PROJEKT VÝZKUMU A VÝVOJE 2011 – FR–TI3/564 Vývoj sanačního modulu (SM) pro variabilní aplikace remediační technologie V roce 2010 AQUATEST zahájil konstrukci sanačního modulu, společnost EPS, s.r.o. se v roce 2011 zapojila do projektu vývoje sanačního modulu, na kterém se podílí několik řešitelů. Přehled řešitelů a jejich činností pro rok 2011:
Název a přehled činnosti I. Tématický okruh Návrh a zahájení konstrukce sanačního modulu, testování různých druhů nosičů biofilmu, příprava modulů pro dálkový monitoring a řízení technologie, vývoj řídícího software. Příprava návrhu eko-toxikologických testů a zahájení zkoušení vlivů modelově kontaminované vs. nekontaminované artificiální půdy na vybrané organismy. Vývoj cenově dostupných a snadno připravitelných magnetických adsorbentů pro odstranění cílových xenobiotik. Detailní materiálová a fyzikálně-chemická charakterizace připravených materiálů. Experimentální ověření jejich využitelnosti při práci ve větším měřítku. Studium možné aplikace magnetických, komerčně dostupných ionexů. II. Tématický okruh Detailní instrumentální analýzy aktuální kontaminace půdy a vody lokality pilotního ověření sanačního modulu. Primární analýzy aktuálního výchozího stavu přítomné mikroflóry. Laboratorní kolonové testy proveditelnosti oxidačně-redukčních sanačních technologií. Formulace modelu transportně-reakčních experimentů, sestavení simulačního softwaru. III. Tématický okruh Screening a charakterizace vhodných lokalit; výběr optimální lokality a její doplňující průzkum rozsahu a míry kontaminace. Hydrogeologický doprůzkum pilotní lokality, hydrodynamické zkoušky sběr dat pro vytvoření hydrochemického modelu lokality. Návrh a projekt sanačního modulu, zahájení konstrukce sanačního modulu. IV. Tématický okruh Metodologie studia biologických účinků elementárního Fe. Charakteristika prvního souboru znakových změn indukovaných oxidativním stresem (přítomností elementárního Fe). Komparace s populacemi paralelně exponovanými modelové huminové látce. Charakterizace populací vybraných taxonů z hlediska schopnosti kolonizovat pevný povrch. V. Tématický okruh První fáze vývoje konstrukce analyticko-monitorovací složky modulu z hlediska požadavků půdní mikrobiologie.
Řešitel
MikroChem MikroChem MikroChem MikroChem
TUL TUL TUL
AQUATEST AQUATEST AQUATEST VŠCHT VŠCHT VŠCHT
EPS
První fáze vývoje konstrukce analyticko-monitorovací složky modulu z hlediska požadavků půdní mikrobiologie Realizátor výstupu: EPS Pracovní název: Mobilní bioremediační jednotka Konstrukce takovéhoto zařízení bude velkým přínosem, díky své mobilitě, flexibilitě a možnosti operativního nasazení. Překlene vzdálenost ve dráze kontaminovaná lokalita – laboratoř. Vzhledem ke skutečnosti, že laboratoř technické mikrobiologie je srdcem veškerých bioremediačních procesů, je na tomto místě nezbytné zdůraznění i druhé roviny významu, jako primárního článku scale-up procesu přípravy bioaugmentační fáze remediace nebo jako doprovodný prvek biostimulace. Dalším důvodem realizace konstrukce jednotky je fakt, že jakákoliv úspora času a redukce transakčních nákladů je pozitivní vůči celkovému rozpočtu sanačních prací v rámci konkrétních projektů. Práce s biologickým činitelem má své specifické nároky a požadavky, mezi které patří včasné zpracování vzorku a na ně navazující rychlé rozhodnutí, jak posílit nebo jinak zužitkovat zjištěné skutečnosti. Technická mikrobiologie je ve svém zjednodušeném pojetí uchopitelná z hlediska provozních kritérií natolik kompaktně, že existuje reálná možnost disponovat mobilním zázemím pro nezbytně nutné typy úprav biologických vzorků nebo pro přípravu maloobjemových podpůrných stupňů vlastních bioremediačních konceptů. Z těchto slov vyplývá velký potenciál pro konstrukci mobilní jednotky poskytující zázemí pro práci s biologickým činitelem v podmínkách reálné kontaminované lokality. Laboratoř technické mikrobiologie se stává prospěšnou součástí subjektu operujícího v oblasti environmentálního servisu s důrazem na bioremediace, je-li schopná splňovat tři základní okruhy předpokládaných úkolů: 1) zpracování vzorku v režimu minimalizace doby, která uplyne od odběru k přesunu analyzovaných populací do uměle konstruovaného kultivačního systému pro účely poznání stavu a monitoringu změny, 2) příprava nezbytně velkého objemu suspenze biologického činitele pro technické uplatnění, 3) depozice klíčových kmenů, konzervace biologického materiálu pro analýzy nespojené s růstem, mezičlánek v rámci vývoje nových bioaugmentačních preparátů. Vnitřní vybavení je možno dělit na část analyticko-monitorovací (AM) a část technické podpory (TP). Na obrázku 1 je zachycen primární návrh zařízení, ve kterém je AM část vyznačena světle a TP tmavě.
