HU214838B

HU214838B - Eljárás talajszennyezők mikrobiológiai lebontásának fokozására

Info

Publication number: HU214838B
Application number: HU9300493A
Authority: HU
Inventors: Éva Fenyvesi; József Szejtli
Original assignee: Wacker-Chemie Gmbh.
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1993-02-24
Publication date: 1998-06-29
Also published as: HUT67333A; US5425881A; EP0613735A1; EP0613735B1; JP2700762B2; HU9300493D0; JPH07946A

Abstract

Eljárás szerves anyagőkkal szennyezett talajők biőlógiai tisztításánakjavítására, amelynek sőrán ciklődextrinek vagy valamely származékaiőldatát keverik a szennyezett talajhőz őlyan menn iségben, amely képesfelőldani a szennyező kőmpőnenseket és esetleg ezek szennyezőlebőntási termékeit/köztitermékeit, hőgy ezáltal a szennyezőkőmpőnensek könnyebben hőzzáférhetővé váljanak a lebőnt sűkra képesmikrőőrganizműsők számára. A találmány szerinti eljárás könnyenbeilleszthető bármely ismert biőlógiai lebőntási technika főlyamatába. ŕ

Description

A találmány tárgya eljárás szerves anyagokkal szennyezett talajok biológiai tisztításának javítására, amelynek során ciklodextrinek vagy származékaik oldatát keverjük a szennyezett talajhoz olyan mennyiségben, amely képes feloldani a szennyező komponenseket és ezek esetleg szennyező lebontási termékeit/köztitermékeit, hogy ezáltal a szennyező komponensek könnyebben hozzáférhetővé váljanak a lebontásukra képes mikroorganizmusok számára. A találmány szerinti eljárás könnyen beilleszthető bármely ismert biológiai lebontási technika folyamatába.

A veszélyes anyagokkal szennyezett talajok tisztítása az egyik leggyakoribb környezetvédelmi probléma. A kőszén- és kőolaj alapú üzemanyaggyártás toxikus, mutagén és rákkeltő sajátságú poliaromás szénhidrogénekkel szennyezi a talajt. Az iparban évek óta használt könnyű-szénhidrogén oldószerek lerakodtak a talajban. A fakonzerváló üzemek poliaromás szénhidrogénekkel és kreozottal szennyezik a földet. Az ipari hulladékokon kívül nehezen lebomló növényvédő szerekkel is szennyezettek a talajok. Az elhagyott területek újrahasznosítása során rábukkantak a korábbi lerakóhelyeken a föld alatti tartályokból szivárgó szennyezésekre is.

A talajok tisztítására számos módszert használnak: biológiai kezelés, a szennyezők immobilizálása, nagynyomású módszerek, oldószeres extrakció, szuperkritikus folyadékextrakció, magas hőmérsékletű deszorpció, gőzextrakció stb. Illékony szennyezők eltávolításának szokásos módja az, hogy a talajvizet a felszínre pumpálják, és elszívják a levegőt egy földfelszíni berendezéssel, vagy a felszín alatti réteg illékony szennyezőit vákuumextrakcióval távolítják el, vagy földcserét hajtanak végre.

Napjainkban a helyszínen történő biológiai lebontás áll a tudományos kutatások középpontjában. Ez olcsóbb, nagy hatékonyságú, de időigényes módszer. Hónapok vagy évek telhetnek el, mire a szennyezés elfogadható szintre csökken. Számos technikát fejlesztettek ki a biológiai lebontás gyorsítására azon túlmenően, amit tápanyagok és víz adagolásával, a pH beállításával el lehet érni. Ezek a technikák kémiai és biológiai kezelések, melyek célja, hogy a szennyezők könnyebben hozzáférhetővé váljanak a mikroorganizmusok számára; olyan adalékok alkalmazása, melyek az egyébként nem lebomló szennyezők kometabolizmusát segítik elő; és speciálisan kifejlesztett kevertbaktérium-kultúrák alkalmazása.

A kutatások során világossá vált, hogy a szennyezők biológiai lebontásának sebességmeghatározó lépése a fázisok közötti tömegáram.

A nagy felületű talajrészecskék hatékonyan visszatartják a szerves szennyezőket, minél nagyobb a szervesanyag-tartalmuk, annál erősebben. Minél inkább hidrofób a szennyező, annál nagyobb az affinitása a talaj szerves anyagához. Kimutatták, hogy az adszorbeált szennyezők lebomlása lényegesen lassúbb.

Néhány ismert eljárás a szennyezők biológiai hozzáférhetőségét azáltal javítja, hogy a talajról való deszorpciót segíti elő. A deszorpciót a szennyező kémiai módosításával [például hidroxilezés Fenton reagenssel (H₂O₂+Fe²⁺), Gauger W.K., Srivastava V.J., Hayes T. D., Linz D.G.: Symposium on Gas, Oil, Coal and

Environmental Biotechnology III, New Orleans, (1990)], felületaktív anyagokkal vagy oldószerrel érik el.

