FTALÁTY BIOREMEDIACE IN SITU. Mgr. Jiří Kamas, Ing. Jiří Mikeš (EPS, s.r.o.)

Transkript

1 KONTAMINACE SATUROVANÉ ZÓNY FTALÁTY BIOREMEDIACE IN SITU Mgr. Jiří Kamas, Ing. Jiří Mikeš (EPS, s.r.o.)

2 BIOREMEDIACE Bioremediace je souhrnný termín pro technologie odstraňování polutantů, které využívají biologického systému/ů (mikroorganismy, rostliny) k úplnému Vlastnosti organismů rozkladu nebo Bi d transformaci různých nežádoucích chemických sloučenin na látky méně nebezpečné, v ideálním případě na CO 2 a vodu. Faktory prostředí Bioremedace Vlastnosti kontaminantů

3 FTALÁTY - DEHP Bis-ethylhexyl ftalát (DEHP) 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/cm 3 ) Vysoká afinita k sorpci na TOC (Log Kow 7,5 9,6) Změkčovadlo Přísada do PVC Hračky, stavební materiály, střešní krytiny, podlahy, kabely, pomůcky v medicíně Při vysoké koncentraci vliv na reprodukci

4 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 alkoholů lů a uhlíkatých h řetězců 5) oxidace (vznik mastných kyselin) 6) zapojení do ß-oxidace metabolismu 7) konečný produkt CO 2 a H 2 O

5 Bioremediace ftalátů Proces biodegradace DEHP byl popsán v různých systémech odpadní kaly (Roslev a kol. 1998, Chang a kol. 2007) Mikroorganismy, které poměrně dobře rozkládají ftaláty, jsou aerobní nebo fakultativně anaerobní bakterie. Mezi tyto mikroorganismy patří: 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 -Rhodococcus erythropolis (Siglova a kol. 2009)

6 Charakteristika lokality HISTORIE LOKALITY PŘÍRODNÍ PODMÍNKY Průmyslová zóna Koeficient filtrace 3, m/s V 80 letech havárie cisterny, únik 25 m 3 Pórovitost 0,25 Prioritním kontaminantem DEHP Hydraulický gradient 0,001 Realizováno dlouhodobé sanační čerpání intenzifikované promýváním Kontaminace na omezeném prostoru zasahující NZ a SZ. Silně ulehlé písky, písčité štěrky, do 2 m p.t. navážky hlinito písčité, úlomky hornin, betonů. Po ukončení čerpání se objevuje volná fáze na hladině p.v. v podobě filmu

7 Geologie

8 Průzkum lokality 4 5 m p.t. 2 3 m p.t. Kontaminace zemin: 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 = µg/l

9 Průzkum lokality 0 0 č.1 č Polní resistivimetrie - obr. č.1 přirozený stav - obr. č.2 uměle označený vodní sloupec ve vrtu (NaCl) metrech od terén nu HPV v HPV v metrech od terén nu Převládající proudění p.v. - V hloubce 3,2 m p.t. - V hloubce 4,7 m p.t Konduktivita µs/cm Konduktivita µs/cm Kontaminace DHPE byla organolepticky zjištěna v zóně kolísání HPV 1,8 2,5 m p.t. nad intezivním i prouděním p.v.

10 Schéma lokality Prostor pilotního testu: okolí vrtu HV-1, rozměr 10 x 20 m.

11 Sanační metody Technologie EPS-ft Bioremediační technologie založená na kombinaci fyzikálních sanačních metod a biodegradace ftalátů pomocí bakteriálních kmenů. Dílčí aplikované sanační metody Sanační č čerpání á í + dekontaminace vod Promývání vodou a PAL Air sparging Aplikace živin a bakteriálního roztoku

12 Sanační metody Sanační čerpání - Konstantní snížení 15 cm na centrálním vrtu, čištění vod gravitačně sorpční odlučovač, objem 4 m 3, j Promývání - Mělké sondy do 2 m p.t. perforace 1,7 1,9 m, přečištěná voda, PAL, celkem 9 ks. Air-sparging - Sondy do 4-5mpt p.t. perforace38 3,8 40a48 4,0 4,8 5,0, dmychadlo 40 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 bioreaktory 4 a 1 m 3.

