augsnes bioremediācija - lu · augsnes bioremediācija: klasisko pamatu un mūsdienu iesp ēju...

Augsnes bioremediācija:klasisko pamatu un mklasisko pamatu un mklasisko pamatu un mklasisko pamatu un mūsdienu iespsdienu iespsdienu iespsdienu iespēju sintju sintju sintju sintēzezezeze

Olga Mutere

LU Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas institūts

LZA Kīmijas, bioloģijas un medicīnas zinātņu nodaļas sēde2010.g.10.decembrī

Saturs

1. Pētījumu stratēģija.2. Procesa vērtēšanas kritēriji.3. Biopreparāta sagatavošana,

uzglabāšana un pielietošana.4. Uz keramzīta bāzes izveidoti4. Uz keramzīta bāzes izveidoti

biotehnoloģijas produkti.4.1. Iepriekš iegūtie rezultāti.4.2. 2010.gadā iegūtie rezultāti.4.3. Izvirzītie uzdevumi 2011.

gadam.

Augsnes paraugu

ievākšana, testēšana

M/o testēšana

laboratorijā

M/o izolēšana

1. Pētījumu stratēģija1. Pētījumu stratēģija1. Pētījumu stratēģija1. Pētījumu stratēģija

Tehniskās specifikācijas formulējums

Preparāta uzglabāšana M/o

testēšana lauka

apstākļos

M/o testēšana

pilota iekārtā

M/o identifikācija

Augsnes bioremediācija

Tehnoloģijas izstrāde

Mikroorganismi ar “P”-degradēt spēju


Piesārņojuma avots

Eksperimentālais dizains

Biotehnoloģiskā pieeja

Biotehnoloģiskā pieeja


FitoremediācijaBioaugmnetācijaBiostimulēšana

Barības vielu pievienošana

augsnei

Mikroorganismu pievienošana

augsnei

Augstāko augu izmantošaana

1. Pētījumu stratēģija1. Pētījumu stratēģija1. Pētījumu stratēģija1. Pētījumu stratēģijaEksperimenti Ādažu poligonā 2002002002004444....----2020202010101010.g..g..g..g.

CCCC

“Augsnes kolonnas eksperiments”

1. Pētījumu stratēģija1. Pētījumu stratēģija1. Pētījumu stratēģija1. Pētījumu stratēģijaEksperimenti Ādažu poligonā 2002002002004444....----2020202010101010.g..g..g..g.

20cm

4 cm

AAAA

BBBB

AAAA –––– tīra smilts augsneBBBB –––– ar NAS piesārņotā augsneCCCC –––– rudzi

2. Procesa vērtēšanas kritēriji2. Procesa vērtēšanas kritēriji2. Procesa vērtēšanas kritēriji2. Procesa vērtēšanas kritēriji

Piesārņojuma un barības vielu ķīmiskā testēšana (AEŠH, kolorimetrija, FT-IS u.c.)

Augsnes īpašības (pH, redox potenciāls, granulometriskais sastāvs)

Augsnes mikroorganismu aktivitāte (fermenti, KVV, elpošana)

Augsnes mikroorganismu daudzveidība (16S rDNS, Biolog EcoPlates)

Eko-toksicitāte

Bioloģisko aģentu riska grupas

3. Biopreparāta Biopreparāta Biopreparāta Biopreparāta sagatavošana, sagatavošana, sagatavošana, sagatavošana, uzglabāšana un pielietošanauzglabāšana un pielietošanauzglabāšana un pielietošanauzglabāšana un pielietošana

MKN Nr.530 no 27.06.2006.

„Mēslošanas līdzekļu identifikācijas, kvalitātes atbilstības novērtēšanas un tirdzniecības noteikumi”,

MKN Nr.189 no 21.05.2002.

„Darba aizsardzības prasības, saskaroties ar bioloģiskajām vielām,

Directive 2000/54EC of 18.09.2000.“On the protection of workers from risks related to exposure to biological agents at work”

Filoģenētiskais koks

Atlasīto baktēriju celmu identifikācijas rezultāti


Sten

otro

phom

onas

mal

toph

ilia

Pse

udom

onas

fluo

resc

ens

30L bioreaktora tiek regulēti:

Biomasas sagatavošana


regulēti:

-temperatūra;

-pH līmenis;

-pO2;

-putu līmenis;

-maisītāja griešanās ātrums

VPP programma Nr. VPP-5

projekts Nr.1 „Jaunu tehnoloģiju izstrādāšana inovatīvu produktu radīšanai no Latvijas zemes dzīļu

4. Uz keramzīta bāzes izveidoti biotehnoloģijas produkti

inovatīvu produktu radīšanai no Latvijas zemes dzīļu resursiem (ZEMES DZĪLES) ”

1.6. apakšprojekts „Uz keramzīta bāzes izveidoti jauni biotehnoloģijas produkti un tehnoloģijas”


Literatūrā kā neorganiskie inertie materiāli bieži minēti:

Daudzās tehnoloģijās mikroorganismu biomasu imobilizē uz dažāda veida nesējiem, tādējādi paaugstinot procesa efektivitāti.

