1.12.2016
Aplikace mikroorganismů v biotechnologii
Znečištění životního prostředí
Biodegradace neboli jak mikroorganismy pomáhají zachránit životní prostředí
Znečištění životního prostředí
Xenobiotika xenobiotikum (xenos - cizí, bios - život) - cizorodá umělá sloučenina, která není vytvářena přírodními procesy těžko a pomalu se rozkládají (perzistentní) a navíc mohou být toxické pro rostliny, zvířata a lidi
1
1.12.2016
Biodegradace biologicky katalyzované snížení komplexity chemických sloučenin organické polutanty jsou velmi často zcela rozloženy - vznikají anorganické sloučeniny uhlíku, dusíku, fosforu, síry a jiných prvků obsažených v původní kontaminující organické látce a tyto jsou uvolňovány do prostředí a zařazeny do koloběhu prvků v přírodě mineralizace - úplná biodegradace toxické organické látky na méně nebezpečné meziprodukty nebo až na CO2, vodu a jednotlivé prvky syntetické organické látky jsou nejčastěji rozkládány již přímo v kontaminovaném prostředí osídleném mikroorganizmy s rozsáhlou metabolickou aktivitou doba dekontaminace je značně proměnlivá a ovlivňují ji podmínky prostředí
Biodegradace 1) musí existovat organizmus, který produkuje vhodné enzymy pro uskutečnění určité cílené biodegradace 2) takto vybavený organizmus musí být přítomný v kontaminovaném prostředí 3) organický polutant musí být pro organizmus s vhodným katabolickým potenciálem dostupný 4) organizmy s katabolickým potenciálem musí poskytovat možnost penetrace polutantu či transformačních produktů přes membránu, (biodegradace extracelulárními nebo intracelulárními enzymy) 5) je vhodné upravit fyziologické podmínky kontaminovaného prostředí tak, aby dovolily rychlé množení potenciálně aktivních mikroorganizmů
Biodegradace mikrobiální degradace je procesem historickým - tisíce látek, které byly připraveny člověkem v laboratořích, může být mikrobiologicky modifikováno nebo rozloženo v přirozeném prostředí degradační procesy mohou být aerobní i anaerobní nemusí vždy dojít k mineralizaci a často jsou však pozorovány abiotické, popř. i biologické, tzv. transformační procesy, které vedou k tvorbě
nových organických látek vznikajících konverzí původní organické toxické látky - obvykle se v prostředí hromadí a dlouhodobě perzistuje transformace organických polutantů je nežádoucí, neboť vytváří novou, většinou po chemické a toxikologické stránce neznámou kontaminaci
Bioremediace proces, ve kterým toxické či rizikové látky jsou přeměňovány na netoxické a nerizikové působením živých organismů nebo jejich enzymů spočívá v akceleraci přirozených biodegradačních procesů nebo v přísně cílené biodegradaci - proces je nutné detailně monitorovat snižuje rizika nežádoucí přirozené transformace kontaminujících látek a rizika perzistence neznámých transformačních produktů v prostředí
může probíhat buď přímo na místě zasaženém havárií (tzv. in situ) nebo lze kontaminovanou půdu odtěžit/vodu odčerpat a transportovat na speciální lokalitu, kde samotné přečištění proběhne (ex situ) během čištění odpadních a spodních vod, kalů, plynů i půd mohou být mikroorganismy dodávány nebo jsou pouze upraveny podmínky prostředí pro optimální metabolismus již přítomné mikroflóry
2
1.12.2016
Bioremediace Fertilizace
Biodegradace organické znečištění prostředí reprezentuje pro přirozeně se vyskytující
bioremediační metoda, která spočívá v akceleraci již probíhajících
heterotrofní mikroorganizmy zdroj uhlíku a energie a případně i jiných
pomalých biodegradačních procesů, uskutečňovaných přirozeně se
prvků (N, P, S)
vyskytující mikroflórou; nejčastěji spočívá ve stimulaci růstu vhodných
degradaci široké škály organických sloučenin předchází období, ve
degradátorů přídavkem zdrojů dusíku a fosforu, popř. růstových
kterém nedochází k jejich zjevné destrukci - období přizpůsobování
faktorů či induktorů specifických enzymů
(acclimation period, fáze adaptace, lag fáze) - časový úsek od okamžiku
Seeding
kontaminace prostředí určitou chemikálií
spočívá v obohacení kontaminovaného prostředí degradátory se známým
až do prvního prokazatelného úbytku
katabolickým potenciálem; spolu s těmito mikroorganizmy mohou, ale