Az EP 0310005 számú szabadalom szerint biotenzidek (trehalózlipid, ramnózlipid) segítségével deszorbeálják a szénhidrogéneket a talajról. Poliklórozott herbicidek és poliklórozott bifenilek biológiai lebomlását felületaktív anyagokat előállító mikroorganizmusok hozzáadásával sikerült felgyorsítani [Banerjee S., Duttagupta S., Chakrabarty A.M.: Arch. Microbiol., 135, 110 (1983); Berg G., Seech A.G., Lee H., Trevors J.T.: J. Environ. Sci. Health, A25, 753 (1990)]. ADD 280117 számú szabadalom szerint kémiai adalékokkal (szintetikus tenzidekkel) emulgeálják a veszélyes anyagokat.

A fenantrén biológiai lebonthatóságának is határt szab szorpciója a talajhoz. Feltételezték, hogy javul a lebonthatóság, ha sikerül szolubilizálni. A kereskedelemben kapható felületaktív anyagok azonban 1 tömeg%-ban alkalmazva nem mutattak ilyen hatást [Ellis B., Theile P., Viney J., Rees J.: Chemistry & Industry, 23, 778 (1989)].

Metanollal és etanollal egyaránt hatékonyan lehet a talajból extrahálni poliaromás szénhidrogéneket [Gauger W.K., Srivastava V.J., Hayes T.D., Linz D.G.: Symposium on Gas, Oil, Coal and Environmental Biotechnology III, New Orleans, (1990)]. Mindkét oldószert biológiailag kompatibilisnek tartják. Egy másik tanulmányból azonban az derült ki, hogy bár sem a metanol, sem az etanol nem befolyásolja hátrányosan a talaj bioaktivitását, még 10 tömeg% koncentrációnál sem, jelentősen csökkentik azonban a populációt, és valószínűleg a mikroflóra deverzitását is. Ezek az oldószerek nem javították a talajban lévő poliaromás szénhidrogének oldékonyságát, sőt csökkentették a biológiai lebontás sebességét feltehetően a populáció csökkenése miatt [Kustritz J.M., Preston J.C., Dobbins D.C.: Abstr. Gén. Meet. Am. Chem. Soc. Microbiol. (92 Meet, 352) (1992)]. Laboratóriumi előkísérletek eredményei arra mutatnak, hogy vízben oldhatatlan oldószerek (például dekalin) lipofil mediátorként segítik elő a poliaromás szénhidrogének tömegáramát, és javítják biológiai lebontásukat [Bryniok D., Brunner W., Eichler B., Köhler A., KnackmuB Abstr. Int. Environ. Contam. in Centr. and East. Europe (Budapest, 1992. okt. 12-16.) 317. oldal]. Optimális lebomlás azonban csak akkor érhető el, ha a deszorpció és a biológiai lebontás nem ugyanabban a műveleti egységben történik. Ezzel a módszerrel tehát egy további szennyező (az oldószer) kerül a talajba.

A találmány célja a szerves szennyezők deszorpciójának javítása a környezet további szennyezése nélkül.

További cél a talajban lévő szerves szennyezők biológiai lebontásának gyorsítása.

A fenti célokat olyan eljárással érjük el, amelynek során a talajok biológiai tisztítására deszorpciót elősegítő adalékok vizes (nem szerves) oldatait alkalmazzuk. A szennyezett talajt bepermetezzük vagy elkeverjük ciklodextrinek vagy származékaik vagy ezek keverékének vizes oldatával, és ismert módon biológiai lebontásnak vetjük alá, azaz ellátjuk a szükséges tápanyagokkal,

HU 214 838 Β beoltjuk a szerves szennyezők lebontására képes baktérium- vagy gombakultúrákkal. A ciklodextrinek vagy származékaik képesek deszorbeálni és a mikroorganizmusok számára hozzáférhető, szolubilizált formában tartani a szerves szennyezőket. Hatásuk alapja zárványkomplexképzés. Ez a reverzibilis folyamat állandó értéken tartja a szennyező koncentrációját a talaj szuszpenzió vizes fázisában.

