Módszerfejlesztés monoklór-benzollal szennyezett területek intenzifikált anaerob mikrobiológiai lebontással történő kármentesítésére

Bevezetés

Az intenzív ipari területhasználatok következtében elszennyeződött talajok és felszín alatti vizek súlyosan veszélyeztethetik távlati ivóvízbázisainkat, valamint csökkentik a jövőbeli területhasznosítási lehetőségeket. A szennyezett területek kármentesítésének hatékony módszere az intenzifikált mikrobiológiai lebontás (bioremediáció), mely során a területen természetesen kialakult mikroorganizmus-közösség segítségével bontjuk le a szennyezőanyagokat. A mikroorganizmusok életkörülményeinek ismerete, és azok befolyásolása meghatározza a lebontás sikerességét és időtartamát, ezért a lebomlás geokémiai paramétereinek, valamint a szennyeződés csökkenésének nyomon követése elengedhetetlen fontosságú a sikeres kármentesítéshez.

Az IMSYS Kft. a Nemzeti, Kutatási és Fejlesztési Alapból támogatott KFI_16-1-2017-0377 azonosító számú pályázata eredményeként, az ipar által szennyezett területek kármentesítéséhez olyan új módszertant írt le, melynek segítségével sűrűn beépített részek kármentesítése valósulhat meg. Olyan területeké, ahol a hagyományos kármentesítési technológiák (talajcsere, Pump & Treat) nem alkalmazhatóak a környező ipar, a meglévő szolgáltatások vagy a lakosság jelentős zavarása miatt.

Az in-situ kezelést a talajban, a szennyezés helyén végezzük, és a mátrixspecifikus analitikai módszerekkel, meghatározott időszakon keresztül folyamatosan monitorozzuk a talajszennyezettséget és a bioremediáció hatékonyságát és előrehaladását. Ezáltal a kezelési terv hatékonyságát vizsgálva a kezelés módját folyamatosan alakítani tudjuk, ami ma, sem a talajvíz kezelésnél, sem a talajcserénél nem biztosítható. A bioremediáció ma elterjedt módszereivel ellentétben nem csak a szennyezett talaj vagy talajvíz kiemelése során végzünk analitikát, hanem a kezelés teljes időtartamában, akár hónapokon vagy éveken át. Ez a hatásfok pontosabb meghatározását és növelését is lehetővé teszi.

Az intenzifikált anaerob bioremediáció helyszíneinek értékelésére módszertanunk nem csak a gyakorlatban általánosan alkalmazott megoldásokat használja, hanem olyan, a jelenlegi gyakorlatban csak kiegészítő szűrésként javasolt technikákat is magába foglal, mint a PCR alapú molekuláris biológiai vizsgálatok, a laboratóriumi mikrokozmosz-vizsgálatok és laboratóriumi oszlopkísérletek. A mikrokozmosz tesztek kémiai analízisével és mikrobiológiai vizsgálatával határozzuk meg a kulcsparamétereket és az inhibitor faktorokat. Az oszlopkísérletekkel, a mikrokozmosz tesztekben megtalált kulcsparaméterek koncentrációját változtatva, optimalizáljuk a szubsztrát adagolás paramétereit. Ezek a tesztek, analitikai módszerekkel kombinálva a mikrobiális populációk és a helyszíni természetes aktivitás pontosabb jellemzésére adnak módot, így nagymértékben csökkenthetik a fokozott anaerob bioremediáció terepi megvalósításával és tervezésével kapcsolatos bizonytalanságokat.

A gyorsabb és hatékonyabb mikrobiológiai lebontás érdekében bioagmentációt is alkalmazunk. Abban az esetben, ha a természetes mikróba közösség nem rendelkezik a megfelelő génkészlettel vagy a számossága túl alacsony, a biosimuláció nem lesz hatékony.

Módszerünk az alkalmazható kultúrák körét bővíti, a Bay Zoltán Nonprofit Kft. munkatársai által izolált olyan Pseudomonas törzzsel (Pseudomonas sp. EM1) mely aerob és anaerob denitrifikáló körülmények között is képes nagyfokú monoklór-benzol (MCB) bontásra. Szükségességét és alkalmasságát elsődlegesen laboratóriumi mikrokozmosz tesztekkel és oszlopkísérletekkel bizonyítjuk. A bioagmentáció használatának költségeire és teljesítményére vonatkozó pontosabb és megbízhatóbb előrejelzést a terepi in situ pilot-teszttel kapunk.

