Vplyv huVplyv hummíínovýchnových kyselkyselíín na n na biodegradbiodegradááciuciu pentachlpentachlóórfenolurfenolu

Oddelenie biochemickej technológie, Ústav biotechnológie a potravinárstva, FCHPT STU

Doktorand: Ing. Marianna SkokanovDoktorand: Ing. Marianna Skokanováኊkolitekoliteľľ: Doc. Ing. Katar: Doc. Ing. Kataríína na DercovDercováá, PhD., PhD.

1. Realizované projekty2. Ciele dizertačnej práce3. Získané výsledky4. Predbežné závery5. Publikačná aktivita

HlavnHlavnéé ččasti prednasti prednášášky ky

1. Projekty1. Projekty

VEGA:2004 – 2006: 1/1309/04: Biotechnologické využitie mikroorganizmov na biodegradáciu perzistentných organických polutantov (POP) za účelom dekontaminácie znečisteného životného prostredia (pôdy, vody); vplyv POP ako environmentálnych stresových faktorov na mikrobiálnu bunku2007 – 2009: 1/4357/07: Bioremediácia pôd kontaminovaných degradačnými produktami pesticídov typu chlórfenolov: potenciálne využitie organominerálnych komplexov /OMK/, zeolitu a humínových kyselín

APVV:2007 – 2009: podaný, v hodnotení

2. Ciele pr2. Ciele práácece

Stanovenie základných fyzikálno-chemických charakteristík humínových kyselín izolovaných z lignitu a oxyhumolitu metódami CHN a NMR

Štúdium interakcie humínových kyselín a baktérií Comamonastestosteroni CCM 7350 (izolát z čistiarenských kalov) a sledovanie faktorov ovplyvňujúcich tento proces

Štúdium biodegradácie PCP bakteriálnym kmeňom Comamonastestosteroni CCM 7350 v reálnych pôdnych vzorkách s prídavkom lignitu a humínových kyselín z neho izolovaných za účelom potenciálneho použitia v remediačných technológiách na zníženie koncentrácie organických kontaminantov v pôdach, tým zníženie biodostupnosti, ale tiež toxicity a následne po postupnej desorpciiumožnenie biodegradácie

3. Teoretick3. Teoretickáá ččasasťťa) Charakteristika a) Charakteristika pentachlpentachlóórfenolurfenolu

Pentachlórfenol (PCP) - kontaminant pôdy, sedimentov a vody

Zdroje kontaminácie:- tepelné spracovanie uhlia, pestovanie ryže, herbicídy, fungicídy(konzervácia dreva), insekticídy (degradačné produkty lindánu, penta- a hexachlórbenzénu), lepidlá na báze fenolformaldehydových živíc

PCP - ekologický problém - nízka degradabilita a chemická reaktivita - vysoká toxicita, hydrofobicita,- silná bioakumulácia a adsorpcia

Toxické účinky: akútne - poškodenie CNSchronické - poškodenie pečene, obličiek a karcinogénne

účinkyEPA USA list, EÚ – Štokholmský dohovor – zoznam 12 nebezpečných polutantov

Cl

Cl

Cl

OH

Cl

Cl

1

2

34

5

6

b) b) ČČo so súú hhumumíínovnovéé kyselinykyseliny (H(HKK))

Komplex molekúl rôznorodosť funkčných skupín (najmä karboxylové)schopnosť väzby s rôznymi chemickými zlúčeninamiposkytovanie množstva chemických reakcií (ióno-výmenné)

a) v pôde sa tvoria v procese humifikácie:

Humínové látky

Postup izolácie humínových kyselín z pôdy

b) dlhodobejšie - v karbonizačnom procese:

Obsah HK v prírodných matriciach:• pôda– 3 %• rašelina – 3-10 %• lignit resp. leonardit – až do 85 %

Schéma karbonizačného procesu

pôda

rašelina

hnedé uhlie

(leonardit)

lignit

c) Moc) Možžnosti vyunosti využžitia itia humhumíínovýchnových kyselkyselíínn

Fyzikálne modifikujú štruktúru pôdy - zdokonaľujú štruktúru pôdy

Chemicky menia fixačné vlastnosti pôd

Biologicky stimulujú rastlinu a aktivitu mikroorganizmov

Ekonomické hľadisko - zvyšovanie pôdnej úrodnosti a pôdnej kapacity zádržnosti vody - redukcia spotreby vody

- zvýšenie výťažku úrody až do 70%, redukcia používania umelých hnojív a pesticídov až do 30%

