HALLGATÓI ESETTANULMÁNY

HALLGATÓI ESETTANULMÁNY

GYORSÍTOTT SZENNYEZŐANYAGCSÖKKENTÉS BIOAUGMENTÁCIÓ ALKALMAZÁSÁVAL 1

1. BEVEZETÉS 

  



Helyszín: Chesapeake, Virginia, USA

Beavatkozás időpontja: 2008. szeptember 15. – 2009. május 23. Tisztítási technológia: bioaugmentáció Alkalmazott mikroorganizmus: aerob bakteriális tenyészet → Polaromonas sp. JS666 törzs Kezelt probléma: cisz-1,2-diklóreténnel (cDCE) (és más klórozott szénhidrogénnel szennyezett) talajvíz

2

SZENNYEZETT TERÜLET BEMUTATÁSA 

Helyszín: dél-közép Chesapeake  1849-1977: egykori ipari terület; SJCA Haditengerészeti Depó



jelenleg: Norfolk Naval Hajógyár radar-vizsgáló területe (adminisztratív és raktározási tevékenység)

3

SZENNYEZETT TERÜLET BEMUTATÁSA 

Terület eddigi funkciói: Gép- ,gépjármű- és mozdony karbantartás (lakkozó, zsírtalanító üzemek, elektronikai berendezések, és lőszerek feltöltésére szolgáló egységek)  Berendezések, eszközök és vegyi anyagok tárolása  Oldószerek és vegyi anyagok elhelyezése a gyom- és por kontrollálására  Üzemanyagtöltő állomás → hátrahagyott föld alatt tartályok → szivárgás 



Hidrogeológia    



A területen található a Columbia folyó víztározója Talaj felső rétege: durva iszapos homok Lejjebb: iszap, agyag, homokos agyag Felszín alatti víz áramlási iránya: nyugat felé

Helyi mikroflóra: A jelen lévő mikroorganizmusok egy része deklórozza a PCE-t és TCE-t cDCE-né  Nem képes a cDCE további deklórozására VC-dá vagy eténné → talajvízbe kerül és továbbterjed 

A mikroorganizmusok egy csoportja képes deklórozni cDCE-t VC-on keresztül eténné o Anaerob o Nem mindenhol van jelen o

Nagy területen korlátozott hatékonyság

4

SZENNYEZŐANYAGOK 

Talajvíz monitoring: Mérsékelten aerob állapot pH= 5,88 VOC-k koncentrációja:  TCE= <10 μg/l  cDCE= 780 μg/l  VC= 2 μg/l  DO= 1,65 mg/l   





cDCE aerob lebontása JS666 által metabolikus úton TCE és VC aerob lebontása JS666-tal kometabolikusan Feladat:

költséghatékonyabb, mint az esetlegesen jelen lévő anaerob mikroorganizmus

cDCE lebontása JS666 baktériumtörzzsel, hatékonyságának vizsgálata  pH semlegesítése → foszfát pufferrel  Oldott oxigén koncentráció fenntartása → levegőztetéssel (DE: <10mg/l) 



CÉL: 

Az érintett területen a cDCE (és egyéb klórozott szénhidrogének) koncentrációjának lecsökkentése határérték (70 μg/l) alá bioaugmentációs módszerrel

5

SZENNYEZŐANYAG JELLEMZÉSE: CISZ-1,2-DILKÓRETÉN    

folyékony színtelen, gyúlékony, tűz- és robbanásveszélyes jellegzetes szagú, vízben kis mértékben oldódik Nem rákkeltő Veszélyek:   



a levegő veszélyes szennyezettsége gyorsan kialakul párolgása következtében 20°C-on; permetezve vagy kiszórva azonban sokkal gyorsabban

Rövid idejű expozíció hatása 



bejuthat a szervezetbe gőzei belégzésével és lenyeléssel

Belégzési kockázat: 



gőze a levegőnél nehezebb, a talaj felszínén terjedhet; begyulladhat hevítésre, levegő, fény és nedvesség hatására bomlik, mely során mérgező és maró hatású füstök keletkeznek erős oxidálószerekkel, rézzel, réz ötvözetekkel, és bázisokkal reagál; roncsolja a műanyagot

