Talajremediáció

1. Talajremediáció KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI AGRÁRMÉRNÖKI BSc

2. ELŐADÁS ÁTTEKINTÉSE • Szervetlen mikroszennyezők mikrobiológiai transzformációja • Szerves szennyezőanyagok bioremediációja HEFOP 3.3.1.

3. Mikroorganizmusok fémmegkötő képessége • Szennyezett talajokból a fémek kivonásának a kémiai és fizikai megoldások mellett alternatív módja a mikrobiológiai felvétel. A fémek megkötődhetnek az extra- és intercellurális biopolimereken, a sejtfalon és felhalmozódhatnak a sejten belül. Ezek a biopolimerek lehetnek fehérjék, poliszaharidok, ahol a fémek karboxil, foszfát és szulfát csoportokhoz kötődhetnek. Az élő anyag használatának számos előnye van (önmegújuló, ellenálló a környezeti változásokkal szemben), hátránya: tápanyagforrást kell biztosítani, a fém többlet lehet toxikus, fontos a közeg hőmérséklete illetve a fém visszanyerése korlátozott lehet. • Az adszorpció függött a hőmérséklettől, az anion-koncentrációtól és a pH-tól. Dissing (1993) 2 talajbaktérium fajt hasonlított össze E.coli-val. A kémhatás jelentősen befolyásolta a fémmegkötést, 8-as pH-értéknél 100% 5-ös pH-értéknél 30%, 2-es pH-értéknél <20% volt. A hőmérséklet csökkentése a megkötés mértékét is csökkentette. HEFOP 3.3.1.

4. Mikroorganizmusok fémmegkötő képessége HEFOP 3.3.1.

5. Szervetlen mikroszennyezők mikrobiológiai transzformációja • A mikrobiológiai eljárások fokozódó jelentőséggel bírnak a kármentesítés során mivel a mikroorganizmusok faji diverzitása igen nagy, és a szennyező anyagok igen széles spektrumát képesek kivonni illetve bontani a szennyezett közegből. Emellett viszonylag magas szennyezés-terhelés mellett is életképesek, és rendkívüli az alkalmazkodó-képességük a rövid generációs idő és a környezeti változásokra, változékonyságra adott gyors genetikai válasz révén. HEFOP 3.3.1.

6. Szervetlen mikroszennyezők mikrobiológiai transzformációja Bioszorpció • A mikroorganizmusok (baktériumok, élesztőgombák, fonalas gombák és algák) vagy metabolikus termékeik képesek a fémek (nehézfém-ionok és számos toxikus anion) koncentrálására és akkumulációjára híg vizes oldatból. A mikroorganizmusok alkalmazása a fémek gazdaságos visszanyerésének, valamint a szennyvizek kezelésének egy lehetséges módja. • A fémek oldatból történő mikrobiológiai eltávolítása a vízben oldott fémionok akkumulációjával, a szilárd részecskék megkötésével vagy a fémek oldhatatlanná tételével történik. Két mechanizmust azonosítottak, amelyek szerint a mikrobák fémeket koncentrálhatnak: fémek kötődésével a sejtfelszínen lévő vegyületekhez - sejtligandumokhoz és biopolimerekhez (bioszorpció) és metabolizmus-függő sejten belüli akkumulációval. A sejtek egyéb élettani tevékenységei szintén vezethetnek a fémek oldhatatlanná alakulásához HEFOP 3.3.1.

7. Szervetlen mikroszennyezők mikrobiológiai transzformációja HEFOP 3.3.1.

8. Szervetlen mikroszennyezők mikrobiológiai transzformációja A Fe(II) biológiai oxidációja • Bár a Thiobacillus ferrooxidans baktériumok legfontosabb szerepe a szulfidos ércek kimosódásánál adódik főként a réz oldódásában és az aranyércek előkezelésében, a Fe(II) ionokat Fe(III) ionokká való oxidáló képességük miatt a savas bányavizek kezeléséhez hatékonyan alkalmazhatóak. Ezek a vizek általában nagyobb mennyiségű Fe(II) iont is tartalmazhatnak alacsony pH-n (rendszerint közel 2), ahol az nem csapódik ki. Ebben az esetben a Thiobacillus ferrooxidans jól alkalmazható a Fe(II)SO4 Fe(III)2(SO4)3-tá történő oxidációjára, amely aztán kicsapható CaCO3-tal. • Ezt a technológiát alkalmazzák a Matsuo Neutralization Plant-nél Japánban, Ázsia legnagyobb kénnyerő bányájában, a Matsuo bányában a képződő savas szennyvíz kezelésére. • 4 FeSO4 + 2 H2SO4 + O2 2 Fe2 (SO4)3 + H2O • Fe2 (SO4) 3 + 3 CaCO3 + 3 H2O  2 Fe(OH) 3 + 3 CaSO4 + 3 CO2 HEFOP 3.3.1.

