Hulladékgazd kgazdálkodás - Biodegradáci ció Gyulai István
Biodegradáci ció Biodegradáci ció - természetes - mesterséges Biodegradácó folyhat - aerob - anaerob - egymást követk vetőaerob és s anaerob Mitől l függhet f a biodegradáci ció? A biodegradáci ció tehát t valamilyen úton, általában soklépéses ses bontó folyamatok során n biztosítja tja a toxikus szennyezőanyagok lebomlását, ártalmatlanítását, t, a káros k hatás s megszűnését
Iszapfázisú biológiai kezelés Bioreaktoros eljárás (azonos az eleveniszapos tisztítással) - vizes zagykészítés - szilárd részeket lebegtetve tartják - víztelenítés - kezelt talaj deponálása
Iszapfázisúbiológiai kezelés Alkalmazási korlátok - talajkitermelés szükséges - víztelenítés drága lehet - előzetes rostálás - mosóvíz kezelés és elhelyezés Melléktermék Megbízhatóság Mentesítés időtartama Átlagos költség nincs átlagos átlagos jó Célcsoport: - NHVOC - HVOC - Üzemanyagok - Robbanóanyagok
Biológiai szennyvíztiszt ztisztítás - Élő szervezetek működésén m n alapszik - Oxigén n szempontjából: aerob anaerob állandó oxigénd ndúskörnyezet biztosítása sa a mikrobák k tevékenys kenységükkel kkel biztosítj tják k az oxigént - Aerob folyamat lehet: savas - ph < 7 lúgos -PH > 7 kén-hidrogénes metános
Biológiai szennyvíztiszt ztisztítás Műszaki szempontból l megkülönb nböztetünk: - fixfilmes (aerob és s anaerob) klasszikus fixfilmes lebegőágyas gyas fluidágyas -természetes és s műtárgyas m diszperz rendszereket - vegyszerrel kombinált rendszereket A lökésszerl sszerű terhelésekre érzékenyen reagálnak, túlterhelt lterhelést gyorsabban kiheverik, fajlagos teljesítm tményük k jobb, híg hg szennyvizek tisztítására is alkalmasak
Biológiai szennyvíztiszt ztisztítás Csepegtetőtestes testes biológiai rendszerek - a lebontást biológiai hártya h végziv -a töltt ltőanyag nagy fajlagos felület letű,, fagyáll lló,, nem porló anyagát t tekintve: - hagyományos (bazalttufa, habsalak) - műanyagbetétestes -tárcsás felépítését t tekintve: -támasztó réteg - tényleges test
Biológiai szennyvíztiszt ztisztítás
Biológiai szennyvíztiszt ztisztítás
Biológiai szennyvíztiszt ztisztítás Csepegtető test Kis terhelésű Közepes terhelésű Nagy terhelésű Szuper terhelésű Magassága H 2,5-3 3 m 2-4,5 m 8-24 m 8-24 m Szervesanyag terhelése g/m 3 d L b 175 L b 875 L b 3000 L b =1600-6000 6000 Lebontás hatásfoka η=85-92 % η 75 % η 70 % η=50-80 % ( BOI 5 ) el 25 g/m 3 30 g/m 3 45 g/m 3 Felületi leti terhelés m 3 /m 2 h 0,08-0,16 0,16 0,4-0,8 0,8 0,7-1,5 1,5-5
Biológiai szennyvíztiszt ztisztítás A mikrobiális hártya szerkezete
Biológiai szennyvíztiszt ztisztítás Eleveniszapos eljárás - pehely formájában a szennyvízben zben alakulnak ki a lebontást végzv gző szervezetek - a mikroorganizmusok oxigénsz nszükségletét t levegőztet ztető berendezések szolgálj lják Miből áll az eleveniszap? - Pehelyformáló baktériumok - Fonalas baktériumok - Nem pelyhesedő, szuszpendált baktériumok - Egysejtűek (pl. csillósok - szűrés), -Többsejtűek (pl. Nematodák - férgek) legelés, ragadozás
Biológiai szennyvíztiszt ztisztítás
Biológiai szennyvíztiszt ztisztítás
Biológiai szennyvíztiszt ztisztítás
Biológiai szennyvíztiszt ztisztítás Működési hibát jelző domináns indikátor szervezetek Működési zavar Indikátor szervezet Alacsony D.O. Alacsony F:M arány Berothadt nyers szennyvíz C:N:P arány gondok Alacsony ph Sphaerotilus natans, Haliscomenobacter hydrossis Microthrix parvicella, Nocardia Thiotrix, Beggiatoa Thiotrix Gombák
Biológiai szennyvíztiszt ztisztítás A probléma azonosítása sa (pl. mikroszkópos vizsgálat) Az alábbi három h módszer m közül k l választv lasztás s (függ ggően a probléma súlyosss lyosságától, l, és s a telepi műszaki m adottságokt goktól, és az anyagiaktól ) A RAS (iszap recirkuláci ciós ág) manipuláci ciója és s a betáp. pontok (nyers szennyvíz) z) Kémiai kezelés s (flokkul( flokkuláló szerek adagolása a jobb ülepedés érdekében) Toxikus (szelektív) anyagok adagolása a fonalas szervezetek irtására
