Podstawowe parametry kontroli - Gęstość - powinna się mieścić od 0,77 - 0,99g/cm3. Lepkość -używane są pojęcia lepkości dynamicznej i kinetycznej. Wartości wahają się dla różnych frakcji ropy naftowej od 10 - 10000 CP. Nap pow. - funkcja masy cząsteczki i temperatury. Wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej rośnie nap. pow. Temp topnięcia i płynięcia - decydują o jakości ropy naftowej, a w przypadku zanieczyszczenia - szybkość jego rozprzestrzeniania się. Temp. Płynięcia oznacza najniższą temp. W której r.n. lub jej frakcja znajduje się na granicy utraty płynności. Temp. Wrzenia - parametr podstawowy stosowany do opisu frakcji r.n. Tak rozróżniamy frakcje wrzące w temp. 20º - 350ºC i frakcje wrzące powyżej 350ºC określane jako frakcje próżniowe. W przemyśle naftowym używane są parametry opisujące właściwości elektryczne czyli przewodność i stała dielektryczna, napięcie przebicia, ale parametry te z pkt widzenia procesów r.n. są mało istotne. Akceptory elektronów uczestniczące w procesach beztlenowego rozkładu węglowodorów - NO3- - produkty redukcji to : NO2-, NH3 , N2 , typ oddychania: denitryfikacja, Bacillus, Pseudomonas; SO42- - produkty redukcji to : S, H2S, typ oddychania : redukcja siarczanów, Dosulfovibrio; CO2 - produkt redukcji to CH4, typ oddychania : Metanogneza; Methanobacterium ; Fe3+- produkt redukcji : Fe2+, typ oddychania: redukcja żelaza; shewanella ( jakoś tak ). Mikroorganizmy wykorzystywane w procesie biodegradacji: Zdolności drobnoustrojów do degradacji kształtowala się na przestrzeni kilku lat, i jest to wynikiem adaptacji mikroorganizmów do warunków panujących w zanieczyszczonym środowisku, oraz na skutek szerokiego wykorzystania produktów petrochemicznych w wielu gałęziach przemysłu. W rurociągach gromadzą się liczne gatunki głównie bakterii, dla których węglowodory są głównym źródłem węgla. Mikroflora a najczęściej rozwija się na granicy faz : wodnej i olejowej. Rozwojowi tych drobnoustrojów towarzyszy również dostęp tlenu. W środowisku glebowym natomiast mamy do czynienia z mikroflorą charakterystyczną dla gruntów. Mikroorganizmy wykształciły odpowiednie systemy enzymatyczne by likwidować substancje toksyczne zagrażające ekosystemowi glebowemu. Charakterystyczne jest to że z gleby możemy izolować mikroorganizmy wyspecjalizowane w degradacji określonych wybranych ksenobiotyków. W procesach bioremediacji wykorzystuje się zarówno bakterie, drożdże jak i grzyby. Mikroorganizmy te można spotkać w wodach słodkich, morskich, o różnych temp i na różnej głębokości. Ekosystemy wodne obfite są w bakterie i drożdże, natomiast w gruntach obserwuje się zwiększony udział grzybów i promieniowców. Mikroorganizmy, które wykorzystują jako jedyne źródło węgla węglowodory jest niewielki procent. Bakterie: Achromobacter, Acinetobacter, Actinomycetes ( promieniowiec ), Streptomyces ( promieniowiec ), Aeromonas, Alcaligens, Bacillus, Pseudomonas, Mycobaterium, Gordonia. Nieprzetrwalnikujące Actinomycetes i Mycobaterium zwykle gram+. Charakteryzują się zdolnością do biodegradacji węglowodorów alifatycznych, alicyklicznych i aromatycznych. Atakują związki zawierające podstawniki. Przygotowanie konsorcjów: 1) Izolowanie m-mów z zanieczyszczonego m-ca, wyhodowanie ich na większą skalę, i powtórne wprowadzenie do zanieczyszczonego źródła. Dodatkowo dobiera się odpowiednie źródła azotu, fosforu, wzbogacenie o ewentualne mikro i makroelementy i korektę pH. 2) metoda stopniowego wzbogacania - polega na przeprowadzeniu cyklu hodowli w których substratami są węglowodory niezdegradowane w poprzednim etapie. W tej metodzie wykorzystuje się najczęściej 5 kolejno po sobie następujących hodowli. 