9. Szervetlen mikroszennyezők mikrobiológiai transzformációja • A Thiobacillus ferrooxidans az egyik legfontosabb közreműködő a savas bányáknál a pirites salakgátakban, így az egyik legfőbb cél a savas bányavizek felszámolására e baktériumok növekedésének az inhibíciója. Ez olyan vegyszerekkel, mint pl. a nátrium-lauril-szulfát, a kálium-benzoát, a kálium-szorbát és a kereskedelemben ismert PROMAC® megoldható, mivel ezen anyagok elősegítik a heterotróf baktériumok szaporodását, pl. az Acidiphiliumét, amely képes a szerves savak lebontására, ezáltal inhibiálja a Thiobacillust. HEFOP 3.3.1.

10. Szervetlen mikroszennyezők mikrobiológiai transzformációja Szulfát-redukció • A szulfát-redukció anaerob mikrobiológiai folyamatként is végbemehet, és az oldott fémek szulfidos csapadékként eltávolíthatók a szulfát-redukáló baktériumok révén. Ezek főként a Desulfovibrio (5 faj) és Desulfotomaculatum (3 faj) nemzetséghez tartoznak. Oxigén hiányában a szulfát-redukáló baktériumok oxidált kén-vegyületek (pl. szulfátok, szulfitok), mint elektron-akceptorok felhasználásával oxidálják a szerves anyagokat, miközben azok kén-hidrogénné redukálódnak (H2S). A kén-hirogén gáz formájában távozhat vagy a közegben maradhat fém-szulfidok, poliszulfidok, elemi kén, vas-monoszulfidok és pirit formájában. HEFOP 3.3.1.

11. Szervetlen mikroszennyezők mikrobiológiai transzformációja A redukció eredményeként növekszik a pH. A szulfidok képződésekor a vas eltávozik az oldatból. • SO42- + szulfát-redukáló baktériumok  H2S • vízoldható fémek + H2S  oldhatatlan fém-szulfidok (Me2S) • A mikroorganizmusok tevékenysége ebben a folyamatban függ a szulfát és a megfelelő szerves anyag jelenlététől az anoxikus, vizes környezetben. HEFOP 3.3.1.

12. Szervetlen mikroszennyezők mikrobiológiai transzformációja A króm(VI) bioredukciója • A hatvegyértékű króm-vegyületeket széles körben használják kromát és dikromát formában az iparban. Az emberre, állatokra és növényekre nézve egyaránt toxikus hatásuk eredményeként növekvő érdeklődés jellemző a krómmal szennyezett területek remediációjára. Az alternatívák között a mikrobiológiai eljárások kínálják az egyik legmegfelelőbb lehetőséget. A legrégebbi mikrobiológiai eljárás a bioszorpció, ahol extracelluláris polimereket termelő mikrobákat alkalmaznak. HEFOP 3.3.1.

13. Szervetlen mikroszennyezők mikrobiológiai transzformációja • Egy ilyen baktérium a Zoogloea ramigena, amely képes eltávolítani a hatvegyértékű krómot. A szulfát-redukáló baktériumokról is kimutatták, hogy kis hatékonysággal képesek kivonni vizes közegből a Cr(VI)-t. A Cr(VI) közvetlen metabolikus redukciója baktériumokkal azonban ígéretesebbnek tűnik, mint bioremediációs eljárás. • Néhány Pseudomonas szintén képes a kromát és dikromát redukciójára anaerob körülmények között. A kromát-redukáló baktériumok további csoportját képviselik az Achromobacter, az Aeromonas, a Bacillus, az Escherichia és az Enterobacter fajok HEFOP 3.3.1.

14. Szervetlen mikroszennyezők mikrobiológiai transzformációja Arzenát-biodegradáció • A mikroorganizmusokkal kiváltott arzén-tartalom csökkentés az elfolyó vizekben költség-hatékony és eredményes eltávolítási eljárásnak bizonyul. A Pseudomonas putida és a Pseudomonas stuzeri képes 100 ppm arzenát koncentrációt 4 ppm-re, illetve 6 ppm-re csökkenteni, miközben sztöchiometriailag megfelelő mennyiségben arzenit képződik. HEFOP 3.3.1.