A technológia tudományos hátteréül a korábbi évek során alkalmazott bioremediációs kísérletek, valamint a hazai és külföldi esettanulmányok szolgálnak. A mikrobiológia területén a kutatáshoz szükséges tudományos hátteret a Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közhasznú Nonprofit Kft. Biotechnológiai Divíziója (BAY-BIO) biztosította.

A módszer elméleti háttere

Módszerünk a vízzel telített talajzóna in-situ intenzifikált bioremediációjának az egyik lehetséges módja. A Kármentesítési kézikönyv sorozat 5., bioremediációval foglalkozó kötete több mint 10 éve látott napvilágot. A benne összefoglalt információk német eredetijét 2006-ban adták ki. Időszerűnek tartottuk az ott leírtakat az azóta eltelt időben felhalmozott nemzetközi tudással és a hazai kármentesítéseinkben összegyűlt tapasztalatainkkal, új technológiákkal kiegészítve újra fogalmazni, egyelőre a monoklór-benzolra (MCB), illetve a klórozott aromás és a BTEX vegyületekre.

Monoklór-benzol

A MCB egy a vegyipari folyamatokban általánosan használt xenobiotikum. Oldószerként alkalmazzák például a gyógyszergyártásban, illetve zsírtalanítóként más ipari folyamatokban. Az elmúlt évtizedekben a rendkívül nagy mennyiségű és kiterjed használat során több helyszínen került a talajba, talajvízbe.

A MCB oldhatósága 460 mg/L (20°C), ami viszonylag magas a szénhidrogének között, ezért a talajba/talajvízbe kerülve jelentős szennyezési csóva alakulhat ki. Sűrűsége 1,11 g/cm³ így nagy mennyiségben a talajba/talajvízbe jutva alulúszó önálló fázis alakulhat ki. Aerob körülmények között viszonylag jól bomlik, ugyanakkor a (mélységi) szennyezési csóvákra sokkal inkább jellemző anaerob/anoxikus körülmények között makacs szennyező. Jelenleg nincs leírt baktériumtörzs, mely kizárólag alternatív elektron akceptor felhasználásával képes lenne oxidálni. A redukciós folyamatokat pedig nagyban gátolja, hogy szemben a többszörösen klórozott aromás szénhidrogénekkel a klórbenzol egyetlen klórjának az eltávolítása energetikailag sokkal kedvezőtlenebb. Ez okozza egyes olyan helyeken a felhalmozódását, ahol a kiinduló szennyezés valamilyen többszörösen klórozott vegyület.

A MCB lebontása

A szakirodalomban egyértelműen pozitív tapasztalatok csak az aerob kezelésekkel kapcsolatban vannak. Általános megállapítás, hogy míg oxigén jelenlétében a MCB könnyen lebomlik a jelenlévő mikroorganizmusok által, anoxikus körülmények között perzisztens. A mono-, di- és triklór-benzolok jellemző lebomlása aerob. Ennél a lebomlásnál első lépésként egy dioxigenáz enzim a klórbenzolból dihidrodiolt képez. Az összes eddig leírt esetben a beépülő hidroxil csoportok a levegő oxigénjéből származtathatóak. Vagyis a folyamathoz mindenképpen szükséges minimális (a szennyezéssel 1:1 mólarányú) oxigén. A következőkben enzimatikus lépések során a dihidrodiol klórmukonsavon keresztül 3-oxoadipinsavvá, illetve béta-ketoadipinsavvá alakul, mely intermedierek már be tudnak csatlakozni a trikarbonsav ciklusba.

Valamennyi leírt anaerob bontás (amennyiben bekövetkezik is) rendkívül lassú folyamat. Míg a többszörösen klórozott aromás szénhidrogének dehalogenizációját több baktériumtörzsben leírták (Fung et al 2009), mindezidáig nem sikerült olyan egyedi baktériumot találni, amely képes lenne a MCB reduktív deklórozására. Terepi vizsgálatokban és mikrokozmosz tesztekben leírtak olyan, elsősorban Dehalococcoides mccarthy baktériumban gazdag konzorciumokat, melyek képesek voltak a deklorinációra (Kaufhold et al 2013), azonban gyakori probléma a terepi tapasztalatok szerint, hogy bár a konzorcium képes a teljes deklorinációra, azonban a jelentősebb környezeti kockázati faktor, a benzol felhalmozódik.

