AUTOTROFNÍ DENITRIFIKACE BAKTERIÍ THIOBACILLUS DENITRIFICANS ZA PŘÍTOMNOSTI FOSFORU A MOLYBDENU Zuzana BLAŽKOVÁ, Eva SLEHOVÁ, Vojtěch TROUSIL, Jiří PALARČÍK, Miloslav SLEZÁK, Jiří CAKL UNIVERZITA PARDUBICE
15.10.2015
Úvod • Dusičnanové ionty a dusitanové ionty ve vodách – Nadměrná eutrofizace vod – Vznik methemoglobinémie – Karcinom žaludku nebo močového měchýře
http://www.sevcik.sk/images/plitvicki/079.htm
http://www.thepoisonreview.com/2011/10/26/review -of-methemoglobinemia-neither-clear-nor-current/
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/Heme_b.svg
Autotrofní denitrifikace • Oxidačně-redukční děj – Oxidace elementární síry, pyritu, thiosíranu apod. – Redukce dusičnanových a dusitanových iontů
https://en.wikipedia.org/wiki/Periplasm
Autotrofní denitrifikace • Bakterie Thiobacillus denitrificans – – – –
Betaproteobacteria G-, pohyblivé tyčinky Obligátně chemolitoautotrofní Fakultativně anaerobní: - aerobní podmínky – O2 - anoxické podmínky – NO3-
Buňky bakterie Thiobacillus denitrificans barvené dle Grama, zvětšeno 1000x
https://microbewiki.kenyon.edu/images/a/a0/T_denitrificans.jpg.jpg
Autotrofní denitrifikace • Výhody v porovnání s heterotrofní denitrifikací – Cena – Odstranění i nízkých koncentrací NO3– Nízká produkce bakteriálního kalu
X • Nevýhoda v porovnání s heterotrofní denitrifikací – Rychlost
Cíle práce • Optimalizace reakčních podmínek autotrofní denitrifikace bakteriemi Thiobacillus denitrificans – pH (nad 5,5) – Teplota (33° C)
• Přídavek fosforu a molybdenu do systému – Experimentální ověření účinnosti v přítomnosti těchto látek – Definování spotřebovaného množství při reakci
Experimentální část • Th. denitrificans DSM 12475 – Médium S6
• Vsádkové reaktory – – – – –
Síra (frakce 2,5 – 5,0 mm) CaCO3 (regulace pH) Inokulum (OD = 0,17) NaNO3 (c = 100 mg/l NO3-) NaH2PO4, Na2MoO4 . 2H2O
Agar Na2S2O3 KH2PO4 Na2HPO4 MgSO4.7H2O (NH4)2SO4 CaCl2 FeCl3 MnSO4
15,0 g 10,0 g 11,8 g 1,2 g 0,1 g 0,1 g 0,03 g 0,02 g 0,02g
Experimentální část • Sledované parametry – – – –
Koncentrace NO3- - ČSN ISO 7890-3 (75 7453) Koncentrace NO2- - ČSN EN 26777 (75 7452) Koncentrace P – ČSN EN ISO 6878 (75 7465) pH, teplota, ORP, O2 rozp.
• Fázová kontrastní mikroskopie
Zvětšeno 400x
Průběh autotrofní denitrifikace • Vsádkový reaktor 90
K (NO-3)
80
K (NO-2)
2,5
70 60
1,5
-
50
c(NO2) [mg/l]
2,0
-
50 g síry, 50 g CaCO3 100 mg/l NO31 ml inokula Th. denitrificans OD 0,17
c(NO3) [mg/l]
– – – –
3,0
100
40 1,0 30 20
0,5
10 0,0
0 0
10
20
30
40
t [Dny]
50
60
70
80
Studium autotrofní denitrifikace v přítomnosti fosforu • Šest vsádkových reaktorů – 50 g síry, 50 g CaCO3 – 100 mg/l NO3– 1 ml inokula Th. denitrificans OD 0,17
80 70 60 50
-
Obsah P 0 mg/l 0,5 mg/l 1,0 mg/l 1,5 mg/l 2,0 mg/l 3,0 mg/l
90
c(NO3) [mg/l]
Označení K P1 P2 P3 P4 P5
100
40
K (0 mg/l) P1 (0,5 mg/l) P2 (1,0 mg/l) P3 (1,5 mg/l) P4 (2,0 mg/l) P5 (3,0 mg/l)
30 20 10 0 0
10
20
30
40
t [Dny]
50
60
70
80
Studium autotrofní denitrifikace v přítomnosti fosforu • Šest vsádkových reaktorů – 50 g síry, 50 g CaCO3 – 100 mg/l NO3– 1 ml inokula Th. denitrificans OD 0,17
2,0
1,5
-
Obsah P 0 mg/l 0,5 mg/l 1,0 mg/l 1,5 mg/l 2,0 mg/l 3,0 mg/l
K (0 mg/l) P1 (0,5 mg/l) P2 (1,0 mg/l) P3 (1,5 mg/l) P4 (2,0 mg/l) P5 (3,0 mg/l)
2,5
c(NO2) [mg/l]
Označení K P1 P2 P3 P4 P5
3,0
1,0
0,5
0,0 0
10
20
30
40
t [Dny]
50
60
70
80
