The influence of radical reactions on the kinetics of polycyclic aromatic hydrocarbons biodegradation

• Autorzy: Staninska J. , Szczepaniak Z. , Cyplik P. , Piotrowska-Cyplik A. , Wojciechowska J.

Warianty tytułu

PL

Wpływ reakcji rodnikowych na kinetykę biodegradacji wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Progressing from the eighteenth century industrial development, transport and urban areas expansion contribute to the accumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in different components of the environment and their deposition into soils. Due to the established, highly adverse PAHs effects on living organisms, there is a tendency to develop effective remediation technologies which can result in PAHs removing from the environment. The aim of this study was to determine the effect of ozone-initial radical reactions on biodegradation kinetics of selected PAHs by an environmental consortium. The consortium was composed of microorganisms isolated from soil permanently contaminated with organic substances such as PAHs. The decomposition reactions were carried out under aerobic conditions at 25°C for 240h in model systems containing water and PAH (naphthalene, phenanthrene or pyrene) at a concentration of 50 mg/l. The ozonation process was conducted before microbial inoculation and lasted 60 minutes (yield 2-5 g of ozone/h). The final PAHs concentrations were measured by photochemiluminescent method. It was found that pre-ozonation does not result in the death of microorganisms. The biodegradation kinetics was evaluated by a comparison of PAH half-life degradation. The results indicate that radical reactions increase the biodegradation efficiency by 25%. These results demonstrate a good efficiency of combined techniques - ozonation and biodegradation - and can provide the possibility of their application in the protection of agricultural land against degradation.

PL

Postępujący od wieku XVIII rozwój przemysłu i transportu samochodowego oraz ekspansja aglomeracji miejskich przyczyniają się do akumulacji związków z grupy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) w różnych komponentach środowiska oraz ich późniejszej depozycji do gleb. Z uwagi na stwierdzone, wysoce niekorzystne oddziaływanie WWA na organizmy żywe dąży się do opracowania technologii ich efektywnej remediacji. Niniejsza praca miała na celu określenie wpływu reakcji rodnikowych indukowanych ozonowaniem na kinetykę biodegradacji wybranych WWA przez konsorcjum środowiskowe wyizolowane z gleb trwale zanieczyszczonych substancjami organicznymi. Reakcje rozkładu prowadzono w warunkach tlenowych, w temperaturze 25oC przez 240h w modelowych mineralnych układach wodnych z dodatkiem odpowiednio: naftalenu, fenantrenu lub pirenu w stężeniach 50 mg/l. Proces ozonowania wykonano przed mikrobiologicznym zaszczepieniem układów i trwał on 60 minut (wydajność 2-5 g ozonu/godz.). Pomiaru ubytków WWA dokonano stosując metodę fotochemiluminescencyjną z uprzednią ekstrakcją heksanem. Stwierdzono, iż wstępne ozonowanie nie wpływa letalnie na konsorcjum środowiskowe. Ocena kinetyki biodegradacji dokonana na podstawie porównania czasu połowicznego rozkładu WWA świadczy, iż reakcje rodnikowe zwiększają o średnio 25% efektywność biodegradacji. Powyższe wyniki świadczące o dobrej efektywności kombinowanych technik - ozonowania i biodegradacji - wskazują na możliwości aplikacyjne w ochronie gruntów rolnych przed degradacja.

Słowa kluczowe

EN

policyclic aromatic hydrocarbons; PAHs; ozonation process; bioremediation process; radical reactions

PL

wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne; WWA; ozonowanie; bioremediacja; reakcja rodnikowa

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, nr 1
• Strony: 93--97
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Staninska J.

• Poznań University of Life Sciences, Department of Biotechnology and Food Microbiology, ul. Wojska Polskiego 48, 60-627 Poznań, Poland

autor

Szczepaniak Z.

• Poznań University of Life Sciences, Institute of Food Technology of Plant Origin, ul. Wojska Polskiego 31, 60-624 Poznań, Poland

autor

Cyplik P.

• Poznań University of Life Sciences, Department of Biotechnology and Food Microbiology, ul. Wojska Polskiego 48, 60-627 Poznań, Poland

autor

Piotrowska-Cyplik A.

• Poznań University of Life Sciences, Institute of Food Technology of Plant Origin, ul. Wojska Polskiego 31, 60-624 Poznań, Poland

autor

Wojciechowska J.

• 1 Poznań University of Life Sciences, Department of Biotechnology and Food Microbiology, ul. Wojska Polskiego 48, 60-627 Poznań, Poland

Bibliografia

• [1] Mrozik A., Piotrowska-Seget Z., Łabu_ek S.: Bacterial degradation and bioremediation of polycyclic aromatic hydrocarbons. Polish Journal of Environmental Studies, 2003, vol. 12(1): 15-25.
• [2] Wieczorek J, Wieczorek Z., Mozolewski W., Pomianowski J.: Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne w pyle PM10. Inż. Ap. Chem., 2011, vol 50(2): 26-27.
• [3] Oleszczuk P., Baran S., Baranowska E., Paranagal J.: Zawartość wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w glebie długotrwale zalanej woda - badania modelowe. Ecological Chemistry and Engineering, 2007, vol. 14(1): 109-116.
• [4] IUNG w Puławach: Monitoring chemizmu gleb ornych w Polsce w latach 2010-2012 (raport końcowy) 2012. http://www.gios.gov.pl/zalaczniki/artykuly/Monitoring_sprawozd_koncowe2.pdf
• [5] Hoigne J.: Chemistry of Aqueous Ozone and Transformation of Pollutants by Ozonation and Advanced Oxidation processes. [in] The Handbook of Enviromental Chemistry, J. Hrubec (ed.) Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg Acta, 1998, Vol. 397: 61-72.
• [6] US Environmental Protection Agency: Survey of New findings in scientific literature related to atmospheric deposition to the great waters: polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). US EPA, North Carolina, 2007 http://www.epa.gov/oaqps001/gr8water/pdfs/PAHSurveyReport.pdf
• [7] Guzik U., Greń I., Wojcieszyńska D., Łabużek S.: Dioksygenazy - główne enzymy degradacji związków aromatycznych. Biotechnologia, 2008, vol. 3(82): 71-88.
• [8] Haapea P., Tuhkanen T.: Aged chlorophenol contaminated soil’s integrated treatment by ozonation soil washing and biological methods. Environ Technol., 2005, vol. 26: 811-819.
• [9] Bernal-Martinez A., Carrère H., Patrureau D., Delqenès J.P.: Ozone pre-treatment as improver of PAH removal during anaerobic digestion of urban sludge. Chemosphere, 2007, vol. 68(6): 1009-1013.
• [10] Tikilili P.V., Nkhalambayausi-Chirwa E.M.: Characterization and biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in radioactive wastewater. J. Hazard. Mater., 2011, vol. 192(3): 1589-96.