(env008 nápravy environmentálních škod)

ENV008 Nápravy
Nápravy environmentálních škod
Přehled nejdůležitějších pojmů a zkratek dle přednášek Víta Matějů.
Ohniskové resp. difúzní znečištění – na jednom místě (bodě) resp. v lokalitě (nižší koncentrace).
Saturovaná zóna – zóna horniny zaplavená podzemní vodou (zvodní).
Nesaturovaná zóna – horní vrstva horniny nezaplavená podzemní vodou.
Zvodeň – těleso podzemní vody.
Parametry zvodně – pH, koncentrace polutantu, O2 resp. jiných akceptorů e-, redox. potenciál,
propustnost, volná fáze produktu, rychlost proudění podzemní vody.
LNAPL – light non aqueous phase liquids.
DNAPL – dense non aqueous phase liquids.
Kapilární třáseň – vrstva vody v kapilárních pórech nad zvodní.
InIn-situ – na místě bez těžby pevných materiálů, bez čerpání vyčerpávání podzemní vody.
ExEx-situ – po vytěžení pevných materiálů nebo vyčerpání podzemní vody a přemístění z kontaminované lokality.
OnOn-site – po vytěžení nebo vyčerpání na kontaminované lokalitě.
OffOff-site – po vytěžení nebo vyčerpání mimo kontaminovanou lokalitu.
Rozdělení metod - biologické, fyzikálněchemické a fyzikální, chemické, kombinované (integrované) – treatment trains, přirozená atenuace, podporovaná atenuace, green remediation (využití
udržitelných energií při čištění kontaminovaných lokalit), fytoremediace.
Stripping vzduchem - Henryho konstanta polutantu musí být > 0,01.
Činidla pro chemickou oxidaci - Fentonovo oxidační činidlo, manganistan draselný, ozon, ozon
+ peroxid vodíku, persulfát.
Bakterie – nejčastěji používané mikroorganizmy pro rozklad polutantů.
Kvasinky – téměř nepoužívané – specificky: čištění odpadních vod s fenoly.
Nižší houby – technologie (zatím) ve slepé uličce (oproti očekávání neefektivní) – nepoužívá se.
Eukaryota – kvasinky a houby.
Prokaryota – bakterie.
Plazmidy - buněčné organely většinou nesoucí genetickou informaci pro syntézu enzymů nutných pro degradaci polutantů. Pokud pomnožovací kultivace neprobíhá za selekčního tlaku,
hrozí vyředění plazmidů a ztráta biodegradační aktivity.
Autochtonní populace - kmeny přirozeně se vyskytující v zájmové lokalitě.
Alochtonní populace - kmeny uměle připravené (izolace, selekční tlaky, pomnožení) s požadovanými vlastnostmi.
Inokulace, bioaugmentace – obohacení vyselektovanými kmeny z jiných míst.
Biotransformace - obměna molekuly polutantu biologickou cestou, výsledek může být pozitivní
i negativní.
Biodegradace - rozklad organických látek na menší organické či anorganické molekuly (aminokyseliny, monosacharidy, tuky).
Mineralizace - oxidace organické látky na oxid uhličitý a vodu (za uvolnění energie a tvorby
mikrobiální biomasy).
Kometabolismus – transformace organické sloučeniny organismy, které nejsou schopné tuto
látku využívat jako zdroj energie - tj. záměna za jinou podobnou látku. Např. trichlorethylen
(aerobně), trinitrotoluen, 1,1,1-trichlorethan, MTBE, chloroform, PCB, polyaromatické uhlovodíky a mnoho dalších.
Bioremediační bakterie - pseudomonas sp., xanthomonas sp. (více než 100 substrátů),
burkholderia sp., rhodococcus sp. (biosurfaktanty a zvlášť lipofilní buněčná stěna) a další.
Bakteriální konsorcium - aktivními kmeny a kmeny vzniklé pod selekčním tlakem kontaminace
v prostředí - obvyklé použití.
Toluen a chlorbenzen nelze odbourávat vedle sebe!
Enzymy při bioremediaci – oxydasy, monoxygenasy, diooxygenasy, hydrolasy, peroxidasy.
Aerobní rozklad - v přítomnosti kyslíku (alifatické uhlovodíky, některé chlorované ethyleny,
aromatické uhlovodíky, fenoly), kyslík je finální akceptor elektronů.
Oxidační reakce: C6H6 + 12H2O → 6CO2 + 30H+ + 30eRedukční reakce: 7,5O2 + 30H+ + 30e- → 15H2O
Anaerobní rozklad
rozklad – bez přítomnosti kyslíku (pentachlorfenol, tetrachlorethylen, aromatické
uhlovodíky, organické kyseliny, nitroaromatické sloučeniny – TNT, RDX, HRX – finální akceptor
elektronů jiný než kyslík. Prakticky se využívá při dehalogenaci substituovaných uhlovodíků a
chlorovaných organických sloučenin. Nejznámnější je reduktivní dechlorace perchlorethylenu.
Ortho a meta štěpení katecholu za aerobních podmínek je nejčastější finální metabolická cesta
degradace aromatických uhlovodíků.
Akceptory elektronů podle rostoucího
rostoucího redox. potenciálu:
CO2→CH4
anaerobní
SO42-→S2Fe3+→Fe2+
Mn4+→Mn2+
NO3-→N2
O2→CO2
aerobní
Samotné biologické čištění polyhalogenovaných sloučenin se proto provádí v sekvencích: anaeanaerobní fáze – aerobní fáze.