15. Szervetlen mikroszennyezők mikrobiológiai transzformációja Cianid-biodegradáció • Számos mikroba hasznosítja a cianidot szén- vagy nitrogén-forrásként, ilyenek az Actinomyces, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Neisseria, Fusarium, Pseudomonas, Hasenula, stb. Kutatások folytak a Penicillium, a Trichoderma és az Aspergillus cianid-degradáló képességét érintően is. A biológiai folyamatokról bebizonyosodott, hogy hatékonyak a magas szabad cianid tartalmú vizek kezelésére (> 500 mg/l). Cianid-degradáció tekintetében leghatékonyabb mikroorganizmus a Pseudomonas sp. • A folyamat két elkülönülő bakteriális oxidatív lépésből áll. Az elsőben a cianidok és a tiocianát oxidatíve bomlik, majd a szabad fémionok adszorbeálódnak/kicsapódnak a biofilmben. A másodikban az ammónia nitráttá alakul a nitrifikációs folyamat eredményeként. A baktérium biomassza a forgótárcsán biofilmet alkot. Ez megfelelő felületet képez a baktériumok növekedéséhez, és elősegíti a biomasszában történő adszorpciót és csapadékképződést. HEFOP 3.3.1.

16. Szerves szennyező anyagok bioremediációja • A talajszennyező szénhidrogének lebontására elsősorban azokat a Pseudomonas, Acinetobacter, Citrobacter, Flavobacterium vagy Chromobacter nemzetségbe tartozó aerob vagy fakultatív anaerob szaprofita baktériumokat lehet hasznosítani • A mikrobák számára nitrogénnel, foszforral, magnéziummal és mikroelemekkel dúsított tápoldatot készítenek • A szennyezőanyagok lebontása legtöbb esetben aerob körülmények között zajlik le, a szennyezett talajt tehát levegőztetéssel, oxigén vagy hidrogén-peroxid bejuttatással folyamatosan oxigénnel kell ellátni. Oxigén helyett esetenként elektronfogóként nitrátokat, szulfátokat vagy széndioxidot is alkalmaznak. HEFOP 3.3.1.

17. Szerves szennyező anyagok bioremediációja • A könnyen mobilizálható szennyező szénhidrogéneket el kell távolítani (ki kell szivattyúzni) a talajból, hogy ne akadályozzák az oxigén eljutását az aerob baktériumokhoz. • A biológiai lebontás optimális hőmérséklete általában 20-34°C, a talaj optimális nedvességtartalma 20-80%, optimális kémhatása pH 6,5-7,5. • A bioremediációs eljárások legnagyobb előnye, hogy a szerves szennyezőanyagok veszélytelen anyagokká bomlanak, míg más fizikai-kémiai talajtisztítási eljárás során a talajszennyezők csak más közegbe (levegőbe, extraháló-szerbe, abszorbensbe) helyeződnek át. • A bioremediáció viszont rossz hatékonyságú, ha többféle szerves szennyezőanyag fordul elő együtt a talajban, vagy ha azok nehézfémekkel, cianidokkal kombinálódnak, illetve ha a szennyezőanyagok nehezen hozzáférhetők a mikrobák számára. HEFOP 3.3.1.

18. Intenzifikált bioremediáció • Az intenzifikált bioremediáció felszíni, felszín alatti és csurgalékvizek in situ biológiai kezelésére alkalmas eljárás. A szerves szennyezők biológiai lebontása talajvízben, felszíni vizekben vagy csurgalék-vizekben az elektron akceptorok és a tápanyagok koncentrációjának növelésével fokozható. • Az aerob biológiai lebontás során a fő elektron-akceptor az oxigén. A nitrát alternatív elektron-akceptor anaerob körülmények között. A bioremediáció során a természetesen is lezajló lebontási folyamatokat a mikrobák életkörülményeinek javításával (tápanyag és oxigén-bevitel) és/vagy megfelelő mikroba-tenyészettel való beoltással intenzifikáljuk. • A talajvíz oxigéntartalmának növelése oxigén-befúvatással, vagy hidrogén-peroxid bejuttatásával érhető el. Anaerob körülmények között a bioremediáció gyorsítása érdekében nitrátot juttatnak a talajvízbe. HEFOP 3.3.1.

