BIOLOGICK

1
BIOLOGICKÉ SANACNÍ METODY

• Ing. Vít Mateju
• ENVISAN-GEM, a.s. Biotechnologická divize
• envisan_at_mbox.vol.cz

2
O CEM TO BUDE?

• Základní informace o biologických metodách
  sanace, jejich
• principech, možnosti použití, základy
  biochemických reakcí, prenos hmoty, limitující
  faktory, výhody a nevýhody
• Biologické technologie pro odstranení
  chlorovaných ethylenu, ropných uhlovodíku,
  aromatických uhlovodíku, prirozená atenuace,
  inženýrské a
• mikrobiologické aspekty sanací

3
CO TO JE HORNINOVÉ PROSTREDÍ ?
Hladina Podzemní vody
Saturovaná zóna
Nesaturovaná zóna
Zvoden, kolektor
4
POLUTANTY DNAPL, LNAPL
LNAPL
DNAPL
5
POLUTANTY DNAPL, LNAPL
6
ZPUSOB APLIKACE

• IN-SITU na míste bez težby pevných materiálu,
  bez cerpání vycerpávání podzemní vody
• EX-SITU po vytežení pevných materiálu nebo
  vycerpání podzemní vody a premístení z
  kontaminované lokality
• ON-SITE po vytežení nebo vycerpání na
  kontaminované lokalite
• OFF-SITE po vytežení nebo vycerpání mimo
  kontaminovanou lokalitu

7
ZPUSOBY APLIKACE

• Nesaturovaná zóna in-situ - bioventing
• Saturovaná zóna in-situ biosparging,
  bioslurping, bariéry, prirozená atenuace
• Vytežená zemina ex-situ nebo on-site, suspenzní
  bioreaktory
• Vycerpaná podzemní voda na povrchu (pump treat)
  cištení v bioreaktorech
• Cištení pudní vzduchu cištení
• v
  biofiltrech

8
BIOLOGICKÉ SANACNÍ METODY

• Anorganické polutanty
• Redukce sulfátu
• Fytoremediace
• Mokrady
• Biosorpce
• Bioimobilizace
• Biostabilizace
• Biologická redukce a oxidace kovu a radionuklidu
• Prirozená atenuace
• Biofiltrace
• Denitrifikace

• Organické polutanty
• Bioventing
• Biosparging
• Bioslurping
• Bioaugmentace
• Fytoremediace
• Bioimobilizace
• Biosorpce
• Kompostování
• Aerobní rozklad polutantu v zeminách
• Kompostování
• Landfarming
• Kometabolismus
• Prirozená atenuace
• Biofiltrace

9
BIOREMEDIACE IN-SITU

• DEFINICE bioremediace in-situ Využití
  prirozených mikroorganismu k tomu, aby
  transformovaly, rozložily nebo imobilizovaly
  polutant prítomný v saturované zóne
• CÍL Odstranit nebezpecné vlastnosti polutantu(u)
  tak, aby vzniklé látky již nepusobily nebezpecí
  pro lidské zdraví a životní prostredí

10
OBECNÉ SCHÉMA
11
BIOVENTING, BIOSPARGING
12
BIOVENTING
13
BIOVENTING
14
AIR SPARGING, BIOSPARGING
15
BIOREMEDIACE EX SITU
SLURRY PHASE
16
BIOREMEDIACE EX SITU
17
BIOREMEDIACE EX SITU
18
LANDFARMING
19
PRIROZENÁ ATENUACE
BIODEGRADACE cca 95 odstraneného znecištení
20
PRIROZENÁ ATENUACE
21
BIOFILTRACE
22
BIOFILTRACE
23
ZÁSADA

• Mikroorganismy pro nás nepracují, protože to my
  chceme, ale proto, že jim to prináší ruzné
  výhody, predevším energii pro množení a tvorbu
  biomasy a pro nezbytné fyziologické pochody
• Pokud jim zlepšíme podmínky v prostredí, pracují
  o to lépe.