üperlīts,

üaktivās ogles šķiedras,

üporainā lava,

üpoliamīda un polipropilēna lodītes,

üpolivinildifluorīda granulas, kā arī

üporainā keramika.

Tie ir ķīmiski un fizikāli inerti, un praktiski neizmainās biodegradācijas laikā, turklāt tiem piemīt viendabīga, relatīvi nemainīga struktūra un noteikti izmēri, kas samazina sablīvēšanos un nodrošina labāku vielu pārnesi biofiltrācijas sistēmā


Darba mērķisUz keramzīta bāzes izveidot jaunus biotehnoloģijas produktus un

Pētāmā problēmaJauno keramzīta materiālu testēšana ar mērķi atlasīt piemērotākos mikroorganismu imobilizēšanai un to aktivitātei gaisa biofiltrācijas procesā un augsnē.

1. Dažādu keramzīta materiālu piemērotības novērtējums mikroorganismu imobilizācijas kontekstā.

2. Imobilizēto mikroorganismu dzīvotspējas un aktivitātes izpēte gaisa biofiltrācijas procesā.

3. Imobilizēto mikroorganismu dzīvotspējas un darbības izpēte augsnē.

Uz keramzīta bāzes izveidot jaunus biotehnoloģijas produktus un tehnoloģijas.

Izvirzītie uzdevumi 2010.gadam

KLE

6 neorganiskie nesēju veidi:1. keramzīta granulas (2-10 mm)2. dolomīta šķembas (30-60 mm)3. dekoratīvas dažādu iežu šķembas (6-20 mm)4. oranži dekoratīvie oļi (6-12 mm)5. zaļi dekoratīvie oļi (6-12 mm)6. zaļi drupināti dekoratīvie oļi (2-4 mm)

Uz keramzīta granulām imobilizētās biomasas enzīmātiskā (FDA hidrolīzes) aktivitāte, pārrēķinot uz nesējmateriāla svara vienību un salīdzinot ar citiem nesējmateriāliem, ir būtiski augstāka (p<0,001).

4.1. Iepriekš iegūtie rezultātiBaktēriju konsorcija imobilizēšana uz dažāda veida neorganiskiem nesējiem

1. 2.

3.

5.

4.

6.0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1 2 3 4 5 6

akmeņu veidi

OD

/sva

rs, n

m/g

Melase

Kontrole

Mihailova A. et al. (2008) Comparison of various amendments on the growth of the targeted bacteria association and ammonia biodegradation. In: The 7th International Conference “Environmental Engineering”, D. Cygas, K.D. Froehner (Eds), Vilnius Gediminas Technical University Publishing House “Technika”, Lithuania, 218-223.

Muter O., Mihailova A., Vanags J., Strikauska S., Zarina D., Viesturs U. (2010) Development of submerged and solid state bioreactors for waste gas treatment. In: “Biotechniques for Air Pollution Control”, Ed. by J.Bartacek, C.Kennes and P.Lens. Published by Taylor & Francis Group, London, UK, p. 345-347.

Keramzīta granulas, kas izveidotas RTU Materiālzinātnes un lietišķās ķīmijas

Baktēriju konsorcija imobilizēšana uz keramzīta granulām

Metodes

4.2. 2010.gadā iegūtie rezultāti

lietišķās ķīmijas fakultātes Silikātu materiālu institūtā.

Uz keramzīta granulām imobilizēto baktēriju enzimātiskās (fluoresceīna diacetāta hidrolīzes) aktivitātes noteikšana

AM-5 konsocrija inkubēšanauz keramzīta granulāmkulturālajā šķidrumā

Koloniju veidojošo vienību skaita noteikšana, izsējot uz agarizētām barotnēm

Pirms skalošanas

Par izveidotās bioplēves stabilitāti liecina fakts, ka granulu skalošanas procesa turpināšana, to aktivitāti neietekmē.

AM-5 konsorcija biomasas imobilizācija uz keramzīta granulām ir atkarīga no imobilizācijas laika.

Baktēriju konsorcija imobilizēšana uz keramzīta granulām

Rezultāti

Pirmie rezultāti ir prezentēti 2010.g. Starpt. konferencē Portugālē.


0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

18 120 192

Inkubēšanas periods, st.

FD

A h

idro

līze

uz g

ranu

las

virs

mas

, m

ikro

M/g

ranu

la/s

t.

0

1

2

3

4

5

6

FD

A h

idro

līze

šķid

rajā

fāz

ē,

mik

roM

/ml/s

t.