A találmány szerinti megoldás a ciklodextrinek zárványkomplexképző képességén alapul. A talajban lévő szerves szennyezők legtöbbje (poliaromás szénhidrogének, poliklórozott fenolok és bifenilek, dioxinok, furánok) alkalmas vendégmolekulák a ciklodextrinekkel való komplexképzéshez. A komplexképzés mértéke a sztérikus illeszkedés és a vendégmolekula hidrofób jellegének függvénye. A 2 vagy 3 gyűrűtagszámú poliaromás szénhidrogének jól illeszkednek a β-ciklodextrin üregébe, míg a nagyobb gyűrűtagszámúak (például pírén, benzo[a]pirén, benzo[e]pirén, perilén, benzo[g,h,i]perilén, körönén) inkább a γ-ciklodextrin gyűrűjébe illenek [Blyshak L.A., Rossi T.M., Patonay G., Warner I.M.: Anal. Chem. 60, 2127 (1988)]. Szabadalmazott eljárások szerint ciklodextrinnel ki lehet oldani a bitument az olaj homokból [US—4443 323, Jpn. Kokai JP 82 121 090, Jpn. Kokai JP 84 33 387, EP-A-16 855] és indolt kátrányból [Ikushima Kenji: JETI, 38(6), 93 (1990)]. A fenol-βciklodextrin komplex igen nagy stabilitású, fenol-származékok mint antimikrobiális hatású szerek (kreozot) és diarrhea elleni gyógyszerek (guajacol) formulázhatók β-ciklodextrinnel (Jpn. Kokai, JP 87185011, Jpn. Kokai, JP 87 142 132]. 19 klórfenol, köztük mono-, di-, tri-, tetra- és pentaszubsztituált származékok elválaszthatók β-ciklodextrint kémiailag kötött formában tartalmazó oszlopon [Paleologou M., Li S., Purdy W.C.: J. Chromatogr. Sci. 28, 311-318 és 319-323 és Can. J. Chem. 68(7), 1208-14 (1990)]. A pentaklór-fenol oldékonysága jelentősen megnő metil-β-ciklodextrinszármazékok oldataiban [Szeman J., Szente:, Szabó T., Vikmon M.: The Sixth International Cyclodextrin Symposium, Chicago (1992. árpilis 21-24.)]. Poliklórozott bifenil izomerek β-ciklodextrin-komplexeinek spektrális viselkedését is tanulmányozták már [Yamaguchi H., Ninomiya K.: Spectrochim. Acta, Part A37A, 119 (1981)]. Klór-benzolokat, poliklórozott bifenil-származékokat, tetraklór-dibenzo-p-dioxin izomerek és poliaromás szénhidrogéneket sikerült elválasztani ciklodextrinnel módosított micelláris elektrokinetikus kromatográfiával (CD-MEKC), a micelláris oldathoz ciklodextrint adva [Terabe S., Miyashita Y., Shibata O., Bamhart E.R., Alexander L.R., Patterson D.G., Karger B.L., Hosoya K., Tanaka N.: J. Chromatogr., 516(1), 23-31 (1990)]. Növényvédő szerek, rovar- és gombaölő szerek ciklodextrinnel komplexált formában stabilabbak, kevésbé illékonyak, jobban oldódnak és nedvesednek, ennek eredményeként javul a hatékonyságuk és esetenként elnyújtott hatást mutatnak [Szente L.: Application of cyclodextrines in the modem agriculture, CYCLOLAB Reports No. 204 (1992)]. Különböző szerkezetű festékek (például azofestékek, antrakinonszármazékok, akridin-, trifenilmetán-, tionin-, cianinfestékek), nyersanyagaik és a gyártásuk során keletkezett melléktermékek komplexképzésének vizsgálata a ciklodextrin-kutatás hálás területe, amit a témában közölt nagyszámú publikáció is mutat [Szejtli J.: The use of cyclodextrins in biotechnological operations in New trends in cyclodextrins and derivatives (Ed. Duchane D.), Editions de Santé, 596. oldal (1991)].

A ciklodextrinek alkalmazhatók szennyvizek tisztítására. A mikrobaflórát károsító anyagok (például növényvédő szerek, fenolok) koncentrációját a mikroorganizmusok számára még nem zavaró, alacsony koncentráción lehet tartani ciklodextrines komplexképzéssel [Oláh J., Cserháti T., Szejtli J.: Water Rés. 22, 1345 (1988)], és ezzel az aktivált iszap nem veszít méregtelenítő képességéből (HU-196 578). Vízben oldódó β-ciklodextrin-polimert adva fenoltartalmú szennyvízhez a Candida tropicalis méregtelenítő hatása fokozódik [Bánky B., Recseg K., Novak B.: Magy. Kém. Lapja 40, 188 (1985)]. Vízben oldott poliklórozott bifenilek megkötődnek β-ciklodextrin gyöngypolimer oszlopon (US-4 726905).

A technika állása szerint talajtisztítási eljárásban nem alkalmaztak eddig ciklodextrint.

A találmány alapja az a felismerés, hogy a ciklodextrinek és származékaik elősegítik a szennyezők leoldását a talajról - ahogy ezt az 1-8. példák extrakciós kísérletei bizonyítják -, amit fel lehet használni a szerves anyagokkal szennyezett talaj ok biológiai tisztításának gyorsítására.

A ciklodextrinek mikrobiológiai alkalmazásait nemrégen foglalták össze [Femia R., Scypinski S., Lőve L.J.C.: Environ. Sci. Technoi. 19, 155 (1985), Szejtli J.: Carbohydr. Polym. 72(4), 375-92 (1990)]. A ciklodextrinek képesek a mikroorganizmusok növekedésének stimulálására és a bioszintézisek sebességének növelésére. Hatásuk a mikrobiolóigai folyamatokra különböző eredetű lehet:

• A ciklodextrinek módosíthatják a sejtmembrán átjárhatóságát, például prodigiozin képződéskor [Bar R., Rokem J.S.: Biotechn. Letters, 72, 447 (1990)] és lankadicin fermentációjakor [Sawada H., Swzuki

T., Akiyama S., Nakao Y.: Appl. Microbiol. Biotechnoi. 26, 522 (1987)] a ciklodextrin feltehetően roncsolja a sejtfalat.

