W12

OCHRONA ŚRODOWISKA

Biotechnologia w ochronie środowiska

Tworzenie zintegrowanych systemów ochrony środowiska:

• wydobywanie surowca

• transport surowca do punktu przerobu

• przetwarzanie surowca

• eksploatacja urządzeń procesu technologicznego

• zagospodarowanie surowców ubocznych, odpadów, ścieków

LCA - cykl życia produktów

Strategie odpadów:

• unikanie ich powstawania lub zmniejszenie ich ilości i szkodliwości

• materiałowe i energetyczne wykorzystanie odpadów

Metody czyszczenia ścieków:

• mechaniczne

• fizykochemiczne

• biologiczne

Złoże biologiczne - mikroorganizmy zamieszkujące błonę biologiczną, przez którą przesączają się ścieki

Bioremediacje - użycie biologicznych układów w celu redukcji wielkości zanieczyszczenia środowiska lub transformacji różnego rodzaju zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe

• bioremediacje podstawowe = naturalna mikroflora skażonego terenu jest wykorzystywana do obniżenia substancji toksycznych w środowisku do bezpiecznego poziomu w określonych i akceptowalnych ramach czasowych ( z naszej strony żadnych działań tylko monitoring)

• biostymulacja = np. natlenianie i wprowadzanie pożywek, wzbogacanie w azot i fosfor; zależy od pH, zasolenia i wilgotności

• bioaugmentacja = (wprowadzenie obcej mikroflory gdy bioremediacja podstawowa i biostymulacja zawodzą) = wzbogacanie zanieczyszczonego terenu w specjalnie wyselekcjonowane mikroorganizmy o dużej zdolności biodegradacji zanieczyszczeń

Przeprowadzanie bioremediacji:

• in situ = na miejscu

• ex situ

Rodzaj i miejsce skażenia	Koszt metody konwencjonalnej	Koszt bioremediacji	Różnica
grunt skażony węglowodanami pochodzenia petrochemicznego	wydobycie gruntu i oczyszczenie ex situ 3 mln $	biowentylowanie 0,2 mln$	2,8 mln $

W12

Zalety:

• procesy ekonomiczne

• możliwość prowadzenia procesu in situ

• grunt nadaje się do użytku bezpośrednio po przeprowadzeniu procesu oczyszczania

• nie wymaga stosowania kosztownej i skomplikowanej aparatury

Ograniczenia:

• rodzaje skażenia

• warunki panujące w mieście

• skażenie czasowe

Technologie te znajdują szczególne zastosowanie przy remediacji gruntów i wód gruntowych skażonych:

• produktami ropopochodnymi, benzenem, toluenem, paliwami, benzyną

• produktami organicznymi: pestycydami, rozpuszczalnikami, środkami do impregnacji drewna

• metalami ciężkimi

FITOREMEDIACJE - technologia oczyszczania środowiska, która wykorzystuje naturalne zdolności roślin do pobierania i gromadzenia substancji zanieczyszczających lub do ich biodegradacji

np. zanieczyszczenie metalami ciężkimi:

Cu: mniszek > skrzyp> trawy > sałata > kukurydza

Cd: tobołek > szpinak > sałata > wierzba > słoma, jęczmień > trawy

Typy fitoremediacji:

• fitoakumulacje (fitoekstarkcje) - wnikanie do wnętrza roślin; nie ulegają one degradacji

• wierzba

• gryka

• luceryna

• ryzofiltracje - rozwój roślin w środowisku wodnym

• fitodegradacja - system korzeniowy, enzymy roślinne degradują toksyny

• biodegradacja ryzosferyczna - roślina wydziela do środowiska związki degradujące toksyny

• fitostabilizacje - wydzielanie związków do podłoża, unieruchamianie toksyn

• fitoutlenianie =-transpiracja toksyn przez liście

• kontrola hydrauliczna drzew

Zalety:

• niski koszt nakładów inwestycyjnych

• minimalne zakłócenie istniejących warunków środowiska

• powszechna aprobata opinii publicznej

Ograniczenia:

• wolne tempo oczyszczania

• ograniczenie działania do płytkich warstw gleby

• odpowiednio duże powierzchnie

W12

• powolny wzrost i specyficzne wymagania oraz różna tolerancja na inne zanieczyszczenia gleby

• nie pomocne w wielu przypadkach

• toksyczność i biologiczne własności produktów biodegradacji

• przenikanie do żywności

• niska efektywność w przypadku zanieczyszczeń, silnie zaobserwowanych na następnych glebach

BIOGEOCHEMIA - zajmuje się rolą organizmów żywych w procesach obiegu pierwiastków w przyrodzie, ich przemieszczaniem, akumulacją, tworzeniem i rozkładem minerałów oraz skał

Metody wymywania pierwiastków:

1. techniki laboratoryjne - perkolator - technika hodowli wstrząsanej; metoda zamkniętej kolby ekologicznej; wymywanie pod ciśnieniem

2. metody in situ - hałdy niskoprocentowych rud „hole to hole”, „hole to mine”

Czynniki warunkujące efektywność wymywania pierwiastków:

• dostępność tanich źródeł wody

• odpowiedni skład rudy

• dobór odpowiedniego szczepu

• odczynniki chemiczne

M I K R O B I O L O G I C Z N E R E A K C J E G E O C H E M I C Z N E

O Z N A C Z E N I U P R A K T Y C Z N Y M

1. BIOGEOCHEMIA Cu:

• wymywanie Cu związane jest z reakcjami utleniania związków towarzyszących czyli związków siarki i żelaza: H₂SO₄, FeSO₄, Fe₂(SO₄)₃

• Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus ferroxidans

• piryt: FeS₂ + 7O₂ + H₂O → 2FeSO4 + H₂SO₄

• chalkopiryt: Fe S₂ + 7,5O₂ + H₂O → Fe₂(SO₄)₃ + H₂SO₄

• chalkozyn: Cu₂S + 2Fe₂(SO₄)₃ → 2CuSO₄ + 4FeSO₄ + S

CuSO₄ + Fe²⁺ → FeSO₄ + Cu²⁺

			Piryt towarzyszy związkom miedzi
Cu2S	Chalkozyn	S^2-	+
CuFeS2	Chalkopiryt	S^2-, Fe^2+	-
CuS	kowelin	S^2-	+

2. BIOGEOCHEMIA Zn:

Skład chemiczny	Nazwa minerału
ZnS	Sfaleryt
ZnO	Cynkit
ZnCO3	Smitsonit
Zn2(SiO4)	Wilemit
Zn4(OH)2(SiO7) x H2O	Kupryt

• Thiobacillus ferrooxidans:

ZnS + 2Fe₂(SO₄)₃ + O₂ → ZnSO₄ + 4FeSO₄ + 2H₂SO₄

H₂SO₄ = ułatwia wymywanie, zakwasza środowisko, stwarza warunki dla wzrostu Thiobacillus ferroxidans

3. BIOGEOCHEMIA URANU:

		Podatność na wymywanie mikrobiologiczne
UO2	Uraninit	+
	Guninit	+
	Bekerelit	+
	Kofinit	-

²³⁸U + ²³⁵U + ²³⁴U - naturalny uran

1

---