KONTAMINACE SATUROVANÉ ZÓNY
FTALÁTY – BIOREMEDIACE IN SITU
Mgr. Jiří Kamas, Ing. Jiří Mikeš (EPS, s.r.o.)
BIOREMEDIACE
• Bioremediace je
souhrnný termín pro
technologie odstraňování
polutantů, které využívají
biologického systému/ů
(mikroorganismy,
rostliny) k úplnému
rozkladu nebo
transformaci různých
nežádoucích chemických
sloučenin na látky méně
nebezpečné v ideálním
nebezpečné,
případě na CO2 a vodu.
Faktory prostředí
Vlastnosti
organismů
Bi
Bioremedace
d
Vlastnosti kontaminantů
FTALÁTY - DEHP
•
Bis ethylhexyl ftalát (DEHP)
Bis-ethylhexyl
•
Ester kyseliny ftalové, délka
postranního řetězce dodává
molekule míru nepolární
charakteru, který ovlivňuje
chování látky v prostředí
•
Průhledná látka, bez zápachu s
konzistencí rostlinného oleje
•
Nízká rozpustnost ve vodě (0,003
– 1,3 mg/l, tvorba koloidů
•
Kategorie LNAPLs (ρ = 0,98 g/cm3)
•
Vysoká afinita k sorpci na TOC
(Log Kow 7,5 – 9,6)
•
•
•
•
Změkčovadlo
Z
ěkč
dl
Přísada do PVC
Hračky, stavební materiály,
střešní krytiny, podlahy,
kabely, pomůcky v medicíně
y
koncentraci vliv na
Při vysoké
reprodukci
Bioremediace ftalátů
•
1) s rostoucí délkou postranního
řetězce dochází ke snížení
biodegradability (Xia a kol. 2004)
•
2) anaerobní degradace ftalátů je
několikanásobně pomalejší než
aerobní degradace (Staples a kol.
1997)
•
3) primární biologický rozklad
ftalátů se řídí kinetikou prvního
řádu ((Gavala a kol. 2003)) a
•
4) vysoká koncentrace ftalátů
nebo jejich metabolitů inhibují
jejich vlastní biodegradaci (Liang
a kol. 2008)
1) atak esterové vazby
2) tvorby kyseliny ftalové a
uhlovodíkových řetězců
3) degradace kyseliny ftalové
mechanismem degradace
aromatických struktur
4) vznik
ik alkoholů
lk h lů a uhlíkatých
hlík tý h
řetězců
5) oxidace (vznik mastných kyselin)
6) zapojení do ß-oxidace
metabolismu
7) konečný produkt CO2 a H2O
Bioremediace ftalátů
Proces biodegradace DEHP byl
popsán v různých systémech
Mikroorganismy, které poměrně dobře
rozkládají ftaláty, jsou aerobní nebo
fakultativně anaerobní bakterie.
•
odpadní kaly (Roslev a kol. 1998,
Chang a kol. 2007)
•
říční a jezerní sedimenty
(Azarova a kol. 2003)
•
Povrchové a podzemní vody
(Hashizume a kol. 2002),
- Sphingomonas
- Comamonas
- Pseudomonas
- Arthrobacter
- Rhodococcus
•
Kontaminované půdy (např. Chen
a kol. 2007)
Technologie EPS ft využívá
mikrooganismus
Mezi tyto mikroorganismy patří:
-Rhodococcus erythropolis
(Siglova a kol. 2009)
Charakteristika lokality
HISTORIE LOKALITY
PŘÍRODNÍ PODMÍNKY
Průmyslová zóna
Koeficient filtrace
3,5.10-4 m/s
V 80´ letech havárie cisterny, únik 25 m3
Pórovitost
0,25
Prioritním kontaminantem DEHP
Hydraulický gradient
0,001
Realizováno dlouhodobé sanační čerpání
intenzifikované promýváním
Kontaminace na omezeném prostoru
zasahující NZ a SZ.
Po ukončení čerpání se objevuje volná
fáze na hladině p.v. v podobě filmu
Silně ulehlé p
písky,
y, písčité
p
štěrky,
y, do 2 m
p.t. navážky – hlinito písčité, úlomky
hornin, betonů.
Geologie
Průzkum lokality
4 – 5 m p.t.
2 – 3 m p.t.