1 z nich - źródło węgla to węglowodory stanowiące zanieczyszczenie, materiał biologiczny to m-zmy bytujące w zanieczyszczonej glebie+ niewielkie ilości subst. Biogennych inicjujących wzrost m-zmów. Po kilku dniach zebrane niezdegradowane pozostałości węglowodorów stosuje się w 2 etapie jako źródło węgla. Hodowla ta szczepiona jest mieszaniną kultur z 1 etapu itd. Uzyskujemy konsorcja m-zmów tolerujących i degradujących coraz to bardziej odporne na biodegradację mieszaniny węglowodorów, natomiast gubimy m-zmy, które są obecne mimo obecności węglowodorów. 2 pułapki . Czynniki fizykochemiczne sprzyjające intensyfikacji procesu remediacji - Zanieczyszczenia węglowodorami powodują że w zanieczyszczonym środowisku mamy do czynienia z deficytem związków azotowych. Należy te związku uzupełnić by była zachowana proporcja 102. Zwykle jest to w postaci nawozów stosowanych w agrotechnice ( jony amonowe, niewiele azotanów i mocznika )Nawozy te zawierają również zw fosforu w odpowiedniej proporcji. Temperatura optymalna : 12 - 25®C ; wilgotność gruntu - 20 - 30%. Struktura grunty powinna być na tyle luźna by był odpowiedni dopływ powietrza. Aktywność wodna - miernik chłonności wody przez dany grunt i utrzymywanie wilgotności. pH -5,5 - 7 Kompostowanie - do tego procesu dodaje się dojrzały kompost a nie świeżego . Uzyskujemy go z różnego typy rozkładu odpadów roślinnych. Zawiera on wiele cennych subst. min. Enzymów oraz spory m-zmów, które brały udział typowego kompostowania, strategia polega na przygotowaniu gruntu, który ma być poddany bioremediacji, skontrolować poziom zanieczyszczeń by nie był on toksyczny dla m-zmów. Należy ustalić poziom zanieczyszczenia z uwzględnieniem procesów biosorpcji zanieczyszczeń do matrycy gruntu. Zjawisko to może okazać się pomocne, gdyż spowoduje zmniejszenie ilości biodostępnych zanieczyszczeń, a tym samym przyspieszyć rozwój m-zmów zdolnych do ich degradacji. Korzystna jest obecność enzymów, głównie tych degradujących zw. celulozowe. Enzymy te będą powodowały rozkład subst roślinnej, a tym samym stopniowe uwalnianie subst toksycznych. Konieczna jest precyzyjna kontrola procesu. Przy właściwych proporcjach C:N:P dostępie tlenu oraz dodatkiem kompostu można zintensyfikować proces rozkładu. Intensywna faza biodegradacji przebiega ze znacznym wzrostem temp. Parametr ten wymaga szczególnej kontroli. Zbyt wysoka może prowadzić do wyniszczenia mikroflory. Po osiągnięciu zanieczyszczenia tolerowanego przez mikroflorę proces zaczyna zachodzić znacznie wolniej i wymaga od technologa specjalnych strategii. Zjawisko biosorpcji zaczyna być wysoce niekorzystne. Jednym ze sposobów jest dodawanie środków powierzchniowo czynnych. Niekiedy można zastosować dodatek kolejnej porcji dojrzałego kompostu, ważne jest by ograniczyć poziom organicznego węgla. W sensie fizycznym proces kompostowania dzieli się na: mezofilny; termofilny ( faza intensywnego oczyszczania i kontroli temp. )etap chłodny (okres spowolnienia degradacji subst. tok. ) etap dojrzewania ( używa się również pojęcia starzenie się zanieczyszcz. - sorpcja zanieczyszczeń do matrycy gruntu z jednoczesną ich tolerancja przez mikroflorę ) Najważniejsze cechy : - używanie dojrzałego kompostu , - wykorzystanie potencjału enzymów, które brały udział w tworzeniu tego kompostu w procesie bioremediacji, - prowadzenie procesu oczyszczania w warunkach tlenowych, w których produkty działania tych enzymów mogą być szybko wykorzystane do wzrostu m-zmów