Bioremediační technologie nabízejí řešení pro likvidaci nebezpečných kontaminantů v průmyslových objektech

Obrázek 1: Výrobní zařízení – Po implementaci bioremediační technologie metodou in situ poklesla koncentrace trichlorethenu (TCE) v různých místech aplikace a kontaminační mrak podzemní vody se významně zmenšil. Obrázek publikován se svolením společnosti Draper Aden Associates Obrázek 1: Výrobní zařízení – Po implementaci bioremediační technologie metodou in situ poklesla koncentrace trichlorethenu (TCE) v různých místech aplikace a kontaminační mrak podzemní vody se významně zmenšil. Obrázek publikován se svolením společnosti Draper Aden Associates

Mikroorganismy úspěšně rozkládají a konzumují znečišťující látky v kontaminovaném prostředí.

Mezi hlavní obavy dnešních výrobních podniků, konkrétně se jedná o starší provozovny, patří dopad na životní prostředí, zejména pokud jde o potenciální kontaminaci nebezpečnými látkami provozovaných prostorů.

Řízení a minimalizace rizika kontaminace podnikových prostorů je nejvyšší prioritou pro vlastníky a provozovatele zařízení. Řešení a snižování úrovně potenciální kontaminace není pouze tou správnou věcí, kterou bychom měli dělat, ale nabízí i důležité ekonomické výhody. Vytvoření a implementace robustního programu dekontaminace zajišťuje, že podniky splňují zákonné požadavky a snižují pravděpodobnost placení nákladných poplatků a pokut. Provedením dekontaminace starých nebo uzavřených podniků máme k dispozici obnovené prostory, což s sebou přináší významné finanční úspory i navýšení příjmů.

V důsledku technologického pokroku a zvýšeného zájmu o úroveň kontaminace v podnicích mají výrobci přístup k široké škále programů na ošetření oblastí zasažených nebezpečnými kontaminujícími látkami. Jednu z vysoce účinných, ale často přehlížených možností je bioremediační technologie.

Majitelé a provozovatelé podniků by měli rozumně zvážit použití některých bioremediačních strategií, protože jejich aplikace umožňuje dosáhnout vysoce efektivních výsledků při relativně nízkých provozních nákladech. Technologie bioremediace může být účinně použita k přeměně různých kontaminujících látek, včetně chlorovaných rozpouštědel, farmaceutických sloučenin a ropných uhlovodíků.

Bioremediační strategie

Pod pojmem bioremediace si představme použití přirozeně se vyskytujících nebo geneticky upravených mikroorganismů, nejčastěji bakterií nebo hub, ke konzumaci a rozkladu znečišťujících látek v kontaminovaných médiích, včetně vody (podzemní i povrchové), půdy a sedimentů.

Americká agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) definuje bioremediaci jako „inženýrskou technologii, která mění podmínky prostředí (fyzikální, chemické, biochemické nebo mikrobiologické) tak, aby podporovaly mikroorganismy v ničení nebo detoxikaci organických a anorganických kontaminantů v životním prostředí“.

Bioremediace byla v posledních třech desetiletích široce studována v rámci biotechnologie životního prostředí a bylo prokázáno, že mikroorganismy v různých prostředích mohou zcela nebo částečně přeměňovat znečišťující látky na ekologicky přijatelné chemikálie nebo měnit jejich mobilitu (tedy obsahovat je). Bioremediaci je možno použít například i k transformaci biologicky nerozložitelných znečišťujících látek, jako jsou těžké kovy a radionuklidy, do méně mobilních forem.

Bioremediační technologie lze aplikovat in situ (na místě) nebo ex situ (odstraněním z místa). Metody ex situ, jako jsou bioreaktory nebo kompostování, vyžadují odstranění kontaminovaného materiálu a jeho přepravu do jiné oblasti ke zpracování. Je důležité si uvědomit, že bioremediace metodou ex situ může v důsledku přepravy nebezpečných materiálů vyvolat nutnost dodržení dalších zákonných požadavků.

Technologie in situ, mezi něž řadíme např. bioventing nebo biostimulaci, zahrnují ošetření kontaminovaných médií v místech, kde se nacházejí. I když závisí na místě a typu znečištění, které je třeba řešit, jsou metody in situ běžněji používané v rámci výrobních a průmyslových podniků.

Bioremediace in situ lze dosáhnout přirozeným útlumem nebo biostimulací a bioaugmentací v podzemních vodách a půdě. Přirozený útlum využívá řadu přírodních procesů, včetně biologického rozkladu, které mohou snížit nebo zmírnit koncentrace kontaminantů v podzemních vodách a půdě. Biostimulace spočívá v přidávání živin k podpoře růstu původních mikroorganismů a tím ke zvýšení rychlosti a rozsahu biologického rozkladu cílových kontaminantů.

