Hulladékgazdálkodás Biodegradáció
Gyulai István
Biodegradáció Biodegradáció - természetes - mesterséges Biodegradácó folyhat - aerob - anaerob - egymást követő aerob és anaerob Mitől függhet a biodegradáció?
A biodegradáció tehát valamilyen úton, általában soklépéses bontó folyamatok során biztosítja a toxikus szennyezőanyagok lebomlását, ártalmatlanítását, a káros hatás megszűnését
Iszapfázisú biológiai kezelés Bioreaktoros eljárás (azonos az eleveniszapos tisztítással) - vizes zagykészítés - szilárd részeket lebegtetve tartják - víztelenítés - kezelt talaj deponálása
Iszapfázisú biológiai kezelés Alkalmazási korlátok - talajkitermelés szükséges - víztelenítés drága lehet - előzetes rostálás - mosóvíz kezelés és elhelyezés
Célcsoport: Melléktermék
nincs
Megbízhatóság
átlagos
Mentesítés időtartama
átlagos
Átlagos költség
jó
- NHVOC - HVOC - Üzemanyagok - Robbanóanyagok
Biológiai szennyvíztisztítás -
Élő szervezetek működésén alapszik
-
Oxigén szempontjából: aerob anaerob
- Aerob folyamat lehet: savas lúgos
– állandó oxigéndús környezet biztosítása – a mikrobák tevékenységükkel biztosítják az oxigént
- pH < 7 - PH > 7
kén-hidrogénes metános
Biológiai szennyvíztisztítás Műszaki szempontból megkülönböztetünk: - fixfilmes (aerob és anaerob) klasszikus fixfilmes lebegőágyas fluidágyas - természetes és műtárgyas diszperz rendszereket - vegyszerrel kombinált rendszereket A lökésszerű terhelésekre érzékenyen reagálnak, túlterhelést gyorsabban kiheverik, fajlagos teljesítményük jobb, híg szennyvizek tisztítására is alkalmasak
Biológiai szennyvíztisztítás Csepegtetőtestes biológiai rendszerek - a lebontást biológiai hártya végzi - a töltőanyag nagy fajlagos felületű, fagyálló, nem porló anyagát tekintve: - hagyományos (bazalttufa, habsalak) - műanyagbetétes - tárcsás felépítését tekintve: - támasztó réteg - tényleges test
Biológiai szennyvíztisztítás
Biológiai szennyvíztisztítás
Biológiai szennyvíztisztítás Csepegtető test
Kis terhelésű Közepes terhelésű
Nagy terhelésű
Szuper terhelésű
Magassága H 2,5-3 m
2-4,5 m
8-24 m
8-24 m
Szervesanyag Lb≤175 terhelése g/m3 d
Lb≤875
Lb≤3000
Lb=1600-6000
η=50-80 %
Lebontás hatásfoka
η=85-92 %
η≥75 %
η≥70 %
( BOI5 )el
≤ 25 g/m3
≤ 30 g/m3
≤ 45 g/m3
Felületi terhelés m3/m2h
0,08-0,16
0,4-0,8
0,7-1,5
1,5-5
Biológiai szennyvíztisztítás
A mikrobiális hártya szerkezete
Biológiai szennyvíztisztítás Eleveniszapos eljárás - pehely formájában a szennyvízben alakulnak ki a lebontást végző szervezetek - a mikroorganizmusok oxigénszükségletét levegőztető berendezések szolgálják Miből áll az eleveniszap? - Pehelyformáló baktériumok - Fonalas baktériumok - Nem pelyhesedő, szuszpendált baktériumok - Egysejtűek (pl. csillósok - szűrés), - Többsejtűek (pl. Nematodák - férgek) – legelés, ragadozás
Biológiai szennyvíztisztítás
Biológiai szennyvíztisztítás
Biológiai szennyvíztisztítás
Biológiai szennyvíztisztítás Működési hibát jelző domináns indikátor szervezetek
Működési zavar
Indikátor szervezet
Alacsony D.O.