EkologickEkologickéé hhľľadiskoadisko - účinné a efektívne riešenia pre environmentálne problémy a zachovanie environmentu (predchádzajúpresoleniu a erózii pôd, chránia mikroorganizmy pred toxickými látkami a tým podporujú ich biologickú aktivitu)

4. Experiment4. Experimentáálna lna ččasasťťa) Analýzy a) Analýzy humhumíínovýchnových kyselkyselíín (CHN, NMR)n (CHN, NMR)

46,439,045,0--17,317,30,80,838,338,343,643,6HK čistá(oxyhumolit)

55,944,034,74,519,01,128,851,1HK čistá(lignit)

HK (zdroj)

α(%)

Car(%)

Calif.(%)

COOH(meq.g-1 HK)

O(at. %)

N(at. %)

H(at. %)

C(at. %)

Parameter →

Základné charakteristiky humínových kyselín izolovaných z lignitu a oxyhumolitu

Analýzy:Doc. Ing. Peter Segľa, CSc. – Oddelenie anorganickej chémie, FCHPT STUDoc. Ing. Tibor Liptaj, CSc. – Oddelenie NMR a hmotnostnej spektrometrie, FCHPT, STU

b) Interakcia HK a baktb) Interakcia HK a baktééririíí

0

10

20

30

40

0 1 12 24 48t (h)so

rpci

a H

K (%

) 10 mg/l50 mg/l100 mg/l

Testovaný bakteriálny kmeň Comamonastestosteroni CCM 7350,G- baktéria izolovanáz kontaminovaného kalu ČOV (REM: zväčšenie 10 000x)

Humínová kyselina na povrchu pôdnej častice(www.humintech.com)

Humínová kyselina na povrchu baktérie Rhodococcus erytrophylispo 12 hodinách kultivácie (Feifičováa kol., 2005, ÚKSC VŠCHT Praha

Časový priebeh sorpcie HK na bakteriálny povrch:- poč. koncentrácia HK – 50 mg.l-1

- poč. koncentrácia PCP – 10, 50, 100 mg.l-1

- poč. koncentrácia biomasy – 0,5 g.l-1

Comamonas testosteroni CCM 7350 po 48 h kultivácie v prítomnosti PCP (100 mg.l-1) a HK (50 mg.l-1), poč. koncentrácia biomasy 0,5 mg.l-1(REM: zväčšenie 20 000x)

c) Degradc) Degradáácia PCP v rôznych typoch pôd cia PCP v rôznych typoch pôd

Porovanie biodegradácie pentachlórfenolu v troch testovaných pôdnych typochs prídavkom lignitu (■) alebo humínových kyselín (■) izolovaných z lignitu po 7, 14, a 21 dňoch

Porovanie biodegradácie pentachlórfenolu v testovaných pôdnych typoch s prídavkom lignitualebo humínových kyselín izolovaných z lignitu po 7, 14, a 21 dňoch

lignit

0

10

20

30

40

50

60

70

10 mgPCP/kgpôdy

100PCP/kgpôdy

10 mgPCP/kgpôdy

100PCP/kgpôdy

10 mgPCP/kgpôdy

100PCP/kgpôdy

černozem fluvizem regozem

čas (dni)

degr

adác

ia P

CP

(%)

7 dní

14 dní

21 dní

izolovaná HK

0

10

20

30

40

50

60

70

10 mgPCP/kg

soil

100 mgPCP/kg

soil

10 mgPCP/kg

soil

100 mgPCP/kg

soil

10 mgPCP/kg

soil

100 mgPCP/kg

soil

černozem f luvizem regozem

čas (dni)

degr

adác

ia P

CP

(%)

7 dní

14 dní

21 dní

černozem

14

21

0

10

20

30

40

50

60

70

10 mg PCP/kg pôdy 100 mg PCP/kg pôdy

čas (dni)

degr

adác

ia P

CP

(%

)

0

10

20

30

40

50

60

70

regozem

7

721

0

10

20

30

40

50

60

70

10 mg PCP/kg pôdy 100 mg PCP/kg pôdy

čas (dni)

degr

adác

ia P

CP

(%)

0

10

20

30

40

50

60

70

fluvizem

7

7

14

14

21

0

10

20

30

40

50

60

70

10 mg PCP/kg pôdy 100 mg PCP/kg pôdy

čas (dni)

degr

adác

ia P

CP

(%

)

0

10

20

30

40

50

60

70

Znižovanie koncentrácie toxických zlúčenín(chlórovaných aromátov) → znižovanie ich biodostupnosti v dôsledku imobilizácie →zníženie pôdnej toxicity → zvýšeniebiodegradability