Kontaminace
K
t i
zemin:
i
0,0 – 1,7 m p.t. 30
mg/kg suš.
1,7 – 2,0 m p.t. X000 mg/kg suš.
2,0 – 3,0 m p.t. X000 mg/kg suš.
3,0 – 4,0 m p.t. X00 mg/kg suš.
Volná fáze ftalátů na hladině p.v.
Kontaminace podzemní vody
Volná fáze DEHP, c = 4 125 µg/l
Průzkum lokality
0
0
č.1
1
1
2
2
3
3
HPV v m
metrech od terén
nu
HPV v metrech od terén
nu
Polní resistivimetrie
č.2
4
5
-
5
6
7
7
8
8
9
0
500
1000
1500
Konduktivita µS/cm
2000
obr. č.1 přirozený stav
obr. č.2 uměle označený vodní
sloupec ve vrtu (NaCl)
Převládající proudění p.v.
4
6
9
-
0
1000
2000
Konduktivita µS/cm
3000
V hloubce 3,2
3 2 m p.t.
pt
V hloubce 4,7 m p.t.
Kontaminace DHPE byla
organolepticky zjištěna v
zóně kolísání HPV 1,8 – 2,5
m p.t.
t nad
d intezivním
i t i í
prouděním p.v.
Schéma lokality
Prostor pilotního testu:
okolí vrtu HV-1
HV-1,
rozměr 10 x 20 m.
Sanační metody
Technologie EPS-ft
• Bioremediační technologie založená na kombinaci
fyzikálních sanačních metod a biodegradace ftalátů
pomocí bakteriálních kmenů
kmenů.
Dílčí aplikované sanační metody
•
•
•
•
Sanační
S
č í ččerpání
á í + dekontaminace
d k t i
vod
d
Promývání vodou a PAL
Ai sparging
Air
i
Aplikace živin a bakteriálního roztoku
Sanační metody
Sanační čerpání
- Konstantní snížení 15 cm na centrálním vrtu, čištění vod gravitačně sorpční
odlučovač,, objem
j
4 m3
Promývání
-
Mělké sondy do 2 m p.t. perforace 1,7 – 1,9 m, přečištěná voda, PAL,
celkem 9 ks.
Air-sparging
-
Sondy do 4 - 5 m p
p.t.
t perforace 3
3,8
8 – 4,0
40a4
4,8
8 – 5,0,
5 0 dmychadlo 40 kPa
kPa,
celkem 9 ks
Bioremediace
-
Aplikace roztoku nutrientů (N a P) a biologického preparátu – apliakce do
mělkých i hlubokých sond při odstavení promývání a air-spargingu, 2 air
liftové bioreaktoryy 4 a 1 m3.
Monitoring sanace
NESATUROVANÁ ZÓNA
SATUROVANÁ ZÓNA
• Koncentrace plynů v
půdním vzduchu
• Funkčnost zasakování
• Hydrochemické parametry
• Záměr hladin p.v.
• Koncentrace:
- Nutrientů
- Kultivace
- RT
- UCHR
- ftaláty (DEHP, DIBUF)
SLED A ŘÍZENÍ
• měření průtoku, odečet
vodoměrů, tlaku
d
dmychadla,
h dl elektriky,
l kt ik
záznamy o aplikaci
Monitoring: Nesaturovaná zóna
•
•
•
•
•
•
•
•
3 respirační sondy
2 ks in situ
1 ks pozadí
minimální rozdíl
Anagas CD 98 plus
O2, CO2
Objem sond 0
0,2
2l
Q=120 ml/min
Nesaturovaná zóna – půdní vzduch
půdní vzduch ‐ O2
obje
emová %
22
18
průměr
pozadí
14
10
2.5.2010
22.5.2010
11.6.2010
1.7.2010
21.7.2010
10.8.2010
30.8.2010
19.9.2010
9.10.2010
půdní vzduch ‐ CO2
4
průměr
pozadí
objemováá %
3
2
1
0
2.5.2010
22.5.2010
11.6.2010
1.7.2010
21.7.2010
10.8.2010
30.8.2010
