Embed Size (px)
Citation preview
KLJUČNI PARAMETRI BIOREMEDIJACIJE
Beograd
2018.
dr Jelena S. Avdalović, dipl. inž. tehnologije
Institut za hemiju, tehnologiju i metalurgiju, Univerzitet u Beogradu
Seminar i radionica: Zaštita životne sredine
prevencija, monitoring i remedijacija - svetska i naša iskustva
Poslednjih godina se sve više upotrebljava za sanaciju naftnog
zagadjena bioremedijacija - efikasna, ekonomski
isplativa zelena metoda koja je potpuno u skladu sa principima
održivog razvoja, jer ne generiše nikakvu vrstu otpada, a oslanja
se na procese koji u prirodi spontano teku, samo su sada usmereni
i intenzivirani.
BIOREMEDIJACIJA
proces koji koristi nepatogene
mikroorganizme i/ili njihove enzime da
životnu sredinu prečisti i vrati u stanje
pre zagađenja!
SUŠTINA BIOREMEDIJACIJE
“BIOLOŠKI AGENS”
MIKROORGANIZMI
ŠTETNA/E
SUPSTANCA/E
SUPSTANCE
KOJE NEMAJU
ŠTETNE EFEKTE
NA OKOLINU
(I ČOVEKA)
+ BIOMASA
PRAVA “ZELENA” I “ZERO WASTE”
TEHNOLOGIJA!!!
Biorazgradnja se uglavnom zasnivaju na oksido - redukcionim
procesima, što znači da su nam potrebni donor elektrona i
akceptor elektrona. U našem slučaju je donor ugljovodonik, a
akceptor je kiseonik.
FAKTORI KOJI UTIČU NA PROCESE BIODEGRADACIJE NAFTNIH
UGLJOVODONIKA
KARAKTERISTIKE
UGLJOVODONIKA
•Hemijska struktura
•Koncentracija
Odsustvo toksičnosti
Odsustvo metabolita
Odsustvo protozoa
MIKROORGANIZMI
•Rast
•Fiziologija
•Genetska nadmoćnost
•Metabolička raznovrsnost
•Enzimologija
KARAKTERISTIKE
ZEMLJIŠTA
•Kiseonik
•Tekstura, Vlaga, pH
•Temperatura
•Hranljive supstance
•Surfaktanti
NAJBOLJI MIKROORGANIZMI ZA
BIOREMEDIJACIJU SU
IZOLOVANI SA SAMOG MESTA
ZAGAĐENJA ODNOSNO IZ SAMOG
ZAGAĐIVAČA !
“Konzorcijum mikroorganizama”
Na prvom mestu su mikroorganizmi sa kapacitetom da
sintetišu enzime koji mogu razložiti ciljane
zagađujuće supstance.
MIKROORGANIZMI
Hemijski sastav nafte zavisi od mesta njenog nalaženja i veoma je
složen – nafta je smeša velikog broja ugljovodonika i srodnih
komponenti koji se grupišu u četiri frakcije:
1. Zasićeni ugljovodonici (alkani normalnog i račvastog niza i
cikloalkani).
2. Aromatični ugljovodonici (mono- i policiklični ugljovodonici koji mogu
da imaju i alkil-bočni niz).
3. NSO jedinjenja (jedinjenja azota, sumpora i kiseonika).
4. Asfalteni (visokomolekulska aromatična jedinjenja ili smeše
jedinjenja sa većim brojem kondenzovanih aromatičnih prstenova i
većim brojem heteroatoma).
PRIRODA I
KOLIČINA
UGLJOVODONIKA
Strukturne formule pojedinih komponenti nafte
Efikasnost bioremedijacije je u direktnoj vezi sa hemijskom
strukturom zagađujuće supstance (n-alkani dugog niza se
asimiliraju lakše nego n-alkani kratkog niza, aromatična frakcija
male molekulske mase je biodegradabilnija nego aromatična
frakcija velike molekulske mase).
Relativna brzina razgradnje ugljovodonika nafte i njenih derivata se
smanjuje u nizu: n-alkani > račvasti alkani > n-alkil aromatična
jedinjenja male molekulske mase > aromatična jedinjenja sa jednim
prstenom > ciklični alkani > policiklični aromatični ugljovodonici >>
asfalteni (najrezistentniji na biorazgradnju).