19. Intenzifikált bioremediáció • Tapasztalatok szerint az üzemanyagok aerob körülmények között hamar lebomlanak, a gyors lebomlást azonban az oxigénhiány akadályozhatja. Nitrát is alkalmazható elektron-akceptorként, adagolásával a toluol, az etil-benzol és a xilol lebontása is elősegíthető. A benzol szigorúan anaerob körülmények között lassabban bomlik le. Vegyes oxigén/nitrát rendszer hatékony lehet, mert a nitrát kiegészíti - nem felváltja - a hiányzó oxigént, lehetővé téve a benzol bioremediációját is HEFOP 3.3.1.

20. Intenzifikált bioremediáció HEFOP 3.3.1.

21. Intenzifikált bioremediáció Az eljárás hatásfokát és alkalmazhatóságát behatároló tényezők a következők: • heterogén közegben nagyon nehéz az oxigén/nitrát, vagy hidrogén-peroxid egyenletes bevitele, ezért a bioremediáció sebessége is helytől függő lesz; • a hidrogén-peroxid kezelése elővigyázatosságot igényel; • 100-200 mg/l feletti H2O2-tartalom (talajvízben) gátolja a mikroorganizmusok működését; • bizonyos enzimek és a magas vastartalom nagyon gyorsan lecsökkentik a H2O2-tartalmat, ezáltal lecsökkentik a hatásterületet is; • számos helyen a nitrát talajvízbe (felszín alatti vizekbe) juttatása nem engedélyezett; • a kitermelt talajvíz kezelése visszajuttatás, vagy befogadóba vezetés előtt szükséges lehet; • a besajtolás túlnyomása miatt a gázok/gőzök kerülhetnek a légtérbe. HEFOP 3.3.1.

22. Landfarming • A talajműveléses kezelésszennyezett talajok, üledékek és iszapok mentesítésére alkalmas in situ biológiai eljárás. • Felszíni szennyezések esetén a biológiai lebontás elősegítése érdekében a szennyezett felszínt felszántják, ezáltal a szennyezők aerob lebontásához szükséges oxigén bevitelével a lebontási folyamat sebességét gyorsítják. A szántás periodikus ismétlésével, ill. segédanyagok alkalmazásával a hatásfok növelhető. A lebontás feltételeinek szabályozásával még kedvezőbb hatásfok érhető el. Általában az alábbi paraméterek beállítására kerül sor: • nedvességtartalom (öntözéssel); • semleges kémhatás beállítása mész-adagolással; • egyéb adalékok talajba keverése (tápanyag, stb.); • levegőztetés, ütemezett szántás, fellazítás. HEFOP 3.3.1.

23. Landfarming • A gyakorlatban az eljárás paraffinok és származékaik, kis molekulasúlyú aromás, policiklikus aromás vegyületek esetében alkalmazható. A szénhidrogén, mint elektron-donor játszik szerepet a talajban lejátszódó biokémiai folyamatokban. A talaj nitrát-, vas- és mangán-oxid-tartalma elektron-akceptorként vesz részt a folyamatban. Aerob viszonyok között a folyamat gyorsabb, mint anaerob viszonyok között. 1 g olaj lebontásához átlagosan 3 g oxigén szükséges, és a tápanyag-viszonyok tekintetében az C:N:P = 100:10:1 arány optimális. Semleges körüli kémhatás mellett a folyamat a leggyorsabb, míg savas talajokon meszezni szükséges. Két alkalmazás során: • 10000 mg/kg ásványi olaj szennyezés 29 hét alatt 2000 mg/kg-ra csökkent, • 15000 mg/kg ásványi olajszennyezés 19 hét alatt 2500 mg/kg-ra csökkent. • A második esetben kevesebb volt a talaj szervesanyag-megkötése és magasabb volt az átlagos talaj-hőmérséklet. HEFOP 3.3.1.

24. Szennyezés-csökkentés természetes úton • A szennyezés-csökkenés természetes úton in situ biológiai eljárásnak minősül, mivel természetes folyamatok, mint pl. a hígulás, kipárolgás, biológiai lebomlás, adszorpció, és kémiai reakciók következtében a szennyezés bizonyos mértékű természetes szennyezés-csökkenés játszódik le. A felszín közeli és mélyebb rétegek a folyamat szempontjából eltérő tulajdonságokkal bírnak. • A mélyebb rétegekben a mobilis szennyezés a talajgázba vagy folyadékfázisba diffundál, ezzel jó feltételeket biztosít a szennyezés természetes úton történő csökkenéséhez. A legtöbb nagy molekulasúlyú szerves szennyező és számos szervetlen szennyező immobilizálódik. • A szerves szennyezők lebomlása gyakran nagyon nehézkes és a fémek teljesen megmaradnak. Expozíciós utak nélkül ezek a szennyezők kockázatot nem jelentenek. A monitorozás azonban fontos, mert váratlan események, vagy folyamatok (pl. oldószer bejutása, kémiai átalakulás stb.) a szennyező anyag immobilizációjához vezethetnek. HEFOP 3.3.1.

