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:
techniki laboratoryjne - perkolator - technika hodowli wstrząsanej; metoda zamkniętej kolby ekologicznej; wymywanie pod ciśnieniem
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 |
S2- |
+ |
CuFeS2 |
Chalkopiryt |
S2-, Fe2+ |
- |
CuS |
kowelin |
S2- |
+ |
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