této látky
nemusí být aplikovány i potřebné živiny a růstové faktory; metoda
v tomto období se může látka šířit do
prováděna nejčastěji s mikroorganizmy izolovanými z přirozeného
povrchových nebo spodních vod
prostředí (nejsou využívaný geneticky modifikované mikroorganismy)
tato fáze je delší za anaerobních podmínek
Biodegradace biologická detoxikace uskutečňovaná mikroorganizmy je striktně závislá na koncentraci látky v prostředí (vysoké koncentrace toxického polutantu mohou potlačovat růst mikroorganizmů) většinou je detoxikace uskutečňována jednoduchou primární reakcí, nejčastěji hydrolýzou, hydroxylací, dehalogenací, demetylací nebo jinou dealkylací, metylací, redukcí nitroskupiny, deaminací, štěpením éterů, přeměnou nitrilu na amid a konjugací
Kometabolizmus mikrobiální metabolizmus organické látky, která nemůže být buňkou využitá jako zdroj esenciálních živin a energie jedna se o transformaci xenobiotiků enzymem s velmi nízkou substrátovou specifitou, který může katalyzovat i přeměny látek strukturálně podobných přirozenému zdroji uhlíku Synergizmus vzájemná spolupráce několika mikroorganizmů na přeměně organické látky
na synergismu se podílejí mikroorganizmy, které nemohou samostatně uskutečnit přeměnu či degradaci polutantu za synergické reakce jsou často zodpovědné růstové faktory a to zejména vitamíny ze skupiny B a aminokyseliny
3
1.12.2016
Biologická dostupnost
Biologická dostupnost
aby mohl být polutant biologicky rozkládán, musí se vyskytovat v takové
mikroorganizmy, které využívají složky NAPL, produkují povrchově
formě, která je pro organismy dostupná
aktivní látky, obvykle označované jako emulgátory nebo biosurfaktanty
obvykle je nutné, aby byl rozpuštěn ve vodě
surfaktanty usnadňují uvolňování látek z NAPL do vodné fáze tím, že
výskyt v plynné nebo nevodné kapalné fázi (NAPL – nonaqueous-phase liquid)
vytvářejí drobné kapénky menší než 0,1 µm - vzniklá suspenze velmi
a sorpce na půdní materiál snižuje jeho dostupnost pro bakteriální buňky
malých kapének má pak vlastnosti velmi podobné vlastnostem roztoku
některé změny chemické povahy polutantu (tvorba komplexů, protonace,
mohou vznikat i typické emulze, ve kterých jsou kapky látky nemísitelné
deprotonace) mohou ho učinit méně „vhodným“ pro biodegradaci
s vodou tak malé, že přetrvávají neomezeně dlouhou dobu ve vodné fázi
ovlivněna schopností
pseudosolubilizace - hydrofóbní
přenést molekulu
substrát uvolněný z NAPL je
polutantu přes
inkorporovaný do středu micely a
buněčnou membránu
v této formě se dostává do vodné fáze (Csurf.>CMC)
Biologická dostupnost
Biodegradace uhlovodíků
produkce povrchově aktivních látek nebo emulgátorů byla popsána hlavně
na procesech biologické degradace ropných látek se podílí více než 100
u mikroorganizmů, které mohou degradovat NAPL tvořené alkany
druhů mikroorganizmů, většina je všeobecně rozšířena
rychlost pseudosolubilizace bývá obvykle vyšší v porovnání s rychlostí
v prostředí kontaminovaným ropnými uhlovodíky procentuální zastoupení
mikrobiálního využívání tohoto „rozpuštěného“ substrátu
mikroorganizmů degradujících ropu prudce stoupá (ale žádný izolovaný
významným limitujícím faktorem pro degradační aktivitu buněk je
mikroorganizmus není schopen degradovat všechny složky ropy)
velikost vytvářených kapek
většina mikroorganizmů degradujících ropné uhlovodíky produkuje emulzifikační látky mezi nejvýznamnější degradátory ropy a ropných látek patří zástupci rodů Pseudomonas, Achromobacter, Arthrobacter, Acinetobacter,
Flavobacterium, Brevibacterium, Corynebacterium, Nocardia, Candida, Rhodotorula, Sporobolomyces, Penicillium a Cunninghamella
4
1.12.2016
Biodegradace uhlovodíků biodegradace ropných uhlovodíků se může uskutečňovat ve velmi širokém
Biodegradace uhlovodíků n-alkany - monooxygenázové nebo dioxygenázové reakce
teplotním rozmezí
monoterminální oxidace, vznikající mastná kyselina je dále oxidována v
při nízkých teplotách může být rychlost biodegradace limitována lehkými
procesu -oxidace; Pseudomonas oleovorans
těkavými uhlovodíky, které jsou pro celou řadu mikroorganismů toxické,
diterminální oxidace; Corynebacterium sp.