24
BEZE SLOV
25
BIOLOGICKÝ ROZKLAD

• AEROBNÍ - v prítomnosti kyslíku (alifatické
  uhlovodíky, nekteré chlorované ethyleny,
  aromatické uhlovodíky, fenoly)
• ANAEROBNÍ bez prítomnosti kyslíku
  (pentachlorfenol, tetrachlorethylen, aromatické
  uhlovodíky, organické kyseliny, nitroaromatické
  slouceniny TNT, RDX, HRX

26
SCHÉMA AEROBNÍHO MIKROBIÁLNÍHO METABOLISMU
CO2 H2O biomasa
27
(No Transcript)
28
MECHANISMY BIODEGRADACE
29
MECHANISMY BIODEGRADACE
30
AEROBNÍ DEGRADACE n-ALKANU
31
AEROBNÍ DEGRADACE AROMATICKÝCH UHLOVODÍKU
32
REDUKTIVNÍ DEHALOGENACE
33
AEROBNÍ DEGRADACE NAFTHALENU
34
AEROBNÍ DEGRADACE POLYAROMATICKÝCH UHLOVODÍKU
35
ENERGETICKÁ NÁROCNOST ANAEROBNÍHO ROZKLADU
36
KDE NAJÍT INFORMACE

• http//umbbd.msi.umn.edu/
• University of Manitoba Biocatalysis/Biodegradation
  Database - UM - BBD
• 155 metabolických cest
• 1029 reakcí
• 973 látek
• 642 enzymu
• 379 mikroorganismu
• 239 biotransformacních pravidel
• 50 organických funkcních skupin
• 76 reakcí nafthalen 1,2-diooxigenasy
• 109 reakcí toluendiooxigenasy

37
University of Manitoba
Biocatalysis/Biodegradation Database
UB-BBD
Pathway Prediction System
38
JAK BY TO MELO BÝT
Energie Biomasa
39
JAK TO PROBÍHÁ
40
BIOREMEDIACE
ALE JAK TO JE OPRAVDU
41
SOUHLASÍTE
42
OMEZUJÍCÍ FAKTORY

• Prenos hmoty do bunky
• Dostupnost molekul polutantu pro mikroorganismy
  (sorpce, rozpustnost)
• Enzymatický aparát mikroorganismu
• Tvorba toxických metabolitu
• Inhibicní podmínky v prostredí (toxicita
  polutantu, pH, teplota, nedostatek vlhkosti,
  nedostatek finálních akceptoru elektronu,
  limitace makro a mikrobiotickými prvky ..)
• Neschopost odourávat nekteré polutanty vedle sebe
  (napr. toluen a chlorbenzen)

43
RYCHLOST OMEZUJÍCÍ PRVKY
44
BIOLOGICKÁ DOSTUPNOST POLUTANTU
Vymytí povrchove aktivní látkou
45
ROZDELENÍ ZBYTKOVÉHO ZNECIŠTENÍ
Saturovaná zóna
Nenasycená zóna
46
TRANSPORT HMOTY DO BUNKY
47
OBOURÁVÁNÍ PAU
BAKTERIE Diooxygenasa
HOUBY Cyt P-450 Peroxidasy
48
SHRNUTÍ PREKÁŽEK
49
TRANSPORT HMOTY DO BUNKY
Biosurfaktanty, nepolární látky
50
DEAD-END PRODUKTY PYRENU - HOUBY
51
DEAD-END PRODUKTY
52
DEAD-END PRODUKTY PYRENU HOUBY BÍLÉ HNILOBY
53
1. PROBLÉM

• Stanovení PAU po extrakci nepolárními
  rozpouštedly
• Biotransformacní produkty jsou polární
  nestanoví se, nastává pokles koncentrace PAU -
  HURÁÁÁÁ !!!
• Skutecnost
• Biotransformacní produkty a dead-end produkty
  jsou ve vode mnohem rozpustnejší a tedy
  mobilnejší, jsou však casto i toxictejší, takže
  zemina se sníženou koncentrací PAU po
  biodegradaci je z hlediska životního prostredí
  mnohem škodlivejší, má podstatne vyšší
  ekotoxicitu a genotoxicitu

