Kultivace vzorků konsorcia z kolony na krevním a Sabouraudově agaru

44

První překážky, které vedly ke zpomalení postupu plánu prací, nastaly při dodávkách některých komponentů biofiltrační jednotky. Hlavním problémem byly dodací lhůty některých komponent, které v několika případech dosahovaly až dvou měsíců, navíc je některé společnosti nedodržely. Doba dodání se prodloužila například z původně avizovaných tří týdnů až na šest.

Další zdržení nastalo, když dodávka některých komponent neobsahovala všechny potřebné součásti nutné pro zprovoznění daného komponentu, např. balení hmotnostních regulátorů průtoku neobsahovalo adaptéry, které se musely doobjednat separátně.

Při samotném zahájení provozu, respektive v průběhu inokulace rovněž došlo k několika provozním problémům. Dvakrát například došlo k ucpání rozstřikovací hlavice v koloně.

Následným natlakováním cirkulačního okruhu se uvolnila hadička u čerpadla a uniklo inokulační médium. Tento problém byl vyřešen přiočkováním nového konsorcia a dalším mechanickým utěsněním spoje mezi hadičkou a kapilárou.

Dalším problémem byla koroze drátu, ze které byla vyrobena síťka nesoucí lože nosičů biomasy v biofiltrační koloně, a to i přesto, že byl natřen barvou. Sraženiny železa byly následně detekovány i na nosičích odebraných ze spodní části kolony. Následně byl nevhodný drát vyměněn za nerezový a problém vyřešen.

Největší problém ovšem nastal po zahájení provozu, tedy po prvním přídavku toluenu do biofiltrační jednotky. Po pouhých třech dnech kontinuálního provozu byly vyčerpány oba dva plyny, syntetický vzduch i toluen. Provoz jednotky musel být proto zastaven. Důvodem byl nízký plnící tlak, a to především u tlakové láhve obsahující toluen. V další fázi je tedy nutné zabývat se jiným, vhodnějším způsobem dávkování toluenu do biofiltrační kolony. Jedno z možných řešení je nahradit tlakovou láhev syntetického vzduchu kompresorem vzduchu. Ovšem problém zůstává s dávkováním toluenu a regulací jeho koncentrací, které by měly dosahovat pokud možno standardních hodnot bez významnějších fluktuací, aby je bylo možné adekvátně ředit vzduchem a řídit tak provoz celé kolony. V úvahu přichází dávkování toluenu přes promývací baňku či jeho dávkování mikročerpadlem do vyhřívané expanzní nádoby s následným ředěním vzduchem v požadovaném poměru. Tyto varianty však budou muset být nejprve důkladně diskutovány otestovány.

45

5 Závěr

Cílem této práce bylo otestovat nanovlákna jako nosiče biomasy při biofiltraci vzduchu kontaminovaného toluenem. Pro jeho realizaci bylo na základě literární rešerše navrhnuto schéma biofiltrační jednotky, zvoleny její komponenty a sestavena laboratorní biofiltrační jednotka.

Nosiče biomasy, jimiž byla biofiltrační jednotka naplněna, byly vyrobeny z nosných vláken převážně s nánosem polyuretanových nanovláken s jemností 10 dtex. Pro porovnání nárůstu biofilmu byly do kolony přidány také nosiče vyrobeny z nosných vláken s nižším nánosem polyuretanových nanovláken, tj. 5 dtex, a nosiče vyrobené pouze z nosné nitě, tedy bez nánosu nanovláken.

Biofiltrační jednotka byla prostřednictvím cirkulačního okruhu inokulována předem vybraným mikrobiálním konsorciem obsahující především bakterie rodu Rhodococcus. Nárůst biofilmu na nosičích byl pravidelně sledován prostřednictví mikroskopických technik. Bylo zjištěno, že nárůst biofilmu byl pomalejší na nosičích s vyšším nánosem nanovláken (10 dtex) než na nosičích s nižším nánosem nanovláken (5 dtex). Možné vysvětlení spočívá v rozdílném charakteru povrchu vláken. Vyšší nános nanovláken tvořil totiž relativně hladší povrch, který mohl být horší pro fixaci mikroorganismů na povrchu vlákna, než nižší nános nanovláken. I přes problémy se zanesením cirkulačního okruhu byl již 70. den od inokulace dobře pozorovatelný nárůst biofilmu na nosičích.

Po dostatečném nárůstu biofilmu byl zahájen provoz zavedením toluenu do biofiltrační jednotky. Po 3 dnech kontinuálního provozu byl z tlakových láhví vyčerpán veškerý syntetický vzduch i toluen a provoz musel být proto přerušen. Problém spočíval v nízkém plnícím tlaku, zejména u tlakové láhve obsahující toluen, u které po spuštění dosahoval tlak pouze necelé 3 bar, místo dodavatelem garantovaných 10 bar. Nicméně i tak by se provoz prodloužil jen přibližně 3­4krát. Z těchto výsledků vyplynulo, že využití tlakových láhví nebylo vhodné pro dlouhodobý provoz biofiltrační jednotky.