Annak ellenére, hogy Wonderoth és munkatársai már 2003-ban leírtak egy denitrifikáló körülmények között működő konzorciumot, a mai napig nincs publikálva olyan mikroorganizmus, mely anaerob denitrifikáló körülmények között képes a monoklór-benzolt szén és energiaforrásként használni. Schmidt és munkatársai 2014-ben terepi wetland és laboratóriumi mikrokozmosz vizsgálatokkal megerősítették a denitrifikációs körülmények közötti MCB biodegradációt.

A hagyományosnak tekinthető, de energiaigényes biosparging, vagy az Észak Amerikában, illetve Nyugat Európában elterjedt hidrogén-peroxid adagolás mellett a következő három módszer valamelyikét alkalmazzák.

Balcke és munkatársai (2004, 2008, 2009) időszakosan juttattak be nagy nyomású, tiszta oxigént mikroaerob környezet kialakítása érdekében. A leghatékonyabb lebontás a teljes aerob körülmények között történik ugyan, de a költség/degradációs arány figyelembevételével az oxigén limitált körülmények biztosítása hatékonyabbnak bizonyult.

Egy másik lehetőség az aerob és az anaerob denitrifikáló körülmények szekvenciális alkalmazása (Vogt és munkatársai 2002, 2003; Nestler és munkatársai 2007; Guerin és munkatársai 2007). Megállapításaik szerint ugyan a dioxigenáz enzimek működéséhez valóban szükséges az oxigén, így kísérleteikben az oxigént teljesen kizárva nem volt klórbenzol bontás, míg alacsony oxigénkoncentráció esetén 3-klórkatekol és klórmukonsav (2-Chloro-cis-cis-muconate) felhalmozódást tapasztaltak. Azonban a klórmukonsav lebomlik nitrifikáló körülmények között is. Így az oxigénszükséglet csak a két oxigenációs lépéshez kell, a keletkező anyagcseretermékek már le tudnak bomlani anoxikus körülmények között is nitrát jelenlétében. A nitrát ráadásul amennyiben nitrit felhalmozódása nélkül bomlik el, azért is szerencsés, mert gátolja a szulfát redukciót, így a mérgező kén-hidrogén keletkezést is.

Braeckwelt és munkatársai (2007, 2011) vizsgálták a monoklór-benzol lebomlását wetland tesztekben. Azt tapasztalták, hogy a legnagyobb klórbenzol koncentrációcsökkentő hatása az aerob mikrobiális lebomlásnak volt, ezt követte a növények általi felvétel, majd a kipárolgás. Wetlandek alkalmazása akkor célszerű, amikor nagy mennyiségű (talaj)víz kezelésére van szükség, melyben viszonylag kicsi a szennyezőanyag koncentráció, így az nem kezelhető rentábilisan aktív hidraulikus módszerekkel.

Új lehetőség a monoklór-benzol kármentesítésben

A Bay Zoltán Nonprofit Kft. munkatársai izoláltak egy olyan Pseudomonas törzset (Pseudomonas sp. EM1) mely aerob és anaerob denitrifikáló körülmények között is képes nagyfokú MCB bontásra (1. ábra). A mikroorganizmus a monoklór-benzolon kívül képes bontani a benzolt, toluolt, etil-benzolt, valamint az 1,3-, illetve 1,4-diklórbenzolt is. A mikroorganizmus segítségével az eddigieknél sokkal költséghatékonyabb kármentesítések tervezhetők és kivitelezhetők, hiszen a nehezen és drágán adalékolható oxigén helyett elegendő magas nitrát tartalmú ásványisó oldatot injektálni a bioaugmentáció mellett.