19.9.2010
9.10.2010
Monitoring: Saturovaná zóna
Průtočná cela + sondy WTW
Vakuová filtrace 0,45 µm
Peristaltická pumpa
Peristaltická pumpa
Čerpadla gigant
Dataloggery Solinst
Saturovaná zóna
• Automatické sledování HPV, EC a teploty v čerpaném vrtu
• Záznam
2000
250
200
konduktivitaa
1500
150
1000
100
CONDUCTIVITY
500
50
LEVEL
Temp x 10
p
0
26.8.2010 0:00
0
31.8.2010 0:00
5.9.2010 0:00
10.9.2010 0:00
15.9.2010 0:00
Saturovaná zóna - EC
Konduktivita
1750
HV-1
MS-1
HV-5
µS/cm
1250
750
250
2.5.2010
21.6.2010
10.8.2010
29.9.2010
18.11.2010
7.1.201
Saturovaná zóna - O2
rozpuštěný kyslík
12
HV-1
10
MS-1
8
mg/l
HV-5
5
6
4
2
0
2.5.2010
21.6.2010
10.8.2010
29.9.2010
18.11.2010
7.1.2011
Saturovaná zóna - p
pH,, OPRH
pH
10
HV-1
8
MS-1
HV-2
6
4
2.5.2010
21.6.2010
10.8.2010
29.9.2010
18.11.2010
7.1.2011
ORPH
400
300
HV-1
mV
MS 1
MS-1
200
HV-5
100
0
2.5.2010
21.6.2010
10.8.2010
29.9.2010
18.11.2010
7.1.2011
Saturovaná zóna - nutrienty
y
100
PO43-
HV-1
MS-1
HV-5
mg/l
10
1
0,1
0,01
22.5.2010
100
11.7.2010
30.8.2010
19.10.2010
8.12.2010
19.10.2010
8.12.2010
NH4+
HV 1
HV-1
MS-1
HV-5
mg/l
10
1
0,1
0,01
22.5.2010
11.7.2010
30.8.2010
Saturovaná zóna - HMO
HMO
1,0E+07
HV 1
HV-1
MS-1
1,0E+06
HV-5
KTJ/ml
1 0E 05
1,0E+05
1,0E+04
1,0E+03
1,0E+02
22.5.2010
11.7.2010
30.8.2010
19.10.2010
8.12.2010
Saturovaná zóna - DMO
DMO
1,0E+06
HV 1
HV-1
1,0E+05
MS-1
HV-5
KTJ/ml
1,0E+04
1,0E+03
1,0E+02
1,0E+01
1,0E+00
22.5.2010
11.7.2010
30.8.2010
19.10.2010
8.12.2010
Saturovaná zóna - Respirační
p
test
Respirační test
100
HV-1
MS-1
80
MS-2
mg
g CO2/l*den
HV-5
60
40
20
0
22.5.2010
11.7.2010
30.8.2010
19.10.2010
8.12.2010
Saturovaná zóna - ftaláty
y
DEHP
1,0E+04
HV-1
MS-1
DEHP µg/l
1,0E+03
1,0E+02
1,0E+01
1,0E+00
22.5.2010
11.7.2010
30.8.2010
19.10.2010
8.12.2010
8.6.2010
17.8.2010
20.9.2010
18.10.2010
18 11 2010
18.11.2010
5.1.2011
8.6.2010
17.8.2010
20.9.2010
18.10.2010
18 11 2010
18.11.2010
5.1.2011
HV-1
<10
<1
7,8
<1
<1 0
<1,0
<1
HV-1
4 890
197
<1
14
462
1,5
HV-5
<10
<1
DiBuf
[µg/l]
MS-1
<10
<1
HV-2
MS-2
<1
<1
<1
<1
HV-5
178
3,3
DOF
[µg/l]
MS-1
1950
2,7
<1
<1
HV-2
1,5
11
1,1
<1
Limit Σ Ftalátu 1 000 µg/l
MS-2
2,0
2,7
28
Mikrobiologické testy
PŘÍPRAVA INOKULA
METODIKA STANOVENÍ DMO
-
Nový druh inokula
Absence volné fáze
-
Absence volné fáze
-
Optimalizace dávkování nutrientů
Čas přípravy – dávkování na lokalitě
-
Úprava metodiky stanovení DMO
Příprava
p
inokula
1,00E+09
1,7
A1
A2
1,6
B1
1,5
B2
1 00E 08
1,00E+08
O.D
1,4
1,00E+07
1,2
11
1,1
1
1,00E+06
09
0,9
0,8
1,00E+05
0,7
0
10
20
30
40
50
čas [hod]
60
70
80
90
100
D.O.
