Bioremediation potential of microbial communities and plants in organochlorine contaminated environments

Mgr. Aday Amirbekov

Doctoral thesis

Abstract:

Hexachlorocyclohexany (HCH) je skupina organochlorových sloučenin, které se vyskytují ve formě několika izomerů ( HCH až -HCH). HCH sloučeniny byly běžně používány jako pesticidy, zejména -HCH jako insekticid. I když je použití izomerů HCH zakázáno již desítky let, jejich přítomnost v životním prostředí je stále reportována po celém světě. Tato disertační práce obsahuje výsledky výzkumu bioremediace HCH pomocí: i) biofiltru naplněném biouhlem (biochar), ii) komplexní technologie Wetland+, iii) mokřadních rostlin a olší (Alnus glutinosa) . Cílem disertační práce bylo zhodnotit účinnost odstraňování HCH v různých biologických systémech, dále vliv izomerů HCH na růst a fyziologické parametry vybraných rostlin a mikrobiální společenstva. První studie prokázala, že biofiltr s biouhlem dosáhl účinnosti odstranění HCH a jeho transformačních produktů z odtokové vody až 96 %, což je pozoruhodný pokrok ve srovnání s konvenčními biofiltry, který odstranil průměrně 68 % HCH. Wetland+, obchodně chráněná technologie, dosáhl průměrné účinnosti 96,8 % pro chlorbenzeny a 81,7 % pro izomery HCH během prvních 12 měsíců provozu, což bylo dosaženo účinnou integrací sedimentačních nádrží, reaktivních bariér, biosorpčních systémů a aerobních mokřadů. Klíčové poznatky fytoremediační studie ukazují, že vybrané druhy mokřadních rostlin a stromů, zejména A. glutinosa, účinně odstraňují HCH z půdy, přičemž účinnost závisí i na druhu izomeru.

Abstract:

Hexachlorocyclohexane (HCH) is a group of chemical compounds occurring in several isomers ( HCH to -HCH). HCH compounds were commonly used as pesticides, particularly -HCH as an insecticide. Even though the use of the HCH isomers has been prohibited for decades, their presence in the environment is still reported worldwide. This thesis comprises an outline of bioremediation of HCH by: i) biochar-filled wetland beds, ii) Wetland+ treatment technology, iii) wetland plant species and Alnus glutinosa tree. The purpose of the dissertation was to investigate the removal efficiency of different systems, the effects of the HCH isomers on the growth, physiological parameters, and microbial communities in selected soil-plants and wetland systems. The first study demonstrated that the biochar wetland beds achieved an impressive 96% efficiency in HCH removal and its transformation products from drainage water, a notable advancement compared to conventional wetland beds that typically remove an average of 68% of HCH. Wetland+, a trademarked remedial technology, achieved an average efficiency of 96.8% for chlorobenzenes and 81.7% for HCH isomers, demonstrating effective integration of sedimentary tanks, PRBs, biosorption systems, and aerobic wetlands over its initial 12 months of operation. The phytoremediation study's key findings demonstrate that selected wetland plants and trees, notably A. glutinosa, effectively remove HCH from the soil, efficiency is dependent on a particular isomer.

Keywords

Hexachlorocyklohexan, fytoremediace, konstruované mokřady, bioremediace, lin geny.

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 22. 3. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: RNDr. Alena Ševců, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Doctoral programme / odbor:
Applied Sciences in Engineering / Applied Sciences in Engineering