54
2. PROBLÉM

• Heterocyklické slouceniny podléhají rovnež
  biotransformaci vznikají toxictejší produkty
• Pentachlorfenol tvorí v technické smesi jen 30
  až 35 , jsou tedy prítomny další kongenery ale
  ty se nesledují (analyticky)
• Vedlejší produkt z chlorace fenolu
  polychlorované dioxiny!!!!
• Heterocyklické slouceniny podléhají rovnež
  biotransformaci vznikají toxictejší produkty

55
CO MIKROORGANISMY UMÍ

• BIOTRANSFORMACE
• Obmena molekuly polutantu biologickou cestou,
  výsledek muže být pozitivní i negativní
• BIODEGRADACE
• Rozklad organických látek na menší organické
  ci anorganické molekuly
• MINERALIZACE
• Oxidace organické látky na oxid uhlicitý a vodu
  (za uvolnení energie a tvorby mikrobiální
  biomasy)

56
MIKROORGANISMY

• Bakterie
• Kvasinky
• Plísne
• Drevokazné houby

57
MECHANISMY VYUŽITÍ POLUTANTU
POLUTANT
NE PROTO, ŽE MY CHCEME
58
KOMETABOLISMUS

• Kometabolismus je transformace organické
  slouceniny organismy, které nejsou schopné tuto
  látku využívat jako zdroj energie.
• Nespecifické enzymy pro jeden substrát jsou
  schopné využívat i jiné látky (napr.
  monooxygenasy)

59
KOMETABOLISMUS

• Trichlorethylen (aerobne)
• Trinitrotoluen
• 1,1,1-trichlorethan
• MTBE
• Chloroform

60
BAKTERIE PRO BIOREMEDIACI

• Pseudomonas sp.
• Acinetobacter sp.
• Micrococcus sp.
• Rhodococcus sp.
• Ralstonia metallidurans
• Deinococcus radiodurans

• Accumulibacter phosphatis
• Sphingomonas aromaticivorans

61
PSEUDOMONAS
P. putida
P. aeruginosa
P. fluorescens
62
KVASINKY
63
HOUBY NENAPLNENÉ NADEJE
64
HOUBY - BIOREMEDIACE

• Tvorba exoenzymu peroxidas zrychlení
  biodegradace PAU podobné ligninu, eliminace
  transportu do bunky
• Problém kolonizace ošetrované pudy
• Veliké množství inokula vysoká cena
• Tvorba dead-end produktu, výsledek horší než
  ocekávání spíše žádný

65
BÍLÁ A HNEDÁ HNILOBA
66
HOUBY JAK BY TO MELO FUNGOVAT
67
HOUBY JAK BY TO MELO FUNGOVAT
68
POUŽITÍ HUB, KTERÉ FUNGUJE
69
BIOPULPING
PO
PRED
Úspora cca 10 na 1 tunu celulosy úspora 30
energie Návratnost investice až 3 roky !!!!
70
(No Transcript)
71
POKUSY O PRAKTICKÉ VYUŽITÍ DREVOKAZNÝCH HUB PRO
BIOREMEDIACI

• Earthfax Engineering, Dr. Lamar, Utah, USA
• ATE, ceská pobocka, Dr. T.M. Vogel, puvodní
  technologie francouzská

72
NEVÝHODY BIOREMEDIACE

• Špatný management neznalost biologických
  principu
• Nesnadný odhad doby sanace
• Závislost na klimatu
• Tvorba transformacních produktu a dead-end
  produktu
• Nemuže být použita pro všechny polutanty

73
VÝHODY BIOREMEDIACE

• Vetšinou nejlevnejší technologie
• Reší jinak nerešitelné situace
• Využívá prírodních procesu
• Rozkládá polutanty na neškodné produkty (nekdy)
• Je možné ji aplikovat mnoha zpusoby
• Velmi vhodná jako doplnková metoda k jiným
  sanacním metodám

74
TAK CO SI O TOM MYSLÍTE?
75
OTÁZKY ?
76
DEKUJI

• VÁM ZA
• POZORNOST