KTJ/ml
1,3
Příprava
p
inokula
1,00E+08
A - jednorázové dávkování
B - jednorázové dávkování
C - kontinuální dávkování
D - dělené dávkování
KTJ/ml
1,00E+07
1,00E+06
1,00E+05
1,00E+04
0
1
2
3
čas [dny]
4
5
Mikrobiologické testy
PŘÍPRAVA INOKULA
METODIKA STANOVENÍ DMO
-
Zdroj N a P (standardní hnojiva)
Zdroj C – sacharóza, rozpuštěné ftaláty
z vody lokality
-
-
Kmeny EPS ft v bioreaktorech na
lokalitě tvořily 50-60% přítomných
kultivovatelných mikroorganismů
DMO byly stanovovány na
„půdách“ agaru vyvařeném ve
sterilované vodě z lokality
obsahující ftaláty.
ZÁVĚR
V
rámci uskutečněného pilotního testu bioremediační
technologie EPS-ft
EPS ft bylo ověřeno,
ověřeno že bakteriální kmen
Rhodococcus erythropolis je schopný rozkládat DEHP.
Během pilotního testu byly v horninovém prostředí navozeny
vhodné podmínky pro průběh bioremediace (O2, pH,
koncentrace nutrientů N a P).
Po ukončení testu byl splněn sanační cíl – snížení koncentrace
DEHP pod 1 mg/l.
literatura
•
•
•
•
•
•
•
•
•
AZAROVA, I.N., PARFENOVA, V.V., BARAM, G.I., TERKINA, I.A., PAVLOVA, O.N., SUSLOVA, M.I. (2003) Degradation of bis(2‐ethylhexyl)phthalate
by microorganisms of water and sediments of the Selenga river and Baikal Lake under experimental conditions. Limnological Insitute, Siberian Division, Russian Academy of Sciences, Irkutsk, 664033 Russia. [email protected]
CHEN, J.A., LI, X., LI, J., CAO, J., QIU, Z.Q., ZHAO, Q., XU, C., SHU, W.Q. (2007) Degradation of environmental endocrine disruptor di‐2‐
ethylhexyl phthalate by a newly discovered bacterium, Microbacterium sp strain CQ0110Y. Appl Microbiol Biotechnol 74:676–682
HASHIZUME, K., NANYA, J., TODA, C., YASUI, T., NAGANO, H., KOJIMA, N. (2002) Phthalate esters detected in various water samples and
biodegradation of the phthalates by microbes isolated from river water. Biol Pharm Bull 25:209–214
GAVALA, H.N., ALATRISTE‐MONDRAGON, F., IRANPOUR, R., AHRING, B.K. (2003) Biodegradation of phthalate esters during the mesophilic
anaerobic digestion of sludge. Chemosphere 52:673–682
LIANG, D. W., ZHANG, T., FANG H. P., HE J. (2008) Phthalates biodegradation in the environment Appl Microbiol Biotechnol (2008) 80:183–198 DOI 10.1007/s00253‐008‐1548‐5
ROSLEV, P., M
P MADSEN, P. L., T
P L THYME, J. B., H
J B HENRIKSEN K.
K (1998) Degradation
(1998) D
d ti off Phthalate
Phth l t and
d Di‐(2‐Ethylhexyl)phthalate
Di (2 Eth lh l) hth l t by Indigenous
b I di
and
d
Inoculated Microorganisms in Sludge‐Amended Soil Applied and Environmental Microbiology, December 1998, p. 4711‐4719, Vol. 64, No. 12
SIGLOVÁ, M., MIKEŠ, J., PIŠTĚK, V., MINAŘÍK, M. (2009) Bioremediace polutantů ze skupiny endokrinních disruptorů – Vývoj technologie od laboratoře po reálnou aplikaci. Sborník Sanační technologie 2009, Uherské Hradiště.
p
p
g
,
STAPLES CA, PETERSON DR, PARKERTON TF, ADAMS WJ (1997) The environmental fate of phthalate esters: a literature review. Chemosphere
35:667–749
XIA F, ZHENG PZQ, FENG X (2004) Relationship between quantitative structure and biodegradability for phthalic acid ester compounds. J Zhejiang Univ (Agri Life Sci) 30:141–146
KONEC
www.epssro.cz | [email protected]
Download

Saturovaná zóna