1 TECHNOLOGIE A NÁSTROJE OCHRANY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ - II 8. TECHNOLOGIE PRO REMEDIACE A BIOREMEDIACE 8.5 Biologické procesy Prof. RNDr. Ivan Holoubek, CSc. holoubek@recetox.muni.cz; holoubek.i@czechglobe.cz www.recetox.muni.cz; www.czechglobe.cz 2 Jarní SEMESTR – 2021 – TNOŽP II Čtvrtek – 09.00 – 10.50 Termín Blok Hodin 11/03 5. Vývoj prevenčních metod a přístupů k ochraně prostředí 1 18/03 25/03 01/04 08/04 15/04 6. Odpadové hospodářství 6.1 Odpady – definice, přístupy, legislativní rámec 6.2 Materiálové využití odpadů 6.3 Energetické využití odpadů 6.4 Odstraňování odpadů 6.5 Nebezpečné odpady 6.6 Moderní trendy v odpadovém hospodářství 8 15/04 7. Havárie jejich řešení 2 22/04 29/04 06/05 13/05 20/05 8. Technologie pro remediace a bioremediace 8.1 Inventury kontaminovaných míst 8.2 Remediace - přístupy 8.3 Fyzikální a chemické metody remediací 8.4 Termické metody 8.5 Bioremediace 8.6 Případové studie 10 3  Termické  Fyzikální, chemické, fyzikálně-chemické  Biologické Remediační technologie 4 Biologické remediační technologie 5 What is bioremediation?  Bioremediation is the use of microbes to clean up contaminated soil and groundwater.  Microbes are very small organisms, such as bacteria, that live naturally in the environment.  Bioremediation stimulates the growth of certain microbes that use contaminants as a source of food and energy.  Contaminants treated using bioremediation include oil and other petroleum products, solvents, and pesticides, some POPs. 6 Bioremediation Triangle 7 Bioremediation 8  Metabolická aktivita je klíčovou pro biodegradaci  Dokončení úplné mineralizace nebo částečné degradace v aerobních nebo anaerobních prostředích  Stimulace přirozeně se vyskytujících miroorganismů pro provádění biodegradace Biodegradace, bioremediace 9 Cílem bioremediace: degradace organických polutantů tak, aby jejich koncentrace byla buď pod hranicí detekčního limitu nebo taková, že by nepřevyšovala koncentrační limit daný příslušnou vyhláškou. Bioremediace lze využít pro čištění půdy, spodních vod, odpadních vod, kalů a plynů. Vzhledem k závažnosti účinků některých polutantů na zdraví nebo ekologické riziko se bioremediační technologie v současnosti soustřeďují zejména na degradaci ropy a ropných produktů, PAHs, chlorovaných aromatických a alifatických uhlovodíků a polychlorované uhlovodíky. Biodegradace, bioremediace 10 Praktické využití biodegračních procesů je však limitováno řadou faktorů, které vlastní proces bioremediace v konkrétním prostředí ovlivňují. Faktory, které ovlivňují úspěšnost použité bioremediační technologie jsou následující:  přítomnost organismů (mikroorganismů, rostlin), které jsou schopné efektivně degradovat polutant  schopnost těchto organismů transformovat organický polutant akceptovatelnou rychlostí na výslednou koncentraci polutantu povolenou zákonem  při degradaci vznik látek (meziproduktů), které by v dosažené koncentraci byly toxické Biodegradace, bioremediace 11  na zkontaminované lokalitě přítomnost dalších chemických látek nebo jejich směsí, které by potlačovaly růst a metabolickou aktivitu degradační mikroflory  dostupnost polutantů mikroorganismům  na lokalitě zajištění nezbytných podmínek stimulujících růst a degradační metabolismus použitých organismů např. anorganické živiny, kyslík nebo vhodné akceptory elektronů, stopové prvky, vlhkost prostředí, odpovídající teplota, pH, zdroj uhlíku a energie pro růst, induktor katabolické dráhy  cena technologie musí být nižší nebo při nejhorším stejná jaké cena jiné technologie schopné destruovat cílový polutant. Biodegradace, bioremediace 12 Smysl bioremediace - využít přirozené biodegradační pochody s cílem vyčistit kontaminované lokality. Systém, kdy se do půdy navrací ekologická funkce, kterou plní mikroorganismy Pokud mikroorganismy selhaly:  není žádná skupina, která by byla schopna mineralizovat či detoxifikovat daný kontaminant  rychlost vstupu kontaminantu je větší než rychlost dekompozice  chemické, fyzikální, či biologické limitace dekompozitorů  polutant či koncentrace, které jsou toxické pro dekompozitory  fyzikální či chemické faktory, které zabraňují kontaktu dekompozitorů a polutantu  dekontaminace vede k podmínkám inhibující další procesy Biodegradace, bioremediace 13 Přidávání kyslíku a jiných plynů:  bioventing je technika dodávky kyslíku přímo in situ do nesaturované zóny  "air sparging" - tlakové vhánění kyslíku do saturační zóny  kromě kyslíku se často dodává methan (zejména při degradacích chlorovaných látek) Dodávka živin:  hlavně přídavky dusíku a fosforu  cíl: optimalizace poměru C:N:P na hodnotu cca 100:10:1 Nezbytně nutné optimální podmínky biodegradace 14 Stimulace anaerobních degradací:  dodávka alternativních TEA (terminal electron acceptor) dusičnany, sírany, Fe3+, CO2  anaerobní degradace je sice pomalejší, ale dokáže "si poradit" s jinými polutanty než aerobní degradace (např. silně chlorované látky) Dodávka surfaktantů:  sniží povrchové napětí a zvýší biodostupnost kontaminantů Nezbytně nutné optimální podmínky biodegradace 15 Dodávka mikroorganismů či DNA:  introdukované organismy - bioaugmentace  genetické inženýrství, uměle vytvořené mikroorganismy schopné vysoce efektivních biodegradací Problémy:  neschopné dlouho přežít v reálném ekosystému  vážou se na půdní komplexy a tím jsou méně aktivní Nezbytně nutné optimální podmínky biodegradace 16 Factors influencing microbial degradation Bioavailability Concentration Availability of nutrients Environmental conditions: pH, T, EC , water, redox potential Volatility Soil mechanical and hydrogeological parameters 17 Necessary elements of biodegradation Electron donors Electron acceptors Carbon sources Energy sources Water Nutrients 18 Aerobic degradation 19 Anaerobic degradation 20 Metabolism modes in bioremediation 21 Biodegradability 22 Biodegradability 23 From: Manual for Biological Remediation Techniques, 2006) Biodegradability 24 From: Rockne and Reddy, 2003) Biodegradability 25 From: Rockne and Reddy, 2003) Biodegradability 26 Decision Tree for Bioremediation 27 Monitoring Bioremediation 28 Biodegradace, bioremediace 29 Biodegradace, bioremediace 