HALLGATÓI ESETTANULMÁNY

HALLGATÓI ESETTANULMÁNY GYORSÍTOTT SZENNYEZŐANYAG- CSÖKKENTÉS BIOAUGMENTÁCIÓ ALKALMAZÁSÁVAL 1

1. BEVEZETÉS Helyszín: Chesapeake, Virginia, USA Beavatkozás időpontja: 2008. szeptember 15. 2009. május 23. Tisztítási technológia: bioaugmentáció Alkalmazott mikroorganizmus: aerob bakteriális tenyészet Polaromonas sp. JS666 törzs Kezelt probléma: cisz-1,2-diklóreténnel (cdce) (és más klórozott szénhidrogénnel szennyezett) talajvíz 2

SZENNYEZETT TERÜLET BEMUTATÁSA Helyszín: dél-közép Chesapeake 1849-1977: egykori ipari terület; SJCA Haditengerészeti Depó jelenleg: Norfolk Naval Hajógyár radar-vizsgáló területe (adminisztratív és raktározási tevékenység) 3

SZENNYEZETT TERÜLET BEMUTATÁSA Terület eddigi funkciói: Gép-,gépjármű- és mozdony karbantartás (lakkozó, zsírtalanító üzemek, elektronikai berendezések, és lőszerek feltöltésére szolgáló egységek) Berendezések, eszközök és vegyi anyagok tárolása Oldószerek és vegyi anyagok elhelyezése a gyom- és por kontrollálására Üzemanyagtöltő állomás hátrahagyott föld alatt tartályok szivárgás Hidrogeológia A területen található a Columbia folyó víztározója Talaj felső rétege: durva iszapos homok Lejjebb: iszap, agyag, homokos agyag Felszín alatti víz áramlási iránya: nyugat felé Helyi mikroflóra: A jelen lévő mikroorganizmusok egy része deklórozza a PCE-t és TCE-t cdce-né Nem képes a cdce további deklórozására VC-dá vagy eténné talajvízbe kerül és továbbterjed o o o A mikroorganizmusok egy csoportja képes deklórozni cdce-t VC-on keresztül eténné Anaerob Nem mindenhol van jelen 4 Nagy területen korlátozott hatékonyság

SZENNYEZŐANYAGOK Talajvíz monitoring: Mérsékelten aerob állapot ph= 5,88 VOC-k koncentrációja: TCE= <10 μg/l cdce= 780 μg/l VC= 2 μg/l DO= 1,65 mg/l cdce aerob lebontása JS666 által költséghatékonyabb, mint az metabolikus úton TCE és VC aerob lebontása esetlegesen jelen lévő JS666-tal kometabolikusan anaerob mikroorganizmus Feladat: cdce lebontása JS666 baktériumtörzzsel, hatékonyságának vizsgálata ph semlegesítése foszfát pufferrel Oldott oxigén koncentráció fenntartása levegőztetéssel (DE: <10mg/l) CÉL: Az érintett területen a cdce (és egyéb klórozott szénhidrogének) koncentrációjának lecsökkentése határérték (70 μg/l) alá 5 bioaugmentációs módszerrel

SZENNYEZŐANYAG JELLEMZÉSE: CISZ-1,2-DILKÓRETÉN folyékony színtelen, gyúlékony, tűz- és robbanásveszélyes jellegzetes szagú, vízben kis mértékben oldódik Nem rákkeltő Veszélyek: gőze a levegőnél nehezebb, a talaj felszínén terjedhet; begyulladhat hevítésre, levegő, fény és nedvesség hatására bomlik, mely során mérgező és maró hatású füstök keletkeznek erős oxidálószerekkel, rézzel, réz ötvözetekkel, és bázisokkal reagál; roncsolja a műanyagot Expozíciós utak: bejuthat a szervezetbe gőzei belégzésével és lenyeléssel Belégzési kockázat: a levegő veszélyes szennyezettsége gyorsan kialakul párolgása következtében 20 C-on; permetezve vagy kiszórva azonban sokkal gyorsabban Rövid idejű expozíció hatása irritálja a szemet és a légzőrendszert, hatása lehet a központi idegrendszerre Hosszantartó vagy ismételt expozíció hatása zsírtalanítja a bőrt májkárosító lehet http://en.wikipedia.org/wiki/1,2-dichloroethene 6