Granula

Šķidrā fāze

Uz keramzīta granulām imobilizētobaktēriju enzimātiskā aktivitāte (FDA)atkarībā no imobilizēšanas laika

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

1 2

FD

A h

idro

līze,

mik

roM

/gra

nula

/st.

Pirms skalošanasPēc skalošanas

Keramzīta granulu skalošanas ietekmeuz šūnu stabilitāti imobilizētā stāvoklī.1 – kontrole - bez šūnām; 2 – arimobilizētām šūnām

Nikolajeva V., Potapova K., Svinka V., Cimmers A., Muter O. Assessment of ceramic beads as a carrier for bacteria immobilisation. XVIII International Conference on Bioencapsulation. Porto, Portugal, October 1-2, 2010, p.266-267.

Veikta piecu dažādu jauno keramzīta materiālu testēšana, lai noskaidrotu, kā dažādi Latvijas māla atradņu māli (izejmateriāli) un to apstrādes paņēmieni un režīmi ir visvairāk piemēroti mikroorganismu imobilizēšanai un to aktivitātei. Ir pierādīts, ka:

- temperatūras paaugstināšana līdz 30 °°°°C ievērojami uzlabo baktēriju imobilizēšanu

- pētītie keramzīta materiāli atšķiras pēc savām spējām pozitīvi vai negatīvi ietekmēt baktēriju dzīvotspēju.


Dažādu jauno keramzīta materiālu salīdzinošā testēšana

0,00E+00

5,00E+06

1,00E+07

1,50E+07

2,00E+07

2,50E+07

3,00E+07

0 1 2 3 4 5

Inkubācijas periods, st.

kvv/

ml

Prometejs 1100Prometejs 1150Liepa 1150Liepa 1200Kontrole

Pro

met

ejs

1100

Pro

met

ejs

1150

Liep

a 11

50

Liep

a 12

00

G 1

200

20 °C30 °C0,00E+00

5,00E+06

1,00E+07

1,50E+07

2,00E+07

2,50E+07

kvv/g

20 °C

30 °C

Ps.Putida LMKK 650 suspensijā, inkubējot 4 st. pie 20 °C.

Ps.putida LMKK 650 sorbcija uz dažādu keramikas granulu virsmas inkubējot 4 st. pie 20 °C.

baktēriju dzīvotspēju.

6

8

FD

A h

idro

līze,

mik

roM

/gra

nula

/st.

Uz keramzīta granulām imobilizēto šūnu izdzīvotības testēšana augsnē NAS klātbūtnē (pilota iekārtu mērogā)

Imobilizētās baktērijas saglabā dzīvotspēju kā dehidratācijas rezultātā, tā arī ilgstoši atrodoties piesārņotajā augsnē (30 dienas).

No tā izriet, ka šos pētījumus var raksturot kā


0

2

4

A B C

FD

A h

idro

līze,

mik

roM

/gra

nula

/st.

Fluoresceīna hidrolīzes aktivitāte uz keramzīta granulām ar imobilizētām AM-5 konsorcija šūnām.A – pirms pievienošanas augsnei;B – pēc 30-dienu uzglabāšanas laboratorijas apstākļos sausumā, +20 °C;C – pēc 30-dienu eksperimenta augsnē

No tā izriet, ka šos pētījumus var raksturot kā perspektīvu virzienu augsnes attīrīšanas tehnoloģijas pilnveidošanā.

Ir plānots turpināt doto eksperimentu 2011. gadā. Rezultāti par imobilizēto šūnu izdzīvotību ziemas periodā piesārņotajā augsnē dos papildus informāciju par pētītās tehnoloģijas iespējām.

2011.gadā ir plānots turpināt laboratorijas un pilota mēroga eksperimentus, lai izstrādātu inovatīvus produktus vides biotehnoloģiju jomā. Tam ir paredzēti eksperimenti ar tīrkultūrām, kā arī no Latvijas vides izdalītiem mikroorganismu konsorcijiem:

1. Izvēlēto keramzīta materiālu efektivitātes salīdzinošā

4.3. Izvirzītie uzdevumi 2011.gadam

1. Izvēlēto keramzīta materiālu efektivitātes salīdzinošā testēšana augsnes eksperimentos ar divām piesārņotāju grupām, t.i., naftas produktiem un nitroaromātiskajiem savienojumiem.

2. Uz keramzīta granulām imobilizēto baktēriju un sēņu aktivitātes novērtēšana gaisa biofiltrācijas procesā.

3. Šūnu imobilizācijas un šūnu aktivitātes mehānismu pētīšana modeļu eksperimentos ar dažādiem māla materiāliem.

Sadarbība

augsnes bioremediācija - lu · augsnes bioremediācija: klasisko pamatu un mūsdienu iesp ēju...

Documents