Studium autotrofní denitrifikace v přítomnosti fosforu • Šest vsádkových reaktorů – 50 g síry, 50 g CaCO3 – 100 mg/l NO3– 1 ml inokula Th. denitrificans OD 0,17 Obsah P 0 mg/l 0,5 mg/l 1,0 mg/l 1,5 mg/l 2,0 mg/l 3,0 mg/l
20
15
Ncelk. [mg/l]
Označení K P1 P2 P3 P4 P5
25
10
K (0 mg/l) P1 (0,5 mg/l) P2 (1,0 mg/l) P3 (1,5 mg/l) P4 (2,0 mg/l) P5 (3,0 mg/l)
5
0 0
10
20
30
40
t [Dny]
50
60
70
80
Spotřeba fosforu při autotrofní denitrifikaci • Pět vsádkových reaktorů
Obsah P 0,5 mg/l 1,0 mg/l 1,5 mg/l 2,0 mg/l 3,0 mg/l
P1 (0,5 mg/l) P2 (1,0 mg/l) P3 (1,5 mg/l) P4 (2,0 mg/l) P5 (3,0 mg/l)
3,5 3,0 2,5 2,0
3-
Označení P1 P2 P3 P4 P5
4,0
c(P-PO4 ) [mg/l]
– 50 g síry, 50 g CaCO3 – 100 mg/l NO3– 1 ml inokula Th. denitrificans OD 0,17
1,5 1,0 0,5 0,0 0
10
20
30
40
t [Dny]
50
60
70
80
Studium autotrofní denitrifikace v přítomnosti molybdenu • Čtyři vsádkové reaktory – 50 g síry, 50 g CaCO3 – 100 mg/l NO3– 1 ml inokula Th. denitrificans OD 0,17
60
-
Obsah Mo 0 mg/l 0,1 mg/l 0,5 mg/l 1,0 mg/l
80
c(NO3) [mg/l]
Označení K Mo1 Mo2 Mo3
100
40
K (0 mg/l) Mo1 (0,1 mg/l) Mo2 (0,5 mg/l) Mo3 (1,0 mg/l)
20
0 0
10
20
30
40
t [Dny]
50
60
70
80
Studium autotrofní denitrifikace v přítomnosti molybdenu • Čtyři vsádkové reaktory – 50 g síry, 50 g CaCO3 – 100 mg/l NO3– 1 ml inokula Th. denitrificans OD 0,17
0,6
-
Obsah Mo 0 mg/l 0,1 mg/l 0,5 mg/l 1,0 mg/l
K (0 mg/l) Mo1 (0,1 mg/l) Mo2 (0,5 mg/l) Mo3 (1,0 mg/l)
0,8
c(NO2) [mg/l]
Označení K Mo1 Mo2 Mo3
1,0
0,4
0,2
0,0
0
10
20
30
40
t [Dny]
50
60
70
80
Studium autotrofní denitrifikace v přítomnosti molybdenu • Čtyři vsádkové reaktory – 50 g síry, 50 g CaCO3 – 100 mg/l NO3– 1 ml inokula Th. denitrificans OD 0,17 Obsah Mo 0 mg/l 0,1 mg/l 0,5 mg/l 1,0 mg/l
20
15
Ncelk. [mg/l]
Označení K Mo1 Mo2 Mo3
25
10
K (0mg/l) Mo1 (0,1 mg/l) Mo2 (0,5 mg/l) Mo3 (1,0 mg/l)
5
0 0
10
20
30
40
t [Dny]
50
60
70
80
Studium autotrofní denitrifikace v přítomnosti fosforu a molybdenu • Dva vsádkové reaktory 100 90 80 70 60 50
-
c(NO3) [mg/l]
– 50 g síry, 50 g CaCO3 – 100 mg/l NO3– 1 ml inokula Th. denitrificans OD 0,17 Označení Obsah P Obsah Mo K 0 mg/l 0 mg/l P 1,0 mg/l 0 mg/l Mo 0 mg/l 0,1 mg/l PMo 1,0 0,1 mg/l
40 30
K (0 mg/l) P (1,0 mg/l) Mo (0,1 mg/l) PMo (1,0 mg/l P a 0,1 mg/l Mo)
20 10 0 0
10
20
30
40
t [Dny]
50
60
70
80
Studium autotrofní denitrifikace v přítomnosti fosforu a molybdenu • Dva vsádkové reaktory 0,8 0,7
-
Označení Obsah P Obsah Mo K 0 mg/l 0 mg/l PMo 1,0 0,1 mg/l
K (0 mg/l) P (1,0 mg/l) Mo (0,1 mg/l) PMo (1,0 mg/l P a 0,1 mg/l Mo)
0,9
c(NO2) [mg/l]
– 50 g síry, 50 g CaCO3 – 100 mg/l NO3– 1 ml inokula Th. denitrificans OD 0,17
1,0
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0
10
20
30
40
t [Dny]
50
60
70
80
Studium autotrofní denitrifikace v přítomnosti fosforu a molybdenu • Dva vsádkové reaktory
Označení Obsah P Obsah Mo K 0 mg/l 0 mg/l PMo 1,0 0,1 mg/l
20
15
Ncelk. [mg/l]
– 50 g síry, 50 g CaCO3 – 100 mg/l NO3– 1 ml inokula Th. denitrificans OD 0,17
25
10
K (0 mg/l) P (1,0 mg/l) Mo (0,1 mg/l) PMo (1,0 mg/l P a 0,1 mg/l Mo)
5
0 0
10
20
30
40
t [Dny]
50
60
70
80
Závěr • Urychlení autotrofní denitrifikace bakterií Thiobacillus denitrificans správným dávkováním fosforu a molybdenu – 1,0 mg/l fosforu pro 100 mg/l NO3-, S a CaCO3 1:1 (50 g) – 0,1 mg/l molybdenu pro 100 mg/l NO3-, S a CaCO3 1:1 (50 g)
Děkuji za pozornost Zuzana Blažková 15. Října 2015 Inovativní sanační technologie ve výzkumu a praxi VIII, Hustopeče