Sphaerotilus natans, Haliscomenobacter hydrossis
Alacsony F:M arány
Microthrix parvicella, Nocardia
Berothadt nyers szennyvíz
Thiotrix, Beggiatoa
C:N:P arány gondok
Thiotrix
Alacsony pH
Gombák
Biológiai szennyvíztisztítás A probléma azonosítása (pl. mikroszkópos vizsgálat) Az alábbi három módszer közül választás (függően a probléma súlyosságától, és a telepi műszaki adottságoktól, és „az anyagiaktól”) – A RAS (iszap recirkulációs ág) manipulációja és a betáp. pontok (nyers szennyvíz) – Kémiai kezelés (flokkuláló szerek adagolása a jobb ülepedés érdekében) – Toxikus (szelektív) anyagok adagolása a fonalas szervezetek „irtására”
Biológiai szennyvíztisztítás a mikroorganizmusok oxigénszükségletét levegőztető berendezések szolgálják
- felületi levegőztetők - függőleges tengelyű levegőztetők - vízszintes tengelyű levegőztetők - fenék közelében elhelyezett levegőztetők - tiszta vagy dúsított oxigénnel kombinált rendszerek (ejektorok)
Biológiai szennyvíztisztítás
Alkalmazási korlátok - hirtelen hígulás problémát okozhat - felúszhat az eleveniszap - baktériumstuktúra változhat - nyersiszap keletkezése
Melléktermék
minimális
Megbízhatóság
átlagos
Mentesítés időtartama
átlagos
Átlagos költség
jó
Célcsoport: - NHVOC - HVOC - Üzemanyagok
Az olajszármazékok biodegradációja Hogyan kerülhet olaj a környezetbe?
- Tankhajókatasztrófák - Csővezeték törés - Fúrótornyok balesetekor - Kőolaj és származékainak szállítása és tárolása során - Közlekedés során - Katonai bázisokon - Repülőtereken
Az olajszármazékok biodegradációja Kőolajszármazékok talajra gyakorolt hatása - poliklórozott bifenilek, policiklikus aromás szénhidrogének, nehézfémek - talaj víz és levegőháztartása felborul - a talaj mikroba-közösségeinek működése és összetétele károsodik
Az olajszármazékok biodegradációja Talajba került olaj terjedését befolyásoló tényezők - talajrészecskék átmérője - kapilláris vízemelés mértéke - talajfrakció anyagi tulajdonságai - talajvíz áramlási tulajdonságai (rajz)
olajlencse
Az olajszármazékok biodegradációja
Az olajszármazékok biodegradációja fotolizis
A vízbe kerülő olaj útja párolgás Felszíni olajréteg
tengerfelszín
tengeri szervezetek szedimentáció
mélytengeri szervezetek
tengerfenék
Az olajszármazékok biodegradációja
Két megoldás együtt: 1. Customblen: oldékony tápa. polimerizált növényi olajkapszulából felszín alatti szennyezésre
2. Inipol EAP22: ásványi anyagokat tart. mikroemulzió felszíni szennyezésre
Az olajszármazékok biodegradációja Kőolajszármazékok lebontása - Aerob vagy fakultatív anaerob baktériumok: Pseudomonas, Acinetobacter, Bacillus, Nocardia, Rhodococcus, Mycobacterium, Corynebacterium, Flavobacterium, Beijerinckia, Aktinomicéták, pl. Acinetobacter calcoaceticus, -
Anaerob baktériumok: nitrátredukálók: Pseudomonasok, Moraxella, szulfátredukálók: Desulfobacterium, Rhodopseudomonas,
-
Gombák: Candida, Rhodotorula, Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Cununghamella, Rhizoctonia,
Nitro- funkciós csoportot hordozó vegyületek mikrobiális bontása -
Természetben előfordulásuk ritka, illetve emberi tevékenység következménye
-
Természetes eredetű vegyületek pl. azomycin, klóramfenikol, pirrolnitrin
-
Toxikussságukat befolyásoló tényezők – oldhatóságuk (biol. hozzáférés), szorpció/deszorpciós tul., koncentráció, kémiai természet
-
Nemcsak toxikus, de mutagén, karcinogén hatás is
-
Főleg festék-, peszticid-gyártás és robbanóanyag-gyártás hulladékaként jelenik meg
- Mivel a nitro csoport könnyen konvertálódik, ált. az intermedierekkel találkozunk
Nitro- funkciós csoportot hordozó vegyületek mikrobiális bontása Mosó oldat tartály
N2
Szennyezett talaj tartály
M
M
2 3
3 1
O2
4 1. 2. 3. 4.