a při vyšších teplotách z kontaminovaného systému rychle vyvětrávají
subterminální oxidace, tvorba sekundárních alkoholů a následně ketonů,
nižší teploty jsou vhodné zejména pro degradaci parafinové frakce
které jsou substrátem pro monooxygenázové reakce, produktem je
surové ropy, významnou roli hrají procesy kometabolizmu
acetylester dále hydrolyzovaný na alkohol a mastnou kyselinu, která je
je nutné obohacení živinami – zrychlení biodegradačního procesu v mořském prostředí je za optimální poměr mezi C:N nejčastěji
následně oxidována v procesu -oxidace; Nocardia vysoce rozvětvené izoprenoidní alkany
(pristan - 2,6,10,14- tetrametylpentadekan)
považován poměr 10:1, pro C:P pak 100:1, v půdě je pak poměr mezi C:N
podléhají většinou diterminální oxidaci za tvorby dikarbonových kyselin;
volen 60:1 a C:P = 800:1
velmi pomalá a bývá inhibována terminálním rozvětvením uhlovodíku;
anaerobní degradace - nitrát nebo sulfát jako akceptor elektronů
Brevibacterium erythrogenes, Corynebacterium sp., Nocardia globerula
Biodegradace uhlovodíků
Biodegradace uhlovodíků
aromatické uhlovodíky
polyaromatické uhlovodíky (PAH)
(fenol, benzen, toluen, ethylbenzen, xyleny, styren, atrazin)
(fenantren, naftalen, antracén, benzo(a)pyren)
jejich rozložitelnost je často omezována různými substituenty (chlorací
velmi odolné k mikrobiálnímu ataku (nízká rozpustnost ve vodě, vysoká
a metylací)
sorpční schopnost)
často vyžaduje přítomnost další lehce degradovatelné sloučeniny, popř.
zahrnují sloučeniny s dvěma nebo více kondenzovanými benzenovými jádry,
přítomnost akceptorů elektronů
která mohou být různě substituována
klíčové jsou enzymy diooxygenasy (hydroxylace)
PAH s dvěma až třemi aromatickými kruhy jsou lépe biodegradovatelné
aerobní degradace - Pseudomonas putida, P. fluorescens, P. aeruginosa,
než PAH se čtyřmi a více cykly
Burkholderia cepacia, B. stearothermophilus, Cryptococcus elinovic
rychlostně limitujícím krokem pro aerobní bakterie je počáteční oxidace
k rozštěpení benzenového jádra dochází i v průběhu anaerobní
aromatického kruhu
degradace kyseliny benzoové fototrofní bakterií Rhodopseudomonas
dibenzofuran - Sphingomonas sp.; fenantren - Streptomyces flavovirens,
palustris a dvěma denitrifikujícími druhy Thauera aromatica a Azoarcus
mořská cyanobakterie Agmenellim quadruplicatum a řasa Rhodomonas
evansii
baltica, houba Phanerochaete chrysosporium
5
1.12.2016
halogenové sloučeniny
(tetrachlorometan, trichloroetylen, DDT)
DDT - 1,1,1-trichlor-2,2-bis(4-chlorfenyl)ethan
halogenované alkany a alkeny mohou být v anaerobním prostředí
jeden z nejstarších a nejznámějších insekticidů (syntéza - 1874,
reduktivně dehalogenovány, anaerobní mikroorganizmy většinou nahrazují
insekticidní účinky - 1939, Nobelova cena - 1943)
atom halogenu atomem vodíku a v případě vyššího stupně halogenace může
není známý žádný mikroorganismus, který využívá DDT jako jediný zdroj
proces dehalogenace uhlovodíku probíhat v několika stupních
uhlíku a energie
některé halogenované sloučeniny podléhají mikrobiální hydrolytické
existují různé metody pro biologickou degradaci DDT aerobní a anaerobní
dehalogenaci, během které je halogen v aromatické nebo jiné molekule
bacterie: Escherichia coli, Enterobacter aerogens, Enterobacter cloacae,
nahrazen skupinou OH nebo za současné dehydrodehalogenace
Klebsiella pneumonia, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas putida,
Rhodococcus rhodochrous , Pseudomonas fluorescens, P. cepacia, P. putida,
Bacillus sp., Hydrogenomonas, Staphylococcus sp., Stenotrophomonas sp.