uczestniczących w procesie bioremediacji Landfarming, pryzma- metody te są stosunkowo proste i niedrogie. Dość powszechnie stosowane do oczyszczania gruntu zanieczyszczonego substancjami ropopochodnymi. Oczyszczanie tą metodą przebiega stosunkowo długo, wymaga kontroli wielu parametrów. Podczas tego procesu rozwijają się nie tylko mikroorg. Uczestniczące w procesie degradacji ale i inne mikroorg. Glebowe. Dlatego trudno jest kontrolowac ten proces pod względem mikrobiologicznym i biochemicznym, a nie odpowiednia mikroflora namnożona w dużych ilościach może stanowić źródło dla rozwoju kolejnych generacji mikroorganizmów , ograniczając tym samym asymilację zanieczyszczeń. W warunkach „polnych” bez dysponowania odpowiednią aparaturą nie jesteśmy w stanie kontrolować mikroflory rozwijającej się podczas prowadzenia procesu lendfarmingu. Procesy te polegają na utworzeniu odpowiednio skoncentrowanych rowów ziemnych lub pryzm. W rowach ziemnych pod odpowiednim ich zastosowaniu umieszcza się ruszt na którym usypuje się spulchnioną warstwę zanieczyszczonego gruntu oraz wtłaczanie powietrza. Pożywki dostarczane są zwykle z powierzchni gruntu. Zraszanie gruntu odbywa się tą samą drogą. Technologia pryzmy- jest w pewnym sensie „odwrócenie” technologii lendfarmingu i polega na uformowaniu na zanieczyszczonym podłożu pryzmy zanieczyszczonego gruntu przy czym pod próżnią umieszcza się sekcję przy pomocy której do pryzmy może być wtłaczane powietrze oraz wpompowane pożywki i woda. Tą drogą może być również oddzielany odciek. Pryzmy zwykle okrywane są materiałem zabezpieczającym przed zbyt szybkim parowaniem wody (wysuszeniem) i zabezpiecza utrzymanie w dłuższym czasie w miarę stabilnej temperatury. W warunkach lendfarmingu i pryzmy bardzo trudno uzyskać wysoki stopień oczyszczania. Początkowa faza oczyszczania trwa stosunkowo szybko, druga faza bardzo długo. W technologiach tych duże znaczenie ma bioaugmentacja - wprowadzenie wyspecjalizowanych mikroorganizmów w stosunku do zanieczyszczenia. Kontrola namnażania tej grupy mikroorganizmów, sprostanie ich wymogom pokarmowym może przyspieszyć proces biodegradacji. W końcowej fazie procesu dotkliwe są problemy niskiej biodostępności węglowodorów dla mikroorganizmów. Przy tych rozwiązaniach technologicznych stosowanie środków powierzchniowo czynnych nie daje zbyt dobrych rezultatów. Wśród rozwiązań stosowanych w tych technologiach jest wtłoczenie powietrza pod zwiększonym ciśnieniem, co powoduje większe rozluźnienie struktury gruntu i ulatniania się niżej cząsteczkowych zanieczyszczeń. Bioreaktory w proc. remediacji stosowane są w przypadku likwidacji skażeń o wysokiej toksyczności, w przypadku gdy istnieje duże prawdopodobieństwo rozprzestrzenienia się tego zanieczyszczenia i gdy mamy do czynienia ze skażeniem niezbyt dużej ilości gruntu. Jest to proces ex situ, nie wymaga tak dużych powierzchni jak landfarming i umożliwia prowadzenie procesu w warunkach bliskich optymalnym. Bioremediacja w bioreaktorach jest procesem drogim i stos. się tu najczęściej 2 typy bioreaktorów: kolumnowy,bioreaktor szlamu, wyposażony w mieszadła ślimakowe. Bioreaktor kolumnowy wypełnia się skażonym gruntem odpowiednio spulchnionym i nawilżonym, wzbogaconym w pożywki i powietrze z określoną szybkością jest przepuszczane przez złoże. Szczególnym rozwiązaniem bioreaktorów szlamu są tzw. bębny obrotowe. Użycie bioreaktorów stwarza pewną możliwość prowadzenia proc. oczyszczania z udziałem mikroorg. genetycznie modyfikowanych. Możliwość taka istnieje przy wdrożeniu odpowiednich zabezpieczeń umożliwiających pracę `w układzie zamkniętym' i dające pewność, że użyty mikroorg. nie przedostanie się do środowiska przyrodniczego. W tym przypadku konieczna jest sterylizacja oczyszczanego gruntu po zakończeniu procesu oczyszczania. Modyfikacje procesów bioremediacji- 1.połączenie procesu fitobioremediacji z bioaugmentacją. Polega na wprowadzeniu do strefy przykorzennej rośliny dodatkowych mikroorganizmów. 