Expozíciós utak: 



http://en.wikipedia.org/wiki/1,2-Dichloroethene

irritálja a szemet és a légzőrendszert, hatása lehet a központi idegrendszerre

Hosszantartó vagy ismételt expozíció hatása  

zsírtalanítja a bőrt májkárosító lehet

6

2. KOCKÁZATFELMÉRÉS 



Veszély azonosítása: a terület korábbi alkalmazása révén visszamaradt cDCE talajvíz szennyezettség, illetve ennek továbbterjedése Környezetbe kerülés módja: tartályból kiszivárgás  korábbi technológia nem megfelelő alkalmazása környezetvédelmi szempontból 



cDCE a környezetbe kerülve: Levegőbe kerülve gyorsan elpárolog Felszín alatti vízbe kerülve lebomlásának felezési ideje kb. 13-48 hét → ezt akarjuk gyorsítani  VC-dá alakulhat, ami még toxikusabb  



Érintett környezeti elemek:  



Talajvíz (közvetlenül) Felszíni víz (közvetve) → Columbia folyó

Érintett receptorszervezetek: 

környező ökoszisztéma:   

Talajlakó állatok Növényi szervezetek Vízi élővilág

7

SZENNYEZŐANYAG KOCKÁZATÁNAK SZÁMSZERŰSÍTÉSE

 



szennyezőanyag

PEC [μg/l ]

PNEC* [μg/l ]

RQ= PEC/PNEC

veszély

cDCE

780

70

11,14

Igen nagy

TCE

<10

5

2

Nagy

VC

2

2

1

Enyhe

PEC: előre jelezhető környezeti koncentráció PNEC: előrejelzés szerint károsan nem ható koncentráció RQ Veszély RQ: kockázati tényező <0,001 Elhanyagolható 0,001-0,1

Kicsi

0,1-1

Enyhe

1-10

Nagy

≥10

Igen nagy

*PNEC forrása: ESTCP Cost and Performance Report: Enhancing Natural Attenuation through Bioaugmentation with Aerobic Bacteria that Degrade Cis-1,2-Dichloroethene, Chesapeake, Virginia – 2010 May

8

3. KOCKÁZATCSÖKKENTÉS 

Lehetőségek: 

További szennyezés megelőzése: Ex situ: tartály eltávolítása, környezetvédelmileg megfelelő elhelyezés/ ártalmatlanítás  In situ: tartály szivárgásmentes leszigetelése  DE: a meglévő szennyezés/ kockázat nem szűnik meg 

  

ISCO permanganáttal PRB Bioaugmentáció Polaromonas sp. JS666 baktérium törzzsel

9

ISCO PERMANGANÁTTAL In situ kémiai oxidáció  Mobilizálja a szennyezőanyagot  A talajvízben oldott szerves szennyezőanyag bontása, ártalmatlanítása permanganáttal → közvetlen elektrontranszfer: 

Nincs melléktermék, nem keletkeznek szabad gyökök, nincs hőtermelés  Gyors hatás  Bármely pH-n alkalmazható  A kezelés utána a talaj mikroflórája spontán helyreáll 

http://www.regenesis.co.uk/products/in-situ-chemical-oxidation-isco/

10

PRB (REAKTÍV RÉSFAL)  

In situ Passzív technológia: energiát nem igényel  megépítését követően ritka, de rendszeres karbantartás, monitoring  szintkülönbségek kihasználása a talajvíz átjuttatásához 



Talajvíz áramlására merőlege fal, megfelelő töltettel ellátva → ez végzi a szennyezőanyag ártalmatlanítását (pl.: elemi vas)

11

http://www.adventusgroup.com/solutions/zviprb_design.shtml

ALKALMAZOTT TECHNOLÓGIA: BIOAUGMENTÁCIÓ Alapja természetes folyamat: biodegradáció  Többlet mikroflóra bevitele a talaj szennyezett fázisába  Helyspecifikus 



Gyorsított természetes szennyezőanyagcsökkentés:

http://www.meritnation.com/askanswer/question/definebioaugmentation/microorganisms-friend-andfoe/3068927