Methanosarcina sp., Xanthobacter autotrophicus, Alcaligenes sp.
houby: S.cervisiae, Phanerochaete chrysosporium,
nenasycené halogenované uhlovodíky jsou nejčastěji štěpeny anaerobně
Trichoderma viridae, Aspergillus flavus,
(Dehalococcoides ethenogenes, Sporomusa ovata) ale je popsaná rovněž
Mucor circinelloides, F. oxysporum
aerobní degradace (Mythylosinus trichosporium, Burholderia cepacia,
Pseudomonas putida)
polychlorované bifenyly (PCBs) obsahují bifenylové jádro s různým stupněm chlorace velmi perzistentní, silně hydrofóbní a proto se akumulují zejména v půdě a ve vodních sedimentech (hlavně ze 3 a více atomy chloru)
mají značnou odolnost nejen k mikrobiálnímu ataku, ale i vůči teplu a chemickému rozkladu pro určité mikroorganizmy je bifenyl a monochlorbifenyl růstovým substrátem (i když rostou lépe na běžných substrátech) v sedimentech byla popsána anaerobní degradace PCBs cestou tzv. reduktivní dechlorace anaerobní dechlorace byla uskutečňována metanogenním konsorciem
Acinetobacter sp., Alcaligenes sp., Achromobacter sp., Bacillus brevis, P. cruciviae, Klebsiella pneumoniae, A. niger, Shewanella oneidensis
aerobní
anaerobní
Čištění odpadních vod slouží k odstranění znečišťujících látek, které jsou rozpuštěny nebo rozptýleny v odpadních vodách tak, že nejsou schopny sedimentace principem je biologická kultura mikroorganismů, která tyto látky z vody, v rámci svých životních procesů, získává jako stavební látky a zdroj energie a která je od vyčištěné odpadní vody oddělitelná jednoduchým fyzikálním postupem (obvykle sedimentací) důležitým parametrem je BSK5 (BOD - biological oxygen demand) - slouží k nepřímému stanovení organických látek, které podléhají biochemickému rozkladu, při aerobních podmínkách; je to množství kyslíku spotřebovaného mikroorganismy při biochemických pochodech na rozklad org. látek ve vodě; stanoví se rutinní, na celém světě používanou standardizovanou metodou - tzv. zřeďovací metoda pro stanovení pětidenní BSK
6
1.12.2016
Čištění odpadních vod
Čištění odpadních vod K biologickému čištění odpadních vod jsou nezbytné následující vstupní parametry: dostatek organických látek podléhajících aerobnímu biologickému rozkladu dostatečně dlouhou dobu adaptované mikroorganismy, nepřítomnost toxických látek, dostatek rozpuštěného kyslíku, pH bez extrémních hodnot a bez náhlých změn, teplota v rozmezí 5 až 35 °C, nikoli extrémní koncentrace rozpuštěných anorganických solí, poměr mezi BSK5 : N : P nejméně 100 : 5 : 1.