30 Biodegradace, bioremediace 31 Biodostupnost polutantů 32 Na stárnutí polutantů a snižování dostupnosti se podílí:  Sorpce na pevné částice půdy (jíl)  Sorpce na organické látky v půdě (huminové látky)  Difúze do mikropórů a makropórů  Odpar těkavých složek  Úbytek dobře odbouratelných složek znečištění Větrání (stárnutí) polutantu 33 Větrání (stárnutí) polutantu 34 1) v systémech s jedním polutantem: dochází při zvyšování kontaktního času mezi polutantem a půdou ke snižování biologické dostupnosti a odbouratelnosti 2) v systémech s více polutanty přítomnost dalších látek zpomaluje stárnutí a zvyšuje biologickou dostupnost polutantu 3) Sorbované molekuly jsou nejčastěji důvodem „reboundingu“ Větrání (stárnutí) polutantu 35 Rebounding 36 Rebounding 37 Vlastnosti bakterií podporující přenos hmoty:  tvorba biologických povrchově aktivních látek a jejich exkrece do prostředí  vznik struktur na povrchu buňky, které podporují emulgaci hydrofobních molekul polutantu  systém příjmu s vysokou afinitou k polutantu  zvýšená adhese buněk k pevnému nebo kapalnému substrátu Podpora přenosu hmoty 38 Biofilm 39 Podle biologické rozložitelnosti lze polutanty seřadit podle snižující se biologické rozložitelností: jednoduché alifatické uhlovodíky, paliva > monoaromatické uhlovodíky > alkoholy, estery > nitrobenzeny, ethery > chlorované uhlovodíky > polycyklické aromatické uhlovodíky > pesticidy. n-Alkany:  Nejsnáze molekuly C10 až C16  C1 až C4 jsou plynné, rozkládají je jen vysoce specializované bakterie  C5 až C9 jsou pro většinu mikroorganismů toxické Biodegradovatelnost polutantů 40 Zpřístupnění molekul polutantů pro buňky:  Přídavkem neionogenní povrchově aktivní látky (NPAL)  Částečná chemická oxidace PHENANTHRENE ANTHRACENE PYRENE DIESEL Podpora přenosu hmoty 41  Ohřev horninového prostředí (odporové ohřívání, vhánění páry…..)  Uvolnění sorpčních vazeb molekul polutantů ultrazvukem  Podpora tvorby biosurfaktantů Podpora přenosu hmoty 42 Podpora přenosu hmoty – tvorba biosurfaktantů 43 Biosurfaktanty 44  Všechny bakterie, které jsou schopné využívat nepolární substráty, mají schopnost biosurfaktant vytvářet a uvolňovat do prostředí  Bez biosurfaktantu by nebyly schopné dopravit substrát do buňky Molekula polutantu polární Molekula polutantu nepolární Micela neionogenní povrchově aktivní látky Biosurfaktanty 45 Biosurfaktanty 46  Přenos hmoty do buňky  Dostupnost molekul polutantu pro mikroorganismy (sorpce, rozpustnost)  Enzymatický aparát mikroorganismů  Tvorba toxických metabolitů  Inhibiční podmínky v prostředí (toxicita polutantů, pH, teplota, nedostatek vlhkosti, nedostatek finálních akceptorů elektronů, limitace makro a mikrobiotickými prvky …..)  Neschopnost odbourávat některé polutanty vedle sebe (např. toluen a chlorbenzen) Faktory omezující biodegradace 47 Vymytí povrchově aktivní látkou Podpora vymytím 48 Nenasycená zóna Saturovaná zóna Rozdělení zbytkového znečištění 49 Galaktosa a glukosa pro E. coli Souhrn omezujících faktorů 50 Dead-end produkty pyrenu - houby 51 HOUBY Cytochrom P-450 peroxidasa BAKTERIE Diooxygenasa Odbourávání PAHs 52 1. PROBLÉM  Stanovení PAHs po extrakci nepolárními rozpouštědly  Biotransformační produkty jsou polární – nestanoví se, nastává pokles koncentrace PAHs - je to vyřešení problému ??? Skutečnost  Biotransformační produkty a dead-end produkty jsou ve vodě mnohem rozpustnější a tedy mobilnější, jsou však často i toxičtější než původní PAHs, takže zemina se sníženou koncentrací PAHs po biodegradaci je z hlediska životního prostředí mnohem škodlivější, má podstatně vyšší ekotoxicitu a genotoxicitu Důsledky tvorby dead-end produktů 53 2. PROBLÉM  Heterocyklické sloučeniny podléhají rovněž biotransformaci – vznikají toxičtější produkty  Pentachlorfenol tvoří v technické směsi jen 30 až 35 %, jsou tedy přítomny další kongenery – ale ty se nesledují (analyticky)  Vedlejší produkt z chlorace fenolu – polychlorované dioxiny!!!! Důsledky tvorby dead-end produktů 54  Často se stává, že rozklad polutantu není totální (nenastává mineralizace) Lineární alkylsulfonáty Biotransformace místo biodegradace 55 Biotransformace místo biodegradace 56  Nedochází k rozkladu až na H2O, CO2, k tvorbě biomasy a energie.  Dochází jen k biotransformaci molekul polutantu na nové sloučeniny, které jsou buď dead-end produkty, nebo nemohou být dále rozkládány vzhledem k podmínkám v prostředí  Tyto meziprodukty mohou mít mnohem nepříznivější vlastnosti pro životní prostředí než původní polutanty Biotransformace místo biodegradace 57 < TOXICITA Biotransformace místo biodegradace 58 Polychlorované dioxiny 59 Biotransformace může způsobit: 1) Vyšší toxicitu 2) Endokrinní disrupci 3) Mutagenitu 4) Další negativní vlastnosti podle druhu vzniklého metabolitu 5) Zvýšit polaritu a mobilitu v horninovém prostředí Biotransformace místo biodegradace 60  Z pohledu degradované látky či spíše směsi látek  Z pohledů využívaných mikroorganismů  Z pohledu prostředí, ve kterém se má proces realizovat Bioremediace – co musíme znát ??? 61 Z pohledu degradované látky či spíše směsi látek:  Strukturu zájmové látky či směsi látek  Fyzikálně-chemické vlastnosti – persistenci/reaktivitu, rozpustnost, těkavost, tendenci ke kumulaci v abiotickém prostředí a potenciál pro bioakumulaci  Její/jejich koncentrace  Produkty degradace a jejich vlastnosti  Biodostupnost v daném prostředí Bioremediace – co musíme znát ??? 62 Z pohledů využívaných mikroorganismů  Jejich schopnost degradovat danou látku či směs látek  Životní optimální podmínky – živiny, vlhkost, pH, kyslík  Přítomnost látek toxických pro používané mikroorganismy nebo jejich konsorcia Bioremediace – co musíme znát ??? 63 Z pohledu prostředí, ve kterém se má proces realizovat  Sorpční schopnosti – ovlivnění biodostupnosti  Fyzikálně-chemické vlastnosti  Mechanické vlastnosti  Toxicita prostředí Bioremediace – co musíme znát ??? 