• Komplexálás révén kiküszöbölhető a szubsztrát és termékgátlás, így például Saccharomyces cerevisiae sejtek végzik a benzaldehid és a vanillin átalakítását alkohollá, a- vagy β-ciklodextrin jelenlétében megnő az átalakulás sebessége, ha a ciklodextrineket a szubsztráttal azonos moláris koncentrációban alkalmazzák [Bar R.: Appl. Microbiol. Biotechnoi. 3125 (1989)]. A fermentációs közeghez βciklodextrint adva a benzaldehid -» L-fenil-acetilkarbinol átalakulás is felgyorsult [Mahmoud Wafaa M., El-Sayed, Abdel Halim M.M., Coughlin Róbert W.: Biotechno. Bioeng., 36(3), 256-62 (1990)]. Mindkét példában jelentősen csökkent az aromás aldehidek gátló hatása ciklodextrinek jelenlétében.

HU 214 838 Β • A termék komplex formában stabilabb, így például nistatin [Szejtli J., Stadler Sz.A., Vikmon M., Piukovich S., Inczefy I., Kulcsár G., Zlatos G.: H.P. 196230 (1988)] és glutation [Suzuki Y., Imazizumi A., Ono S., Sato Y.: J. Pharm. Dyn. 8, 39 (1985)] stabilizálásával nő a gyártási kapacitás.

• A gátló hatású szennyező komponensek távoltarthatók komplexálással, így például a pertusszisz toxin termelése jelentősen javul metil-ciklodextrinek jelenlétében, mert a gátló hatású zsírsavak komplexálódnak (Jpn. Kokai, JP-83 67182).

• Komplexképzés révén a ciklodextrinek fokozzák a rosszul oldódó szubsztrátok oldékonyságát, melyek ezzel könnyebben elérhetővé válnak a biokatalizátor számára, így például ciklodextrinek hozzáadásával egyszerű vizes fermentációs rendszerben lényegesen javult a koleszterin, szitoszterin és delta-koleszteron átalakulása androsztendionná és androsztadiéndionná, amit a Mycobacterium sp. NRRL-B 3683 végez [Hesselink P.G.M., Van Vliet S., DE Vries H., Witholt B., Enzyme Microb. Technoi. 11, 398 (1989)]. Koleszterin esetében β-ciklodextrinnel, szitoszterin és delta-koleszteron átalakításakor γciklodextrinnel értek el jobb eredményt. Egy másik példában a hidrokortizon oldékonyságának növekedése okozza a prednizolontermelés nagy mértékű fokozódását (BE 894501). A 6a-fluor-, 16aizopropenil-dihidro-kortexolone mikrobiális átalakulása szinaflánná javult a β-ciklodextrin oldékonyságfokozó hatása következtében [Belikov V.G., Kompantseva E.V., Gavrilin M.V., Umnova E.F.: Biotekhnologiya, (5), 63-4 (1991)].

• A komplexbe zárt szubsztrát esetleg gyorsabban halad át a sejtfalon.

A jelen találmány szerint a ciklodextrinek - azonkívül, hogy a szennyező anyagok deszorpcióját elősegítik -, a lebontásukban résztvevő mikroorganizmusok növekedését is stimulálhatják.

A találmány tárgya eljárás szerves anyagokkal szennyezett talajok biológiai tisztításának javítására, amelynek során az ismert módon, baktérium- vagy gombakultúrával szilárdfázisú vagy iszapfázisú technikával vagy in situ felszín alatti biológiai módszerrel végzett talajtisztítás során ciklodextrinek és/vagy valamely származékuk 0,1-60 tömeg%-os oldatát keveijük a szennyezett talajhoz a talajra számítva 0,1-30 tömeg% mennyiségben.

A találmány egyik megvalósítási módja szerint ciklodextrinek és/vagy származékaik vagy ezek keverékének oldatával nedvesítjük a talajt, és egyébként a szilárd fázisú biológiai tisztítás megszokott műveleti lépéseit alkalmazzuk akár szabad földön, akár reaktorban történik a kezelés. A ciklodextrinek és/vagy származékaik vagy ezek keverékét előnyösen az egyszeri irrigációra használt, tápanyagokat és pH-beállító anyagokat tartalmazó oldatba keverjük.

Az iszapfázisú kezeléseknél a szerves szennyezők oldódása a sebességmeghatározó lépés, mivel itt a megfelelő keverés és levegőztetés biztosítva van. A találmány egy másik megvalósítási módja szerint a ciklodextrinek és/vagy származékaik vagy ezek keverékének oldatát használjuk a talaj feliszapolásához függetlenül az alkalmazott kezelési technikától akár a helyszínen földhányásokkal kialakított lagúnákban, akár reaktorokban (például levegőátfújásos reaktorokban), akár más iszapfázisú kezelési rendszerekben.

