Biodegradace škodlivin v půdách a vodách: Procesy a inovativní přístupy

V důsledku klimatické změny a růstu celkového počtu obyvatel na Zemi se očekávají stále větší problémy spojené se zajišťováním dostatku vody. V současnosti jsou známy miliony různých chemických látek a každý den jsou syntetizovány další a další.

Klasické mechanicko-biologické čistírny odpadních vod (ČOV) fungují ve většině případů dobře u základních ukazatelů znečistění (BSK5, CHSKCr, N-NH4+, Ncelk., Pcelk., NL), nicméně nejsou dostatečně účinné pro odstranění specifických organických kontaminantů, tzv. emerging contaminants (EC). Tímto pojmem se v literatuře označují látky, které nebyly či nejsou dostatečně regulovány stávajícími nařízeními. Tyto látky představují značné riziko pro životní prostředí i lidské zdraví a jsou také jedním z důvodů omezení znovuvyužitelnosti vyčištěné odpadní vody. Mezi EC patří též farmaka a další produkty osobní hygieny (PPCP).

Terciární úpravy a pokročilé oxidační procesy

Odstranění nebo výrazné snížení těchto látek na odtoku z ČOV by mohlo být vyřešeno zařazením dalšího vhodného typu dočištění - většinou označovaného v literatuře jako terciární nebo kvarterní úpravy. Coby vhodné a perspektivní se jeví zejména využití pokročilých oxidačních procesů (AOP), ozonizace, adsorpce nebo jejich kombinace.

Proces technologické úpravy musí být dobře zvládnutý, neboť při neúplném, nedostatečném rozkladu organických mikropolutantů mohou vznikat nové produkty, jež mnohdy vykazují i výrazně toxičtější vlastnosti než výchozí látky. Další možný způsob terciární úpravy námi prezentovaný je působení elektrostatickým polem, prováděný buď samostatně, nebo v kombinaci s jinými technologiemi, např. biotechnologiemi.

Využití elektrostatického pole a zařízení CaviPlasma

Už kolem roku 1960 byly publikovány první informace ohledně působení různých silových polí (zejména elektromagnetických) na člověka a životní prostředí. V současné době se této problematice věnuje samostatně, či v kombinaci s jinými technologiemi řada pracovišť. Velmi perspektivní se jeví nové, původní zařízení s názvem CaviPlasma, jež kombinuje hydrodynamickou kavitaci a plazmový výboj. Je výsledkem spolupráce pracovníků z Vysokého učení technického v Brně, Masarykovy univerzity a Botanického ústavu AV ČR, v. v.

Čtěte také: Proces biodegradace: Vysvětlení

V letech 2007-2011 byl pracovníky VÚV TGM Praha v rámci projektu MŽP VaV SP/2f2/98/07 „Výzkum v oblasti odpadů jako náhrady primárních surovinových zdrojů“ započat vývoj zařízení na zpracování odpadů fyzikálními postupy. Koncept zařízení byl zapsán jako užitný vzor - číslo zápisu: Int. 21084, Úřad průmyslového vlastnictví ze dne 2. července 2010 [10]. Zařízení a způsobu fyzikálního zpracování odpadu byl udělen dne 22. srpna 2014 evropský patent EP 2388068 [11].

Koncept zařízení pro fyzikální úpravu odpadů

Zařízení pro fyzikální úpravu materiálů (zejména pevných matric odpadů) koncepčně spočívá v jednotlivém, nebo ve vybraném kombinovaném působení vybraných silových polí (mikrovlnné pole, ultrazvuk, UV záření, jiskrový výboj, elektrostatické pole a popř.

Navržené zařízení pro fyzikální úpravu odpadů je sestaveno z jednotlivých generátorů fyzikálních silových polí umístěných v průhledném boxu s vetkanou uzemněnou Faradayovou klecí s otvíracím vstupním - manipulačním otvorem. Na dně boxu je volně položen podstavec z elektricky nevodivého materiálu, na kterém leží plastová nádoba - vana - pro vložení sledované matrice pro expozici vzorků. Dno nádoby tvoří silná vrstva plastu s velmi vysokým ohmickým odporem. Na dnu nádoby při expozici elektrostatickým polem je volně položena elektricky dobře vodivá kovová mřížka. Nad nádobou je buď vnořená do vzorku, nebo volně zavěšená nad vzorkem druhá kovová mřížka. Obě mřížky jsou napojeny elektrickým vodičem na generátor elek­trostatického pole. Unášecí most s posuvem nese generátor UV záření a generátor jiskrového výboje.