64  Mikroorganismy pro nás nepracují proto, že my chceme, ale proto, že jim to přináší různé výhody, především energii pro množení a tvorbu biomasy a pro nezbytné fyziologické pochody  Pokud jim zlepšíme podmínky v prostředí, pracují o to lépe. Vít Matějů Zásady pro využívání mikrobiálních technologií 65 Biologické ex situ procesy 66 Biologické remediační technologie 67  Metabolická aktivita je klíčovou pro biodegradaci  Dokončení úplné mineralizace nebo částečné degradace v aerobních nebo anaerobních prostředích  Stimulace přirozeně se vyskytujících miroorganismů pro provádění biodegradace Biodegradace, bioremediace 68 Cílem bioremediace: degradace organických polutantů tak, aby jejich koncentrace byla buď pod hranicí detekčního limitu nebo taková, že by nepřevyšovala koncentrační limit daný příslušnou vyhláškou. Bioremediace lze využít pro čištění půdy, spodních vod, odpadních vod, kalů a plynů. Vzhledem k závažnosti účinků některých polutantů na zdraví nebo ekologické riziko se bioremediační technologie v současnosti soustřeďují zejména na degradaci ropy a ropných produktů, PAHs, chlorovaných aromatických a alifatických uhlovodíků a polychlorované uhlovodíky. Biodegradace, bioremediace 69 Praktické využití biodegračních procesů je však limitováno řadou faktorů, které vlastní proces bioremediace v konkrétním prostředí ovlivňují. Faktory, které ovlivňují úspěšnost použité bioremediační technologie jsou následující:  přítomnost organismů (mikroorganismů, rostlin), které jsou schopné efektivně degradovat polutant  schopnost těchto organismů transformovat organický polutant akceptovatelnou rychlostí na výslednou koncentraci polutantu povolenou zákonem  při degradaci vznik látek (meziproduktů), které by v dosažené koncentraci byly toxické Biodegradace, bioremediace 70  na zkontaminované lokalitě přítomnost dalších chemických látek nebo jejich směsí, které by potlačovaly růst a metabolickou aktivitu degradační mikroflory  dostupnost polutantů mikroorganismům  na lokalitě zajištění nezbytných podmínek stimulujících růst a degradační metabolismus použitých organismů např. anorganické živiny, kyslík nebo vhodné akceptory elektronů, stopové prvky, vlhkost prostředí, odpovídající teplota, pH, zdroj uhlíku a energie pro růst, induktor katabolické dráhy  cena technologie musí být nižší nebo při nejhorším stejná jaké cena jiné technologie schopné destruovat cílový polutant. Biodegradace, bioremediace 71 71 Smysl bioremediace - využít přirozené biodegradační pochody s cílem vyčistit kontaminované lokality. Systém, kdy se do půdy navrací ekologická funkce, kterou plní mikroorganismy Pokud mikroorganismy selhaly:  není žádná skupina, která by byla schopna mineralizovat či detoxifikovat daný kontaminant  rychlost vstupu kontaminantu je větší než rychlost dekompozice  chemické, fyzikální, či biologické limitace dekompozitorů  polutant či koncentrace, které jsou toxické pro dekompozitory  fyzikální či chemické faktory, které zabraňují kontaktu dekompozitorů a polutantu  dekontaminace vede k podmínkám inhibující další procesy Biodegradace, bioremediace 72 72 Přidávání kyslíku a jiných plynů:  bioventing je technika dodávky kyslíku přímo in situ do nesaturované zóny  "air sparging" - tlakové vhánění kyslíku do saturační zóny  kromě kyslíku se často dodává methan (zejména při degradacích chlorovaných látek) Dodávka živin:  hlavně přídavky dusíku a fosforu  cíl: optimalizace poměru C:N:P na hodnotu cca 100:10:1 Nezbytně nutné optimální podmínky biodegradace 73 73 Stimulace anaerobních degradací:  dodávka alternativních TEA (terminal electron acceptor) dusičnany, sírany, Fe3+, CO2  anaerobní degradace je sice pomalejší, ale dokáže "si poradit" s jinými polutanty než aerobní degradace (např. silně chlorované látky) Dodávka surfaktantů:  sniží povrchové napětí a zvýší biodostupnost kontaminantů Nezbytně nutné optimální podmínky biodegradace 74 74 Dodávka mikroorganismů či DNA:  introdukované organismy - bioaugmentace  genetické inženýrství, uměle vytvořené mikroorganismy schopné vysoce efektivních biodegradací Problémy:  neschopné dlouho přežít v reálném ekosystému  vážou se na půdní komplexy a tím jsou méně aktivní Nezbytně nutné optimální podmínky biodegradace 75  Využitelné pro široký rozsah organických látek  Využitelné pro všechna media  Rezidua jsou velmi nízká nebo žádná  Častá je flexibilita v designu systému  Nižší ceny než jiné technologie Výhody: Biologické procesy 76  Není obecně aplikovatelné pro anorganické látky  Dlouhá doba čištění  Je požadována důsledná charakterizace lokality  Je omezena charakteristikami lokality Omezení: Biologické procesy 77 Aerobní degradační potenciál Bioremediace 78 Rozdělení bioremediačních technologií Bioremediační technologie lze rozdělit dle místa jejich aplikace na:  in situ, které jsou aplikovány přímo na zkontaminované lokalitě; jsou relativně levné, ale jejich průběh je obtížně kontrolovatelný  ex situ, ve kterých je kontaminovaný materiál odstraněn z původní lokality a buď k degradaci dochází na místě odstranění (on site) nebo je odstraněná kontaminovaná matrice převezena na jiné místo kde probíhá vlastní biodegradační proces na dekontaminační ploše nebo v bioreaktoru (off site). Přemisťování kontaminované zeminy či spodní vody sice značně zvyšuje celkové náklady, ale proces je velmi dobře kontrolovatelný. 79 Mezi in situ technologie patří bioventing, podpořená bioremediace (enhancing bioremediation), přirozená atenuace (natural attenuation) a fytoremediace. Ex situ technologie zahrnují bioremediace v suspenzním systému (slurry phase bioremediation), bioremediace v pevné fázi (solid phase bioremediation), do které patří technologie jako jsou land farming a kompostování a jejich modifikace. Rozdělení bioremediačních technologií 80 Ex-situ vs In-situ 81  Biohromady (biopiles) (ex)  Bioremediace v suspenzním systému (Slurry-phase bioremediation – Bioslurry) (ex)  Bioprovzdušnění (Bioventing) (in)  Kompostování (Composting) (ex)  Podpořená bioremediace (Enhanced bioremediation) (in)  Bioremediace v tuhé fázi (Solid-phase bioremediation – Landfarming) (ex)  Monitorovaná přirozená atenuace (Monitored natural attenuation - Intrinsic bioremediation) (in)  Fytoremediace (Phytoremediation) (in) Bioremediační technologie 82 Bioremediační technologie 83 Technology Main Target Contaminants Biopiles (ex) SVOCs, VOCs, X-SVOCs, X-VOCs, PAHs Bioslurry (ex) SVOCs, VOCs, X-SVOCs, X-VOCs, PAHs, Diox./Fur., Pest. Bioventing (in) SVOCs, VOCs, X-SVOCs, X-VOCs, PAHs Composting (ex) SVOCs, VOCs Enh. bioremediation (in) SVOCs, VOCs, Pest. Landfarming (ex) SVOCs, VOCs, X-SVOCs, X-VOCs, PAHs, Pest. Natural attenuation (in) SVOCs, VOCs, Phytoremediation (in) SVOCs, VOCs, Inorg., Heavy metals Bioremediační technologie 84 Technology Cost (US$/ton) Clean-up time* Biopiles (ex) 25-75 < 6 months Bioslurry (ex) 230-270 6 to 12 months Bioventing (in) 15-80 < 6 months Composting (ex) 250-300 6 to 12 months or > Enh. bioremediation (in) 25-100 6 to 12 months Landfarming (ex) 90-100 6 to 12 months or > Natural attenuation (in) 10,000/year > 12 months Phytoremediation (in) 50-150 > 12 months (*) Time referred to a standard mass of about 20000 tons Bioremediační technologie 85 Classification 86  Bioremediace v suspenzním systému  Bioprovzdušnění  Bioremediace v tuhé fázi  Fytoremediace  Bioslurping  In situ remediace podzemní vody  Přirozená atenuace Bioremediační technologie 87  VOCs  SVOCs  X- VOCs  X- SVOCs  PAHs  PCDDs/Fs  Pesticidy Cílové kontaminanty: Bioremediace v suspenzním systému 88  Může být použita jako samostatná technologie nebo v kombinaci s jinými  Je využitelná pro širokou škálu organických kontaminantů  Převádí kontaminanty – pokud jsou biodegradovatelné - na neškodné látky  Zahrnuje půdy a kaly s bioaktivními mikroorganismy  Může využívat mobilní vsádkový reaktor Bioremediace v suspenzním systému 89  Obvykle je technologie v suspenzním systému prováděna jako vsádkový proces v reaktoru, kterým může být laguna, otevřené nádoby nebo uzavřený systém.  Prvním krokem při čištění je odtěžení půdy, odstranění velkých kamenů a příprava vodní suspenze (60-95 váhových %).  Po ukončení bioremediace se oddělí vodní a pevná fáze.  Různé typy suspenzních reaktorů se od sebe liší ve způsobu okysličování a způsobem míchání suspenze. Bioremediace v suspenzním systému 90 Typický proces Bioremediace v suspenzním systému 91 Tvary suspenzních bioreaktorů 92 Tvary suspenzních bioreaktorů 93 Difuze kontaminantů 94 Bioremediace v suspenzním systému 95 Bioremediace v suspenzním systému 96 Bioremediace v suspenzním systému 97 Bioremediace v suspenzním systému 98 Bioremediace v suspenzním systému 99 Bioremediace v suspenzním systému 100 Srovnání bioreaktorů 101 Základní vstupní charakteristiky:  Organické látky: 0,025 - 2% váhového množství  Tuhá fáze: 20 - 30% váhového množství  Voda: 75 - 90% váhového množství  Velikost tuhých částic: < 0,6 cm  Teplota: 20 – 40 oC  pH: 6-8 Bioremediace v suspenzním systému 102 Koncepční model čistící technologie Bioremediace v suspenzním systému 103  Je účinná pro různé koncentrace kontaminantů  Využitelná pro řadu organických kontaminantů (dříve uvedené, kreosot, uhelný dehet a odpady z rafinérií)  Problémovou může být aplikace na místech s vysokými koncentracemi kovů, anorganických látek, pesticidů nebo organických látek nerozpustných ve vodě Specifické aplikace: Bioremediace v suspenzním systému 104  Nejsou požadovány speciální zařízení  Vsádkové operace dovolují přesnější stanovení hmotnostní bilance  Využitelné pro široký rozsah kontaminantů  Podmínky uvnitř suspenzního reaktoru mohou být kontrolovány Specifické výhody: Bioremediace v suspenzním systému 105 Specifické výhody:  Možnosti lepší a efektivnější kontroly procesu  Zajištění zvýšené rozpustnosti organických látek  Homogenizace pevných částic v suspenzi  Zlepšený kontakt mezi mikroorganismy a kontaminanty  Probíhá-li bioremediace v uzavřeném systému lze zvýšit rozpustnost látek přídavkem surfaktantu a k urychlení procesu přispívá i dodávání živin a jejich lepší distribuce event. přídavek vhodných mikroorganismů. Bioremediace v suspenzním systému 106  Složení půd nebo kalů může inhibovat vznik vhodné suspenze  Další faktory limitující proveditelnost: ⬧ pH ⬧ Teplota ⬧ Kyslík ⬧ Živiny ⬧ Obsah vlhkosti Specifická omezení: Bioremediace v suspenzním systému 107  Vyšší nároky na energii  Nutnost přemísťování zeminy a její úprava  Separace vodního a pevného podílu suspenze v závěru procesu  Omezují faktory mohou být řízeny technologicky Specifická omezení: Bioremediace v suspenzním systému 108  Ceny ovlivňuje řada faktorů  Průměrné ceny se pohybují v rozmezí $150 - $300 za m3  Obchodní ceny se pohybují v rozmezí $60 - $1500 za m3  Cena Francie ca $90 za t  Finančně je tento způsob remediace náročnější než landfarming a kompostování, ale je mnohem levnější než fyzikální způsoby dekontaminace a navíc je rychlejší. Ceny: Bioremediace v suspenzním systému 109  Proveditelnost závisí na reakční kinetice a na relativní biodegradabilitě kontaminantů  Technologie může dosáhnout více než 99 % čistící účinnosti pro chemicky ošetřené dřevěné odpady  Proveditelnost je ovlivněna časem a koncentraci materiálu Proveditelnost: Bioremediace v suspenzním systému 110 Bioremediační technologie  Bioremediace v suspenzním systému  Bioprovzdušnění  Bioremediace v tuhé fázi  Fytoremediace  Bioslurping  In situ remediace podzemní vody  Přirozená atenuace 111 Bioventing (bioprovzdušnění) 112  VOCs  SVOCs  X- VOCs  X- SVOCs  PAHs Cílové kontaminanty: Bioventing (bioprovzdušnění) 113  Čištění ve vadózní zóně  Kyslík je využit mikrobiálními populacemi pro zahájení biochemické konverze uhlovodíků pro benzen:  C6H6 + 15 1/2O2  6 CO2 + 3 H2O Bioventing (bioprovzdušnění) 114  Aplikace v prostupné nenasycené půdní zóně, tj. nad vrstvou vody  Metoda je založena na zavádění vzduchu do půdy buď metodou přímé injektáže nebo cirkulací přes vakuový extrakční systém  Teplota a pH půd ovlivňuje rychlost reakce  VOCs, SVOCs a ropné uhlovodíky  Těžké uhlovodíky nejsou odstraňovány  Pouze pro aerobně biodegradovatelné kontaminanty, které mají tlak par nižší než 1 atm.  Lehce těkající organické látky se spíše odpaří než by byly zdegradovány. Aplikace: Bioventing (bioprovzdušnění) 115 Schéma bioventingu  Metoda je založena na vhánění vzduchu, jenž usnadňuje těkání některých organických kontaminantů a souběžně zajišťuje vhodné prostředí pro biodegradaci méně těkavých látek buď metodou přímé injektáže nebo cirkulací přes vakuový extrakční systém. 