 

        

1. ábra Pseudomonas fluorescens EM1 telepei szója-kazein táplemezen, illetve az EM1 kultúra fénymikroszkópos képe

Egy klórbenzollal szennyezett teszt területen alkalmazva az oltóanyagot, a beoltást fél évvel követően DGGE módszerrel kimutatható volt az injektálási helytől mintegy 10 méterre alvízi irányban a bejuttatott baktérium. Az itt lévő monitoring kút vizéből összeállított anaerob mikrokozmosz vizsgálatban pedig a klórbenzol mineralizációja igen gyors volt (2. ábra).

2. ábra Pseudomonas fluorescens EM1 oltókultúrával injektált területről származó minta mikrokozmosz vizsgálata

A kármentesítés tervezése

Módszerünk elsődlegesen olyan területek intenzifikált bioremediációjával foglalkozik, ahol a vízadóban jelenlévő talaj jellemzői következtében (homok, iszapos homok), a terjedés irányában és többé kevésbé a csóva állandó szélességében szorpciós folyamatok és oldódás nem jelenik meg, mint aktív folyamat a szennyezés csökkentésében, és az illékony komponensek gázemissziója is kismértékűnek mondható. Feltételezzük azt is, hogy a szennyezőanyagok biológiai lebomlása a legfontosabb tényező a szennyeződés csökkenésben.

A részletes földtani, vízföldtani viszonyok meghatározásához, a későbbiekben létesítendő monitoring kutak szűrőzési szakaszainak megtervezése, valamint a mélységi szennyezettségről történő információ szerzésére alkalmas vizsgálati módszer lehet a CPT-MIP-BAT szondázás.

Az analitikai vizsgálatokat minden esetben a komplex mátrixokra kidolgozott és az adott szennyezőanyagokra, valamint vizsgált területekre és komponensekre optimalizált, s ily módon standardizált mérési eljárás utasítások (SOP; standard operational procedures) alapján végezzük. A mérésekhez szükséges minta-előkészítésnél célszerű olyan új technológiákat alkalmazni, mint a kriogén őrlés, mellyel a talajmintákban az illékony komponensek és a fémek koncentrációja mért értékeinek valódisága jelentős mértékben javítható.

A célterület felmérése, a terepi adatok és a laboratóriumi mérési eredmények értékelése, a kockázatelemzés elvégzése és az inhibitor faktorok feltérképezése után már felállítható egy koncepcionális helyszínmodell.

Azért, hogy nagymértékben csökkentsük az intenzifikált anaerob bioremediáció terepi megvalósításával és tervezésével kapcsolatos bizonytalanságokat, további, a jelenlegi gyakorlatban csak kiegészítő szűrésként javasolt technikákat is alkalmazunk, úgymint a PCR alapú molekuláris biológiai vizsgálatok, a laboratóriumi mikrokozmosz-vizsgálatok és laboratóriumi oszlopkísérletek. Ezek a tesztek, analitikai módszerekkel kombinálva a mikrobiális populációk és a helyszíni természetes aktivitás pontosabb jellemzésére adnak módot.

Mikrobiológiai vizsgálatok

A mikrobiológiai vizsgálatokkal meghatározzuk a természetes bioremediáció jelenlétét és mértékét a célterületen. Meghatározzuk az endemikus mikroflóra összetételét és képességét a célterületen jelenlévő klórozott aromás szénhidrogének és BTEX vegyületek lebontására. A vizsgálatok ezért egyrészt a jelenlévő baktérium-törzsek (fajok) beazonosítását és mennyiségi meghatározását, másrészt a lebontásban szerepet játszó mikrobiális enzimekért felelős gének molekuláris biológiai meghatározását jelentik. A molekuláris biológiai szűrési technikákat általában laboratóriumi mikrokozmosz-vizsgálatokkal együtt vagy diagnosztikai eszközként használjuk olyan terepi alkalmazásokhoz, ahol a deklórozás hiányosnak tűnik. A molekuláris szűrés korlátozott számú deklórozó faj pozitív azonosítását is lehetővé teszi.

A célterületről begyűjtött biomassza és talajvíz minták DNS-szekvencia analízisét is elvégezzük, a monoaromás szénhidrogének biodegradációjában részvevő monooxigenáz és dioxigenáz enzimek jelenlétének igazolására. Izoláljuk a templát DNS-t a toluol monooxigenáz és katekol dioxigenáz gének qPCR vizsgálatához, majd a gének kimutatását Sei és mtsai (1999) leírásának megfelelően végezzük.