Čištění odpadních vod
Čištění odpadních vod
technologické postupy aerobního biologického čištění odpadních vod na
aktivace je jedním z nejčastěji používaných způsobů biologického čištění
čistírnách dělíme obecně na technologie s biologickou kulturou přisedlou
jak městských, tak i průmyslových odpadních vod
na pevném povrchu (biologické filtry) a na technologie s biologickou
odpadní voda je směšována s tzv. aktivovaným kalem za dostatečného
kulturou ve vznosu (aktivační nádrže)
provzdušňování a míchání
biofiltry - nádrže vyplněné kusovým materiálem, který je zkrápěn
aktivovaný kal - suspendovaná směs vločkotvorných, vláknitých a volných
mechanicky předčištěnou odpadní vodou; po určité době zapracování se
mikroorganizmů v odpadní vodě a dalších pevných organických a
na náplni vytvoří slizovitý povlak mikroorganismů - princip čištění je
anorganických látek – vločky (zooglea) o průměru 0,1 mm
biologický, nejedná se tedy v pravém slova smyslu o filtraci biologicky vyčištěná voda je z biologických filtrů
Nais elinguis
odváděna do dosazovacích nádrží s dobou zdržení asi 1,5 - 2h (nadbytečný biologický povlak je odplavován čištěnou vodou)
7
1.12.2016
Čištění odpadních vod
Čištění odpadních vod
typická sušina aktivovaného kalu je v rozmezí 2-10 g/l
kromě biochemických procesů, důležité jsou také sorpční - adsorpce koloidních a
vločky aktivovaného kalu obvykle mají schopnost sedimentovat
některých rozpuštěných látek na vločkách a. kalu
(nezbytné pro úspěšné biologické čištění!)
po dostatečně dlouhé době styku odpadní vody s aktivovaným kalem v aktivační
obsahuje 5·109 - 1,5·1010 bakteriálních buněk/ml, hlavně: Acinetobacter a Zooglea ramigera (vytváří polysacharidové gely), Pseudomonas,
Bacillus, Micrococcus, Alcaligenes, Moraxella, Flavobacterium; nitrifikační bakterie – Nitrosomonas, Nitrobacter, Thiobacillus
nádrži se vede směs do dosazovací nádrže, kde se oddělí vločky aktivovaného kalu od vyčištěné odpadní vody během aktivace množství kalu neustále přibývá - syntetickými pochody se tvoří nová biomasa, jejíž část, tzv. přebytečný kal, se z dosazovací nádrže odvádí mimo proces
kromě bakterií jsou z vyšších organismů přítomni např. vířenky
k samostatnému zneškodnění a část se vrací
(Vorticella opercularia), prvoci, hlístice – konzumenti, kteří se živi
(recirkuluje) zpět do procesu (vratný kal)
mikroorganismy z aktivovaného kalu a umožňují jeho likvidaci
omezení produkce přebytečného kalů použitím
aktivovaný kal dokáže odstranit značné množství organického znečištění
membránového reaktoru – mikrofiltrační jednotka
i sloučenin dusíku a fosforu
v místo dosazovací nádrže
Čištění odpadních vod Anaerobní metody:
Čištění odpadních vod 2) kyselinotvorné (acetogenní) bakterie – Clostridium thermoaceticum,
používají se hlavně v případech koncentrovaných průmyslových vod nebo
Acetobacterium woodii, Syntrophobacter, Syntrophomonas,
k likvidaci organických kalů
Desulfovibrio - oxidují organické kyseliny na H2, CO2 a kys.octovou;
proces se někdy nazývá anaerobním vyhníváním a zahrnuje komplexní interakci tří skupin bakterií: 1) fermentativní/hydrolytické bakterie – fakultativně a obligátně
nejsou příliš citlivé na změny vnějších podmínek; optimální pH 5-6 3) methanogenní bakterie – Methanosarcina (M. berkeri, M. frisius),
Methanobacterium (M. thermoautotrophicum, M. formicicum),
anaerobní, produkují exoenzymy hydrolyzující vysokomolekulární látky
Methanococcus, Methanomicrobium - striktně anaerobní, patří do
(proteiny, lipidy, polysacharidy) na jednodušší látky (kyselina octová,
domény Archaea, zakončují přeměnu předchozích produktů na metan;
máselná, propionová, CO2, H2, metanol); Clostridium (C. cellulosolvens,
hydrogenotrofní (tvoří metan z H2 a CO2) a acetotrofní (tvoří metan z