Z důvodu selhání části laboratorní jednotky navržené pro vytvoření kontaminovaného vzduchu nebyla otestována biofiltrační funkce této jednotky v plánovaném rozsahu. Po volbě a otestování vhodnějšího způsobu dávkování/ředění polutantu do biofiltrační jednotky bude v provozu jednotky pokračováno.

46

Použitá literatura

AALBORG, 2014. GFC Mass Flow Controller Operating Manual [online]. 2014. Dostupné z:

http://www.aalborg.com/images/file_to_download/A_GFC%20Manual%20TD9709M%20Rev

%20P.pdf.

AMBROŽOVÁ, Jana, 2004. Mikrobiologie v technologii vod [online]. 1. vyd. Praha: VŠCHT.

ISBN 80-708-0534-X. Dostupné z: http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_isbn-80-7080-534-X/pages-img/.

BAJI, Avinash, Yiu-Wing MAI, Shing-Chung WONG, Mojtaba ABTAHI a Pei CHEN, 2010. Electrospinning of polymer nanofibers: Effects on oriented morphology, structures and tensile properties. Composites Science and Technology [online]. 5., roč. 70, č. 5, s. 703–718 [vid.

15. únor 2015]. ISSN 0266-3538. Dostupné z: doi:10.1016/j.compscitech.2010.01.010.

BARHATE, R a S RAMAKRISHNA, 2007. Nanofibrous filtering media: Filtration problems and solutions from tiny materials. Journal of Membrane Science [online]. 15.6., roč. 296, č.

1-2, s. 1–8 [vid. 20. únor 2015]. ISSN 0376-7388. Dostupné z: doi:10.1016/j.memsci.2007.03.038.

BHARDWAJ, Nandana a Subhas C. KUNDU, 2010. Electrospinning: A fascinating fiber fabrication technique. Biotechnology Advances [online]. 5., roč. 28, č. 3, s. 325–347 [vid.

15. únor 2015]. ISSN 0734-9750. Dostupné z: doi:10.1016/j.biotechadv.2010.01.004.

COHEN, Yariv, 2001. Biofiltration – the treatment of fluids by microorganisms immo-bilized into the filter bedding material: a review. Bioresource Technology [online]. 5., roč. 77, č. 3, s.

257–274 [vid. 6. únor 2015]. ISSN 0960-8524. Dostupné z: doi:10.1016/S0960-8524(00)00074-2.

COX, Huub HJ a Marc A DESHUSSES, 1998. Biological waste air treatment in bio-trickling filters. Current Opinion in Biotechnology [online]. 6., roč. 9, č. 3, s. 256–262 [vid.

9. listopad 2014]. ISSN 0958-1669. Dostupné z: doi:10.1016/S0958-1669(98)80056-6.

DE CARVALHO, Carla C.C.R., 2012. Adaptation of Rhodococcus erythropolis cells for growth and bioremediation under extreme conditions. Research in Microbiology [online]. 2., roč. 163, č. 2, s. 125–136 [vid. 14. listopad 2014]. ISSN 0923-2508. Dostupné z: doi:10.1016/j.

resmic.2011.11.003.

DE CARVALHO, Carla C. C. R. a M. Manuela R. DA FONSECA, 2005b. Degradation of hydrocarbons and alcohols at different temperatures and salinities by Rhodococcus erythropolis DCL14. FEMS Microbiology Ecology [online]. 2., roč. 51, č. 3, s. 389–399 [vid. 14. listopad 2014].

ISSN 0168-6496, 1574-6941. Dostupné z: doi:10.1016/j.femsec.2004.09.010.

DE CARVALHO, Carla C. C. R. a M. Manuela R. DA FONSECA, 2005a. The remarkable Rhodococcus erythropolis. Applied Microbiology and Biotechnology [online]. 6., roč. 67, č. 6, s. 715–

726 [vid. 28. listopad 2014]. ISSN 0175-7598, 1432-0614. Dostupné z: doi:10.1007/s00253-005-1932-3.

DE CARVALHO, Carla C. C. R., Vanessa FATAL, Sebastião S. ALVES a M. Manuela R.

DA FONSECA, 2007. Adaptation of Rhodococcus erythropolis cells to high concentrations of toluene. Applied Microbiology and Biotechnology [online]. 10., roč. 76, č. 6, s. 1423–1430 [vid.

9. listopad 2014]. ISSN 0175-7598, 1432-0614. Dostupné z: doi:10.1007/s00253-007-1103-9.

