériumok felszaporítása, szelekció. • In situ biológiai remediációs technológia. • Alkalmazás: ha a szennyezőanyagot bontani képes őslakos baktériumok száma kicsi a talajban vagy talajvízben, illetve komplex szennyezések esetén • Konkrét eset: 1970, Az Exxon Valdez katasztrófája, hatalmas olajszennyezés; őslakos baktériumok segítettek a probléma megoldásában.

13. Talajoltóanyag beinjektálása: Mikroorganizmus injektálás M forrás Háromfázisú, telítetlen talaj Mikrobiális gát Oxigén/levegő injektálás Szennyezett talajvízcsóva Kétfázisú, telített talaj Felszín alatti víz áramlásiiránya

14. Valdez-i olajszennyezést követő folyamatok fotolízis párolgás Felszíni olajréteg tengerfelszín szedimentáció tengeriszervezetek tengerfenék mélytengeri szervezetek

15. Forrás: • http://www.bay.u-szeged.hu/Alkalmazott_Mikrobiologia • Mokkka lexikon • Gruiz Katalin: Biodegradáción alapuló remediáció; Szerves szennyezőanyagok biodegradációja • http://biotech.szbk.u-szeged.hu/KatiKornytudNappaliea/bachelor