Spolupráca:Výskumný ústav pôdohospodárstva a ochrany pôd (VUPOP),Bratislava – dodanie definovaných pôdVysoké učení technické (VUT), Brno – dodanie humínových kyselínFakulta technologická UTB, Zlín – bakteriálny izolát Comamonastestosteroni CCM 7350

4. Predbe4. Predbežžnnéé zzááveryvery

5. Publika5. Publikaččnnáá aktivitaaktivitaPÔVODNÉ VEDECKÉ PRÁCE v CC a CA časopisoch1. DERCOVÁ K., SEJÁKOVÁ Z., SKOKANOVÁ M., BARANČÍKOVÁ G., MAKOVNÍKOVÁ J.: Bioremediation of soil

contaminated with pentachlorophenol (PCP) using humic acids bound on zeolite. Chemosphere 66: 783–790 (2007)2. DERCOVÁ K., SEJÁKOVÁ Z., SKOKANOVÁ M., BARANČÍKOVÁ G., MAKOVNÍKOVÁ J.: Potential use of

organomineral complex (OMC) for bioremediation of pentachlorophenol (PCP) in soil. Int. Biodeter. Biodegr. 58 (3-4): 248-253, 2006

3. DERCOVÁ K., SEJÁKOVÁ Z., SKOKANOVÁ M., BARANČÍKOVÁ G., MAKOVNÍKOVÁ J., RŮŽIČKA J.: Využitie organo-minerálneho komplexu pri bioremedácii kontaminovaných pôd. Chemické listy, (v tlači), 2006

INÉ VEDECKÉ PRÁCE:1. DERCOVÁ K., BARANČÍKOVÁ G., MAKOVNÍKOVÁ J., SEJÁKOVÁ Z., SKOKANOVÁ M.: Potential use of

organomineral complex (OMC) at bioremediation of soil contaminated with organic (PCP) and inorganic (Pb, Cd) pollutants. Vedecké práce VÚPOP 28: 22-31 (2006)

KONFERENCIE:Zahraničné:1. DERCOVÁ K., SEJÁKOVÁ Z., SKOKANOVÁ M., RŮŽIČKA J., ČIČMANOVÁ J.: Use of humic acids for

bioremediation of soil contaminated with pentachlorophenol (PCP). V: e-Proceedings Protection and Restoration of the Environment VIII, Editor (i): E. Gidarakos, N. Nikolaidis, C. Christodoulatos , Chania, Crete, Greece, P023, 1-8, 2006 (Pr)

2. DERCOVÁ K., SEJÁKOVÁ Z., SKOKANOVÁ M.: Potenciálne využitie organo-minerálneho komplexu pribioremedácii kontaminovaných pôd. V: Zborník príspevkov konferencie Sanační technologie IX, Editor (i): J. Burkhard, O. Halousková, 171-173, Luhačovice, ČR 2006 (Po)

3. SKOKANOVÁ M., DERCOVÁ K., SEJÁKOVÁ Z.: Toxicity of low-chlorinated phenols and pentachlorophenol. V: Proceedings of Junior Scientist Conference, Editor (i): W. Elmenreich, H. Kaiser, 267-268, Vienna, Austria, 2006 (Po)

4. SEJÁKOVÁ Z., SKOKANOVÁ M., DERCOVÁ K.: Use of organomineral complex at remediation of contaminated soil. Junior Scientist Conference. V: Proceedings (W. Elmenreich, H. Kaiser, eds.), 263-264, Vienna, Austria, 2006 (Po)

Domáce:1. SEJÁKOVÁ Z., DERCOVÁ K., SKOKANOVÁ M.: Využitie organo-minerálnych komplexov pri bioremediácii

kontaminovaných poľnohospodárskych pôd. V: Zborník príspevkov Chemzi 280-281, Chemický zjazd, Tatranská Lesná, 2005 (Po)

2. DERCOVÁ K., SEJÁKOVÁ Z., SKOKANOVÁ M.: Využitie sorpčných vlastností humínových kyselín a zeolitov pre environmentálne účely. V: Zborník abstraktov 7. Banskoštiavnické dni, Banská Štiavnica, 2005 (Pr)

3. SKOKANOVÁ M., DERCOVÁ K., SEJÁKOVÁ Z.: Biodegradácia a toxicita chlórovaných fenolov. V: Zborník príspevkov Študentskej vedeckej konferencie 1. zväzok, Prírodovedecká fakulta Univerzity Komenského, Bratislava, 2004 (Pr) (predn. osobne)

ĎĎakujem za pozornosakujem za pozornosťť!!