Fenyvesi Éva, Molnár Mónika, Kánnai Piroska, Illés Gábor, Balogh Klára, Gruiz Katalin

Átírás

1 Fenyvesi Éva, Molnár Mónika, Kánnai Piroska, Illés Gábor, Balogh Klára, Gruiz Katalin

2 A szennyezıanyagok kockázatát a biológiai hozzáférhetıségük határozza meg Biológiailag elérhetı (lassan deszorbeálódó) Biológiailag hozzáférhetı (a vizes fázisban oldott vagy könnyen deszorbeálódó) Biológiailag nem elérhetı Nem deszorbeálódó

3 sejtmembrán Adszorbeálódott szennyezıanyag Deszorbeálódott szennyezıanyag Felszívódott szennyezıanyag Megoszlás a talajfázisok között Transzport a biotához Felszívódás a sejtmembránon Biológiai elérhetıség Biológiai hozzáférhetıség

4 A szennyezıanyagok hozzáférhetısége Összes szennyezıanyag a talajban Meghatározó tényezık: Szennyezettség kora Vegyület transzportja Kémiailag extrahálható mennyiség Biológiailag hozzáférhetı mennyiség Bejutása a sejtbe

5 Korreláció az extrahálható és biológiailag hozzáférhető fenantrén-koncentráció között (Reid, B.J., Stokes, J.D., Jones, R.C., Semple, K.T., Environ. Sci. Technol., 2, 34, 3174) Biológiailag hozzáférhetı fenantrén, ppm Total Phe content DCM extracted Phe butan-1-ol extracted Phe HPBCD extracted Phe Extrahálható Fenantrén, ppm 14 C-jelölt fenantrénnel kevert talaj. Biológiailag hozzáférhetı fenantrén: a termelt CO 2 koncentrációból számítva

6 A biológiai hozzáférhetőség és a mikrobiológiai lebontás folyamatainak modellezése egyszerű kémiai extrakciós lépésekkel A lassú biotesztek kiváltása PAH-vegyületek biodegradálhatóságának becslésére javasolt ciklodextrines extrakciós módszer kipróbálása tipikus keverékszennyezőanyagokra: dízelolajra, pakurára, transzformátorolajra Összefüggés keresése a biológiai és a kémiai vizsgálatok eredményei között

7 Ciklodextrinek Ciklikus oligoszacharidok HPΒCD: hidroxipropilezett βcd RAMEB: random metilezett βcd

8 Zárványkomplex-képzés + gazdamolekula vendégmolekula komplex

9 Vizes CD oldatban oldott dízelolaj kromatogramja mvolts RAMEB HPBCD víz Minutes

10 Vizes CD oldatban oldott pakura kromatogramja 25. R1 R1 paku61116.met HP1 hp1 paku61116.met V1 v1 paku61116.met mvolts RAMEB HPBCD water Minutes

11 A K ow érték csökkenése Dízel Transzf. Pakura olaj olaj Oktanol/víz 5, 5,1 3,4 Oktanol/HPBCD 4,3 4,4 2,7 Oktanol/RAMEB 3,6 3,7 2,6

12 Biodegradációs tesztek Zárt palack teszt Átlevegıztetett rendszer O 2 fogyasztást és ezzel nyomáscsökkenést mérünk 5 napon keresztül Megállapítható: Toxikus hatású-e a szennyezıanyag, Gátolja-e a mikrobák mőködését, Adaptálódott-e a mikroflóra, és aktívan mőködik-e, Aktiválható-e a mikroflóra, Ha aktiválható, akkor milyen technológiai paraméterek szükségesek az optimális mőködéshez CO 2 termelés követése titrálással 5 napon át napi 1 óra a légzési folyamatok durva jellemzésére