Anoxiás bioreaktor Aerob bioreaktor Ülepítő fotoreaktor
Policiklikus aromás szénhidrogének (PAHs) és mikrobiális lebontásuk A PAH-ok lipofil vegyületek, a fosszilis energiahordozók nem tökéletes égetésének melléktermékei Vízoldékonyságuk csekély mértékű, viszont szerves oldószerekben jól oldódnak megtalálhatók a levegőben, talajban, üledékekben, felszíni-, és talajvizekben A molekulák oxidációval, redukcióval szembeni ellenállóképessége, és illékonyságuk a molekulatömeg növekedésével együtt nő. Többségük karcinogén Hasznosításuk: főleg intermedier vegyületként a gyógyszeriparban, mezőgazdaságban, fotográfiában, hőrekeményedő műanyagok, kenőanyagok előállításában, a vegyiparban Kinyerése kőszénkátrány feldolgozás során, illetve kőolaj finomítási folyamatokból származó olajmaradékokból
Policiklikus aromás szénhidrogének (PAHs) és mikrobiális lebontásuk Eltávolításuk: Nem biológiai jellegű eltávolításuk: volatilizáció, fotooxidáció, kémiai oxidáció, adszorpció Mikrobiális lebontásuk gátolt a gyenge biohozzáférhetőség miatt, ami elsősorban gyenge vízoldékonyságuknak köszönhető – Gram+, Gram- baktériumok: Pseudomonas-ok, Sphingomonas-ok, Acinetobacter-ek, Rhodococcus-ok, Mycobacterium-ok…; – gombák: Phanerochaete chrysosporium, Cunninghamella elegans…; – algák: cianobaktériumok
PAH-ok sorsa a környezetben
PAH-ok mikrobiális lebontásának kezdeti oxidációs reakciói nem enzimatikus újrarendezõdés
O-Glükozid O-Glukuronid O-Szulfát O-Xilozid O-Metil
OH
R
gombák, algák, baktériumok O2
H
Citokróm P450/ metán monooxigenáz
O H
R
arén oxid
H OH
H2O
OH
epoxid hidroláz
R
H
transz-dihidrodiol Fehér-rothadást okozó gombák H2O2
CO2
gyûrû hasítás
PAH-kinon
PAH lignin/Mn-peroxidáz lakkáz
orto-hasítás
COOH COOH R
Baktériumok, algák O2 dioxigenáz
H
NAD+
NADH + H+
OH R
OH H
cisz-dihidrodiol
cis, cis-mukonsav
OH dehidrogenáz
OH
R
CO2 katekol CHO COOH meta-hasítás
OH R cis, cis-hidroximukonszemialdehid
A biodegradáció nélkülözhetetlen mikróbái sugárgombák (actinomycetes) Fonalas szerkezetükben a sejtek egymással kapcsolatban vannak, a gombák hifájára hasonlít ez a képződmény. Régen sugárgombáknak hívták őket, tudományos nevük ezt jelenti. A sugárgombák a nehezen bontható policiklikus vegyületek (humusz, lignin) lebontásában jelentősek. Actinomycetes – antibiotikum termelő.
A biodegradáció nélkülözhetetlen mikróbái Aerob cellulózbontók: Cytophaga, Sporocytophaga fajok Bacillus, Cellulomonas, Nocardia, Pseudomonas, Streptomyces nemzetség tagjai.
Fehérjebontók: Bacillus megaterium, Bacillus cereus, Bacillus subtilis, Leuconostoc mesenteroides, Serratia marcescens, Proteus vulgaris, Pseudomonas fluorescens
A biodegradáció nélkülözhetetlen mikróbái Nitrifikálók: Nitrit képzés (Nitrosomonas europea, Nitrosospira briensis, Nitrosococcus nitrosus,) Nitrát képzés ( Nitrobacter, Nitrocystis nemzetség tagjai). Denitrifikálók: Paracoccus denitrificans, Pseudomonas fluorescens, Ps. denitrificans, Bacillus cereus, Bacillus subtilis, Thiobacillus denitrificans, Achromobacter. Szabadon élő aerob nitrogénkötő baktériumok: Azotobacter chroococcum, Azotobacter agile, Bacillus, Azospirillum, Pseudomonas, Klebsiella, Beijerinckia fajok. Szimbionta nitrogénkötő mikroorganizmusok: Rhizobium, Bradyrhizobium.
A biodegradáció nélkülözhetetlen mikróbái
Komposztálás baktériumai Pseudomonas sp Paracoccus sp Pyrobaculum sp Pyrococcus sp Methanopyrus sp Pyrodictium sp
Halogénezett vegyületeket bontó baktériumok Methylosinus sp Methylococcus sp Methylobacteriu sp Methylophilus sp Pseudomonas sp Sphingomonas sp
Nitroaromás vegyületbontó baktériumok Pseudomonas sp Nocardia sp Ralstonia sp Comamonas sp Phanerochaete sp
Policiklikus aromás szénhidrogének
Szennyvíztisztítás baktériumai
Pseudomonas sp Sphingomonas sp Rhodococcus sp Acinetobacter sp Mycobacterium sp Bacillus sp
Nitrobacter sp Microthrix sp Thiotrix sp Pseudomonas sp Bacillus sp Thibacillus sp