2. KOCKÁZATFELMÉRÉS Veszély azonosítása: a terület korábbi alkalmazása révén visszamaradt cdce talajvíz szennyezettség, illetve ennek továbbterjedése Környezetbe kerülés módja: tartályból kiszivárgás korábbi technológia nem megfelelő alkalmazása környezetvédelmi szempontból cdce a környezetbe kerülve: Levegőbe kerülve gyorsan elpárolog Felszín alatti vízbe kerülve lebomlásának felezési ideje kb. 13-48 hét ezt akarjuk gyorsítani VC-dá alakulhat, ami még toxikusabb Érintett környezeti elemek: Talajvíz (közvetlenül) Felszíni víz (közvetve) Columbia folyó Érintett receptorszervezetek: környező ökoszisztéma: Talajlakó állatok Növényi szervezetek Vízi élővilág 7

SZENNYEZŐANYAG KOCKÁZATÁNAK SZÁMSZERŰSÍTÉSE szennyezőanyag PEC [μg/l ] PNEC* [μg/l ] RQ= PEC/PNEC veszély cdce 780 70 11,14 Igen nagy TCE <10 5 2 Nagy VC 2 2 1 Enyhe PEC: előre jelezhető környezeti koncentráció PNEC: előrejelzés szerint károsan nem ható koncentráció RQ RQ: kockázati tényező Veszély <0,001 Elhanyagolható 0,001-0,1 Kicsi 0,1-1 Enyhe 1-10 Nagy 10 Igen nagy 8 *PNEC forrása: ESTCP Cost and Performance Report: Enhancing Natural Attenuation through Bioaugmentation with Aerobic Bacteria that Degrade Cis-1,2-Dichloroethene, Chesapeake, Virginia 2010 May

3. KOCKÁZATCSÖKKENTÉS Lehetőségek: További szennyezés megelőzése: Ex situ: tartály eltávolítása, környezetvédelmileg megfelelő elhelyezés/ ártalmatlanítás In situ: tartály szivárgásmentes leszigetelése DE: a meglévő szennyezés/ kockázat nem szűnik meg ISCO permanganáttal PRB Bioaugmentáció Polaromonas sp. JS666 baktérium törzzsel 9

ISCO PERMANGANÁTTAL In situ kémiai oxidáció Mobilizálja a szennyezőanyagot A talajvízben oldott szerves szennyezőanyag bontása, ártalmatlanítása permanganáttal közvetlen elektrontranszfer: Nincs melléktermék, nem keletkeznek szabad gyökök, nincs hőtermelés Gyors hatás Bármely ph-n alkalmazható A kezelés utána a talaj mikroflórája spontán helyreáll 10 http://www.regenesis.co.uk/products/in-situ-chemical-oxidation-isco/

PRB (REAKTÍV RÉSFAL) In situ Passzív technológia: energiát nem igényel megépítését követően ritka, de rendszeres karbantartás, monitoring szintkülönbségek kihasználása a talajvíz átjuttatásához Talajvíz áramlására merőlege fal, megfelelő töltettel ellátva ez végzi a szennyezőanyag ártalmatlanítását (pl.: elemi vas) 11 http://www.adventusgroup.com/solutions/zviprb_design.shtml

ALKALMAZOTT TECHNOLÓGIA: BIOAUGMENTÁCIÓ Alapja természetes folyamat: biodegradáció Többlet mikroflóra bevitele a talaj szennyezett fázisába Helyspecifikus Gyorsított természetes szennyezőanyagcsökkentés: http://www.meritnation.com/askanswer/question/definebioaugmentation/microorganisms-friend-andfoe/3068927 12