116 Základní schéma uspořádání bioventingu 117 Konstrukce běžného ventingového vrtu 118 Přísun vzduchu do nenasycené zóny může být prováděn buď přes horizontální nebo vertikální vrty a v některých případech může být bioventing kombinován s extrakcí par z půd, což umožňuje zlepšit kontrolu toku zaváděného vzduchu. Bioventing (bioprovzdušnění) 119 Schéma bioventingu 120  Má schopnost biodegradovat semivolatilní nebo nonvolatilní organické látky, kde SVE neumožňuje čištění (stále ve stádiu výzkumu)  Minimalizuje množství plynu vyžadujícího čištění  Nevyžaduje drahá zařízení  Nevyžaduje náročné provádění a udržování Specifické výhody: Bioventing (bioprovzdušnění) 121  Schopnost mikroorganismů biodegradovat kontaminant  Propustnost půd  Nízký obsah půdní vlhkosti Specifická omezení: Bioventing (bioprovzdušnění) 122  Tržní cena se pohybuje v rozmezí $15-$120 za m3 Typická cena: Bioventing (bioprovzdušnění) 123  Bioremediace v suspenzním systému  Bioprovzdušnění  Bioremediace v tuhé fázi  Fytoremediace  Bioslurping  In situ remediace podzemní vody Bioremediační technologie 124 Bioremediace v tuhé fázi  Land farming technologie se obvykle provádí přímo v povrchových vrstvách půdy anebo na separovaných dekontaminačních plochách.  Kontaminovaná půda je dostatečně pohnojena N-P-K hnojivem, provlhčena a rozprostřena na nepropustnou podložku tak, aby se vrstva zeminy pohybovala v rozmezí 40 - 60 cm. 125  Při dostatečné katabolické aktivitě mikroorganismů přirozeně osidlujících kontaminovanou zeminu se neprovádí žádná další inokulace mikroorganismy.  Půda je v průběhu dekontaminace provzdušňována přehazováním.  Průběžně se kontroluje vlhkost půdy, koncentrace živin a koncentrace polutantu. Bioremediace v tuhé fázi 126  Pro půdy kontaminované BTEX a PCBs lze využít pro dekontaminaci vanový reaktor (bed reactor).  Ten je umístěn v hale opatřené filtry pro zachycování případně vznikajících, potenciálně toxických, těkavých produktů metabolické aktivity mikroorganismů.  Kontaminovaná půda nebo kal je umístěn do uzavřené vany (lože) s drenáží, která odvádí nebezpečný výluh pro další zpracování např. v bioreaktorech.  Kontaminovaná půda je vzdušněna systémem trubek aeračního zařízení.  Nad vanou je umístěn zavlažovací systém, který umožňuje případné dodávání dalších živin nebo mikrobiální suspenze s odpovídající katabolickou aktivitou. Bioremediace v tuhé fázi 127 Vanový reaktor (bed reactor). Bioremediace v tuhé fázi 128 Landfarming 129  Při kompostování je kontaminovaný materiál míchán s organickým materiálem (sláma, piliny, kůra aj.) a obohacen zdrojem N a P, případně dalšími anorganickými živinami.  Materiál může být uložen rotačních bubnech, cirkulačních tancích, otevřených nádobách, silech nebo na otevřené hromadách (biopiles) nebo záhonech (windrow composting).  V průběhu kompostování je materiál pravidelně vlhčen a vzdušněn přehazováním, otáčením nebo vzdušnícím systémem.  Teplota během procesu je obvykle okolo 50-60 °C.  Proces může probíhat za aerobních nebo anaerobních podmínek. Bioremediace v tuhé fázi 130  VOCs  SVOCs  X- VOCs  X- SVOCs  PAHs  Pesticidy  Chlorované fenoly  Výbušniny (TNT, RDX, HMX) Cílové kontaminanty: Bioremediace v tuhé fázi 131  Primárně využitelná pro řadu organických látek a některé kovy, organické látky převádí na neškodné  Vhodná metoda pro čištění půd, kalů a sedimentů (studie proveditelnosti je nutná)  Vysoké koncentrace kontaminantů mohou být toxické pro mikroorganismy  Teplota, obsah vlhkosti, pH, obsah živin a kyslíku (pro aerobní systémy) musí být vhodné pro použité mikroorganismy  Během posledních 25 let se kompostování stalo jednou ze základních technologií pro čištění městských odpad Aplikace: Bioremediace v tuhé fázi 132  Průměrné ceny se pohybují kolem $100 za tunu  Cena závisí na: ▪ Postupu ▪ Obsahu ▪ Potřebě emisní kontroly ▪ Potřebě před- anebo dočištění Ceny: Bioremediace v tuhé fázi 133  Bioremediace v suspenzním systému  Bioprovzdušnění  Bioremediace v tuhé fázi  Fytoremediace  Bioslurping  In situ remediace podzemní vody  Přirozená atenuace Bioremediační technologie 134  VOCs  SVOCs  X- SVOCs (e.g. cottonwood)  Těžké kovy (e.g. indian mustard)  Pesticidy (e.g. poplar trees)  Anorganické látky Cílové kontaminanty: Fytoremediace 135  Pro účinnou fytoremediaci je důležité, aby znečišťující látky byly snadno dostupné kořenovému systému rostlin, který tyto látky dále transportuje do rostlinných tkání, kde jsou přeměňovány a ukládány  Transportní systémy regulují příjem a distribuci kovů  Ionty mohou být selektivně přijímány z půd  Kořeny způsobují změny na rozhraní půda-kořen  Na celém procesu se podílejí také mikroorganismy, které žijí v symbióze s rostlinami, zejména v oblasti rhizosféry – kořenové části rostlin.  Kořenové exudáty mohou mobilizovat nebo imobilizovat prvky v rhizosféře Fytoremediace – popis procesu 136 In situ fytoremediace 137 In situ fytoremediace 138 Mechanismus fytoremediace Rostliny při dekontaminaci uplatňují několik mechanismů: přímou absorpci kořeny, následný přesun do rostlinné tkáně a akumulaci ve formě nefytotoxických metabolitů:  některé rostliny absorbují organické látky přímo z kontaminované půdy;  nerozpustné látky se většinou váží pevně na povrch kořenů, látky s vyšší rozpustností jsou transportovány přímo do rostlinných tkání, kde mohou být různými detoxikačními mechanismy přeměňovány na nefytotoxické sloučeniny a dále pak ukládány např. do vakuol nebo ve formě ligninu do buněčné stěny. 139 Mechanismus transformace organických polutantů v rostlinných buňkách (X...organické xenobiotikum, ER…endoplazmatické retikulum, GSH…glutathion, CP450………cytochrom P450) X ER CP450 X X X X-OH Vakuola transformace X-SG GSH UDP-glukosa 1 2 X-glc ? 3 ATP ADP+Pi ATP ADP+Pi První fáze Druhá fáze Třetí fáze Mechanismus fytoremediace 140 Uvolňování enzymů do prostředí, které podporují mikrobiální aktivitu a biochemickou transformaci v půdě:  Ve vzorcích půd z kontaminovaných míst bylo identifikováno pět enzymových systémů, které se pravděpodobně podílejí na transformaci organických látek v životním prostředí.  