Biológiai szennyvíztiszt ztisztítás a mikroorganizmusok oxigénsz nszükségletét t levegőztet ztető berendezések szolgálj lják - felületi leti levegőztet ztetők -függőleges tengelyű levegőztet ztetők - vízszintes tengelyű levegőztet ztetők - fenék k közelk zelében elhelyezett levegőztet ztetők - tiszta vagy dúsított d oxigénnel kombinált rendszerek (ejektorok)
Biológiai szennyvíztiszt ztisztítás Alkalmazási korlátok - hirtelen hígulás problémát okozhat - felúszhat az eleveniszap - baktériumstuktúra változhat - nyersiszap keletkezése Melléktermék Megbízhatóság Mentesítés időtartama Átlagos költség minimális átlagos átlagos jó Célcsoport: - NHVOC - HVOC - Üzemanyagok
Az olajszármaz rmazékok biodegradáci ciója Hogyan kerülhet olaj a környezetbe? k - Tankhajókatasztrófák - Csővezeték törés - Fúrótornyok balesetekor - Kőolaj és származékainak szállítása és tárolása során - Közlekedés során - Katonai bázisokon - Repülőtereken
Az olajszármaz rmazékok biodegradáci ciója Kőolajszármazékok talajra gyakorolt hatása -poliklórozott bifenilek, policiklikus aromás s szénhidrog nhidrogének, nek, nehézf zfémek -talaj víz v és s levegőháztart ztartása felborul - a talaj mikroba-közöss sségeinek működése és összetételetele károsodik
Az olajszármaz rmazékok biodegradáci ciója Talajba került olaj terjedését t befolyásol soló tényezők -talajrészecsk szecskék átmérője - kapilláris vízemelv zemelés s mértm rtéke olajlencse - talajfrakció anyagi tulajdonságai - talajvíz áramlási tulajdonságai (rajz)
Az olajszármaz rmazékok biodegradáci ciója
Az olajszármaz rmazékok biodegradáci ciója fotolizis A vízbe v kerülő olaj útja párolgás Felszíni olajréteg tengerfelszín tengeri szervezetek szedimentáció mélytengeri szervezetek tengerfenék
Az olajszármaz rmazékok biodegradáci ciója Két megoldás együtt: 1. Customblen: oldékonytápa. polimerizált növényi olajkapszulából felszín alatti szennyezésre 2. Inipol EAP22: ásványi anyagokat tart. mikroemulzió felszíni szennyezésre
Az olajszármaz rmazékok biodegradáci ciója Kőolajszármazékok lebontása - Aerob vagy fakultatív v anaerob baktériumok: Pseudomonas, Acinetobacter,, Bacillus, Nocardia, Rhodococcus, Mycobacterium, Corynebacterium, Flavobacterium, Beijerinckia, Aktinomicéták,, pl. Acinetobacter calcoaceticus, - Anaerob baktériumok: nitrátreduk tredukálók: Pseudomonasok, Moraxella, szulfátreduk tredukálók: k: Desulfobacterium, Rhodopseudomonas, - Gombák: Candida, Rhodotorula, Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Cununghamella, Rhizoctonia,
Nitro- funkciós s csoportot hordozó vegyületek mikrobiális bontása - Természetben előfordul fordulásuk ritka, illetve emberi tevékenys kenység következménye - Természetes eredetű vegyületek pl. azomycin, klóramfenikol ramfenikol, pirrolnitrin - Toxikussságukat befolyásol soló tényezők oldhatóságuk (biol( biol. hozzáférés), szorpció/deszorpci /deszorpciós tul., koncentráci ció,, kémiai k természet - Nemcsak toxikus, de mutagén, karcinogén n hatás s is - Főleg festék-, peszticid-gy gyártás és s robbanóanyag anyag-gyártás hulladékak kaként jelenik meg - Mivel a nitro csoport könnyen k konvertálódik, ált. az intermedierekkel találkozunk lkozunk
Nitro- funkciós csoportot hordozó vegyületek mikrobiális bontása Mosó oldat tartály N 2 Szennyezett talaj tartály M M 2 3 1 4 3 O 2 1. Anoxiás bioreaktor 2. Aerob bioreaktor 3. Ülepítő 4. fotoreaktor