13 Biodegradációs tesztek eredményei Nyomáscsökkenés az 5 napos zárt palack teszt során A termelt CO 2 mennyisége a levegıztetett talajoknál p / 1 2 Pa Kontroll Dízel friss Dízel régi Pakura friss Pakura régi CO 2 termelés / mmol 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 Kontroll Dízel friss Dízel régi Pakura friss Pakura régi t / s 1. nap 2 nap 3. nap 4. nap 5. nap A frissen szennyezett talajban gyorsabban bontják a szennyezıanyagot a mikrobák, mint a régebben szennyezett talajban A dízelolaj sokkal gyorsabban és könnyebben bontható a nagy mólsúlyú pakurakomponenseknél

14 Ökotoxikológiai tesztek A szennyezıanyagok környezetre gyakorolt ökológiai hatását tanulmányozhatjuk Folsomia candida (Collembola): Akut, egy fajt alkalmazó teszt érzékeny reakció a talajgızökre dermális érintkezés a vizsgálandó talajjal A minta hígításaiból az LC 2 -at és LC 5 -et a 2 és az 5%-os pusztulást okozó koncentrációt vagy dózist (LD 2 és LD 5 ) lehet meghatározni

15 Minta LD 2 LD 5 Jellemzés Kiindulási Dízel friss,84 1,64 Nagyon toxikus A mikrobiális tevékenység hatására nı a szennyezıanyagok hozzáférhetısége (feltáródás) és megindul a lebomlás. Az elıbbi a toxicitás növekedését, az utóbbi csökkenését okozza. Dízel régi Pakura friss Pakura régi Dízel friss Dízel régi Pakura friss Pakura régi Dízel friss,86 2,52,28 2,93 2,6 9,8 Levegőztetett 1,19 1,53 1,27 1,77 1,61 5,25 4,17 13,44 Zárt palack teszt 1,19 1,53 Nagyon toxikus Nagyon toxikus Toxikus Nagyon toxikus Nagyon toxikus Toxikus Toxikus Nagyon toxikus Dízel régi 1,36 2,18 Nagyon toxikus Pakura friss 2,44 5,42 Toxikus Pakura régi 8,4 12,7 Toxikus

16 Extrakciós eljárások Módszer Ultrahanggal segített extrakció Ülepítés Vizes oldatok esetén szilárd fázisú extrakcióval vízmentesítés, elúció hexán-aceton 2:1 eleggyel Gázkromatográfia detektor, He vivőgáz Hőfokprogram: A kolonnát 5 C-on tartjuk 3 percig, majd 315 C-ra fűtjük 1 C/min-es felfűtési sebességgel, 12 percig tartjuk Injektor/ Detektor hőmérséklete: 325 C/325 C Splitless,,5 min

17 Kromatogramok minıségi értékelése I. RAMEB-oldatos extraktum móltömegtartománya szélesebb, mint a HPBCD-vel készülté HPBCD-oldat szelektívebb extrahálószer mvolts 4 DF2_HA DF2_HA met L2_DF1_HA l2_df1_ha met Z2_DF1_HA Z2_DF1_HA met Kiindulási Levegıztetett Zárt palack A kezelések hatására a kisebb C- atomszámoknál fogyás, míg a nagyobbaknál dúsulás figyelhetı meg Minutes Hexán-aceton 2:1 eleggyel 3 DF1_Ram DF1_Ram met Z2_DF1_Ram z2_df1_ram met L2DF1ismRAM L2DF1ismRAM met 14 DF1_HP DF1_HP met L2_DF2_HP l2_df2_hp met Z2_DF2_HP z2_df2_hp met 25 Kiindulási 12 Kiindulási mvolts 2 15 Levegıztetett Zárt palack mvolts Levegıztetett Zárt palack Minutes Minutes RAMEB -oldattal HPBCD -oldattal