KARAKTERISTIKE ZEMLJIŠTA
Hranljive supstance
Optimalan odnos
C:N:P:K=100:10:1:0,1
Dodatak hranljivih supstanci
je BIOSTIMULACIJA , a može
se koristiti mineralno ili
stajsko đubrivo.
Kiseonik
Da bi se povećala koncentracija
kiseonika u zemljištu, koriste se
prevrtanje, mešanje, prinudna
aeracija, a nekad se dodaju i
alternativni izvori kiseonika kao
što su vodonik-peroksid ili
magnezijum-peroksid.
Vlaga
Optimala vlaga je 40-80% retencionog
kapaciteta zemljišta. Nedovoljna vlažnost
ograničava rast mikroorganizama, a
prevelika vlažnost onemogućava aeraciju.
Temperatura
Biodegradacija ugljovodonika
se može odvijati u širokom
opsegu temperatura, jer su
izolovani psihrofilni, mezofilni i
termofilni mikroorganizmi, koji
koriste ugljovodonike nafte kao
jedine izvore ugljenika i
elektrona.
Surfaktanti
Surfaktanti su jedinjenja koja
smanjuju površinski napon vode i
povećavaju rastvorljivost hidrofobnih
supstanci u vodi. Ugljovodonici se
vezuju za čestice zemljišta, pa
surfakant u porama zemljišta
potpomaže desorpciju nepolarnih
jediljenja sa čestica zemljišta, čime
se povećava njihova biosvojivost.
pH
Optimalna pH je 6-8. U slučaju
kiselijeg zemljišta, pH se podešava
dodatkom kreča, a u slučaju
alkalnog, dodaje se amonijum-sulfat.
Tekstura zemljišta
Tekstura zemljišta utiče na propustljivost, sadržaj vlage i ukupnu
gustinu zemljišta. Fino sprašena zemljišta su manje propustljiva od
zemljišta sa krupnim česticama. Zemljišta sa niskom propustljivošću
obično su slepljena i otežavaju prenos vode, vazduha i hranljivih
supstanci. Ovakvom zemljištu se prilikom bioremedijacije dodaju
agensi (slama ili piljevina) radi postizanja željene teksture. Na brzinu
degradacije zagađivača u kontaminiranom zemljištu utiče i sadržaj
gline, organske supstance i udeo pojedinih frakcija peska. Zemljište u
kome se u većoj količini nalaze pesak i šljunak poseduje dobru
drenažnu sposobnost i propustljivo je za vazduh.
Odsustvo visokih koncentracija supstanci, koje
mogu biti toksične za mikroorganizme.
Odsustvo metabolita koji mogu usporiti
mikrobiološku aktivnost.
Odsustvo protozoa koje se ponašaju kao
predatori na bakterije koje vrše degradaciju
zagađujućih supstanci.
Dokaz prethodnog izlaganja!!!
Eksperiment se sastojao iz pet haldi, pri čemu je masa svake halde
iznosila oko 45 kg (pesak ~33,75 kg; piljevina ~3,75 kg; i kontaminant
(mazut) ~7,49 kg). Sve halde su sadržale navedene sastojke u istoj
količini kao i slepa proba, samo su se razlikovale u uslovima pod
kojima je izvedena biodegradacija. Eksperiment bioremedijacije je
trajao 170 dana.
• Prva halda (I) se sastojala iz peska, piljevine i zagađivača, nazvana je
sirova halda, i predstavlja slepu probu.
• Druga halda (II) je predstavlja aerisanu haldu, sastojala se iz istih
komponenata kao i prva, i mešana je jednom mesečno, kako bi se
postigao efekat aeracije.
• Treća halda (III) je biostimulisana halda, jer je pored peska, piljevine i
zagađivača sadržala i izvore azota, fosfora i kalijuma (amonijum-nitrat,
kalijum-difosfat i kalijum-hlorid). Količine azota, fosfora i kalijuma koje
su dodata u skladu su sa odnosom C :N :P:K =100:10:1:0,1.