Patří mezi ně dehalogenázy, reduktázy organických sloučenin, peroxidázy, lakáza (fenoloxidasa) a nitrilázy. Mechanismus fytoremediace 141 Zvýšenou mineralizací látek v rhizosféře, která je typická pro činnost hub a mikrobiálních konsorcií;  V kořenovém systému rostlin je obvykle přítomno nejvíce bakterií (asi 106- 108) a dále asi 105 aktinomycet a 103 hub na gram půdy.  Rostliny napomáhají mikrobiální mineralizaci v rhizosféře tím, že uvolňují do půdy látky, které mohou sloužit mikroorganismům jako zdroj uhlíku a energie pro kometabolismus organických látek znečišťujících životní prostředí.  Rostlinné exudáty obsahují hlavně enzymy, alifatické a aromatické látky (fenoly, terpeny, flavonoidy), aminokyseliny a cukry.  Některé z těchto látek mohou působit též jako induktory bakteriálních drah degradace některých organických xenobiotik (např. PCBs). Mechanismus fytoremediace 142 Rostliny používají pro transformaci polutantů, na rozdíl od mikroorganismů, zcela odlišné mechanismy. Ty můžeme rozdělit dle způsobu uplatnění:  Fytoextrakce (fytoakumulace) založená na schopnosti rostlin přijímat a akumulovat škodlivé látky ve svých kořenech i nadzemních částech. Mechanismus fytoremediace 143  Transformace (fytodegradace) je přímá degradace organických polutantů na méně toxické nebo netoxické sloučeniny. Mechanismus fytoremediace 144  Rhizosférní degradace využívá činnosti rostlin a mikroorganismů. Mechanismus fytoremediace 145 Rhizofiltrace, při které dochází k adsorpci nebo absorpci polutantů, přítomných v nejbližším okolí, do kořenů rostlin.  Tento mechanismus je podobný fytoextrakci, ale používá se pro odstranění polutantů ze spodních vod, spíše než z půdy.  Pokusy mohou být prováděny in situ nebo je voda přečerpána do speciálních nádrží vyplněných kořeny příslušných rostlin.  Předpěstovávané rostliny žijí ve vodných prostředích s nízkou hladinou kontaminace a až po určité době jsou přesazeny přímo na kontaminované místo.  Z mnoha testovaných rostlin se jako jedny z nejúčinnějších ukázaly hydroponicky pěstované slunečnice, např. využívané k odstranění radionuklidů z povrchové vody v okolí Černobylu. Mechanismus fytoremediace 146 Fytostabilizace napomáhá stabilizovat kontaminované místo, snaží se omezit rozšiřování polutantů např. erozí nebo prosakování do spodní vody jejich pevnější vazbou na půdní částice.  Používá se při rekultivacích kontaminovaných ploch, kde přes poměrně nízké hladiny koncentrací polutantů neroste přírodní vegetace. Mechanismus fytoremediace 147 Převedení do plynné fáze, kdy některé polutanty procházejí rostlinou do listů a vypařují se do atmosféry ve stejné nebo částečně modifikované formě.  Jak bylo prokázáno u topolů, 90 % TCE (trichlorethylenu) odebraného z půdy bylo odpařeno. Mechanismus fytoremediace 148 Užití rostlin pro odstranění polutantů ze vzduchu, které využívá schopnosti některých rostlin vázat polutanty přítomné v ovzduší na povrch listů např. schopnost vázat olovo zachycené z benzínových zplodin Mechanismus fytoremediace 149 TYPE ADVANTAGE DISADVANTAGE Phytoextraction by trees High bio mass production Potential for off-site migration and leaf transportation of metals to surface Phytoextraction by grasses High accumulation Low biomass production and slo w gro w th rate Phytoextraction by crops High bio mass and increased gro w th rate Potential threat to the food chain through ingestion by herbivores Phytostabilization No disposal of contaminated bio mass required Remaining liability issues, including maintenance for indefinite period of time (containment rather than removal) Rhizofiltration Readily absorbs metals Concentration in plants and wetlands of metals that must be disposed of eventually Výhody a omezení: Fytoremediace 150 Fytoremediace – aplikace, výhody, omezení  Fytoremediace je nejlépe využitelná na velkých plochách, kde kontaminace dosahuje maximálně do 5 metrů hloubky.  Výhodou fytoremediace je její vysoká efektivita, produkce biomasy může dosáhnout až 100 tun na hektar plochy za rok.  Při růstu rostlin nedochází k poškozování životního prostředí, jelikož nejsou potřeba těžké stroje ani převoz zeminy.  Používání fytoremediace je též akceptováno veřejností. 151  Nevýhodou fytoremediace je negativní ovlivnění jejího průběhu a výsledné kontaminace různými vlastnostmi půdy a životními podmínkami v místě znečištění.  Struktura půdního profilu, pH, koncentrace solí, polutantů a přítomnost dalších toxinů - tyto faktory mohou být limitující s ohledem na toleranci použité rostliny.  Kontaminanty se mohou hromadit v listech a mohou být znovu uvolňovány (např. při opadávání listů) do prostředí.  V některých případech se zvyšuje rozpustnost polutantů a může dojít k jejich rozšíření do okolního prostoru. Fytoremediace – aplikace, výhody, omezení 152  Fytoremediace je také pomalejší než běžné jiné biologické či fyzikální a chemické metody, a proto je nutné uvážit i časové hledisko při výběru metody.  Některé limitující faktory fytoremediace by mohly být odstraněny s použitím geneticky modifikovaných rostlin.  Takové rostliny by byly získávány transformací po vložení specifických genů pro tvorbu bílkovin nebo peptidů, které se účastní vazby a transportu xenobiotik nebo zvýšením produkce a aktivity rostlinných bidegradačních enzymů a zajištění jejich přednostního transportu do rhizosféry a podpory půdních bakterií, které žijí v nejbližším okolí rostlinných kořenů. Fytoremediace – aplikace, výhody, omezení 153  Oblasti kontaminované určitým typem organických látek nebo anorganických látek, vyžadují specifický typ rostlin nebo větší počet rostlin ve skupině.  Často se používá vojtěška pro svojí schopnost fixovat dusík a vlastnostem kořenů, které zasahují do vhodné hloubky.  Dále se pro fytoremediace osvědčily stromy z rodu Salicaceae (topoly a vrby), které jsou značně odolné a relativně rychle rostou.  Řebříček vodní (vodní mor kanadský) byl využit pro odstraňování škodlivých látek za spodních vod. Fytoremediace 154 Fytoremediace – ceny aplikací Fytoremediace je metoda při níž dochází k odstraňování xenobiotik šetrně a poměrně levně ve srovnání s fyzikálněchemickými metodami.  Americká Společnost rostlinné fyziologie (ASPP) vypočetla před několika lety, že zavedené způsoby dekontaminace půdy stojí přibližně 1000 dolarů/1 tunu půdy, zatímco přečištění pomocí fytoremediace vyjde na 30 dolarů za tunu půdy – ovlivnění ceny - typ polutantu, půdní typ a rozloha kontaminovaného místa atd. - i přesto je fytoremediace významně levnější než běžné metody.  