C. butyricum, C. thermocellum), Ruminococcus (R. flavefaciens),
kyseliny octové); extrémně citlivé na výkyvy teplot a vůči změnám pH
Acetivibrio (A. cellulolyticus), Bacteroides (B. cellulosolvens) – 108–109
(optimum 6,5–7,2); vyžadují vyšší koncentraci stopových prvků
(Ni, Co, Mo)
bakterií v 1 ml anaerobního kalu; nejaktivnější v neutrálním pH
8
1.12.2016
Čištění odpadních vod procesy acidogeneze a acetogeneze jsou výrazně ovlivňovány koncentrací
Čištění odpadních vod Výhody anaerobních procesů:
vodíku v prostředí (vyšší koncentrace snižuje rychlost procesů)
produkce metanu – většinou zisk energie při anaerobních procesech
acetogenní a methanogenní bakterie jsou na sobě závislé – syntrofie
převyšuje energii potřebnou pro udržení potřebných podmínek (zejména
jejích metabolismus je posílený pokud je anaerobní kal ve formě hustých
teploty); získanou energii lze použít pro vytápění budov či k výrobě
granuli, což usnadňuje přenos H2 a dalších meziproduktů rozkladu
elektřiny a její využití při provozu zařízení (provzdušňovací dmychadla v
používá se např. UASB reaktor (upflow anaerobic sludge blanket) nebo
aerobních procesech) nebo prodeji
EGSB (expanded granulated sludge blanket)
nízká spotřeba energie (nemusí se provzdušňovat)
EGSB
snížení celkové hmotnosti kalu prostřednictvím přeměny organické hmoty na CH4, CO2 a H2O; obvykle bývá odstraněno 30 – 65 % surových UASB
pevných látek v kalu, což může podstatně snížit náklady na likvidaci kalu
Bioremediace půdy ex-situ Zahonový způsob (Land farming method)
Bioremediace půdy ex-situ Kompostování
půda je zemědělsky obdělávaná na speciálních plochách (hnojena,
zemina je promíchána s pevným organickým materiálem, jako je sláma,
zavlažována, vzdušněna prooráváním či přehazováním)
hobliny, kůra a obohacena zdrojem dusíku a fosforu
může být pouze fertilizována nebo inokulována mikrobiálními preparáty
materiál je navršen na nepropustné plochy a je vlhčen a provzdušňován
pro úspěšnou biodegradaci ropných uhlovodíků lze odvodit nutné množství
mechanicky nebo soustavou trubek napojených na kompresor
dusíku a fosforu z koncentrace kontaminující uhlíkaté látky
do ovzduší se mohou dostávat těkavé uhlovodíky – nutné biofiltry!
degradace se většinou provádí v halách opatřených nepropustnou podlaho-
tento způsob bývá používán u půd kontaminovaných chlorofenoly
vou krytinou s drenážemi pro odvádění přebytečné kontaminované vody do podzemních nádrží pro opakované zkrápění biopole
vzduch, který je v průběhu biodegradace znečišťován lehkými uhlovodíky, je dočišťován přes chemické či biologické filtry
9
1.12.2016
Bioremediace půdy ex-situ Biodegradace v kalu
Bioremediace in-situ Bioventing
využívána nejen pro ex situ čištění kontaminovaných půd, ale i kalů
nedestruktivní technologie, která využívá přirozeného prostředí
samotných nebo sedimentů
do půdy je vtlačován vzduch pod tlakem nebo je odsáván ze speciálních
může probíhat přímo v lagunách nebo ve speciálních reaktorech
ventingových vrtů v procesu vakuové extrakce
metoda v reaktoru je vhodná zejména pro kontaminace, kde vznikají
má uplatnění zejména při remediaci uhlovodíků
nebezpečné meziprodukty či nebezpečné plynné sloučeniny, jejichž
odsátý kontaminovaný půdní vzduch je od ventingových vrtů odváděn
produkce může být sledována
prostřednictvím systému trubek k sanační stanici (čištění ve filtrech s
reaktory pracují za plně kontrolovaných podmínek, jsou využívány čisté
aktivním uhlím - sorpce plynného kontaminantu, nebo v biofiltrech)
kultury izolovaných mikroorganizmů; finančně náročné ale velice efektivní
účinnost sanačního procesu může být
(zkrácení doby sanace a podstatné snížení rizik)
průběžně analyticky sledována
v lagunách mohou být degradovány fenoly a krezoáty
náročná instalace vrtů, ale metoda ekonomický přijatelná