2.z wprowadzeniem syntetycznych środków powierzchniowo czynnych- obniżają napięcie powierzchniowe na granicy faz woda-zanieczyszczenie i przyspieszaja transport hydrofobowych związków do fazy wodnej. W procesach bioremediacji znalazły zastosowanie preparaty: SDS,trion-100, Brij. Kometabolizm- niektóre substancje ksenobiotyczne nie mogą być przyswajalne przez mikroorganizmy i ich degradacja może następować jedynie w obecności innych strukturalnie podobnych związków (kosubstratami). Enzymy wytworzone na użytek asymilacji kosubstratu mogą być wykorzystane do rozkładu ksenobiotyku. Przykład może stanowić biodegradacja ortoksylenu w obecności toluenu oraz rozkład związków poliaromatycznych w obecności rozgałęzionych cyklodekstryn. INNOWACJE W ZAKRESIE TECHNOLOGII BIOREMEDIACJI: Technologia z włączeniem procesu wstępnego utleniania (reakcja Fentona) -> wśród subst. Stosowanych do wstępnego utlenienia wymienione SA nadtlenek wodoru i ozon. Obie subst. uzyte w nadmiernym stężeniu mogą powodowac zniszczenie mikroflory bytującej w zanieczyszcz. środowisku. Dodatkowym mankamentem jest to ze reakcja Fentona z nadtlenkiem wodoru w obecności jonow żelaza daje najlepszy efekt przy pH 3 najwyzej 4. Gleby i wody z zasobow wodnych maja zwykle pH powyżej 5. Reakcja Fentona w tych warunkach nie przebiega zbyt efektywnie. Przy stosowaniu tych technik należy zwrocic uwage ze zarówno nadtlenek jak i ozon to subst. Bakteriobójcze i uzyte w nadmiernym stężeniu mogą powodowac wyniszczenie mikroflory bytującej w oczyszczonym środowisku. Dlatego przed zastosowaniem procesu wstępnego utleniania należy przeprowadzic proby wstepne majace na celu dobranie odpowiedniej dawki czynnika utleniającego jak również ustalenie pH przy którym reakcja jeszcze zachodzi.efekty wstępnego utlenienia SA zazwyczaj bardzo dobre i procesy te SA często stosowane jednak podkreślone jest by proces był przeprowadzony zgodnie z kanonami sztuki by podczas tego procesu nie nastąpiły zbyt dotkliwe uboczne niepozadane efekty: - zakwaszenie środowiska - zniszczenie struktury gruntu - wyniszczenie zycia tych gruntow 2. bioremediacja wspomagana preparatami enzymatycznymi -> w ramach badan nad procesami zachodzącymi w sposób naturalny w glebie stwierdzono ze enzymy pozakomórkowe wytwarzaja m.in. grzyby bialej i brunatnej zgnilizny. Klasa bacillomycetes wytwarzaja enzymy pozakomórkowe które uczestnicza w rozkładzie materiałów celulozowych i enzymy te mogą również powodowac wstepne utlenienie zanieczyszczen. Subst. Zaniecz. Utlenione z udzialem tych enzymow staja się latwiej przyswajalne dla mikroorg. Badania wskazuja ze korzystne w rozkładzie węglowodorów jest dodatek lipa. Rola tej grupy enzymow nie jest zupełnie wyjasniona. Prawdopodobnie chodzi o intensyfikacje przemian towarzyszacym B-oksydacji i większość z zastosowan preparatow lipaz wprowadzanych do oczyszczanego środowiska po rozpoczęciu procesu oczyszczania z udzialem mikroorg. Daje pozytywne efekty. Obecność tych enzymow powoduje przyspieszenie koncowej fazy procesu bioremediacji 3. stosowanie syntetycznych i naturalnych srodkow powierzch. czynnych (surfaktanty) -> mikroorg. Uczestniczace w rozkładzie