A találmány egy további megvalósítási módja szerint a ciklodextrineket és/vagy származékaikat vagy ezek keverékét a tápanyagoldatban oldjuk, és ezt azután kutakon és árkokon keresztül injektáljuk a szennyezett zónába valamely in situ felszín alatti biológiai tisztítási technikát alkalmazva.

A ciklodextrinek vagy származékainak típusát, vagy ezek keverékének oldatát a talaj típusától, a szennyező fajtájától és mennyiségétől és a biológiai tisztítási technikától függő mennyiségben alkalmazzuk. A ciklodextrinek és/vagy származékaik vagy ezek keverékének koncentrációja az oldatban 0,1-60 tömeg%.

A találmány szerinti megoldásokban alkalmazott ciklodextrin lehet α-, β- vagy γ-ciklodextrin, a ciklodextrin-származék lehet alkil-, hidroxi-alkil-, acil-származék (például metil-, etil-, hidroxi-etil-, propil-, acetil-, szukcinil-származék) vagy ezek polimer származéka (például epiklór-hidrinnel vagy izocianáttal térhálósítva) vagy ezeknek a polimereknek alkil-, hidroxi-alkil-, acilszármazékai. Előnyösen a nagyobb oldékonyságú ciklodextrin-származékok (C^ lánchosszúságú alkil-, hidroxi-alkil-, acil-származékok és 4-6000 átlagmolekulatömegű polimerek), mert ezek zárványkomplexei is jól oldódnak, míg az α-, β- és γ-ciklodextrin komplexek gyakran kiválnak csapadék formájában. A fenti ciklodextrinek és származékaik bármely keveréke is használható, előnyösen a ciklodextrin gyártása során keletkező konverziós elegy, amely keményítőn kívül α-, β- és γciklodextrint is tartalmaz.

A találmány szerinti eljárás legfontosabb előnye az, hogy a talajban lévő szerves szennyező komponensek szintjét csökkenti. Könnyen beilleszthető bármely biológiai tisztítási rendszerbe. A legjobb eredményeket úgy értük el, ha az olajjal szennyezett talajt feliszapoltuk ciklodextrint és/vagy származékait vagy ezek keverékét tartalmazó oldattal, és beoltottuk a mikroorganizmusokkal. A gyorsabb lebontás valószínűleg annak a következménye, hogy javult a mikroorganizmusok hatékonysága és a kontaktus a szennyező anyagokkal.

A találmány szerinti eljárás alkalmazható festékipari, szintetikus gumifeldolgozó-ipari hulladékkal, kátránnyal, olajiszappal, fakonzerváló hulladékkal, növényvédő szerekkel, rovarölő szerekkel, olajfinomítóból származó hulladékkal, kreozottal szennyezett talajok tisztítására.

A következő példák bemutatják a találmány szerinti eljárás használatát és működését.

1. példa

Antracénnel szennyezett talaj extrakciója

A feltalálók laboratóriuma melletti földterületről vett talajmintát megszitáltuk (szemcseméret < 0,8 mm) és 0,5 mg/g antracénnel szennyeztük, majd a következő ciklodextrin-származékok vizes oldataival extraháltuk:

HU 214 838 Β (A% értékek tömeg%-ot jelentenek)

ACDPS (α-ciklodextrin polimer) 54% CD-tartalom, M_w=33500 (CYL-201,

Cyclolab, Budapest)

AcACDPS (acetilezett α-ciklodextrin polimer);

M_W=35OO (CYL-344/1, Cyclolab, Budapest)

RAMEB (random módon metilezett βciklodextrin); D.S.=1,8 (Wacker Chemie GmbH, München)

HPBCD (2-hidroxi-propil- β-ciklodextrin);

D.S =2,8 (Chinoin, Budapest)

BCDPS (β-ciklodextrin polimer) 55% CD-tartalom M_w=4300 (CYL-310, Cyclolab)

AcBCDPS (acetilezett β-ciklodextrin polimer);

M_w=4700L-344/2, Cyclolab, Budapest)

GCD (γ-ciklodextrin); (Wacker Chemie GmbH, München)

AcGCD (acetilezett γ-ciklodextrin); 75% CDtartalom D.S =6,9 (CYL-349/1, Cyclolab, Budapest)

AcGCD (acetilezett γ-ciklodextrin); 70% CDtartalom D.S.=11,5 (CYL-349/6, Cyclolab, Budapest)

GCDPS (γ-ciklodextrin polimer); 57% CD-tartalom, M_w=3800 (CYL-309, Cyclolab, Budapest)

AcGCDPS (acetilezett γ-ciklodextrin polimer);

50% CD-tartalom,

M_w=5300 (CYL-252/4, Cyclolab, Budapest)

DS= szubsztitúciós fok glükózegységre számítva

M_w= tömeg szerinti átlagmolekula-tömeg gélpermeációs kromatográfiával mérve ACA 54 Ultrogel oszlopon