25. Kometabolikus folyamatok • A kometabolikus folyamatokon alapuló kezelés felszíni és felszín alatti vizek, valamint csurgalék kezelésére alkalmas in situ biológiai eljárás. Primer szubsztrátok (pl.: toluol, metán) híg oldatát injektálják a szennyezett felszín alatti vízbe, hogy a célzott szerves szennyezők kometabolikus bontását elősegítsék. A kometabolizmus a másodlagos szubsztrát-transzformáció egy formája, amely során az elsődleges szubsztrát oxidációját végrehajtó enzimek képesek a másodlagos szubsztrát lebontására is, bár az utóbbi folyamat nem eredményez további energiát a mikroorganizmus-populáció fenntartásához. • A metán vagy metanol a metanotróf aktivitást fokozza, amely eredményeként hatékonyan bonthatók a klórozott oldószerek, mint pl.: a vinil-klorid és a triklór-etilén. Bár a toluolt, propánt és butánt nem metanotróf mikroorganizmusok esetében is használják stimulációra, sikeresen alkalmazhatók a triklór-etilén kometabolikus bontására is. A kometabolikus folyamatokon alapuló technológiák hosszú időtartamú eljárások, éveket is jelent egy-egy tisztítás kivitelezése. HEFOP 3.3.1.

26. Bioszellőztetés • A bioszellőztetés szennyezett talajok, üledékek és iszapok kezelésére alkalmas in situ biológiai eljárás. Szennyezett, telítetlen talajokban levegőmozgást idézünk elő a technológia alkalmazásakor, akár levegő pumpálásával, akár kiszivattyúzásával, melynek eredményeként megnövekszik az oxigén-koncentráció a talajban, felgyorsítva a biodegradációs folyamatokat. HEFOP 3.3.1.

27. Bioszellőztetés • A bioszellőztetéses technológia során az aerob úton degradálható vegyületek természetes in situ biodegradációja megy végbe a talajban eredetileg is jelenlévő mikroorganizmusok által. A vákuum-extrakciós eljárással szemben kis levegő-áramlási sebességet alkalmazunk. Az illékony vegyületek degradációs folyamatai a gőzeiknek a talaj aktív zónáján történő áthaladása során fokozódnak. A technológia különböző környezeti feltételek mellett is jól alkalmazható, és közép, illetve hosszú távú eljárásnak minősül. A bioszellőztetés eljárásokat sikeresen alkalmazták szénhidrogén származékokkal, nem klórozott oldószerekkel, bizonyos növényvédő-szerekkel, fakonzerváló szerekkel és egyéb szerves vegyületekkel szennyezett talajok remediációjára. HEFOP 3.3.1.

28. Bioágyas remediáció • A bioágyas remediáció szennyezett talajok, üledékek és iszapok mentesítésére alkalmas ex situ biológiai eljárás. Az adalékokkal összekevert szennyezett talajt a talajfelszínen szétterítik. A terület megfelelően előkészített, csurgalékvíz-gyűjtő rendszerrel és valamilyen levegőztetési lehetőséggel rendelkezik. Az eljárás elsősorban a szénhidrogénekkel szennyezett talajok tisztítására alkalmas. A biológiai lebontás fokozható a tápanyag- és nedvesség-tartalom, az oxigén-tartalom, a megfelelő hőmérséklet és a kémhatás beállításával. A szennyezett talaj általában vízzáró felületre kerül (alsó szigetelés), hogy a szennyezés szivárgását a mélyebb rétegek felé megakadályozzák. HEFOP 3.3.1.