Bioaugmentací je myšlena inokulace kontaminovaných míst kmeny nebo mikrobiálními konsorcii (skupina dvou nebo více různých mikrobiálních druhů, které spolupracují) s biodegradačními schopnostmi, když příslušná populace mikroorganismů neexistuje nebo je příliš pomalá na stimulaci úplné sanace stávajících kontaminujících látek. Výhodou technologie bioremediace je, že ji lze přesně přizpůsobit požadavkům konkrétního podniku. Přesná metoda bude záviset na různých podmínkách v dané lokalitě a na typu kontaminantů, které je třeba eliminovat. Bioremediace trvá déle než jiné alternativy zpracování, jako je těžba nebo spalování, ale na míru přizpůsobenou metodou jsme schopni dosáhnout efektivnějších výsledků a stále zůstat finančně atraktivnější než při použití jiných způsobů ošetření.

To je jeden z důvodů, proč je technologie bioremediace vhodná pro použití v rámci starších podniků, zejména těch, které již nejsou dále využívány, a rovněž pro výrobce nebo vlastníky podniků, jimž nevadí delší časové rozpětí procesu. Odměnou za jejich trpělivost je možnost získat sledované nebo zhojené prostory, které mohou znovu použít. A tak se prostory, které by pro vás znamenaly jen další přítěž, opět stanou využitelným aktivem.

Výsledky napříč odvětvími

Působivé výsledky, které bioremediace přináší, nejsou otázkou štěstí či náhodnou shodou okolností, jsou konzistentní a působivé. Jako příklad lze uvést výrobní podnik v Arkansasu kontaminovaný chlorovanými rozpouštědly, který implementoval technologii bioremediace metodou in situ prostřednictvím podpovrchového vstřikování emulgovaného rostlinného oleje (biostimulace) a dokázal tak snížit kontaminaci o více než 99 % přibližně za čtyři roky. Podobně tomu bylo i v jiném bývalém výrobním podniku v Severní Karolíně kontaminovaném znečištěním způsobeným chlorovanými rozpouštědly a nízkým pH (~ 3) v podzemních vodách, kde byly koncentrace kontaminantů sníženy cca o 90 % přibližně za sedm let zavedením technologie biostimulace, bioaugmentace a vstřikování pH pufru.

Tyto výsledky se rovněž promítají do různých průmyslových odvětví. V dalším příkladu se bioremediační metody projevily velmi slibným způsobem v rámci řešení kontaminace farmaceutickými sloučeninami a odpady. Pochopení biologické transformace léčiv a určení biologických mechanismů a degradačních cest, jež jsou odpovědné za odstranění těchto látek, je nezbytné pro přesné sledování jejich konečného osudu v životním prostředí a mohlo by vést k efektivnějšímu způsobu odstraňování těchto sloučenin.

Bylo dosaženo významného pokroku, v jehož rámci byla pochopena i úloha mikrobiálního metabolismu při transformaci a odstraňování léčiv v čistírnách odpadních vod a jiných vodních systémech. Četné studie v recenzovaných časopisech, jako např. Environmental Science & Technology a Advances in Applied Microbiology, dokumentovaly použití mikroorganismů k rozpadu farmaceutického odpadu v čistírnách odpadních vod a v životním prostředí.

Případová studie (Raj a kolektiv autorů) z roku 2005 vyhodnotila zpracovatelnost farmaceutické odpadní vody za použití reaktoru s aktivovaným kalem s aklimatizovanými mikrobiálními konsorcii integrací s chemickou koagulací jako proces předúpravy. Pomocí procesu biodegradace bylo dosaženo 86,6% snížení požadavku na chemickou spotřebu kyslíku (CHSK) ve farmaceutických průmyslových odpadních vodách. V jiné studii publikované v periodiku Water Science and Technology (Rosen a kolektiv autorů) z roku 1998 bylo zjištěno, že modifikovaný aktivovaný kal a vícestupňové procesy biofilmu s mikrobiálními konsorcii zahrnujícími houbové a bakteriální kultury se osvědčily jako velmi účinný prostředek při odstraňování toxicity v odpadních vodách kontaminovaných farmaceutickou společností ve Švédsku.