Posun mostu je realizován elektrickým pohonem s možností změny rychlosti pohybu ve dvou stupních a s pohybem ve dvou směrech (tam a zpět). Při dojezdu na konec vymezené dráhy pojezdu dochází k automatickému překlopení směru pohybu pomocí koncových dojezdových přepínačů. Délka pojezdu je mechanicky nasta­vitelná. Expozice elektrickým jiskrovým výbojem je realizována jiskřištěm, jež je také umístěno na unášecím mostě. Generátory silových polí mohou pracovat součas­ně, v různých kombinacích následností, nebo samostatně. Aktuálně nelze zrealizovat společné působení silového elektrostatického pole a elektrického jiskrového výboje z důvodu nebezpečí poškození elektroniky jiskrovým výbojem.

Pro experimentální činnosti úpravy odpadních vod se využívá optimalizované zařízení pro fyzikální zpracování odpadů s přepracovaným pracovním prostorem pro působení elektrostatickým polem. V současnosti je reakční prostor dolaďován. Experimentální zařízení pro čištění vod za pomoci elektrostatického pole je zobrazeno na obr. Obr. 2. Fig. 2. Působení na odpadní vody za pomoci výše popsaného zařízení elektrostatickým polem lze vhodně kombinovat s dalšími chemickými nebo biochemickými technologiemi a postupy.

Čtěte také: O biodegradaci a sanaci

Biodegradace a experimentální výsledky

Biodegradace nebezpečných škodlivých látek v životním prostředí představují významné perspektivní metody, kdy jsou složité a ekologicky závadné polutanty působením mikroorganismů rozkládány na látky jednodušší (nezávadné). Při aplikaci biodegradačních metod je třeba vycházet z faktu, že tento proces je velice komplexní.

Vzorky odpadních vod bez fyzikální předúpravy a s fyzikální předúpravou byly podrobeny laboratorním biodegradačním experimentům v prostorách Katedry environmentálního inženýrství VŠB - Technické univerzity Ostrava. Pro biodegradaci byla použita směs bakterií Rhodococcus degradans, Rhodococcus rhodochrous a Rhodococcus erythropolis, které byly získány z České sbírky mikroorganismů působící při Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity v Brně. Část vzorků byla biodegradována bez předúpravy a část byla před vlastní biodegradací podrobena fyzikální předúpravě na zařízení pro fyzikální předúpravu v laboratořích VÚV TGM. Vlastní biodegradace probíhala po dobu tří týdnů. Poté byly vzorky zfiltrovány a provedeny speciální chemické analýzy.

První série experimentů naznačují, že jen za pomoci elektrostatického pole u mnohých farmak lze snížit jejich obsah účinných složek (např. carbamazepin, celiprolol, claritromycin, diclofenac, hydrochlorothiazide, iohexol, iomeprol, irbesartan). Kombinovaný technologický postup (fyzikální úprava elektro­statickým polem a biotechnologie za pomoci vybraných kmenů bakterií) se jeví jako velmi nadějný, neboť dochází ke snížení významné části celého spektra sledovaných látek. Fyzikální předúprava výrazně zvyšuje účinnost následně zařazených biotechnologií řádově o desítky procent. Změna (zvýšení) účinnosti biodegradace vybraných farmak použitím elektrostatického pole oproti biodegradaci bez použití elektrostatického pole je zobrazena na grafu (obr. Obr. 3. Fig. 3.

Jedná se o prezentaci prvních výsledků experimentálních činností, z nichž zatím nelze učinit konečné závěry. Průběžně jsou u experimentálního zařízení dolaďovány jednotlivé funkční prvky (např. reakční kazetový prostor, cirkulace vzorku, čerpadlo s řízením chodu). Zařízení pro fyzikální čištění odpadních vod se zdrojem vysokého napětí bylo připraveno na prohlídku revizními techniky. Na experimentální zařízení a zdroj VN jsou vydány revizní zprávy.

Upravené zařízení fyzikálního zpracování odpadu je modifikováno na použití elektrostatického pole za účelem snižování obsahu vybraných persistentních polutantů v odpadních vodách. V současné době probíhá spolupráce s dalšími výzkumnými pracovišti, zejména dislokovanými na vysokých školách, a zkušební testování odpadních vod v rámci uživatelské optimalizace zařízení. Dále jsou vedena jednání s výrobci zkušebních laboratorních a průmyslových technických zařízení (zejména ČOV). Trvale je budována síť profesionálních partnerů.

Čtěte také: Více o anaerobní biodegradaci a jejích produktech

tags: #biodegradace #škodlivin #v #půdách #a #vodách

Oblíbené příspěvky:

• Kartáčovací stanoviště pro kočky - recenze
• Příroda v ČR
• Ekologický faktor v ČR
• Podmínky dotací na emise a OZE
• Úžasné snímky portrétů a přírody