Amennyiben a szekvenálási eredmények alapján az endemikus mikroflóra inkább fakultatív anaerob, a mikrokozmosz vizsgálatok során a szénhidrogén biodegradációjához alternatív elektronakceptorokat (pl nitrát vagy szulfát ion) alkalmazunk.

Mikrokozmosz tesztek végzése

A vizsgálatok célja, hogy felmérjük, a területről származó talaj és talajvíz mintákban megtalálhatóak-e a szennyező komponensek lebontására képes baktériumok vagy baktérium közösségek. A mikrokozmosz tesztekkel ugyanis egyszerűsített ökoszisztémákat szimulálunk ellenőrzött körülmények között, melyek a természetes körülményeket tükrözik. Lehetővé teszik számunkra az ökológiai folyamatok fejlesztését kis méretarányban, a laboratóriumban, hogy meghatározzuk az intenzifikált deklorináció kulcsparamétereit, melyeket oszlopkísérleteink során kontrollálunk és optimalizálunk. A mikrokozmosz tesztek további célja ezért, hogy megtaláljuk a mikroorganizmusok számára megfelelő körülményeket (kulcsparamétereket). Választ találjunk arra, hogy lehet-e fokozni a szennyezőanyag lebontás intenzitását elektronakceptor vegyületek, szubsztrátok, illetve mikroelemek adalékolásával. Amennyiben a célterületen magas oldószer koncentrációk találhatók, ez gátló hatással van-e a mikrobiológiai lebontásra.

Oszlopkísérletek végzése

Az oszlopreaktorok közelebb állnak a valósághoz, mint a laboratóriumban összeállított mikrokozmosz tesztrendszerek, használatukkal pontosabban és nagyobb valószínűséggel jelezhető előre, hogy a kezelendő közegben várhatóan milyen reakciók fognak lejátszódni, és milyen kölcsönhatások lesznek. Az oszlopkísérletek segítségével a szennyezett talajban uralkodó egyedi körülményekhez nagymértékben hasonló, rendkívül precízen szabályozható, folyamatosan áramló, átfolyós kísérleti rendszer hozható létre. A megfelelően kialakított rendszerekben előrevetíthető a kezelni kívánt területen a szorpció és a degradáció közötti interakció, melynek köszönhetően az in situ kezelések során a valóságot jobban megközelítően tervezhető előre a bioremediációs eljárás végbemenetele.

A területről származó talaj és talajvíz mintákban megtalálható szennyező komponensek lebontására képes baktériumok vagy baktérium közösségek viselkedését valósághűen nyomon tudjuk követni hosszabb távon, az oszlopokban a talajmintákat töltetként alkalmazva.

A terepi tesztek előtt, a mikrokozmosz tesztekben vizsgált injektálandó anyagokat (klórbenzol esetében pl. a nitrátot) az injektálás előtti oszlopkísérletekkel is tesztelni tudjuk, alkalmasságukat és hatékonyságukat össze tudjuk hasonlítani más, az irodalomban lelhető anyagokkal.

3. ábra Háromoszlopos, anaerob, folyamatos átfolyású rendszer

A klórbenzol és BTEX-vegyületek biodegradációját egy háromoszlopos, anaerob, folyamatos átfolyású rendszerben (3. ábra) vizsgáljuk. A rendszer tartalmaz egy megfelelő hosszúságú és átmérőjű (a terepi adatokból leképzett és számított), alsó betáplálású biostimulált és bioaugmentált oszlopot (I. oszlop), egy azonos hosszúságú, csak biostimulált referenciaoszlopot (biotikus kontroll – II. oszlop) és egy abiotikus kontroll oszlopot (III. oszlop). Az I. oszlop a tervezett intenzifikált bioremediációt, a II. oszlop a természetes bioremediációt, míg a III. oszlop az esetleges természetes kémiai bomlást szimulálja. Az abiotikus oszlopok csírátlanítását higany (II)-szulfát adagolásával, vagy más folyamatosan abiotikus környezetet biztosító vegyülettel végezzük.