Fytoextrakce, hlavně pro transport a akumulaci kovů z půdy - 25 –100 dolary za tunu přečištěné půdy.  Rhizofiltrace, při které kořeny rostlin rostoucích ve vodě absorbují přítomné polutanty - 0,6 – 6,0 dolaru /1000 galonů (3 785 l) znečištěného vodního systému. 155  Bioremediace v suspenzním systému  Bioprovzdušnění  Bioremediace v tuhé fázi  Fytoremediace  Bioslurping  In situ remediace podzemní vody  Přirozená atenuace Bioremediační technologie 156 Bioslurping 157 Uspořádání bioslurpingového objektu 158 Složky systému:  Slurp roura rozšířená pro LNAPL  Vakuová extrakční pumpa  Separátor vody znečištěné ropnými látkami Bioslurping 159 Odstraňované kontaminanty:  LNAPLs/volně plovoucí ropné uhlovodíky  Provzdušněná vadózní zóna Bioslurping 160  Produkt je vytahován ve formě: kolony, broků, kapek, par  Přechází do separátoru ropa/voda  Aerace prostřednictvím půdní plynné extrakce podporuje biodegradaci Bioslurping 161 Výhody:  Zvýšení účinnosti využitím vakua má rozhodující význam  Usnadnění biodegradace  Minimální extrakce podzemní vody  Systém může být upraven na bioventing Bioslurping 162 Omezení:  Pracuje pouze s LNAPLs  Nemůže být prováděno s kolonami většími než > 25 feet bgs Bioslurping 163  Bioremediace v suspenzním systému  Bioprovzdušnění  Bioremediace v tuhé fázi  Fytoremediace  Bioslurping  In situ remediace podzemní vody  Přirozená atenuace Bioremediační technologie 164 In situ remediace podzemní vody 165 Schéma zapouštěcího drénu pro podporu bioremediace nesaturované zóny in situ 166 Schéma podpory bioremediace zapouštěním roztoků živin do vrtů s recirkulací 167 Chemická oxidace podzemní vody Fentonovým činidlem 168  Degradace  Detoxifikace  Mineralizace Typy: In situ remediace podzemní vody 169  Vstřikovací vrty jsou většinou přímé, ale musí být pečlivě navrhovány  Infiltrační galerie nebo povrchové aplikace stojí méně, ale jsou méně přímé  Musí být dodány požadované koncentrace elektron akceptorů Požadavky infiltrace: In situ remediace podzemní vody 170 Potenciální příjemci elektronů (při 10 °C):  Vzduchem saturovaná voda: 10 mg.l-1 kyslíku  Kyslíkem saturovaná voda: 40 mg.l-1 kyslíku  200 mg.l-1 H2O2: 94 mg.l-1 oxygen  200 mg.l-1 dusičnanů: 168 mg.l-1 dusíku In situ remediace podzemní vody 171 Požadované živiny  Kombinovaná přítomnost anorganických živin ovlivňuje rychlost biodegradace  Potřeba dalších živin závisí na charakteristikách lokality  Přídavek dalších různých látek může zajistit požadavky výživy In situ remediace podzemní vody 172  Cenově přijatelná pro kontaminované půdy a podzemní vody  Kontaminace VOCs, SVOCs a ropnými uhlovodíky  Hloubka podzemní vody a čištěné množství mohou limitovat aplikovatelnost Aplikační požadavky: In situ remediace podzemní vody 173  Široce aplikovatelná pro organické odpady za vhodných podmínek  Je obecně považována za přirozený proces a podporována veřejností  Může být cenově přijatelnější než běžné pumpování a čistící technologie Specifické výhody: In situ remediace podzemní vody 174  Kontaminanty musí být biodegradovatelné  Vyžaduje extensivní charakterizaci lokality  Pohyblivost kontaminantů může vyžadovat nezbytnost čistící systému pro vodu nad hladinou podzemní vody  Proces může vést k vytvoření anaerobních podmínek Specifická omezení: In situ remediace podzemní vody 175  Geologie a struktura půd  Typ a koncentrace kontaminantů  Hloubka kontaminantů v podpovrchových vrstvách půdy  Celková plocha povrchu a objem kontaminované oblasti  Charakteristiky systému Faktory ovlivňující cenu: In situ remediace podzemní vody 176  Typické ceny se pohybují v rozsahu mezi $40-$250 za kubický yard půdy  Prodejní ceny se pohybují mezi $0.08 - $100 za krychlový metr půdy Typické ceny: In situ remediace podzemní vody 177  Rutinně používaná pro čištění míst po ošetřování dřeva  Vybrána pro 11 čištěných lokalit Superfund Příklady aplikací: In situ remediace podzemní vody 178 Podporovaná bioremediace podzemní vody in situ 179 Bioreaktory pro čištění podzemních vod 180  Bioremediace v suspenzním systému  Bioprovzdušnění  Bioremediace v tuhé fázi  Fytoremediace  Bioslurping  In situ remediace podzemní vody  Přirozená atenuace Bioremediační technologie 181 Přirozená atenuace  Přirozená atenuace je založená na přirozených metabolických procesech, které probíhají v mikrobiálních a rostlinných buňkách.  V průběhu těchto procesů se odstraňují organické polutanty z kontaminovaných míst.  Přirozená atenuace byla demonstrována na několika případech čištění spodních vod. Princip: 182 Zóny s různým redox potenciálem vzniklé v důsledku přirozené atenuace po kontaminaci podzemní vody 183 Pro její stanovení jsou vyžadovány tři typy informací:  data z dlouhodobého monitorování cílové lokality, která jasně ukazují, že koncentrace kontaminantu v průběhu sledování klesá; sledování koncentrace musí probíhat dlouhou dobu a sledovaná lokalita musí být podrobně charakterizována  koncepční a prediktivní model k dosažení přirozené atenuace  stanovení rizika pro ekosystém a pro lidskou populaci Požadované základní informace: Přirozená atenuace 184  Pokles koncentrace cílového polutantu během sledované doby může mít řadu důvodů, z nichž jenom jeden je kompletní mineralizace.  Důvody jsou odpařování, adsorpce na částice půdy, biotransformace, chemická a fotochemická oxidace.  Přirozenou atenuaci lze využít pouze pro biodegradovatelné organické látky.  Sběr dat potřebných pro vstupní parametry modelu.  Modelování je komplexní, vyžaduje expertízu.  Produkty rozkladu mohou být více toxické, pohyblivé.  Rozklad kontaminantů může měnit migrační rychlost. Omezení: Přirozená atenuace 185  Bylo navrženo několik prediktivních modelů, které by mohly umožnit předpovědět biodegradabilitu různých organických látek, ale žádný z nich nám dosud neumožňuje spolehlivou předpověď zda bude sledovaný polutant mineralizován a jaké intermediáty metabolismu se budou v průběhu procesu hromadit.  Tyto modely jsou založeny na fyzikálních a termodynamických vlastnostech polutantů event. na bioakumulaci a rychlosti biodegradace polutantů za laboratorních podmínek.  