29. Bioágyas remediáció • A csurgalékvizet bioreaktorokban történő kezelés után visszaforgatják. A levegőztetést általában a szennyezett réteg alatt elhelyezett levegőztető rendszer biztosítja. A szennyezett depónia magassága elérheti a 6 m-t is, de nem ajánlatos 2-3 m-nél magasabb depóniák kialakítása. A depóniában egyenletes hő és vízgazdálkodást kell kialakítani. A C/N arányt 1:20 körüli értékét N tartalmú anyag (általában oldott műtrágya) adalékolással lehet biztosítani. A csurgalék vizek elvezetésére illetve a levegőbefúvatásos hő és oxigén gazdálkodás biztosítására perforált dréncsöveket helyezhetnek el az aljzat kavicságyában. A depónia lefedésére (felső szigetelés) is sor kerülhet a kipárolgás, a csapadék, és a napsugárzás elleni védelem miatt HEFOP 3.3.1.

30. Bioágyas remediáció HEFOP 3.3.1.

31. Komposztálás • A komposztálás szennyezett talajok, üledékek és iszapok mentesítésére alkalmas ex situ biológiai eljárás. A szennyezett talajt térfogatnövelő és szerves anyagokkal (mint pl. fakéreg, szén, szerves trágya és egyéb zöld hulladékok) keverik. Megfelelő javító adalékok kiválasztásával olyan porozitás, szén- és nitrogén-tartalom állítható be, amely elősegíti a hőtermeléssel járó mikrobiológiai lebontást. • A megfelelő komposztálás érdekében kb. 54-65 °C biztosítása szükséges. A viszonylag magas hőmérsékletet a szerves anyagok lebontása során termelt hő biztosítja. Legtöbb esetben a természetesen jelenlévő mikroorganizmus-állomány elegendő (nem szükséges beoltás). • Kedvező hatásfok érhető el oxigénbevitellel, megfelelő öntözéssel, a nedvességtartalom és a hőmérséklet szabályozásával. Ezt a szabályozást durva frakció összetételű levegőztető rétegek kialakításával is elérhetjük. HEFOP 3.3.1.

32. Komposztálás HEFOP 3.3.1.

33. Agrotechnikai kezelés • Az agrotechnikai talajkezelés szennyezett talajok, üledékek és iszapok mentesítésére alkalmas ex situ biológiai eljárás. A szennyezett talajt szigetelt „ágyakra" helyezik, és levegőztetés céljából időszakosan forgatják vagy szántják. • A szennyezett közeg jellemzőit gyakran ellenőrzik, illetve beállítják. Általában az alábbi jellemzők beállítására kerül sor: • nedvességtartalom (öntözés); • levegőztetés (szántás meghatározott gyakorisággal); • kémhatás beállítása (mészkőzúzalék v. mésziszap adagolása); • egyéb adalékok alkalmazása (tápanyag, lazító adalékok). • A depóniákban a szennyezett talaj vastagsága 0,45 m. A megfelelő tisztítási hatásfok elérését követően a tisztított talajt a depóniából részben vagy egészben elszállítják. Előnyös lehet csak a felső rész eltávolítása, majd a depónia alsó tisztított rétegeinem újbóli összekeverése szennyezett talajjal, így a tisztított talajban bent maradó aktív baktériumtenyészet gyorsabb lebontást eredményez HEFOP 3.3.1.

34. Agrotechnikai kezelés HEFOP 3.3.1.

35. Bioreaktorok • A bioreaktoros eljárás felszín alatti és felszíni vizek, valamint csurgalék kezelésére alkalmas ex situ biológiai kezelés (kitermelés szükséges). A kitermelt szennyező anyagokat tartalmazó felszín alatti vizeket reaktorokban fix filmes vagy szuszpendált állapotban lévő mikroorganizmusokkal hozzák érintkezésbe. A biológiai bomlás aerob úton történik, melynek során szén-dioxid, víz és új sejtanyag képződik. • A szuszpenziós rendszerekben (pl.: eleveniszap, fluidágy) a szennyezett vizet egy levegőztető medencében keringtetik. A mikroorganizmusok iszapot képeznek és leülepszenek az ülepítő tartályban, ahonnan vagy visszavezetik a levegőzető medencébe vagy elszállítják és deponálják. • A szilárd fázison fix filmes (forgó tárcsás vagy csepegtetőtestes) rendszerekben a mikroorganizmusok inert anyag felületén helyezkednek el, és a tisztítandó víz ezen a mátrixon áramlik keresztül. HEFOP 3.3.1.