CD-tartalom = ciklodextrin-tartalom 1 g talajt 10 ml oldószerrel kevertettünk mágneses keverővei 15 percig szobahőmérsékleten, utána hagytuk ülepedni. A felülúszót szűrés után spektrofotometriásán mértük, és az extrahált antracént mg/g talaj egységben számítottuk:

oldószer	extrahált antracén (mg/g)
VÍZ	0
10% RAMEB	0,24
20% RAMEB	0,36
20% HPBCD	0,34
20% BCDPS	0,42
20% GCDPS	0,26
heptán	0,37

2. példa

Pirénnel szennyezett talaj extrakciója

Az 1. példa szerinti talajt 50,5 mg/g pirénnel szennyeztük, és az 1. példa szerint extraháltuk különféle ciklodextrin-származékok vizes oldataival. A következő eredményeket kaptuk:

oldószer	extrahált antracén (mg/g)
VÍZ	0
10% RAMEB	27
20% RAMEB	44
20% HPBCD	33
20% BCDPS	31
10% AcBCDPS	28
10% GCDPS	40
20% GCDPS	48
10% AcGCDPS	21
heptán	27

3. példa

Perilénnel szennyezett talaj extrakciója

Az 1. példa szerinti talajt 28,4 μg/g perilénnel szennyeztük és az 1. példa szerint extraháltuk különféle ciklodextrin-származékok vizes oldataival. A következő eredményeket kaptuk:

oldószer	extrahált antracén (mg/g)
VÍZ	0
20% RAMEB	6,3
20% RAMEB*	9,1
20% HPBCD	2,7
20% BCDPS	7,1
20% BCDPS**	2,3
20% GCDPS	4,7
20% GCDPS***	2,1
heptán	22,5

* = Extrakció 6 órán át szobahőmérsékleten, ülepedés egy éjszakán keresztül ** = Extrakció 10 percig+2 °C-on, ülepítés 30 percig *** = Extrakció 10 percig +40 °C-on, ülepedés 30 percig

4. példa

Poliaromás szénhidrogén keverékével szennyezett talaj extrakciója g az 1. példa szerinti talajt 10 ml 3,75 mg/ml poliaromás szénhidrogént tartalmazó etanolos oldattal szennyeztünk,, melynek összetétele a következő:

poliaromás szénhidrogén	mg/ml
1-metil-naftalin	0,87
fluorén	1,03
antracén	1,00
fluorantén	0,31
pírén	0,54

A megszárított talajmintákat különféle ciklodextrinszármazékok vizes oldatával extraháltuk az 1. példa szerint, és 2 órát hagytuk ülepedni, majd a felülúszót szűrtük, és összetételét HPLC-vel határoztuk meg [Készülék: Hewlett-Packard 1050, oszlop: Nucleosil 5 Cl8 PAH (Macherey-Nagel 150-8%)] A következő eredményeket kaptuk:

HU 214 838 Β

oldószer	1-metil-naftalin (gg/ml)	fluorén (gg/ml)	antracén (gg/ml)	fluorantén (gg/ml)	pírén (gg/ml)
100% (az extraktum számított összetétele)	43,3	51,5	49,8	15,2	26,8
10% RAMEB	23,3	49,0	42,5	11,0	12,2
10%HPBCD	18,3	38,7	23,1	7,2	8,7
10%BDCPS	21,3	47,9	35,4	12,0	18,2
10% AcBCDPS	21,9	45,1	39,8	12,2	20,2
10%GCDPS	14,4	30,2	14,4	6,8	11,1
10% AcGCDPS	19,3	39,3	13,0	10,7	18,6

5. példa

Poliaromás szénhidrogének elegyével szennyezett talaj extrakciója g az 1. példa szerinti talajt 15 ml 4,56 mg/ml tetrahidrofuránban oldott poliaromás szénhidrogént tartalmazó oldattal szennyeztünk, melynek összetétele a következő:

poliaromás szénhidrogén	mg/ml
1-metil-naftalin	1,13
fluorén	1,20
antracén	1,10
fluorantén	0,29
pírén	0,53
perilén	0,17
körönén	0,14

A megszárított talajmintákat különféle ciklodextrin-származékok vizes oldataival extraháltuk az 1. példa szerint 15 percig kevertetve mágneses keverővei, majd 1,5 óráig hagytuk ülepedni, és a leszűrt felülúszó összetételét HPLCvel mértük meg a 4. példa szerint.

A következő eredményeket kaptuk:

oldószer	1-metil-naftal in (gg/ml)	fluorén (gg/ml)	antracén (gg/ml)	fluorantén (gg/ml)	pírén (pg/ml)	perilén (gg/ml)	körönén (gg/ml)
100% (az extraktum számított összetétele)	56,5	59,9	54,8	14,3	26,3	8,4	7,1
5% RAMEB	7,1	29,1	18,4	1,9	2,4	<0,5	0,7
10% RAMEB	10,0	44,1	27,6	7,3	13,2	0,6	0,9
15% RAMEB	11,6	50,2	33,2	9,40	21,0	1,0	1,2
20% RAMEB	12,1	50,2	32,0	10,0	23,4	1,5	1,3
etanol (96%)	7,93	36,4	24,5	9,1	25,1	5,9	6,5

6. példa

Poliaromás szénhidrogének elegyével szennyezett talaj extrakciója

Pvz 1. példa szerinti talajmintát az 5. példa szerint szennyeztük, és az 5. példa szerint extraháltuk azzal a különbséggel, hogy a felülúszót az extrakció után azonnal szűrtük.