ALKALMAZOTT TECHNOLÓGIA: BIOAUGMENTÁCIÓ Talajvíz mélysége: 0,6-2,2m Négy kísérleti parcella #1: JS666 + oxigén + puffer #2: JS666 + puffer #3: kontroll + puffer #4: kontroll + oxigén + puffer Két bioaugmentációs beavatkozás: 1. 2008. október 29.: 8 liter biokultúra 2000 ml puffer 2. 2009. február 25.: 9 liter tenyészet 1700 ml puffer Erre azért volt szükség, mert az első bioaugmentáció után a ph nem volt optimális a JS666 törzs számára: <6,5 (opt.:6,5 < ph < 8) 13

ALKALMAZOTT TECHNOLÓGIA: BIOAUGMENTÁCIÓ JS666 baktériumtörzs: Sárga színű, nem mozgékony Hőmérséklet optimuma: 20-25 C (mezofil) cdce, mint egyedüli szén- és energiaforrás nem igényel szubsztrát alkalmazást (aerob körülmények mellett) nem igényel különösebb növekedési faktort Oxigén és cdce jelenlétében növekszik Degradálja a cdce mellett a DCA-t, TCE-t és VC-t is Ideális talajvíz feltételei: 0,01 mg/l < DO < 8 mg/l alacsony ionerősség vezetőképesség < 15 ms/cm 6,5 < ph < 8 (különben inaktív) alacsony DCA, TCE, VC koncentráció (<500 μg/l) Alkalmazott puffer http://genome.jgi-psf.org/poljs/poljs.home.html foszfát-puffer: KH 2 PO 4 + K 2 HPO 4 hozzáadás minden kísérleti parcellához havonta egyszer ph ~ 7,1; vezetőképesség növelése Sűrített levegő alkalmazása (oxigén helyett, az érzékenység miatt) 14

MONITORING Minden parcellán egyforma rendszer 1 db injektáló kút 7 db monitoring kút Mintavétel: havonta 15

VIZSGÁLT PARAMÉTEREK Paraméter Talaj param.(do, ph, vez.kép., hőm. VOCs (TCE, cdce, tdce, 1,2-DCA, VC) Oldott szénhidrogén gázok (metán, etán, etén) Nyomjelzők (bromid, jodid) Vizsgálati módszer Mintatartó edény Minta tárolás talajszonda változatos - - - GC/MS 1-20 μg/l 3x40 ml VOA ph<2 (HCllel); hűtés <6 C) GC/FID 1-2 μg/l 3x40 ml VOA ph<2 (HCllel); hűtés <6 C) Ionszelektív elektród 0,005-0,4 mg/l 120 ml műanyag Lúgosság titrálás 2-40 mg/l 250 ml műanyag Oldott fémek (Fe 2+ ; Mn 2+ ) cdce szénizotóp ( 13 C, 12 C) JS666 aktivitás JS666 detektálás ICP 0,01-0,1 mg/l 250 ml műanyag Hűtés <6 C Hűtés <6 C ph<2 (HNO 3 -mal) GC 10 μg/l 8x40 ml VOA hűtés - Mikrokozmosz kísérlet Molekuláris próba 0,5% cdce veszteség/na p 3000 kópia/ml Határérték Fenntarthatóság 14 nap 14 nap 28 nap 14 nap 180 nap 2x1l műanyag Hűtés <4 C 14 nap 120 ml műanyag Hűtés <4 C 14 nap 16

ESEMÉNYEK SORRENDJE, IDŐZÍTÉSE 17

EREDMÉNYEK cdce koncentráció #1 parcella: 7-44% csökkenés #2 parcella: 14-25% csökkenés #3 parcella: nem változott az eredetihez képest #4 parcella: kezdetben csökkenés, majd visszaállt az eredeti szintre; a második bioaugmentáció során történt levegőztetés és pufferelés után újabb csökkenés TCE koncentráció Mind a 4 parcellán csökkenés #3 és #4 kutak esetében ez azt jelenti, hogy a puffer hozzáadása önmagában csökkentette a TCE koncentrációt VC koncentráció Ingadozó #1 és #3 parcellán általában alacsony #4 parcellán volt a legmagasabb mérhető koncentráció 18