36. Bioreaktorok • Aktív szén alkalmazásakor a szennyező anyag megkötődik annak felületén, és egyenletesen lassan kerül a mikroorganizmusok számára felvehetővé. A mikroorganizmus-0populációt vagy a szennyező anyag minősége vagy a szennyező anyag specifikus oltó mikroorganizmusok határozzák meg. A mikroorganizmusok aktivitását adalékanyagokkal is növelhetik. A bioreaktorok alkalmazása hosszú időtartamú kezelést jelent, akár éveket is igénybe vehet egy-egy tisztítási folyamat. • A bioreaktorokat elsősorban közepesen illékony szerves vegyületek, motorhajtó anyagként használt szénhidrogének és bizonyos egyéb biológiailag bontható szerves vegyületek eltávolítására használják. Néhány halogénezett vegyület esetében is történtek sikeres kísérletek, például klór-benzol és diklór-benzol izomerek esetében. Bioreaktorban kometabolitokkal kezeltek poliklórozott bifenilekkel (PCB), halogénezett illékony és közepesen illékony szerves vegyületekkel szennyezett talajvizet is. HEFOP 3.3.1.

37. Biohalom • A biohalom ex situ biológiai kezelés (kitermelés szükséges), amely szennyezett talajok, üledékek és iszapok kezelésésre alkalmas. A kitermelt szennyezett talajt adalékokkal összekeverik és felszín felett helyezik el. Az eljárás levegőztetett, statikus komposztálás, amely halmos elrendezésben történik, és a levegőztetést levegő-befúvatással vagy vákuum-szivattyúval oldják meg. • Az elhelyezés területén csurgalék-gyűjtő rendszer is működik és a területet nem vízáteresztő szigeteléssel látják el az elhelyezés előtt. Az eljárás során a kőolaj-származékok talajbeli mennyiségének biodegradációs úton történő csökkentése valósítható meg. A nedvességtartalom, a hőmérséklet, a tápanyag- és oxigén-ellátottság, valamint a pH szabályozásával a biológiai bomlási folyamatok gyorsíthatók. HEFOP 3.3.1.

38. Biohalom • Az összeggyűjtött csurgalék visszavezetés előtt bioreaktorban kezelhető. A talajhalmok általában maximum 2-3 m magasak, és műanyag fóliával fedhetők a párolgás, elillanás, illetve a napsugárzás elleni védelem céljából. Ha a talaj illékony szerves vegyületeket tartalmaz, a halomból távozó szennyezett levegőt tisztítani kell. A biohalom eljárás rövid időtartamú, néhány héttől néhány hónapig tarthat az alkalmazása. • A biohalom nem halogénezett illékony szerves vegyületekkel és motorhajtó anyagokkal (szénhidrogének) szennyezett talajok tiszítására alkalmas technológia. Halogénezett illékony és közepesen illékony szerves vegyületek, valamint növényvédőszerek is lebonthatók, azonban a folyamat hatékonysága és alkalmazhatósága vegyület-függő HEFOP 3.3.1.

39. Bioszűrés • A bioszűrés véggázok és egyéb kibocsátások során levegőbe kerülő szennyezés kezelésére alkalmas eljárás. A bioszűrés során a gőzfázisú szerves szennyező anyagokat egy talajágyon vezetjük keresztül, és a szennyező megkötődik a talaj felületén, majd ott mikroorganizmusok segítségével lebomlik. • Specifikus baktériumtörzsek is alkalmazhatók a biodegradáció optimalizálására. A bioszűrő számos előnnyel rendelkezik a hagyományos aktív szenes szűrőkkel szemben. Biológiailag regenerálódik, ezért állandó a maximális adszorpciós kapacitás. A szűrőt nem szükséges tehát regenerálni és a szükséges ágyhossz is relatíve kicsi. A szennyező anyagok emellett nemcsak elkülönülnek, de le is bomlanak. HEFOP 3.3.1.

40. Bioszűrés • Mint minden biológiai folyamat esetében, itt is a szennyező anyag biológiai bonthatósága szabja meg az alkalmazhatóságot. Megfelelő körülmények között a bioszűrők nagy hatásfokkal alkalmazhatók. Elsősorban nem halogénezett illékony szerves vegyületek és motorhajtó anyagok (szénhidrogének) eltávolítására alkalmasak. • Emellett komposztáló telepeken szaghatás-csökkentő szerepet is betölthetnek. A nedvesség-tartalom, a pH, a hőmérséklet és más szűrőre vonatkozó paraméterek monitorozásával optimalizálható az eljárás. Időszakosan szükséges lehet a mechanikus tisztítás, ha nagy mértékű a biomassza-akkumuláció. HEFOP 3.3.1.