Koncepční modely jsou spíše založeny na konkrétních znalostech biochemických procesů podílejících se na biodegradaci než na degradační kinetice a přenosu hmoty polutantu. Koncepční prediktivní modely: Přirozená atenuace 186  Přirozenou atenuaci ovlivňuje řada faktorů jako je původ polutantu jeho biodegradabilita, rozpustnost, koncentrace a toxicita.  Dále pak celková charakteristika kontaminovaného místa: ➢ vlastnosti půdy ➢ velikost částic ➢ pH ➢ teplota ➢ přítomnost těžkých kovů a jiných toxických látek.  V neposlední řadě potom i vlastnosti přítomné mikrobiální populace, přítomnost příslušných katabolických genů. Faktory ovlivňující přirozenou atenuaci: Přirozená atenuace 187  Do dnešní doby byla přirozená atenuace využita převážně pro halogenovaná rozpouštědla a ropné uhlovodíky.  Mezi další polutanty, které mají předpoklady pro přirozenou atenuaci patří chlorbenzeny, chlorfenoly, chlorbenzoáty a PCBs. PCBs jsou dehalogenovány kometabolicky za methanogenních podmínek.  Bylo popsáno již několik případů tohoto procesu.  Mineralizace takto vzniklých nízkochlorovaných kongenerů je v zásadě možná.  Jak ukazují i poslední výzkumy, do přeměny PCBs jsou zahrnuty i rostliny jejichž produkty uvolňované do půdy mohou také stimulovat degradaci PCBs Přirozená atenuace - využití 188  Výhoda přirozené atenuace spočívá v minimálních nákladech, ale celý proces je dlouhodobý a může trvat i několik let a vyžaduje důsledný kontrolní systém.  Cena zahrnuje cenu modelování, vzorkování a monitoringu. Náklady: Přirozená atenuace 189 Přirozená atenuace 190 Kompostování ve statické hromadě s nuceným provzdušňováním 191 Bioimobilizace, biostabilizace 192 Bioventing Composting / Biopiles Landfarming Technical / Economic Soil heterogeneity and low permeabilities may reduce efficiency. Low moisture content can limit biodegradation. Large space area is needed. Existence of metals may affect the clean up performance. The final volume increases due to amendment addition (for composting). Medium to long term time to reach clean up levels. Chlorinated and nitrated compounds may affect pollutants degradability. Climatic conditions may increase time required to clean up. Not suitable for PCBs. Social No public opposition. No public opposition (with proper odors and emissions control). No public opposition. Environmental / Risk Potential fugitive emissions of by products or hazardous compounds. Requires off gases trapping systems. The risk of fugitive emissions may limit the treatment of pesticides. Requires odor control and off gasses trapping systems. Potential release of VOCs or hazardous compounds during tilling. Hlavní omezení zavedených biologických technologií 193 Phytoremediation Bioslurry Enhanced bioremediation Technical/Economic The process may take years to achieve regulatory limits. Few data exist yet as input to standardization and regulatory acceptance. Dewatering soil fines after treatment can be expensive. It is required an acceptable method for disposing of non recycled wastewater. Water-based solution circulation may move pollutants to underlying ground water. Clogging may occur. It is not suitable for low permeability soil. High metal and chlorinated organic concentrations may be toxic to the organisms. This technology is not effective at low temperatures. Social Not regarded adversely by community. Not regarded adversely by community. Not regarded adversely by community. Environmental /Risk Appropriate waste management and disposal is required to prevent contamination of the food chain. Cautions and operational conditions must be set to prevent potential fugitive emissions of pesticides. Some POPs may be formed under anaerobic conditions. The mobilization of contaminants may affect surrounding environment (air and groundwater). Hlavní omezení zavedených biologických technologií 194 Ukázka remediace konkrétní lokality v ČR Technologický postup dekontaminace vod kontaminovaných polychlorovanými bifenyly kombinaci sorpce a biodegradace pro lokalitu ZEZ Žamberk Princip technologického postupu Při tomto technologickém postupu byly PCBs obsažené ve spodní vodě v první fázi sorbovány na vhodný sorpční materiál, takto ošetřená voda byla poté dočištěna na koloně s aktivním uhlíkem a suspenze obsahující nasorbované PCBs byla podrobena biodegradaci za přídavku směsné kultury bakterií. 195 Popis technologického postupu Kontaminovaná voda byla pumpována do reservoáru (3 000 l) (obrázek), a z tohoto reservoáru (1) byla pumpována na stripovací kolonu (2), která byla naplněna polyetylénovými částicemi o průměru 1 cm. Voda tímto postupem zbavená chlorethylénů byla přemístěna do zásobního tanku (3) a odtud byla přečerpána do sorpčního tanku (4) o objemu 2 000 l. Jako sorpční materiál byl použit bentonit (10 kg) aktivovaný síranem železitým a suspenze byla míchána po 2 hodiny. Kyselost vody byla upravena na pH 7 přídavkem hydroxidu vápenatého a 50 g flokulantu Praestol 611. Sedimentace sorbetu probíhala ve dvou nádržích 1 700 l (5). Rychlost průtoku ošetřené vody do sedimentační nádrže byla 20-25 l.hod-1. Retenční čas vody v nádrži 130-170 min. Z vodní nádrže byla voda čerpána přes pískový filtr a finální dočištění probíhalo na sloupci s aktivním uhlíkem s retenčním časem 2,5-5 min. Kal ze sedimentační nádrže (obsah pevných částí cca 5%) byl podroben biodegradaci za použití 5% inokula připraveného kultivací směsné kultury bakterií (Pseudomoas sp., Acinetobacter sp.) isolované s ohledem na degradaci PCBs. Po 36 dnech degradace se snížila koncentrace Deloru 103 (vztaženo na sušinu) z 8 mg.l-1 na 2 mg.l-1 (cca na 25%) a koncentrace Deloru 106 z 2 mg.l-1 na 0,6 mg.l-1 (cca na 30%); Ukázka remediace konkrétní lokality v ČR 196 Schéma biodegradačního procesu: (1) zásobník kontaminované vody (2) stripovací kolona (3) zásobní tank (4) sorpční tank (5) (5a, 5b) sedimentační nádrže a/nebo bioremediační reaktory (alternace) (6) pískový filtr (7) filtr s aktivním uhlím (8) (8a, 8b) sorpční kolony s aktivním sorbetem Ukázka remediace konkrétní lokality v ČR 197 Terraferm technologie pro biologické čištění půd