Osvědčené postupy vedoucí k úspěchu

Ať už se jedná o sanaci, nebo zadržení farmaceutické kontaminace, petrochemických uhlovodíků, chlorovaných rozpouštědel nebo jiných složitých chemikálií, nejúčinnější strategie bioremediace se zaměřují na tři osvědčené postupy:

Pochopte princip kontaminující látky: Získejte maximum informací ohledně kontaminujících látek, abyste měli jasnou představu o jejich vlastnostech a výzvách. Ne všechny kontaminující látky jsou biologicky odbouratelné a někdy bývají produkty po rozkladu toxičtější nebo odolnější než původní sloučenina. Podle poměrů, které panují v konkrétní lokalitě, včetně konkrétních kontaminujících látek, je nutno zvolit vhodnou bioremediační strategii. Důležitou výhodou technologie bioremediace je, že je přizpůsobena specifikům každé individuální lokality tak, aby zvolené mikroorganismy byly schopny napadnout a odstranit kontaminanty z daného místa.

Porozumějte poměrům, jaké panují v dané lokalitě: Bioremediační strategie vám umožňují navrhnout konkrétní řešení pro danou kontaminující látku a pro konkrétní poměry, jaké panují v daném prostředí. Přizpůsobení vaší bioremediační metody na základě důkladného posouzení podmínek specifických pro dané místo je zcela zásadním předpokladem pro dosažení úspěchu. U aplikací in situ musíte identifikovat a vyvinout strategii cíleného zaměření, abyste zajistili, že živiny nebo mikroorganismy rozprostřené v dané lokalitě jsou v kontaktu s kontaminující látkou, aby ji bylo možné účinně sanovat.

Provádějte pravidelné kontroly: V rámci fungujících výrobních a průmyslových podniků je velmi důležité vyvinout strategie bioremediace, v jejichž rámci budete pravidelně monitorovat a řešit úroveň kontaminace. Monitorováním je zajištěno to, že je úroveň kontaminace stále pod kontrolou, a zároveň jste upozorňováni na potenciální výzvy nebo problémy. Další výhodou bioremediačních strategií je, že je lze upravit tak, aby vyhovovaly měnícím se poměrům v dané lokalitě.

PLE2102 MAG Draper Aden Bilgen figure 2Obrázek 2: Bývalý výrobní podnik v Severní Karolíně – Graf zobrazuje koncentrace kontaminujících látek v průběhu času v jednom z monitorovacích vrtů v dané lokalitě. Koncentrace kontaminujících látek v tomto monitorovacím vrtu byly sníženy přibližně o 99 % za sedm let od doby, kdy byly aplikovány podpovrchové vstřiky. Obrázek publikován se svolením společnosti Draper Aden Associates

Proaktivní strategie minimalizují riziko

Problémy s kontaminací jsou nuceni ve svých podnicích řešit všichni výrobci napříč veškerými průmyslovými odvětvími. Agentura EPA nabídla letmý pohled na rozsah této výzvy pro výrobce, když v roce 2017 uvedla, že EPA a stát poskytly dohled přibližně nad 1,3 milionu podniků;  účelem této  akce byla minimalizace úniku kontaminujících látek do okolního prostředí.

Zpracování kontaminace způsobené nebezpečnými chemickými látkami v průmyslových a výrobních závodech představuje dosti náročný úkol. K dispozici se nabízí řada potenciálních řešení pro řízené zpracování chemických látek v podnicích. V posledních letech se technologie bioremediace řadí mezi přední možnosti vedoucí ke snížení kontaminantů v provozech, ba dokonce k řešení dlouhodobě znečištěných lokalit. Snad nejatraktivnějším aspektem bioremediace je to, že tato strategie přináší vysoce efektivní výsledky při srovnatelně nižších nákladech než jiné relevantní léčebné technologie.

S kontaminací a tvorbou nebezpečných vedlejších produktů se každodenně potýká mnoho výrobců. Díky univerzálnosti a úspěšnosti bioremediačních strategií představuje tato metoda ideální možnost řešení environmentálních závazků a výzev, kterým průmyslové podniky musejí čelit.

Bilgen Yuncuová je technička zabývající se problematikou ochrany životního prostředí a řízením projektů ve společnosti Draper Aden Associates, která nabízí své služby v oblasti strojírenství, geodézie a ochrany životního prostředí. Yuncuová sídlí v kanceláři společnosti ve městě Raleigh v Severní Karolíně a pracuje jako environmentální inženýrka, projektová a programová manažerka skupiny se zaměřením na sanaci ekologických zátěží průmyslových objektů, úzce se specializuje na bioremediační strategie nebezpečných sloučenin v půdě a podzemních vodách. Získala doktorát na státní univerzitě v Severní Karolíně a je držitelka licence profesionálního inženýra NC.

Řízení a údržba průmyslového podniku

Časopis Řízení a údržba průmyslového podniku již přes 10 let patří mezi neodmyslitelný zdroj informací v oblasti průmyslové údržby a diagnostiky. Část obsahu je z pera licenčních autorů Plant Engineering z USA.

www.udrzbapodniku.cz