Terepi tesztek megtervezése – in situ terepi pilot-tesztek

Az intenzifikált anaerob bioremediáció terepi alkalmazásához és tervezéséhez számos szempontot figyelembe kell venni. Alapvető, hogy a kármentesítési célok eléréséhez megfelelő technikai megoldást alkalmazzunk és rendszerkonfigurációt építsünk ki már az in situ terepi pilot-teszthez, melyet majd könnyen kiterjeszthetünk a teljes célterületre. A rendszer magába foglalja az injektáló és megfigyelő-kutak kialakítását, az alkalmazható szubsztrát opciókat, az injektálandó anyagok összetételét, az injektálások rendjét, a bioagmentáció módját és rendjét, valamint a korlátozó tényezőket. A terepi intenzifikált bioremediációval kapcsolatos rendszertervezés elsődleges célja az, hogy a biostimuláláshoz alkalmazott anyagokat hatékonyan juttassa el a felszín alatti környezetbe olyan sebességgel, amely optimális környezeti feltételeket teremt és tart fent az anaerob bioremediációhoz. A hidrogeológia, a felszín alatti vizek geokémiája és a mikrobiológia olyan helyspecifikus feltételek, amelyek korlátokat szabhatnak a rendszer tervezésére, és ezeket a tervezési folyamat során szem előtt kell tartani.

A célterületen belül olyan területet választunk ki a tesztterület kialakításához, mely az előzetes felmérések és vizsgálatok alapján megfelelően reprezentálja a teljes célterületet, és alkalmas a kiválasztott stratégiához tartozó rendszerkonfiguráció kiépítésére.

Az anaerob bioremediáció optimális körülményeinek fenntartásához és az egyensúly megteremtéséhez szükséges szubsztrát koncentrációt, és a szubsztrát tényleges élettartamát laboratóriumi oszlopkísérletekkel határozzuk meg, majd terepi kísérleti tesztekkel validáljuk azokat, valamint optimalizáljuk egyben az injektálás gyakoriságát. A helyszíni teszt munkatervének részletesen le kell írnia azokat a protokollokat és eljárásokat, amelyeket be kell tartani az injektáló rendszer felépítésénél, az injektálásoknál, valamint az injektálások hatékonyságának vizsgálatánál, a bioremediáció monitorozásánál.

Terepi tesztek végzése

Technológiánk az oldható szubsztrátok felhasználásával létrehozott passzív vagy fél passzív biobarrierek kialakítására alkalmas rendszert alkalmazza, mellyel mind a forráskezelő, mind a csóvakezelő stratégiákat követő rendszerek megvalósíthatók. A folyékony szubsztrátokat az injektáló kút által megengedett nyomáson, közvetlenül a szűrőzött részbe injektálva juttatjuk be a talajvízbe.

Az injektálás gyakoriságát meghatározza a használt szubsztrátok és biostimulátorok mikrokozmosz-tesztekkel meghatározott minősége, és az oszlopkísérletekkel optimalizált mennyisége. A szubsztrátokat olyan gyakorisággal injektáljuk, hogy az elegendő a redox-körülmények csökkentéséhez és az anaerob deklórozás kiváltásához. Rendszerünk a szubsztrát egyenletes szállítására támaszkodik a tervezett kezelési zónában, valamint egyenletes és radiális eloszlási mintát feltételez.

A monoklór-benzol és a BTEX vegyületek bontására kifejlesztett módszerünk, a biostimuláláshoz foszfátos tápsót is tartalmazó nitrátoldatot használ, egy olyan konfigurálású terepi teszt rendszerben, ahol a kéthavi injektálások előtt, valamint az azok közötti időben, vagyis havi gyakorisággal vett talajvíz minták analitikai vizsgálatával, és a kéthavonta vett talajvíz minták mikrobiológiai vizsgálatával folyamatfigyelést és teljesítményfigyelést végez.

Az elektrondonor hozzáadása elősegíti a megfelelő anaerob biogeokémiai körülmények kialakulását, azaz a negatív oxidációs redukciós potenciált és az oldott oxigén alacsony koncentrációját a tesztterületen, valamint az endemikus mikróba populáció növekedését.