DELHOMÉNIE, Marie-Caroline, Louise BIBEAU, Julie GENDRON, Ryszard BRZEZINSKI a Michèle HEITZ, 2003. A study of clogging in a biofilter treating toluene

47

vapors. Chemical Engineering Journal [online]. 8., roč. 94, č. 3, s. 211–222 [vid. 17. listopad 2014].

ISSN 1385-8947. Dostupné z: doi:10.1016/S1385-8947(03)00052-4.

DONLAN, Rodney M., 2002. Biofilms: Microbial Life on Surfaces. Emerging Infectious Diseases [online]. 9., roč. 8, č. 9, s. 881–890 [vid. 10. únor 2015]. ISSN 1080-6040, 1080-6059.

Dostupné z: doi:10.3201/eid0809.020063.

Evropská unie, 2010. Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/75/EU: o prů-myslových emisích (integrované prevenci a omezování znečištění). In: Úřední věstník Evropské unie.

FOXALL, Kerry, 2014. Toluene: general information, incident management and toxicology [online].

2014. B.m.: Public Health England. [Vid. 14. listopad 2014] Dostupné z: https://www.gov.uk/

government/publications/toluene-properties-incident-management-and-toxicology.

HACH-LANGE, Company, 2013. DR 6000 [online]. Dostupné z: http://www.hach.com/

asset-get.download.jsa?id=12166310600.

CHAUDHARY, Anisha, Ashish GUPTA, Rakesh B MATHUR a Sanjay R DHAKATE, 2014. Effective antimicrobial filter from electrospun polyacrylonitrile-silver composite nanofibers membrane for conducive environment. Adv Mater Lett [online]. Roč. 5, č. 10, s. 562–568 [vid.

20. únor 2015]. ISSN 0976-3961. Dostupné z: doi:10.5185/amlett.2014.572.

CHEN, Hong, Chunping YANG, Guangming ZENG, Shenglian LUO a Guanlong YU, 2012. Tubular biofilter for toluene removal under various organic loading rates and gas empty bed residence times. Bioresource Technology [online]. 10., roč. 121, s. 199–204 [vid. 7. únor 2015].

ISSN 0960-8524. Dostupné z: doi:10.1016/j.biortech.2012.06.031.

JIRSÁK, Oldřich, Filip SANETRNÍK, David LUKÁŠ, Václav KOTEK, MARITNOVÁ a Jiří CHALOUPEK, 2009. Method of nanofibres production from a polymer solution using electrostatic spinning and a device for carrying out the method [online]. WO2005024101 A1.

září 2009. Dostupné z: https://www.google.com/patents/US7585437.

KAZMAROVÁ, Helena, Bohumil KOTLÍK, Mirka MIKEŠOVÁ, Helena VELICKÁ a Věra VRBÍKOVÁ, 2014. Zdravotní důsledky a rizika znečištění ovzduší. In: Systém monitorování zdravotního stavu obyvatelstva České republiky ve vztahu k životnímu prostředí [online]. 1. vydání. Praha:

Státní zdravotní ústav, s. 137. ISBN 978-80-7071-332-7. Dostupné z: http://www.szu.cz/

uploads/documents/chzp/odborne_zpravy/OZ_13/ovzdusi_2013.pdf.

KENNES, C. a M. C. VEIGA, ed., 2013. Air pollution prevention and control: bioreactors and bioenergy. Hoboken: WILEY, A John Wiley & Sons, Ltd., Publication. ISBN 978-1-1199-4331-0.

KHAN, Faisal I a Aloke KR. GHOSHAL, 2000. Removal of Volatile Organic Compounds from polluted air. Journal of Loss Prevention in the Process Industries [online]. 11., roč. 13, č. 6, s. 527­545 [vid. 17. říjen 2014]. ISSN 0950-4230. Dostupné z: doi:10.1016/S0950-4230(00)00007-3.

KINOVIČ, Filip, Rostislav KÁŇA a Karel KADLEC, 2003. Tepelné hmotnostní průto-koměry a regulátory [online]. Roč. 2003, č. 12. ISSN 1210-9592. Dostupné z: http://automa.cz/

index.php?id_document=29006.

KROFTA, Jiří, 2001. Návody pro laboratorní cvičení z analytické chemie II. 6. přeprac. vyd. B.m.:

VŠCHT. ISBN 80-7080-451-3.

48

LEDVINA, Miroslav, Alena STOKLASOVÁ a Jaroslav CERMAN, 2004. Biochemie pro studující medicíny. Praha: Karolinum. ISBN 80-246-0849-9.

LEWANDOWSKI, Zbigniew, 2014. Fundamentals of biofilm research. Second edition. Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group. ISBN 978-1-4665-5959-2.

