Wpływ mieszaniny biosurfaktantów na efektywność bioremediacji gruntu zanieczyszczonego węglowodorami ropopochodnymi

• Autorzy: Wojtowicz Katarzyna , Steliga Teresa

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2024.05.02

Warianty tytułu

EN

The impact of a mixture of biosurfactants on the efficiency of the bioremediation of soil contaminated with petroleum hydrocarbons

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z wykorzystaniem biosurfaktantów (związki powierzchniowo czynne pochodzenia naturalnego) w procesie bioremediacji gleb skażonych węglowodorami ropopochodnymi. Badania bioremediacji gleby zanieczyszczonej TPH (suma węglowodorów ropopochodnych) i WWA (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne) prowadzono metodą pryzmowania ex situ (skala półtechniczna) w dwóch układach badawczych (układ 1 – badania biodegradacji węglowodorów ropopochodnych na drodze inokulacji biopreparatem, układ 2 – badania biodegradacji węglowodorów ropopochodnych w glebach na drodze inokulacji biopreparatem zawierającym domieszkę biosurfaktantów). Wykorzystany w badaniach biopreparat opracowano na bazie autochtonicznych bakterii i grzybów, zdolnych do rozkładu węglowodorów ropopochodnych, natomiast roztwór biosurfaktantów składał się z mieszaniny ƴ-PGA (kwasu ƴ-poliglutaminowego), ramnolipidów i surfaktyny. Badania bioremediacji prowadzono przez okres 6 miesięcy, monitorując zmiany stężenia TPH i WWA w glebie oraz jej toksyczność co 2 miesiące. W wyniku sześciomiesięcznego procesu oczyszczania uzyskano obniżenie stężenia TPH z 6062,59 mg/kg s.m. do 1774,72 mg/kg s.m. (w układzie 1) i do 768,92 mg/kg s.m. (w układzie 2) oraz WWA z 12,05 mg/kg s.m. do 4,27 mg/kg s.m. (w układzie 1) i do 2,20 mg/kg s.m. (w układzie 2). Zastosowanie domieszki biosurfaktantów w biopreparacie pozwoliło na zwiększenie efektywności biodegradacji TPH o 16,59% oraz WWA o 17,17%. Przeprowadzone analizy toksykologiczne z wykorzystaniem testów Phytotoxkit™, Ostracodtoxkit™ oraz Microtox®STP wykazały poprawę jakości gleby w wyniku prowadzonej bioremediacji oraz potwierdziły, że wraz ze spadkiem stężenia węglowodorów ropopochodnych maleje negatywny wpływ gleby poddanej biooczyszczaniu na organizmy testowe. Badania prowadzone w dwóch układach pozwoliły na ocenę wpływu biosurfaktantu na efektywność procesu bioremediacji gleby zanieczyszczonej TPH i WWA oraz umożliwiły udoskonalenie stosowanych metod rekultywacji gruntów skażonych ropą naftową.

EN

The article presents issues related to the use of biosurfactants (surfactants of natural origin) in the bioremediation of soils contaminated with petroleum hydrocarbons. Bioremediation studies were carried out on soil contaminated with TPH (total petroleum hydrocarbons) and PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons) using the ex-situ pile method (semi-technical scale) in two test systems (system 1 – biodegradation of petroleum hydrocarbons by inoculation with a biopreparation, system 2 – biodegradation of petroleum hydrocarbons by inoculation with a biopreparation containing an admixture of biosurfactants). The biopreparation used in the study was developed on the basis of indigenous bacteria and fungi capable of decomposing petroleum hydrocarbons, while the biosurfactant solution consisted of a mixture of ƴ-PGA, rhamnolipids, and surfactin. Bioremediation studies were carried out over a period of 6 months, with changes in TPH and PAH concentrations in the soil and its toxicity being monitored every 2 months. As a result of the six-month purification process, the TPH concentration was reduced from 6062.59 mg/kg dry matter (d.m.) to 1774.72 mg/kg d.m. (in system 1) and to 768.92 mg/kg d.m. (in system 2), while PAHs from 12.05 mg/kg d.m. to 4.27 mg/kg d.m. (in system 1) and to 2.20 mg/kg d.m. (in system 2). The addition of biosurfactants to the inoculant allowed to increase the biodegradation effectiveness of TPH by 16.59% and PAH by 17.17% compared to inoculation with the biopreparation alone. Toxicological analyzes carried out using the PhytotoxkitTM, OstracodtoxkitTM and Microtox®STP tests showed an improvement in soil quality as a result of the bioremediation and confirmed that a reduction in the petroleum hydrocarbons concentration decreased the negative impact of the biotreated soil on the test organisms. Research conducted in the two systems allowed for the assessment of the impact of the biosurfactants on the effectiveness of bioremediation process of soil contaminated with TPH and PAHs and enabled improvement of methods used for the reclamation of crude oil-contaminated soil.

Słowa kluczowe

PL

biopreparat; bioremediacja; biosurfaktanty; węglowodory ropopochodne

EN

biopreparation; bioremediation; biosurfactants; petroleum hydrocarbons

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 80, nr 5
• Strony: 269--278
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys.