A gyorsabb és hatékonyabb bioremediáció érdekében bioagmentációt is alkalmazunk. Abban az esetben ugyanis, ha a bennszülött mikrobák nem rendelkeznek a megfelelő génkészlettel vagy a számuk túl alacsony, a biosimuláció nem lesz hatékony. Ilyenkor bioaugmentációs módszerekre kell támaszkodni. Ennek egyik módja olyan törzsek bejuttatása, amelyek ismerten bontják az adott szennyezést, másik módja a helyi mikroorgaznizmusok kinyerése és felszaporítása, majd magasabb koncentrációban történő visszajuttatása. Bármely bioremediációs kármentesítésnél lehetőség van bioaugmentációra, akár kezdettől, akár rendkívüli intézkedésként, ha a bioremediáció folyamata bioaugmentáció nélkül elakadna a köztes deklórozási termékeknél, vagy nem eredményez jelentős biodegradációt. Szükségességüket és alkalmasságukat elsődlegesen laboratóriumi mikrokozmosz tesztekkel és oszlopkísérletekkel bizonyítjuk. A bioagmentáció használatának költségeire és teljesítményére vonatkozó pontosabb és megbízhatóbb előrejelzést a terepi in situ pilot-teszttel kaphatunk.

4. ábra Mintavétel a terepi teszt során

A bioremediáció ma elterjedt módszereivel ellentétben, nem csak a szennyezett talaj vagy talajvíz kiemelése során végzünk analitikát, hanem a kezelés teljes időtartamában, akár hónapokon vagy éveken át (4. ábra). Ez a hatásfok pontosabb meghatározását és növelését is lehetővé teszi. A terepi teszt előtti és alatti időt is magába foglaló monitoring program tervezetének az egyes monitoring és injektáló kutakra vonatkozóan is tartalmaznia kell a mintavételek időbeli ütemezését és meghatározását, az elvégzendő terepi vizsgálatokat, a vizsgálandó paramétereket és a vizsgálandó minta típusát.

A technológia (full-scale) adaptálása a teljes mentesítendő területre

A célterület felmérésével, a terepi adatok és a laboratóriumi mérési eredmények értékelésével, a kockázatelemzés elvégzésével és az inhibitor faktorok feltérképezésével felállítottunk egy koncepcionális helyszínmodellt.

Amennyiben az általunk kezelni kívánt teljes célterületre vonatkozó költség-haszon elemzésünk is azt mutatja, hogy ez a technológia költséghatékonyabb a többi beavatkozási módszerhez képest, akkor a sikeres in situ terepi tesztek után elkészülhet a teljes terület kármentesítésére vonatkozó megvalósíthatósági tanulmány és a műszaki beavatkozási terv, melyek a javasolt kármentesítési technológiát és a célkitűzéseket is dokumentálják.

A kármentesítési célok figyelembevételével, a teljes célterület anaerob bioremediációját a terepi tesztek során optimalizált kialakítású egységekből álló rendszerkonfigurációkat alkalmazva valósítjuk meg. Intenzifikált anaerob bioremediációt alkalmazunk a forrászónák kezelésére, vagy a forrászónából érkező tömegáram csökkentésére, vagy a forrászónában lévő szennyezőanyagok eltávolításának felgyorsítására. Az oldott fázis tömegfluxusának csökkentését a biodegradáció stimulálásával érjük el, csökkentve a szennyező anyagmennyiség kivándorlását a forrászónából.

Összefoglalás

Kidolgoztunk egy olyan, jól nyomon követhető mikrobiológiai szennyezőanyag lebontási módszert, melynek köszönhetően a klórozott aromás vegyületekkel szennyezett területek megtisztítása a jelenleg alkalmazott módszereknél hatékonyabban és gazdaságosabban valósítható meg. A segítségével sikeresen kármentesített területek által okozott humán-, ökotoxikológiai és vízbázist veszélyeztető kockázat megszűnik és a terület értéknövekedése következik be.

Technológiánk olyan új lehetőséget biztosít a bioremediációs kármentesítési technológiák szakterületén, mely módszernek az alkalmazása jelenleg nem jellemző választás az egyéb, hagyományosnak mondható talaj- és talajvíz-tisztítási eljárásokkal szemben. Az in situ bioremediáció fenntartható alternatívát jelent, mivel mind energia–, mind vegyszerigénye jelentősen kisebb, mint a hagyományos eljárásoké.