LIN, Tong a Xungai WANG, 2013. Needleless Electrospinning of Nanofibers : Technology and Applications [online]. Boca Raton: Pan Stanford. ISBN 978-9-8143-1635-4. Dostupné z:

http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db=nlebk&AN=661046&lang=cs&site=e host-live.

LU, Chungsying, Min-Ray LIN a Chenghaw CHU, 2002. Effects of pH, moisture, and flow pattern on trickle-bed air biofilter performance for BTEX removal. Advances in Environmental Research [online]. 3., roč. 6, č. 2, s. 99–106 [vid. 6. únor 2015]. ISSN 1093-0191. Dostupné z:

doi:10.1016/S1093-0191(00)00072-1.

MUDLIAR, Sandeep, Balendu GIRI, Kiran PADOLEY, Dewanand SATPUTE, Rashmi DIXIT, Praveena BHATT, Ram PANDEY, Asha JUWARKAR a Atul VAIDYA, 2010. Bio-reactors for treatment of VOCs and odours – A review. Journal of Environmental Management [online]. 5., roč. 91, č. 5, s. 1039–1054 [vid. 1. prosinec 2014]. ISSN 0301-4797. Dostupné z:

doi:10.1016/j.jenvman.2010.01.006.

OMEGA, 2000. Electronic Mass Flowmeters [online]. Dostupné z: http://www.omega.com/

toc_asp/frameset.html?book=Green&file=MASS_FLOW_REF.

PETRÍK, Stanislav, 2011. Industrial Production Technology for Nanofibers. In: Tong LIN, ed. Nanofibers - Production, Properties and Functional Applications [online]. B.m.: InTech [vid.

20. prosinec 2014]. ISBN 978-953-307-420-7. Dostupné z: http://www.intechopen.com/books/

nanofibers-production-properties-and-functional-applications/industrial-production-technology-for-nanofibers.

RENE, Eldon R., D.V.S. MURTHY a T. SWAMINATHAN, 2005. Performance evalu-ation of a compost biofilter treating toluene vapours. Process Biochemistry [online]. 7., roč. 40, č. 8, s. 2771–2779 [vid. 8. únor 2015]. ISSN 1359-5113. Dostupné z: doi:10.1016/j.procbio.2004.12.

010.

SINICA, Alla, 2010. Spektrofotometrie ve viditelné oblasti spektra. VŠCHT. Ústav analytické chemie [online]. Dostupné z: http://old.vscht.cz/anl/lach1/5_Foto.pdf.

SON, Won Keun, Ji Ho YOUK, Taek Seung LEE a Won Ho PARK, 2004. Preparation of Antimicrobial Ultrafine Cellulose Acetate Fibers with Silver Nanoparticles. Macromolecular Rapid Communications [online]. 24.9., roč. 25, č. 18, s. 1632–1637 [vid. 20. únor 2015]. ISSN 1022-1336, 1521-3927. Dostupné z: doi:10.1002/marc.200400323.

VANDECASTEELE, Jean-Paul., 2008. Petroleum microbiology: concepts, environmental implications, industrial applications. Paris: Editions Technip. ISBN 978-27108-0906-7.

VERGARA-FERNÁNDEZ, Alberto, Lucia LARA MOLINA, Nelson Alarcón PULIDO a Germán AROCA, 2007. Effects of gas flow rate, inlet concentration and temperature on the biofiltration of toluene vapors. Journal of Environmental Management [online]. 7., roč. 84, č. 2, s. 115­122 [vid. 26. leden 2015]. ISSN 0301-4797. Dostupné z: doi:10.1016/j.jenvman.2006.04.

009.

49

WANG, Xue Ping a Wei Dong LI, 2012. Fabrication and Applications of Nanofibers via Electrospinning. In: Nanofibers : Synthesis, Properties, and Applications [online]. [Hauppauge] New York]: Nova Science Publishers Inc, Nanotechology Science and Technology.

ISBN 978-1-622-57085-0. Dostupné z: http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db

=nlebk&AN=541947&lang=cs&site=ehost-live.

WANG, Zhao, Rakesh GOVIND a Dolloff F. BISHOP, 1996. Review of biofiltration - Effect of support media on biofilter performance. J. Air Waste Manage. Proceedings of the 89th Annual Meeting and Exhibition of the Air and Waste Manage. Assoc., Nashville, Tennessee.

ZILLI, Mario, Emilio PALAZZI, Luciane SENE, Attilio CONVERTI a Marco Del BORGHI, 2001. Toluene and styrene removal from air in biofilters. Process Biochemistry [online].

12., roč. 37, č. 4, s. 423–429 [vid. 28. leden 2015]. ISSN 1359-5113. Dostupné z: doi:10.1016/

S0032-9592(01)00228-X.