41. Szerves szennyező anyagok bioremediációja • Példa a bioremediáció alkalmazására • A holland ISB technológia alkalmazása alapján (Velsen-Noord, 1990) • Terület és szennyezés leírása • talaj típusa: homokos vályog; • vízvezető képesség: 1 - 5 m/nap; • talajvíz szintje: 1,2 m; • szennyezés típusa: csőtörésből származó gázolaj, 2460 mg/kg ásványi olaj és 1200 mg/kg aromás származék; • területi kiterjedés: 250 m2, körülbelül 1500 t szennyezett talaj, talajszennyezés mélysége: 3-4 m; • Talajvíz szennyezettsége: 16000 mg/l ásványi olaj és 65000 mg/l aromás származék, a talajvíz szennyezett 4-5 m mélyen, a szennyezés kiterjedése a talajvízben 1200 m2 összesen 1600 m3. HEFOP 3.3.1.

42. Szerves szennyező anyagok bioremediációja • Kezelés • A telítetlen talajréteget (1,3 m mélyen) eltávolították és másutt kezelték. Az alatta fekvő réteget folyamatos mikrobiológiai kezelésnek vetették alá. A kitermelt és kezelt talajvizet visszaforgatták. Kezelő tartályban ammónium-nitráttal (2mg/l ammónium-, 3,5 mg/l nitrát-koncentráció mellett) és nátrium-dihidrogén-foszfát (12 mg/l foszfát-koncentráció) keverték a szennyezett talajvizet. Oxigén-forrásként hidrogén-peroxidot használtak 10-100 mg/l koncentráció mellett. • Összes költségnek 840000Dfl adódott, 1450 t talajra és 2000 m3 talajvízre 580 Dfl/t. HEFOP 3.3.1.

43. Szerves szennyező anyagok bioremediációja Holland standard (A,B, és C szint) ásványolajra és összes aromás vegyületre (BTEX) nézve HEFOP 3.3.1.

44. Szerves szennyező anyagok bioremediációja Talajvíz-tisztítási eredmények (Velsen-Noord, 1990) HEFOP 3.3.1.

45. Szerves szennyező anyagok bioremediációja HEFOP 3.3.1.

46. ELŐADÁS ÖSSZEFOGLALÁSA • A bioremediációsorán a talajba jutott szerves szennyezőanyagokat mikroorganizmusok segítségével lebontják, és ártalmatlan anyagokká (pl. széndioxiddá és vízzé) alakítják • A bioremediáció során a talajban jelenlévő mikrobák számára olyan optimális körülményeket teremtenek, hogy a fenti biodegradációs folyamat jelentősen felgyorsuljon. Más esetben a szennyezett talajból kiszelektált vagy genetikailag módosított mikroorganizmusokat laboratóriumi körülmények között tartályokban felszaporítják és visszajuttatják a szennyezett talajba. HEFOP 3.3.1.

47. ELŐADÁS ELLENÖRZŐ KÉRDÉSEI • Melyek a szervetlen mikroszennyezők mikrobiológiai transzformációjának főbb folyamatai? • Hogyan jellemezné az intenzifikált bioremediáció, landfarming, kometabolizmussal történő biológiai degradáció folyamatait? • Hogyan jellemezné a biohalom, bioszűrés, bioágyas remediáció, komposztálás, bioreaktorok folyamatait? HEFOP 3.3.1.

48. ELŐADÁS Felhasznált forrásai • Szakirodalom: • Tamás J.: 2002. Talajremediáció. Debreceni Egyetem, Debrecen, 1-241. • Filep Gy., Kovács B., Lakatos J., Madarász T., Szabó I.: 2002. Szennyezett területek kármentesítése, Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc, 1-483. • Egyéb források: • Anton A., Dura Gy., Gruiz K., Horváth A., Kádár I., Kiss E., Nagy G., Simon L., Szabó P.: 1999. Talajszennyeződés, talajtisztítás, Környezetgazdálkodási Intézet, Budapest, 1-219. HEFOP 3.3.1.

49. KÖSZÖNÖM A FIGYELMÜKETKÖVETKEZŐELŐADÁS CÍMEFitoremediáció • Következő előadás megértéséhez ajánlott ismeretek kulcsszavai: • Fitostabilizáció • Fitoextrakció • Fitodegradáció Előadás anyagát készítették: Prof. Tamás János Nagy Attila HEFOP 3.3.1.