Policiklikus aromás s szénhidrog nhidrogének nek (PAHs( PAHs) és mikrobiális lebontásuk A PAH-ok lipofil vegyületek, a fosszilis energiahordozók k nem tökéletes égetésének mellékterm ktermékeikei Vízoldékonyságuk csekély mértm rtékű,, viszont szerves oldószerekben jól j l oldódnak dnak megtalálhat lhatók k a levegőben, talajban, üledékekben, felszíni ni-, és s talajvizekben A molekulák k oxidáci cióval, redukcióval szembeni ellenáll llóképessége, és illékonys konyságuk a molekulatömeg meg növekedn vekedésével vel együtt nő. n Többségük k karcinogén Hasznosításuk: suk: főleg f intermedier vegyületk letként a gyógyszeriparban, gyszeriparban, mezőgazdas gazdaságban, gban, fotográfi fiában, hőrekeményedő műanyagok, kenőanyagok előáll llításában, a vegyiparban Kinyerése kőszk szénkátrány feldolgozás s során, illetve kőolaj k finomítási folyamatokból származ rmazó olajmaradékokb kokból
Policiklikus aromás s szénhidrog nhidrogének nek (PAHs( PAHs) és mikrobiális lebontásuk Eltávolításuk: Nem biológiai jellegű eltávol volításuk: volatilizáci ció, fotooxidáci ció,, kémiai k oxidáci ció,, adszorpció Mikrobiális lebontásuk gátolt g a gyenge biohozzáférhet rhetőség miatt, ami elsősorban sorban gyenge vízoldékonyságuknak köszönhető Gram+, Gram- baktériumok riumok: Pseudomonas-ok ok, Sphingomonas-ok ok, Acinetobacter-ek ek, Rhodococcus-ok ok, Mycobacterium-ok ok ; gombák: Phanerochaete chrysosporium, Cunninghamella elegans ; algák: cianobaktériumok
PAH-ok sorsa a környezetbenk
PAH-ok mikrobiális lebontásának kezdeti oxidációs reakciói gombák, algák, baktériumok nem enzimatikus újrarendezõdés R OH O-Glükozid O-Glukuronid O-Szulfát O-Xilozid O-Metil O 2 H Citokróm P450/ metán monooxigenáz O R H arén oxid H 2 O H OH Fehér-rothadást okozó gombák epoxid hidroláz OH R H transz-dihidrodiol PAH H 2 O 2 PAH-kinon gyûrû hasítás CO 2 lignin/mn-peroxidáz lakkáz Baktériumok, algák O 2 dioxigenáz orto-hasítás H NAD + NADH + H + OH OH OH dehidrogenáz OH R H R cisz-dihidrodiol katekol COOH COOH R cis, cis-mukonsav CO 2 CHO COOH meta-hasítás OH R cis, cis-hidroximukonszemialdehid
A biodegradáci ció nélkülözhetetlen mikróbái sugárgombák (actinomycetes) Fonalas szerkezetükben kben a sejtek egymással kapcsolatban vannak, a gombák hifájára hasonlít t ez a képződmény. Régen sugárgomb rgombáknak hívth vták őket, tudományos nevük ezt jelenti. A sugárgomb rgombák k a nehezen bontható policiklikus vegyületek (humusz, lignin) lebontásában ban jelentősek. Actinomycetes antibiotikum termelő.
A biodegradáci ció nélkülözhetetlen mikróbái Aerob cellulózbont zbontók: Cytophaga, Sporocytophaga fajok Bacillus, Cellulomonas, Nocardia, Pseudomonas, Streptomyces nemzetség g tagjai. Fehérjebont rjebontók: Bacillus megaterium, Bacillus cereus, Bacillus subtilis, Leuconostoc mesenteroides, Serratia marcescens,, Proteus vulgaris, Pseudomonas fluorescens
A biodegradáci ció nélkülözhetetlen mikróbái Nitrifikálók: Nitrit képzk pzés s (Nitrosomonas( europea, Nitrosospira briensis, Nitrosococcus nitrosus,) ) Nitrát t képzk pzés s ( Nitrobacter, Nitrocystis nemzetség g tagjai). Denitrifikálók: Paracoccus denitrificans, Pseudomonas fluorescens, Ps. denitrificans, Bacillus cereus, Bacillus subtilis, Thiobacillus denitrificans, Achromobacter. Szabadon élő aerob nitrogénk nkötőbaktériumok: Azotobacter chroococcum, Azotobacter agile, Bacillus, Azospirillum, Pseudomonas, Klebsiella, Beijerinckia fajok. Szimbionta nitrogénk nkötőmikroorganizmusok: Rhizobium, Bradyrhizobium.
A biodegradáci ció nélkülözhetetlen mikróbái Komposztálás baktériumai Halogénezett vegyületeket bontó baktériumok Nitroaromás vegyületbontó baktériumok Policiklikus aromás szénhidrogének Szennyvíztisztítás baktériumai Pseudomonas sp Methylosinus sp Pseudomonas sp Pseudomonas sp Nitrobacter sp Paracoccus sp Methylococcus sp Nocardia sp Sphingomonas sp Microthrix sp Pyrobaculum sp Methylobacteriu sp Ralstonia sp Rhodococcus sp Thiotrix sp Pyrococcus sp Methylophilus sp Comamonas sp Acinetobacter sp Pseudomonas sp Methanopyrus sp Pseudomonas sp Phanerochaete sp Mycobacterium sp Bacillus sp Pyrodictium sp Sphingomonas sp Bacillus sp Thibacillus sp