Obr. 1 návrh konstrukce mobilní bioremediační jednotky AM část dominuje celému zařízení a reprezentuje ji dvojitá pracovní plocha, pod kterou je implementována rotační třepačka se samolepícími ploškami a zázemí jednoduchého laminárního boxu opatřeného UV výbojkou (analogie PCR boxu). V zadních rozích je instalováno centrum sterilace a naproti je umístěn klíčový prvek TP části, tedy bioreaktor velkého pracovního objemu, jenž doplňuje menší upevněný na pracovní ploše jako složka scale-up procesu. Vpředu je improvizované PC zázemí jako centrum vyhodnocení a sběru dat. K externím prvkům patří autonomní generátor elektrického proudu. Aseptický box reprezentuje nejčistší část celé jednotky – prostředí pro práci v aseptickém režimu se sterilními médii a pomůckami, které jsou připravovány v sterilačním centru – v autonomním sterilátoru. Doplňkovým příslušenstvím bude maloobjemová chladnička umístěná ve struktuře pracovních pultů. Důležitým požadavkem byla volba vhodného systému podvozek – kabina, pracovní prostor, hledání mobilních zdrojů elektrické energie, rezervoáru vody a depozice technických plynů. Proto byl zvolen model Peugeot Boxer ve skříňové verzi s možností konstrukčního uzpůsobení potřebám mobilní bioremediační jednotky.
Obr. 2 kresba mobilní bioremediační jednotky
Soubor technických a dokumentačních podkladů, podle nichž se uskutečňuje vlastní zhotovení mobilní bioremediační jednotky, představuje nejlépe doložitelný výsledek. Uspořádání vnitřního vybavení zohledňuje prostorové potřeby obsluhy a možnost uskutečňovat v tomto režimu celý soubor plánovaných úkolů, operací a postupů. Z konceptu je zřejmá snaha nezužovat využití systému výhradně na laboratorní procesy, ale poskytnout maximální prostor pro transferování výstupů v podobě podpory přípravy bioremediačních preparátů.
Obr. 3 mobilní bioremediační jednotky – půdorys Při rozvržení vnitřního vybavení bylo dbáno na uspořádání, které bude spolehlivě čelit vnějším vlivům, mezi které lze zařadit např. nerovnosti vozovky, zvládnutí terénních přejezdů a nečekané změny rychlosti. Dostatečnou kapacitu pro přípravu sterilních roztoků představuje integrovaná tlaková nádoba, která byla zvolena s ohledem na minimalizaci rizik a na autonomní zásobování vlastním okruhem vody a režimu odpadu. Zcela samostatným řešením je zajištění autonomního provozu z hlediska zdroje elektrické energie a datových rozvodů. Integrovaný osobní počítač je časosběrným zařízením pro menší
bioreaktor, komunikuje s ním rovněž spektrofotometr a dále poskytuje klíčové zázemí pro provozní záznam dat připojením terénních sond, čidel a jiné měřící aparatury, která bezprostředně souvisí s provozem, designem a monitoringem mobilní bioremediační jednotky. Bylo provedeno vstupní testování MBJ. V rámci tohoto testování provozuschopnosti vnitřního vybavení byla zvolena modelová situace aplikace biodegradačního preparátu INOK pro ošetření ropnými látkami znečištěné matrice na biodegradační ploše CELIO. Byla simulována situace přípravy 50 litrů bioremediačního preparátu v systému a následné zvětšení objemu na požadované parametry v prostředí bioreaktoru, jenž je součástí vybavení biodegradační plochy. V rámci kontroly bioremediačního procesu byla monitorována dynamika růstu preparátu. Následně byl po dosažení stacionární fáze jeho obsah převeden do 50-ti litrového systému a po dosažení stacionárního stavu byl tento objem přečerpáván do zařízení, které je součástí biodegradační plochy. Připravené inokulum bylo úspěšně aplikováno v režimu ex situ bioremediace ropnými látkami kontaminované zeminy.