Szerzők: Kovács András (IMSYS Kft.), Lendvai József (IMSYS Kft.)

 

 

A módszer folyamatábrája

 

Irodalmi hivatkozások

Balcke GU, Paschke H, Vogt C, Schirmer M; Pulsed gas injection: a minimum effort approach for enhanced natural attenuation of chlorobenzene in contaminated groundwater. Environmental Pollution, 19 Mar 2009, 157(7):2011-2018

Braeckevelt M, Rokadia H, Mirschel G, Weber S, Imfeld G, Stelzer N, Kuschk P, Kästner M, Richnow HH. Biodegradation of chlorobenzene in a constructed wetland treating contaminated groundwater. Water Sci Technol. 2007;56(3):57-62.

Braeckevelt M, Seeger EM, Paschke H, Kuschk P, Kaestner M.; Adaptation of a constructed wetland to simultaneous treatment of monochlorobenzene and perchloroethene. Int J Phytoremediation. 2011 Nov-Dec;13(10):998-1013.

CARSTEN VOGT, ALBIN ALFREIDER, HELMUT LORBEER, JOERG AHLHEIM, BERND FEIST, OLAF BOEHME, HOLGER WEISS, WOLFGANG BABEL and LOTHAR WUENSCHE Two Pilot Plant Reactors Designed for the In Situ Biioremediation of Chlorobenzene Contaminated Groundwater Hydrogeological and Chemical Characteristic and Bacterial Cosortia; Water, Air, and Soil Pollution: Focus 2: 161–170, 2002.

Carsten Vogta, Albin Alfreidera, Helmut Lorbeerb, Doreen Hoffmanna, Lothar Wuenschea, Wolfgang Babela; Bioremediation of chlorobenzene-contaminated ground water in an in situ reactor mediated by hydrogen peroxide; Journal of Contaminant Hydrology 68 (2004) 121– 141

Gerd Ulrich Balcke; Kinetics of chlorobenzene biodegradation under reduced oxygen levels; Biodegradation: 19(4):507-18 August 2008

Gerd U Balcke, Lea P Turunen, Roland Geyer, Dirk F Wenderoth, Dietmar Schlosser; Chlorobenzene Biodegradation Under Consecutive Aerobic-Anaerobic Conditions; FEMS Microbiol Ecol: 2004 Jul 1;49(1):109-20.

Holger Nestler; Bärbel Kiesel, Stefan R Kaschabek, Margit Mau, Michael Schlömann, Gerd Ulrich Balcke Biodegradation of Chlorobenzene Under Hypoxic and Mixed Hypoxic-Denitrifying Conditions Biodegradation January 2008; 18(6):755-67

JENNIFER M. FUNG, BRIAN P. WEISENSTEIN, ERIN MACK, JOHN E. VIDUMSKY, TOM A. EI AND STEPHEN H. ZINDER; Reductive Dehalogenation of Dichlorobenzenes and Monochlorobenzene to Benzene in Microcosms; Environ Sci. Technol: 2009,43,2302–2307

Marie Schmidta, Diana Wolframa, Jan Birkigta,JörgAhlheimc, Heidrun Paschkeb,Hans-Hermann Richnowa, Ivonne Nijenhuisa; Iron oxides stimulate microbial monochlorobenzene in situtransformation in constructed wetlands and laboratory systems; Science of the Total Environment 2014

Theresa Kaufhold, Marie Schmidt, Danuta Cichocka, Marcell Nikolausz, Ivonne Nijenhuis; Dehalogenation of Diverse Halogenated Substrates by a Highly Enriched Dehalococcoides-containing Culture Derived From the Contaminated Mega-Site in Bitterfeld; FEMS Microbiol Ecol: 2013 Jan;83(1):176-88.

Turlough F. Guerin; Ex-situ bioremediation of chlorobenzenes in soil; Journal of Hazardous Materials 154 (2008) 9–20

Sei, K., Asano, K., Tateishi, N., Mori, K., Ike, M. and Fujita, M. (1999) Design of PCR primers and gene probes for the general detection of bacterial populations capable of degrading aromatic compounds via catechol cleavage pathways. J Biosci Bioeng 88, 542–550.