EREDMÉNYEK Oxigén és puffer jelenléte: max. 44%-os cdce koncentráció csökkenés Csak puffer jelenléte: max. 25%-os cdce csökkenés Bizonyos területeken a magas TCE koncentráció és az oxigénhiány gátolta a cdce biológiai lebontását 19

A TECHNOLÓGIA ÉRTÉKELÉSE, VERIFIKÁLÁSA 20

ANYAGMÉRLEG ÉS KOCKÁZAT Szennyező -anyag Kezeletlen talajvíz szennyezőa. konc. [μg/l ] Kezelt talajvíz minimális szennyezőa. konc. [μg/l ] PNEC [μg/l ] RQ kezdeti RQ végső Kezelés előtti veszély cdce 780 437 70 11,14 6,24 igen nagy Kezelés utáni veszély nagy A kezelés után is nagy a cdce kockázata 21

GAZDASÁGI ÉRTÉKELÉS - KÖLTSÉGEK Teljes költség: 323900$, ebből Beruházási költség:121300$ Üzemeltetési és karbantartási költség: 78000$ Teljesítmény-monitoring: 124600$ Részletesen: 22

KÖLTSÉGHATÉKONYSÁG Pump & treat költségei: Beruházási költség: 190300$ Üzemeltetési és karbantartási költség: 199000$ Teljesítmény-monitoring: 224800$ 47%-os költségmegtakarítás a pump & treat technológia alkalmazásához képest, amennyiben nem szükséges: levegőztetés a talajban jelen lévő oxigén mennyisége elegendő pufferelés ph is kielégítő 23

SWOT ELEMZÉS Erősségek Alacsonyabb összköltség, az alternatív technológiákhoz képest JS666 nem igényel külön növekedési faktort cdce lebomlik és nem jut át más természeti közegbe Egyszerű használat Helyspecifikus Lehetőségek Kombinálás más technológiával a hatékonyság növeléséhez Gyengeségek JS666 optimális növekedéséhez és aktivitásához közel semleges ph-jú talajvíz szükséges Nem automatizálható Veszélyek Lehet olyan magas TCE/VC koncentráció, amely gátolja a cdce lebontását Oxigénhiány esetén szintén gátlás Nem megfelelő kombináció alkalmazása A ph semlegesítéséhez puffer szükséges, amely alkalmazása időigényes lehet 24

ÖSSZEGZÉS Megállapítható, hogy a klórozott szénhidrogénekkel szennyezett talajvízben nem sikerült a cdce koncentrációját határérték alá csökkenteni Lehetséges, hogy más technológia hatékonyabb lenne: ISCO Hatékony cdce kezelésére: Gyorsan hat, jól szabályozható további kockázat megszűnik Bármely ph-n alkalmazható, nem igényel speciális körülményeket Környezetvédelmi megfontolások: Nincs melléktermék Nem keletkeznek szabad gyökök és hő Talaj mikroflórája spontán helyreáll DE: kálium-permanganát alkalmazása szükséges vegyszerhasználat és költség http://www.geo-solutions.com/what-wedo/technologies/soil-mixing/in-situ-treatment 25

IRODALOM ESTCP Cost and Performance Report: Enhancing Natural Attenuation through Bioaugmentation with Aerobic Bacteria that Degrade Cis-1,2- Dichloroethene, Chesapeake, Virginia 2010 May maps.google.com http://www.omfi.hu/icsc/pdf/pdf04/icsc0436_hun.pd F http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp87-c1.pdf http://www.epa.gov/ogwdw/pdfs/factsheets/voc/12- dich2.pdf http://genome.jgi-psf.org/poljs/poljs.home.html http://bacmap.wishartlab.com/organisms/330#biography Körinfo mokka.hu 26

27 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!