13

14

15 Monitoring sanace NESATUROVANÁ ZÓNA Koncentrace plynů v půdním vzduchu Funkčnost zasakování SLED A ŘÍZENÍ měření průtoku, odečet vodoměrů, tlaku dmychadla, dl elektriky, záznamy o aplikaci SATUROVANÁ ZÓNA Hydrochemické parametry Záměr hladin p.v. Koncentrace: - Nutrientů - Kultivace - RT - UCHR - ftaláty (DEHP, DIBUF)

16 Monitoring: Nesaturovaná zóna Anagas CD 98 plus O 2, CO 2 Objem sond 0,2 l Q=120 ml/min 3 respirační sondy 2 ks in situ 1 ks pozadí minimální rozdíl

17 Nesaturovaná zóna půdní vzduch 22 půdní vzduch O 2 obje emová % průměr pozadí půdní vzduch CO 2 průměr pozadí objemová %

18 Monitoring: Saturovaná zóna Průtočná cela + sondy WTW Vakuová filtrace 0,45 µm Peristaltická pumpa Čerpadla gigant Dataloggery Solinst

19 Saturovaná zóna Automatické sledování HPV, EC a teploty v čerpaném vrtu Záznam konduktivita CONDUCTIVITY LEVEL Temp x : : : : :00 0

20 Saturovaná zóna - EC Konduktivita 1750 HV-1 MS-1 HV µs/cm

21 Saturovaná zóna - O 2 12 rozpuštěný kyslík 10 HV-1 MS-1 8 HV-5 mg/l

22 Saturovaná zóna - ph, OPR H 10 ph 8 6 HV-1 MS-1 HV ORP H 300 HV-1 mv 200 MS-1 HV

23 Saturovaná zóna - nutrienty HV-1 MS-1 HV-5 PO 4 3- mg/l 1 0,1 0, HV-1 MS-1 HV-5 10 NH 4 + mg/l 1 0,1 0,

24 Saturovaná zóna - HMO 1,0E+07 HV-1 HMO 1,0E+06 MS-1 HV-5 10E 1,0E+0505 KTJ/ml 1,0E+04 1,0E+03 1,0E

25 Saturovaná zóna - DMO 1,0E+06 HV-1 DMO 1,0E+05 MS-1 HV-5 1,0E+04 KTJ/ml 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 1,0E

26 Saturovaná zóna - Respirační test 100 Respirační test HV-1 80 MS-1 MS-2 HV-5 mg CO2/l*den

27 Saturovaná zóna - ftaláty 1,0E+04 DEHP HV-1 1,0E+03 MS-1 DEHP µg/l 1,0E+02 1,0E+01 1,0E DiBuf [µg/l] HV-1 HV-5 MS-1 HV-2 MS <10 <10 < <1 <1 <1 < , <1 <1 < <1,0 < <1 <1 <1 DOF [µg/l] HV-1 HV-5 MS-1 HV-2 MS ,3 2,7 2, < ,5 2, , ,5 <1 28 Limit Σ Ftalátu µg/l

28 Mikrobiologické testy PŘÍPRAVA INOKULA METODIKA STANOVENÍ DMO - Nový druh inokula - Absence volné fáze - Absence volné fáze - Optimalizace dávkování nutrientů - Úprava metodiky stanovení DMO - Čas přípravy dávkování na lokalitě

29 Příprava inokula 1,00E+09 1,00E A1 A2 B1 B2 O.D 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 KTJ/ml 1,00E+07 1,2 11 1,1 D.O. 1,00E ,9 0,8 1,00E čas [hod] 0,7

30 Příprava inokula 1,00E+08 1,00E+07 A - jednorázové dávkování B - jednorázové dávkování C - kontinuální dávkování D - dělené dávkování l KTJ/m 1,00E+06 1,00E+05 1,00E čas [dny]

31 Mikrobiologické testy PŘÍPRAVA INOKULA METODIKA STANOVENÍ DMO - Zdroj N a P (standardní hnojiva) - Zdroj C sacharóza, rozpuštěné ftaláty z vody lokality - DMO byly stanovovány na půdách agaru vyvařeném ve sterilované vodě z lokality obsahující ftaláty. - Kmeny EPS ft v bioreaktorech na lokalitě tvořily 50-60% přítomných kultivovatelných mikroorganismů

32 ZÁVĚR V rámci uskutečněného pilotního testu bioremediační technologie EPS-ft bylo ověřeno, že bakteriální kmen Rhodococcus erythropolis je schopný rozkládat DEHP. Během pilotního testu byly v horninovém prostředí navozeny vhodné podmínky pro průběh bioremediace (O 2, ph, koncentrace nutrientů NaP). Po ukončení testu byl splněn sanační cíl snížení koncentrace DEHP pod 1 mg/l.

33 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, Russia. 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: 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: 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: LIANG, D. W., ZHANG, T., FANG H. P., HE J. (2008) Phthalates biodegradation in the environment Appl Microbiol Biotechnol (2008) 80: DOI /s ROSLEV, P., MADSEN, P. L., THYME, J. B., HENRIKSEN K. (1998) Degradation of Phthalate t and Di (2 Ethylhexyl)phthalate l) hth l t by Indigenous and Inoculated Microorganisms in Sludge Amended Soil Applied and Environmental Microbiology, December 1998, p , 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. STAPLES CA, PETERSON DR, PARKERTON TF, ADAMS WJ (1997) The environmental fate of phthalate esters: a literature review. Chemosphere 35: 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:

34 KONEC