A következő eredményeket kaptuk:

oldószer	l-metil-naftal in (gg/ml)	fluorén (gg/ml)	antracén (gg/ml)	fluorantén (gg/ml)	pírén (pg/ml)	perilén (gg/ml)	körönén (gg/ml)
100% (az extraktum számított összetétele)	56,5	59,9	54,8	14,3	26,3	8,4	7,1
10% RAMEB	9,7	38,5	23,7	7,6	11,8	<0,5	0,6
10% AcBCDPS	7,7	26,6	19,7	6,6	11,8	1,2	<0,5
10% AcGCD D.S.=6,9	6,2	20,0	7,5	4,2	7,2	<0,5	<0,5
10% AcGCD D.S-11,5	8,0	25,0	9,9	6,1	12,8	<0,5	<0,5

HU 214 838 Β

7. példa

Pentaklór-fenollal szennyezett anyag extrakciója Egy szitált anyagmintát 0,53 mg/g pentaklór-fenollal szennyeztünk, és különféle ciklodextrin-származékok vizes oldataival extraháltuk az 1. példa szerint. A következő eredményeket kaptuk:

oldószer	extrahált pentaklór-fenol (mg/g)
VÍZ	0,20
20% RAMEB	0,24
20% HPBCD	0,38
20% GCDPS	0,29
heptán	0,05
etanol (96%)	0,27

8. példa

Diklór-difenil-triklór-etánnal (DDT) szennyezett anyag extrakciója

0,27 mg/g DDT-vel szennyezett anyagmintákat különféle ciklodextrin-származékok vizes oldataival extraháltunk az 1. példa szerint. A következő eredményeket kaptuk:

oldószer	extrahált DDT (mg/g)
VÍZ	0
10% RAMEB	0,11
10%HPBDC	0,14
10%BCDPS	0,14
10% GCDPS	0,16
etanol (96%)	0,22

9. példa

Poliaromás szénhidrogének biológiai lebontása talajban

A szénhidrogénekkel szennyezett talajmintát úgy nedvesítettük, hogy egy-egy adag talajt vízben, különféle ciklodextrinek vagy származékaik vizes oldataihoz vagy vizes metanol vagy etanol oldatokhoz adtunk. Mindegyik lombikot beoltottuk poliaromás szénhidrogének lebontására képes baktériumszuszpenzióval, és szorosan lezárva, szobahőmérsékleten inkubáltuk egy körforgós rázógépen. Bizonyos idő letelte után a lombikok tartalmát extraháltuk, és a poliaromás szénhidrogéneket HPLC-vel mértük. A talajmintákat mikrobiológiailag jellemeztük a mikroorganizmusok quantifikálása céljából.

A legnagyobb lebontási arányokat ciklodextrinszármazékok esetében kaptuk. Az aromás szénhidrogének lebontására képes baktériumok mennyisége jelentősen növekedett ciklodextrin-származékok jelenlétében.

10. példa

Fakonzerváló üzem területéről származó pentaklór-fenollal szennyezett talaj biológiai tisztítása

A kereskedelmi fakonzerválószerrel szennyezett talajmintát, amely 0,1-0,5 mg/g pentaklór-fenolt tartalmaz, elkevertük a szükséges tápanyagokkal, bepermeteztük vízzel vagy különféle ciklodextrinek vagy származékaik vagy ezek keverékének vizes oldatával (az úgynevezett konverziós eleggyel, ami a ciklodextringyártás során keletkezik, és mindháromféle ciklodextrint tartalmazza keményítővel együtt) vagy vizes metanol- vagy etanololdatokkal, és beoltottuk Phanerochaete chrysosporium kultúrával. Ez a fehér-vörös gomba pentaklór-anizollá metilezi a pentaklór-fenolt, és ezzel meg is áll a lebontás. A biológiai lebontás folyamatát úgy követtük, hogy a mintákat n-hexán-aceton (4:1) térfogatarányú elegyével extraháltuk, és pentaklór-fenol és -anizol tartalmukat HPLC-vel mértük.

A ciklodextrint nem tartalmazó rendszerekben a pentaklór-fenol zömmel pentaklór-anizollá alakult, míg a ciklodextrineket vagy ezek származékait tartalmazó rendszerekben a pentaklór-anizol tartalom is jelentősen csökkent a vizsgálat ideje alatt.