Anoxické podmínky - přechod mezi aerobním a anaerobním metabolismem (koncentrace O2 v
podzemní vodě 0,1 mg·l-1až 0,5 mg·l-1).
Anoxický stres - při nízké koncentraci O2 způsobuje zvyšování specifické spotřeby kyslíku na
odbourání jednotkového množství organického substrátu (až desetinásobně).
Bioventing – pumpování vzduchu z/do nesaturované zóny pro potřeby bakterií.
Venting – odsávání půdního vzduchu vč. polutantu – tedy podobná technika za jiným účelem.
Biosparging – vzduch se pumpuje do zvodně a probublává.
Air sparging - stripping podzemní vody s podporou biologické degradace v nesaturované zóně.
Bioslurping – sesrkávání LNAPL z hladiny podzemní vody.
Biopile – provzdušňované hromady horniny ex situ.
Landfarming – hospodaření na kontaminovaných horninách (ropa). V Evropě zakázané.
Bioimobilizace
Bioimobilizace - biotransformace těžko odbouratelné molekuly - změna polarity, ireverzibilní
vazba do huminových látek a vytvoření komplexů bez negativních účinků na životní prostředí.
Biostabilizace - Převod například rozpustných solí na nerozpustné redukcí (oxidací) kovů či
radionuklidů – srážení, sorpce. Sulfát (síran) – sulfan (sirovodík) – sulfid (sirník).
Biopulping – rozvlákňování materiálů pomocí hub.
Shewanella oneidensis - bakterie redukující UO2 a další kovy (Mn, Fe), současně redukuje i organické látky.
Fytoremediace – remediace použitím vyšších rostlin (např. kořenové ČOV).
Biologická rozložitelnost polutantu - struktura a náboj molekuly, polarita, rozpustnost ve vodě,
stupeň zvětrání, biologická dostupnost, enzymatické vybavení mikroorganismu, transport do
buňky (přenosu hmoty).
Pasivní transport –
difúze - pohyb molekul z prostředí s vyšší koncentrací do prostředí s nižší koncentrací látky přes buněčnou membránu.
podporovaná difuze - Není třeba ATP, ale musí být přítomna přenosová
bílkovina, která zprostředkovává přenos z prostředí s vyšší koncentrací do
prostředí s nižší koncentrací.
osmóza - pohyb vody polopropustnou membránou do místa s vyšší koncentrací rozpuštěných látek.
Aktivní transport -
pro aktivní transport je třeba energie (např. ve formě ATP).
endocytóza - při tomto způsobu transportu vnesená látka neprochází
buněčnou membránou.
Stárnutí (zvětrávání) polutantů - sorpce na pevné částice půdy (jíl) a na organické látky v půdě
(huminové látky), difuze do mikropórů a makropórů, odpar těkavých složek, úbytek dobře odbouratelných složek znečištění.
Tailing – tvorba „ocasu“ při postupném uvolňování nasorbované látky.
Rebounding – opětovné navýšení koncentrace po zdánlivém odstranění látky z prostředí po
ukončení sanační činnosti dané uvolněním látky, která byla „jen nasorbovaná“.
Rozložitelnost klesá se stoupající alkylací a halogenací původní látky - chybí enzymy pro rozrozklad.
Rhamnolipid – biosurfaktant produkovaný bakterií pseudomonas aeruginosa.
Dead end – produkty biotransformace, které se dále rozkládají jen velice pomalu. Mohou přitom
být polárnější a toxičtější než původní polutant.
Saccharomyces cerevisiae – průmyslově využívaná kvasinka pro remediace.
Bílá hniloba dřeva – lignin shnije, zůstává celulóza (peroxidázy).
Hnědá hniloba dřeva – celulóza shnije, zůstává lignin (celulázy).
Remediace houbami - tvoří exoenzymy - zrychlení biodegradace PAU podobných ligninu, eliminace nejpomalejšího procesu - transportu do buňky. Problém je kolonizace ošetřované půdy a
nutnost velkého mnoţství inokula – vysoká cena. Též tvorba dead-end produktů, výsledek horší
než očekávání – spíše žádný.
Přirozená atenuace - průběh samovolných čistících mechanizmů (ale pod dohledem): biodegradace (95 % a více), disperze, ředění, sorpce, těkání, abiotická transformace, imobilizace,chemická přeměna. Vhodné pro organické polutanty s rozumnou dobou rozkladu.
Atenuační kapacita - souhrn všech chemických, fyzikálních a biologických procesů, které přispívají k disperzi, transformaci, imobilizaci, biodegradaci, chemické změně a sorpci (sekvestraci) polutantů v saturované zóně. Vyjadřuje se v jednotkách hmotnosti za jednotku času.
Atenuační kapacita na sanované lokalitě musí být větší než dotace polutantu do horninového
prostředí!
Podporovaná atenuace – zrychlení atenuace podporou přirozených procesů (živiny, akceptory,
teplota, surfaktanty,; …) – pomalé, obvykle pro nižší koncentrace – dočištění. Vhodné pro eliminaci BTEX, bioimobilizaci kovů a radionuklidů, úpravu důlních a skládkových vod (amoniak),…
BTEX – benzen, toluen, ethylbenzen, xyleny.