zw. hydrofobowych (weglowod, tłuszczów) wytwarzaja zw. pow. Czynne - biosurfaktanty powodujące: a) zwiekszenie rozpuszczalności tych zw. W fazie wodnej b) ich emulacje do mikro lub makr okropli co powoduje zwiekszenie pow. Kontaktu miedzy faza wodna a faza hydrofobowa. Mikrokrople mogą być transportowane do wnętrza komorki. W przypadku makr okropli asymilacje węglowodorów odbywa się dzieki zasiedlaniu tej makr okropli przez kom. mikroorg. I proces utlenienia węglowodorów zachodzi dzieki dzialaniu membranowych oksygenaz utleniających substrat. Produkty utlenienia transportowane SA do komorki i tam proces asymilacji jest kontynuowany. Zarówno proces wnikania mikrokropli do kom. jak i proces zasiedlania makr okropli przez kom. zachodzi miedzy innymi dzieki tworzeniu zw. pow. Czynnych. Rola srodkow pow. Czynnych polega na zwiekszeniu biodostępności węglowodorów dla mikrooorg., chodzi o ich uwolnienie z matrycy gruntu bądź lepsze rozproszenie w srodow. Wodnym. Techno. Stosowania czynnikow pow. Czynnych wymaga przeprowadzenia prob wstepnych mających na celu okreslenie optymalnego stężenia surfaktantow i jego wpływu na oczyszcz. Srod. Srodki pow. Czynne mogą również Stanowic zagrozenie.
Bioremediacja środowisk zanieczyszczonych jonami metali ciężkich. W odpowiedzi na to działanie drobnoustroje wykształciły dobrze mechanizmy odpornościowe w stosunku do tych metali i strategie te polegają na: 1.nie dopuszczaniu do wejścia jonu metali do komórki 2.aktywnego wrzucenia jonu metali poza komórkę , jest to realizowane dzięki odizolowwaniu jonu metali bądź dzięki aktywnemu transportowi lub chemicznemu przekształceniu tego jonu do formy mniej toksycznrj dzięki utlenieniu lub redukcji. Te zdolności mikroo. posłużyły do opracowania kilku strategii mikrobiologicznej remediacji oczyszczenia środowisk zanieczyszczonymi metalami. Strategie: I. Biosorbcja , imobilizacja metali przez biomasę komórek II. mobilizacja-działanie mikroo. polega na szybkim wyrzuceniu związku chemicznego z jednoczesną zmianą jego toksyczności. Klasycznym przykładem mobilizacjijest proces metylacji. Metylacja - powoduje zwiększenie lotności jonów meatali i toksyczności danego jonu. Przyłączone do jonów metali grupy metylowe lub alkilowe powodują że związki stają się bardziej lipofilne i łatwiej są transportowane przez membrany. III. Mikroo. mogą redukować metale dla obniżenia biodostępności lub utleniać te jony np.szczep Pseudomonas utleniają arsenin do arsenianu , selenin do selenianu. formy bardziej utlenione są mniej tosyczne. Desulfovibrio redukuje seleniany i seleni do nietoksycznego selenu. Obserwowane są także reakcje odwrotne np. Bacillus utlenia selen do toksycznego seleninu zwiększając jego reaktywność. Szczep Clostridium w warunkach beztlenowych rozpuszczają sole Cd, Cr, Pb i Zn. Wszystkie wymienione uzdolnienia mikroo. w zależności od rodzaju zanieczyszczenia i warunków(tlenowe czy beztlenowe) można wykorzystać w celu zwiększenia reaktywności tych metali lub imobilizacji poprzez ich wytracenie lub związki kompleksowe. Bakterie i grzyby zdolne są do wiązania i sorbcji metali i procesu tego wiązania metali . Może to zachodzić na 2 sposoby: a. metale mogą podlegać niespecyficznemu wiązaniu na powierzchni ściany komórkowej. b.Wiązanie to może mieć charakter bardziej specyficzny i odbywać się wewnątrz komórki. Proces ten przebiega różnie w zalezności od rodzaju mikroo. , metalu i pH. Przy niskim pH wiązanie metali jest ograniczone z wyjątkiem chromianów i selenianów. Spośród jonów metali kompleksowaniu ulegają najłatwiej jony Au, latanu, Cu i Cd.
|