18 Kromatogramok minőségi értékelése II. 14 bi oepf2 _HA bioepf2_ ha met L 4PF2_HA l4pf2_ ha met Z4PF2_HA z4pf2_ ha met 12 mvolts Kiindulási Levegıztetett Zárt palack Minutes Hexán-aceton 2:1 eleggyel mvolts bi oepf1 _RAM bi oepf1 _RAM m et Name Kiindulási Levegıztetett Zárt palack Z4PF2_ RAM z4pf2 _ram met L4PF2 _RAMism l4pf2_ramism met mvolts bi oepf1 _HPsz bioepf1 _HPsz met L 4PF1_ HP l4pf1 _hp met Z4PF2_ HP z4pf2 _hp met Kiindulási Levegıztetett Zárt palack C17C17e C18 C18e Minutes Minutes RAMEB -oldattal HPBCD -oldattal

19 Extrakció szerves oldószerrel és vizes ciklodextrin oldatokkal EPH (m g* kg -1 ) Hexán-aceton kiindulási,biodeg radáció elıtti zárt palack teszt levegıztetés REH / mg *kg RAMEB biodegradáció elıtti zárt palack teszt levegıztetés KONTROLL Dízel friss Dízel régi Pakura friss Pakura régi 2 K DF DR PF PR 25 2 HPBCD biodegradáció elıtti zárt palack teszt levegıztetés H EH / m g* kg REH: RAMEB-oldattal extrahálható szénhidrogén-tartalom HEH: HPBCD-oldattal extrahálható szénhidrogén-tartalom K DF DR PF PR

20 Szennyezıanyag Aerob heterotróf sejtek Olaj degradáló sejtek Toxicitás by Folsomia candida letalitási teszt HEH/EPH (HPBCD) REH/EPH (RAMEB) CFU *1 4 sejt/g LD 5 *1 6 /g talaj talaj (g talaj) (%) (%) Kontroll Dízel olaj friss ,7 33,3 Dízel olaj régi ,1 31,2 Pakura friss ,1 Pakura régi ,6

21 Hat hetes biodegradációs kísérlet dízelolajjal és transzformátorolajjal szennyezett talajjal EPH (mg * kg -1) REH / mg*kg kiindulási 2 hét 4 hét 6 hét Kontroll Dízel Trafó kiindulási 2 hét 4 hét 6 hét 8 hét RAMEB-oldat 2 Kontroll Dízel Trafó 12 kiindulási HPBCD-oldat HEH / mg*kg hét 4 hét 6 hét 8 hét 2 Kontroll Dízel Trafó

22 A transzformátorolajjal szennyezett talajban mért kémiai és biológiai paraméterek EPH REH HEH SEM Olajbontó sejtszám Talajlégzés Zárt palack Talajlégzés oszlopreaktor EPH 1, p= --- REH -,177 1, p=,982 p= --- HEH,8617,4913 1, p=,138 p=,59 p= --- SEM,9868 -,378,8354 1, p=,13 p=,962 p=,165 p= --- Olajbontó sejtszám,918,3431,9659,844 1, p=,98 p=,657 p=,34 p=,156 p= --- Talajlégzés - zárt palack teszt,719,688,966,762,862 1, p=,289 p=,319 p=,39 p=,294 p=,138 p= --- Talajlégzés - oszlopreaktor -,4428 -,6827 -,7152 -,5148 -,51 -,867 1, p=,557 p=,317 p=,285 p=,485 p=,49 p=,139 p= ---

23 Összefoglalás A biológiai hozzáférhetőség modellezére nem kimerítő extrakció vizes ciklodextrin oldatokkal Jó korreláció a biológiai tesztek eredményeivel A CD-k a kisebb C-atomszámú komponenseket extrahálják jobban, különösen a HPBCD Megállapítottam: a HPBCD-oldatos extrakció alapján becsülhető a biológiailag elérhető szennyezőanyag-frakció a mesterségesen ill. a szennyezett területről származó régóta szennyezett talajok esetén Alkalmas a folyamatok követésére: nőtt a hozzáférhető szennyezőanyag koncentrációja, megindult a mikrobiológiai lebontás a kezelések hatására

24