12

ALKALMAZOTT TECHNOLÓGIA: BIOAUGMENTÁCIÓ  

Talajvíz mélysége: 0,6-2,2m Négy kísérleti parcella #1: JS666 + oxigén + puffer  #2: JS666 + puffer  #3: kontroll + puffer  #4: kontroll + oxigén + puffer 



Két bioaugmentációs beavatkozás: 

1. 2008. október 29.: 





8 liter biokultúra 2000 ml puffer

2. 2009. február 25.:  

9 liter tenyészet 1700 ml puffer

Erre azért volt szükség, mert az első bioaugmentáció után a pH nem volt optimális a JS666 törzs számára: <6,5 (opt.:6,5 < pH < 8)

13

ALKALMAZOTT TECHNOLÓGIA: BIOAUGMENTÁCIÓ 

JS666 baktériumtörzs:   

   

Sárga színű, nem mozgékony Hőmérséklet optimuma: 20-25 °C (mezofil) cDCE, mint egyedüli szén- és energiaforrás → nem igényel szubsztrát alkalmazást (aerob http://genome.jgi-psf.org/poljs/poljs.home.html körülmények mellett) nem igényel különösebb növekedési faktort Oxigén és cDCE jelenlétében növekszik Degradálja a cDCE mellett a DCA-t, TCE-t és VC-t is Ideális talajvíz feltételei: 

  



0,01 mg/l < DO < 8 mg/l alacsony ionerősség → vezetőképesség < 15 mS/cm 6,5 < pH < 8 (különben inaktív) alacsony DCA, TCE, VC koncentráció (<500 μg/l)

Alkalmazott puffer foszfát-puffer: KH2PO4 + K2HPO4  hozzáadás minden kísérleti parcellához havonta egyszer → pH ~ 7,1; vezetőképesség növelése 



Sűrített levegő alkalmazása (oxigén helyett, az érzékenység miatt)

14

MONITORING 

Minden parcellán egyforma rendszer 1 db injektáló kút  7 db monitoring kút 



Mintavétel: havonta

15

VIZSGÁLT PARAMÉTEREK Paraméter

Vizsgálati módszer

Határérték

Mintatartó edény

Minta tárolás

Fenntarthatóság

Talaj param.(DO, pH, vez.kép., hőm.

talajszonda

változatos

-

-

-

VOCs (TCE, cDCE, tDCE, 1,2-DCA, VC)

GC/MS

1-20 μg/l

3x40 ml VOA

pH<2 (HCllel); hűtés <6°C)

14 nap

Oldott szénhidrogén gázok (metán, etán, etén)

GC/FID

1-2 μg/l

3x40 ml VOA

pH<2 (HCllel); hűtés <6°C)

14 nap

Nyomjelzők (bromid, jodid)

Ionszelektív elektród

0,005-0,4 mg/l

120 ml műanyag

Hűtés <6°C

28 nap

Lúgosság

titrálás

2-40 mg/l

250 ml műanyag

Hűtés <6°C

14 nap

Oldott fémek (Fe2+; Mn2+)

ICP

0,01-0,1 mg/l

250 ml műanyag

pH<2 (HNO3-mal)

180 nap

cDCE szénizotóp (13C, 12C)

GC

10 μg/l

8x40 ml VOA

hűtés

-

JS666 aktivitás

Mikrokozmosz kísérlet

0,5% cDCE veszteség/na p

2x1l műanyag

Hűtés <4°C

14 nap

JS666 detektálás

Molekuláris próba

3000 kópia/ml

120 ml műanyag

Hűtés <4°C

14 nap

16

ESEMÉNYEK SORRENDJE, IDŐZÍTÉSE

17

EREDMÉNYEK 

cDCE koncentráció #1 parcella: 7-44% csökkenés  #2 parcella: 14-25% csökkenés  #3 parcella: nem változott az eredetihez képest  #4 parcella: kezdetben csökkenés, majd visszaállt az eredeti szintre; a második bioaugmentáció során történt levegőztetés és pufferelés után újabb csökkenés 



TCE koncentráció 

Mind a 4 parcellán csökkenés 



#3 és #4 kutak esetében ez azt jelenti, hogy a puffer hozzáadása önmagában csökkentette a TCE koncentrációt