Bioremediace in-situ Biofiltry mikroorganizmy mohou rozkládat i celou řadu plynných látek pokud jsou vázány na pevném nosiči - rašelina, zemina, piliny, kůra, aktivní uhlí, jílové částice, porézní sklo či keramika a textilní vlákna v biofiltrech mohou být využity mikroorganizmy v biofilmech nebo v
imobilizované formě (také imobilizované enzymy) z biofiltru vystupují látky se sníženou toxicitou, v ideálním případě produkty mineralizace využívány pro degradaci acetonu, naftalenu, propioaldehydu, toluenu, benzenu, vinylchloridu biotrickling filtry – využívají kapalinu jako nosné medium a jsou účinnější
Desulfurizace uhlí odstranění nebo snížení obsahu síry v uhlí - síra se při spalování uvolňuje do ovzduší ve formě oxidů, kde se vzdušnou vlhkostí vymývá ve formě tzv. kyselých dešťů síra se v uhlí vyskytuje jako anorganická (Fe disulfidy, sulfidy, sulfáty, elementární síra) nebo organická síru lze odstranit bakteriálním loužením, s využitím bakterie oxidující sloučeniny síry - Thiobacillus ferroxidans (optimální teplota je 26-30°C a pH 1,8-2,0) nebo termoacidofilní archea Sulfolobus acidocaldarius bakteriálním loužením se snižuje obsah síry v černém a hnědém uhlí eliminace sulfidických minerálů z uhlí není kvůli energetickým nárokům reakčního systému ekonomický příznivá
10
1.12.2016
Biosorpce
Biosorpce
principem odstraňování těžkých kovů, metaloidů nebo radionuklidů z
nejvhodnějším sorpčním materiálem je biomasa hub a kvasinek
tekutého zdroje je absorpce biomasou mikroorganismů (živou a mrtvou)
mycelium hub je pěstováno v průtokové kultuře nebo povrchovou fermentaci
velice rychlý proces, který není ovlivňován metabolickými inhibitory
jsou využívány „bed“ (policové) reaktory, kde probíhá absorpce nebo kovy mohou
uskutečňuje se hlavně komplexací povrchových struktur buňky, iontovou
být odstraněny průchodem přes kolonu s chitinem z buněčné stěny hub Organismus
Sorbovaný kov
Rhizopus arrhizus
Ag, Au, Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Th, U, Zn
Saccharomyces cerevisiae
Ag, Co, Cu, Th, U, Zn
Candida tropicalis
Cd, Cr, Cu, Ni, Zn
Kluyveromyces marxianus
U
Aspergillus niger
Au, Cu, U
Penicillium chrysogenum
Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, U, Zn
biosorpční metody jsou nejčastěji využívány k čištění kontaminovaných
Bacillus subtilis
Au, Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn
vod s nízkou koncentrací kovu, kdy se nevyplácí využití selektivních
Bacillus licheniformis
Au, Cu, Fe, Mn, Ni
Citrobacter sp.
Pb, U
Chlorella vulgaris
Au, Cd, Ni, Pb, U, Zn
výměnou nebo mikroprecipitací dostupnost, pohyblivost a vazbu kovů ovlivňují fyzikálně-chemické faktory – hlavně pH a teplota (nejlépe pH 4-8) po adsorpci musí následovat desorpce do roztoku, aby šla biomasa dále využit – bikarbonát, EDTA, uhličitan amonný
sorbentů pro nahromadění některého kovu či pro jeho izolaci ze směsi
Biosorpce
Biodegradace xenobiotik
bylo prokázáno, že modifikace buněčného povrchu může výrazně ovlivnit vazbu kovových iontů, např. chemický: promýváním detergenty, zesíťováním organickými ředidly nebo působením kyselin či louhů během kontinuálních průmyslových procesů může být k odstranění kovů z odpadních vod využita technika imobilizace živých či mrtvých buněk do matric (např. nerozpustný Ca-alginát, polyakrylamid aj) - velmi stabilní systémy, které dovolují dlouhodobé využívání nahromaděné biomasy možnosti využití mikrobiálních biofilmů k průmyslovému odstraňování
těžkých kovů z odpadních vod - matrice tvořena pevnou složkou (dřevěné hobliny, jíl, písek, štěrk, ZrO2) a porézním materiálem (molitan, polysulfon či jiná houbovitá hmota) intracelulární akumulace je často ireverzibilní a k uvolnění kovu se využívá drastických metod (zpopelnění nebo rozpuštění v kyselině či louhu)
11