11. példa

Szennyezett területről származó talaj biológiai tisztítása

A szennyezett területről származó talaj PAH-tartalma magas, de tartalmaz más ásványolaj-frakciókat is. A biodegradációs kísérletet 100 cm³-es Erlenmeyerlombikokban 50 g talajjal végeztük. Az előkészítés során 50 g talajhoz 2 cm³ alapsóoldatot (2 tömeg% NaNO3, 1 tömeg% K2HPO4, 0,5 tömeg% MgSO4, 0,01 tömeg% FeCl3, 0,01 tömeg% MnCl2 és 0,002 tömeg⁰/» ZnSO4) adtunk. A ciklodextrines kezelést 10 g/kg talaj koncentrációban végeztük (50 g talajhoz 2 cm³ 25%-os RAMEB oldatot adtunk). A kiindulási összes baktériumszámot (Összsejtszám), az olajbontó baktériumok számát (Olajbontószám), a széntetrakloriddal extrahálható szennyezés mennyiségét (Extrakt-tartalom), a PAH-ok arányát az extraktumban (a 4. példa szerinti PHLC módszerrel) és a toxicitást mértük 2 nappal a só és ciklodextrin adagolása után (kezdeti), és majd három hónapos lebontás után (végső). A toxicitást a Photobacterium phosphoreum baktériumtörzs segítségével bioteszt alkalmazásával határoztuk meg. Egy kiindulási agárról beoltottunk 20 cm³tápoldatot, 24 óra elteltével 200 cm³ tápoldatra oltottuk át a baktériumtörzset. A baktériumtenyészethez (5 cm³) adagoltunk 1-1 g talajmintát, és fél óra elteltével mértük a lumineszcencia csökkenését 1211 Rackbetta (LKB Wallac) folyadékszcintillációs számlálóval. Annál nagyobb értéket kapunk, minél toxikusabb a minta.

HU 214 838 Β

		RAMEB-bel nem kezelt (kontroll) minta	RAMEB-bel kezelt minta
Összsejtszám (db/g talaj)	kezdeti	5,4· 10⁵	4,7-10⁵
végső	7,810⁵	1,8· 10⁶
Olajbontószám (db/g talaj)	kezdeti	10³10⁴	10³· 10⁴
végső	7,5· 10⁴	1,010⁵
Extrakttartalom (mg/kg talaj)	kezdeti	6550	6550
végső	6000	3800
PAH-ok aránya az extraktban (%)	végső	26,5	5,3
	kezdeti	83	85
Toxieitás (a fényintenzitás csökkenés%-a)	végső	77	66

A mért adatok azt mutatják, hogy a ciklodextrines kezelés elősegíti a baktériumok szaporodását, különösen az olajbontó baktériumokét. A biológiai lebontás hatásosságát jelzi, hogy RAMEB-es kezelés hatására az extrahálható szennyezés mennyisége jelentősen csökken, különösen pedig az extraktum PAH-tartalma. Ezzel összhangban csökken a talaj toxicitása is.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás szerves anyagokkal szennyezett talajok biológiai tisztításának javítására, azzal jellemezve, hogy az ismert módon, baktérium- vagy gombakultúrával szilárdfázisú vagy iszapfázisú technikával vagy in situ felszín alatti biológiai módszerrel végzett talajtisztítás során ciklodextrinek és/vagy valamely származékuk vagy ezek keverékének 0,1-60 tömeg%-os oldatát keverjük a szennyezett talajhoz a talajra számítva 0,1-30 tömeg% mennyiségben.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy szénhidrogénekkel, különösen poliaromás szénhidrogénekkel és/vagy ezek származékaival szennyezett talajt tisztítunk.
3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fenolokkal és/vagy ezek származékaival szennyezett talajt tisztítunk.
4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy anilinekkel és/vagy ezek származékaival szennyezett talajt tisztítunk.
5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy furánokkal és/vagy ezek származékaival szennyezett talajt tisztítunk.
6. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy dioxinokkal és/vagy ezek származékaival szennyezett talajt tisztítunk.
7. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy bifenilekkel és/vagy ezek származékaival szennyezett talajt tisztítunk.
8. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy szerves színezékekkel szennyezett talajt tisztítunk.
9. Az 1-8. igénypontok szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy ciklodextrinként α-, β- vagy γ-ciklodextrint vagy ezek keverékét alkalmazzuk.
10. Az 1-8. igénypontok szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy ciklodextrin-származékként α-, β- vagy γ-ciklodextrin alkil-, hidroxi-alkil-, acil-származékát, előnyösen lánchosszúságú szubsztituensekkel alkotott származékát alkalmazzuk.
11. Az 1-8. igénypontok szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy ciklodextrin-származékként előnyösen 4-6000 átlagmolekulatömegű α-, β- vagy γ-ciklodextrin-polimert vagy ezek bármelyikének alkil-, hidroxi-alkil-, acil-származékát alkalmazzuk.
12. Az 1-11. igénypontok szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a ciklodextrinek és/vagy származékaik vagy ezek keverékének oldatát a talaj nedvesítésére használjuk az ismert szilárd fázisú biológiai tisztítási technikák során.
13. Az 1-11. igénypontok szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a ciklodextrinek és/vagy származékaik vagy ezek keverékének oldatával feliszapoljuk a talajt az ismert iszapfázisú kezelési technikák során.
14. Az 1-11. igénypontok szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a cíklodextrineket és/vagy azok származékait vagy ezek keverékét az ismert in situ felszín alatti biológiai tisztítási technikák során alkalmazzuk.