Studium dopadu biodegradace polyesterů na vybrané ekosystémy

Abstract

Předmětem této diplomové práce je studium biodegradace poly(3-hydroxybutyrátu) (PHB) a polyesteru kyseliny mléčné (PLA) v prostředí vybraných čistírenských kalů a mořských bakterií (WPN směs) a posouzení vlivu vybraných abiotických faktorů na tento proces. První experiment prokázal, že termofilní kal obsahoval mikroorganismy schopné efektivního rozkladu PLA, k čemuž přispěla také vyšší kultivační teplota. Na základě těchto poznatků byly provedeny abiotické testy, které měly ověřit dopad teploty, míchání, složek média a mechanické degradace na rychlost rozkladu polymerů. Ukázalo se, že významný vliv měla pouze zvýšena teplota, a to především u amorfního PLA. U experimentů s mezofilním kalem a WPN směsí byla pomocí systémů OxiTop průběžně monitorována biochemická spotřeba kyslíku (BSK), která byla u WPN směsi průměrně o 20 % vyšší. Přesto byly vyšší hmotnostní úbytky zaznamenány u mezofilního kalu, v případě PHB se jednalo o ztrátu 3,52 %. Dále bylo provedeno několik dalších analýz včetně skenovací elektronové mikroskopie (SEM), jejíž snímky odhalily u PHB přítomnost pórů, které vznikly v důsledku povrchové eroze a potvrdily biodegradační potenciál mezofilního kalu a WPN směsi. V případě PLA se biologický rozklad v těchto prostředích neprokázal.The aim of this master’s thesis is to study the biodegradation of poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) and polylactic acid (PLA) in the environment of selected sewage sludge and marine bacteria (WPN mixture) and to assess the influence of selected abiotic factors on this process. The initial experiment showed that the thermophilic sludge contained microorganisms capable of efficient PLA degradation, which was also supported by the elevated cultivation temperature. Based on these findings, abiotic tests were conducted to evaluate the effects of temperature, agitation, media components, and mechanical stress on the rate of polymer degradation. It was found that only the increased temperature had a significant effect, especially for amorphous PLA. In the experiments with mesophilic sludge and WPN mixture, biochemical oxygen demand (BOD) was continuously monitored using OxiTop systems and was found to be on average 20 % higher for the WPN mixture. However, higher mass losses were recorded for the mesophilic sludge, with a PHB loss of 3,52 %. Several other analyses were performed, including scanning electron microscopy (SEM), which revealed pores in the PHB caused by surface erosion, confirming the biodegradation potential of both the mesophilic sludge and WPN mixture. In contrast, no evidence of PLA biodegradation was found in these environments.