MIKROORGANISMY A OCHRANA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ
Ústav inženýrství ochrany ŽP FT UTB ve Zlíně
Důvody využívání mikroorganismů v procesech ochrany životního prostředí ● jsou prakticky všudypřítomné a přizpůsobivé ● řada z nich je nenáročná na zdroje výživy ● za příznivých podmínek se velmi rychle množí ● mikrobiální procesy probíhají za mírných reakčních podmínek ● mikroorganismy jsou metabolicky nesmírně rozmanité - rozkládají rozsáhlou řadu organických látek - přeměňují četné látky anorganické - produkují důležité sloučeniny
Úskalí mikrobiálních technologií ● některé mikroorganismy jsou patogenní ● v některých případech mohou být produkovány toxické látky ● mikroby lze negativně ovlivnit toxickými látkami ● mnohé procesy vyžadují specifické podmínky - probíhají jen v určitých prostředích (pH, kyslík…) - provádí je jen některé skupiny mikroorganismů - obvykle je třeba složitého technického vybavení
BAKTERIE
BAKTERIE
TVARY BAKTERIÁLNÍCH KOLONIÍ
VLÁKNITÉ PLÍSNĚ
KVASINKY
PŘEHLED PRŮMYSLOVÉ MIKROBIOLOGIE 1. PRODUKCE MIKROBIÁLNÍCH BUNĚK • Mikroorganismy jako potravina • Mikroorganismy jako krmivo • Mikroorganismy jako biopesticidy
2. PRODUKCE MIKROBIÁLNÍCH METABOLITŮ • Enzymy • Estery a polymery • Detergenty
3. BIOTRANSFORMACE • • • • •
Biologické čištění vod Biologické čištění odpadního vzduchu Bioremediace půd a spodních vod Biologické zpracování pevných odpadů bez přístupu kyslíku Kompostování
Mikroorganismy jako potravina Mikroorganismy jako krmivo Candida utilis
Mikroorganismy jako biopesticidy Bacillus thuringiensis Trichoderma harzianum
Mikroorganismy jako producenti zajímavých látek - enzymů: proteinasy, pektinasy, celulasy, lipasy aj. - polymerů: PHB - polysacharidů: xanthan, gellan, dextran
BIOTRANSFORMACE – ČIŠTĚNÍ VOD • Aerobní čištění odpadních vod (rozklad organické hmoty na CO2, vodu a minerální látky, spojený s růstem aerobních mikroorganismů)
• Denitrifikace pitných nebo odpadních vod (odstraňování dusičnanů či dusitanů jejich bakteriální redukcí na dusík a oxid dusný)
• Odstraňování dusíkatého znečištění z odpadních vod (odstraňování organicky vázaného dusíku bakteriálními procesy)
• Odstraňování fosforu z odpadních vod (akumulace organicky vázaného fosforu do bakteriálních buněk – tj. do kalu)
• Anaerobní čištění odpadních vod a anaerobní stabilizace kalů (rozklad organické hmoty na CH4, CO2, vodu a minerální látky, spojený s růstem anaerobních mikroorganismů)
Vločky aktivovaného kalu, zvětšení 100 x
BIOLOGICKÉ ODSTRAŇOVÁNÍ DUSÍKU AMONIZACE = proces uvolňování amoniaku a amonných solí při
rozkladu organických látek (amonizační bakterie) bakterie
NITRIFIKACE = aerobní přeměna amoniaku a amonných solí na dusitany a dusičnany (nitrifikační bakterie) bakterie
DENITRIFIKACE = anaerobní redukce dusičnanů a dusitanů na
oxid dusný a dusík (denitrifikační bakterie) bakterie
Mikrobiální odstraňování fosforu
Poly–P baktérie (PAO): PAO aerobní druhy, schopné za určitých podmínek zvýšené akumulace polyfosfátů v buňkách
BIOTRANSFORMACE – ČIŠTĚNÍ VOD • Aerobní čištění odpadních vod (rozklad organické hmoty na CO2, vodu a minerální látky, spojený s růstem aerobních mikroorganismů)
• Denitrifikace pitných nebo odpadních vod (odstraňování dusičnanů či dusitanů jejich bakteriální redukcí na dusík a oxid dusný)
• Odstraňování dusíkatého znečištění z odpadních vod (odstraňování organicky vázaného dusíku bakteriálními procesy)
• Odstraňování fosforu z odpadních vod (akumulace organicky vázaného fosforu do bakteriálních buněk – tj. do kalu)
• Anaerobní čištění odpadních vod a anaerobní stabilizace kalů (rozklad organické hmoty na CH4, CO2, vodu a minerální látky, spojený s růstem anaerobních mikroorganismů)
Mikrobiální čištění odpadního vzduchu Nejvýznamnější použití: 1. Rozklad těkavých organických sloučenin, zejména rozpouštědel (lakovny, barvírny, chemické výroby apod.) 2. Záchyt, rozklad a přeměna směsí zapáchajících látek (odstraňování pachů z rozkladných procesů, kafilerií, ČOV apod.)
BIOREMEDIACE Remediace = navrácení k původnímu stavu Bioremediace: Bioremediace využití (mikro)organismů k dekontaminace půd či podzemních vod
BIOREMEDIACE Principy: Principy Aerobní mikroorganismy rozkládají za účasti kyslíku organické polutanty na oxid uhličitý, vodu a minerální látky (spojeno s růstem jejich biomasy) Anaerobní mikroorganismy přeměňují některé sloučeniny (např. chlorované uhlovodíky) na méně škodlivé látky
Biologické zpracování pevných odpadů bez přístupu kyslíku
Princip: Princip Anaerobní mikroorganismy rozkládají běžné organické látky na směs oxidu uhličitého, methanu a minerální látky (spojeno s mírným růstem jejich biomasy)