VC koncentráció Ingadozó  #1 és #3 parcellán általában alacsony  #4 parcellán volt a legmagasabb mérhető koncentráció 

18

EREDMÉNYEK Oxigén és puffer jelenléte: max. 44%-os cDCE koncentráció csökkenés  Csak puffer jelenléte: max. 25%-os cDCE csökkenés  Bizonyos területeken a magas TCE koncentráció és az oxigénhiány gátolta a cDCE biológiai lebontását 

19

A TECHNOLÓGIA ÉRTÉKELÉSE, VERIFIKÁLÁSA

20

ANYAGMÉRLEG ÉS KOCKÁZAT Szennyező -anyag

Kezeletlen talajvíz szennyezőa. konc. [μg/l ]

Kezelt talajvíz minimális szennyezőa. konc. [μg/l ]

PNEC [μg/l ]

RQkezdeti

RQvégső

Kezelés előtti veszély

Kezelés utáni veszély

cDCE

780

437

70

11,14

6,24

igen nagy

nagy



A kezelés után is nagy a cDCE kockázata 

21

GAZDASÁGI ÉRTÉKELÉS - KÖLTSÉGEK 

Teljes költség: 323900$, ebből Beruházási költség:121300$  Üzemeltetési és karbantartási költség: 78000$  Teljesítmény-monitoring: 124600$  Részletesen: 

22

KÖLTSÉGHATÉKONYSÁG 



Pump & treat költségei:  Beruházási költség: 190300$  Üzemeltetési és karbantartási költség: 199000$  Teljesítmény-monitoring: 224800$ 47%-os költségmegtakarítás a pump & treat technológia alkalmazásához képest, amennyiben nem szükséges: 

levegőztetés

a talajban jelen lévő oxigén mennyisége elegendő 

pufferelés

pH is kielégítő

23

SWOT ELEMZÉS Erősségek

Gyengeségek

•Alacsonyabb összköltség, az alternatív technológiákhoz képest •JS666 nem igényel külön növekedési faktort •cDCE lebomlik és nem jut át más természeti közegbe •Egyszerű használat •Helyspecifikus

•JS666 optimális növekedéséhez és aktivitásához közel semleges pH-jú talajvíz szükséges •Nem automatizálható

Lehetőségek

Veszélyek

•Kombinálás más technológiával a hatékonyság növeléséhez

•Lehet olyan magas TCE/VC koncentráció, amely gátolja a cDCE lebontását •Oxigénhiány esetén szintén gátlás •Nem megfelelő kombináció alkalmazása •A pH semlegesítéséhez puffer szükséges, amely alkalmazása időigényes lehet

24

ÖSSZEGZÉS 



Megállapítható, hogy a klórozott szénhidrogénekkel szennyezett talajvízben nem sikerült a cDCE koncentrációját határérték alá csökkenteni Lehetséges, hogy más technológia hatékonyabb lenne: ISCO 

Hatékony cDCE kezelésére:

Gyorsan hat, jól szabályozható → további kockázat megszűnik  Bármely pH-n alkalmazható, nem igényel speciális körülményeket  Környezetvédelmi megfontolások: 

  



Nincs melléktermék Nem keletkeznek szabad gyökök és hő Talaj mikroflórája spontán helyreáll

http://www.geo-solutions.com/what-weDE: kálium-permanganát do/technologies/soil-mixing/in-situ-treatment alkalmazása szükséges → vegyszerhasználat és költség

25

IRODALOM 

 

 

 

 

ESTCP Cost and Performance Report: Enhancing Natural Attenuation through Bioaugmentation with Aerobic Bacteria that Degrade Cis-1,2Dichloroethene, Chesapeake, Virginia – 2010 May maps.google.com http://www.omfi.hu/icsc/PDF/PDF04/icsc0436_HUN.PD F http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp87-c1.pdf http://www.epa.gov/ogwdw/pdfs/factsheets/voc/12dich2.pdf http://genome.jgi-psf.org/poljs/poljs.home.html http://bacmap.wishartlab.com/organisms/330#biography Körinfo mokka.hu

26

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!

27