• Četvrta halda (IV) predstavlja je biostimulisanu i aerisanu haldu.
Sastojala se iz peska, piljevine, zagađivača, amonijum-nitrata, kalijum-
difosfata i kalijum-hlorida, i mešana je jednom mesečno.
• Peta halda (V) je predstavlja inokulisanu haldu, u kojoj je bilo sve
zastupljeno kao i u četvrtoj haldi, uz dodatak umnoženog konzorcijuma
mikroorganizama, izolovanog iz kontaminanta. Reinokulacija je rađena
svakih trideset dana.
U zavisnosti od mesta primene, bioremedijacija se može podeliti na:
"In situ" (primenjuje se na lokaciji gde je prisutno zagađenje).
"Ex situ" (primenjuje se na lokaciji koja je udaljena od zagađenje).
Izolacija i selekcija mikroorganizama u laboratorijskim
uslovima, a zatim umnožavanje u bioreaktoru
29
PROJEKTOVANA GOMILA-HALDA-OTVORENI BIOREAKTOR
Rezervoar Pumpa/Filter za vazduh
Vodonepropusni sloj
Zagađeno zemljište
30
IZGRADNJA HALDE
Homogenizacija zemlje Postavljanje cevi za aeraciju
Mešanje zemlje pre nanošenja na haldu
Nanošenje zemlje Sistem oluka za sakupljanje procedne tečnosti
Konačan izgled halde
31
Izgled gasnih hromatograma tokom procesa bioremedijacije
Detaljnu karakterzaciju akvifera i zagađivača.
Zagadjivač nam daje informaciju i izvodljivosti procesa
bioremedijacije.
Geometrija akvifera, nivo vode i njegova fluktuacija, pravac i
brzina toka, struktura zemljišta iznad podzemnog toka određuju
gde i kako treba postaviti bunare za ubrizgavanje i ispumpavanje.
Neophodno je da prostor između injekcionog i crpnog bunara
obuhvata kontaminirani prostor, vodeći računa o toku podzemnih
voda.
BIOREMEDIJACIJA PODZEMNIH VODA
-Šema zatvorenonog bipolarnog sistema:1-injekcioni bunar, 2-
crpni bunar, 3-kontaminirano područje, 4-tok pdzemne vode, 5-
nezasićena zona, 6-nivo podzemne vode, 7-nepropusno dno, 8-
filtraciona kolona, 9-rezervoar nutrijenata
Bipolarni model sa recirkulacijom podzemnih voda pomoću crpnih i
injekcionih bunara
Na slikama su prikazani hromatogrami uzorak sedimenta na
početku na kraju bioremediacionog tretmana.
Na slikama su prikazani hromatogrami uzorak sedimenta na
početku na kraju bioremediacionog tretmana.
Stepen
razgradnje
je 88%
Na slikama su prikazani hromatogrami uzoraka
podzemnih voda na početku na kraju bioremedijacionog
tretmana
Na kraju procesa
bioremedijacije,
nivo ukupnih
naftnih
ugljovodonika je
bio daleko niži od
MDK definisane
zakonskom
regulativom što
nam ukazuje na to
da je proces
bioremedijacije bio
veoma uspešan.
Stepen
razgradnje
je 71%.
Prednosti bioremedijacije
Metoda koja ne narušava prirodan balans životne sredine.
Zelena tehnologija, koja ne generiše otpad, i kao takva se uklapa u
strategiju održivog razvoja.
Efikasna, ekonomski isplativa (njena cena je niža u poređenju sa
drugim metodama).
Nedostaci bioremedijacije
Ne može se primeniti za polutante koji nisu biodegradabilni.
Ne može se primeniti kada je koncentracija zagađujućih supstanci
veoma visoka, tako da ometa rast bilo kog mikroorganizma.
Bioremedijacija traje duže od ostaliih metoda tako da nije primenljiva
kada je potrebno hitno saniranje zagađenja.
Veliki nedostatak bioremedijacije je to što prilikom razgradnje
zagađivača mogu nastati jedinjenja koja su toksičnija od polaznih.
HVALA NA PAŽNJI !