Twórcy

autor

Wojtowicz Katarzyna

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Steliga Teresa

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Badmus S.O., Amusa H.K., Oyehan T.A., Saleh T.A., 2021. Environmental Risks and Toxicity of Surfactants: Overview of Analysis, Assessment, and Remediation Techniques. Environmental Science and Pollution Research, 28: 62085–62104. DOI: 10.1007/s11356-021-16483-w.
• Gan S., Lau E.V., Ng H.K., 2009. Remediation of Soils Contaminated with Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs). Journal of Hazardous Materials, 172: 532–549. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2009.07.118.
• Heidarzadeh N., Jebeli M., Gitipour S., 2021. Cement-Based Solidification/Stabilization of Soil Contaminated by Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Using Organophilic Clay. DOI: 10.21203/rs.3.rs-974704/v1.
• Hossain M.F., Akter M.A., Sohan M.S.R., Sultana D.N., Reza M.A., Hoque K.M.F., 2022. Bioremediation Potential of Hydrocarbon Degrading Bacteria: Isolation, Characterization, and Assessment. Saudi Journal of Biological Sciences, 29(1): 211–216. DOI:10.1016/j.sjbs.2021.08.069.
• Hua F., Wang H.Q., 2014. Uptake and Trans-Membrane Transport of Petroleum Hydrocarbons by Microorganisms. Biotechnology & Biotechnological Equipment, 28: 165–175. DOI: 10.1080/13102818.2014.906136.
• Huesemann M.H., 2004. Biodegradation and Bioremediation of Petroleum Pollutants in Soil. [W:] Singh A., Ward O.P. (eds.). Applied Bioremediation and Phytoremediation. Springer, Berlin, Heidelberg, 1: 13–34.
• Janiszewska S., Białobrzeski T., Kruszyńska E., Ciepiela K., 2017. Przegląd metod oczyszczania gruntów i wód gruntowych in situ. Przegląd Geologiczny, 65: 908–915.
• Kapellos G.E., 2017. Microbial Strategies for Oil Biodegradation. [W:] Becker S.M. (ed.). Modeling of Microscale Transport in Biological Processes. Elsevier, 19–39.
• Karthika N., Jananee K., Murugaiyan V., 2016. Remediation of Contaminated Soil Using Soil Washing – a Review. Journal of Engineering Research and Applications, 6: 13–18.
• Kluk D., Steliga T., 2017. Efektywna metoda identyfikacji zanieczyszczeń ropopochodnych (TPH) i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) w glebach. Nafta-Gaz, 73(7):488–495. DOI: 10.18668/NG.2017.07.06.
• Kuppusamy S., Thavamani P., Venkateswarlu K., Lee Y.B., Naidu R., Megharaj M., 2017. Remediation Approaches for Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) Contaminated Soils: Technological Constraints, Emerging Trends and Future Directions. Chemosphere, 168: 944–968. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2016.10.115.
• Mrozik A., Piotrowska-Seget Z., 2010. Bioaugmentation as a Strategy for Cleaning up of Soils Contaminated with Aromatic Compounds. Microbiological Research, 165: 363–375. DOI: 10.1016/j.micres.2009.08.001.
• Mulligan C.N., 2009. Recent Advances in the Environmental Applications of Biosurfactants. Current Opinion in Colloid & Interface Science, 14: 372–378. DOI: 10.1016/j.cocis.2009.06.005.
• Nikolova C., Gutierrez T., 2021. Biosurfactants and Their Applications in the Oil and Gas Industry: Current State of Knowledge and Future Perspectives. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 9: 626639. DOI: 10.3389/fbioe.2021.626639.
• Oliver J.D., 2010. Recent Findings on the Viable but Nonculturable State in Pathogenic Bacteria. FEMS Microbiol Reviews, 34:415–425. DOI: 10.1111/j.1574-6976.2009.00200.x.
• Pacwa-Płociniczak M., Płaza G.A., Piotrowska-Seget Z., Cameotra S.S., 2011. Environmental Applications of Biosurfactants: Recent Advances. International Journal of Molecular Sciences, 12:633–654. DOI: 10.3390/ijms12010633.
• Patel A.B., Shaikh S., Jain K.R., Desai C., Madamwar D., 2020. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: Sources, Toxicity, and Remediation Approaches. Frontiers in Microbiology, 11: 562813.DOI: 10.3389/fmicb.2020.562813.
• Souza E.C., Vessoni-Penna T.C., De Souza Oliveira R.P., 2014. Biosurfactant-Enhanced Hydrocarbon Bioremediation: An Overview. International Biodeterioration & Biodegradation, 89: 88–94.DOI: 10.1016/j.ibiod.2014.01.007.
• Steliga T., 2009. Bioremediacja odpadów wiertniczych zanieczyszczonych substancjami ropopochodnymi ze starych dołów urobkowych. Prace Instytutu Nafty i Gazu, 163: 1–331.
• Steliga T., Wojtowicz K., Kapusta P., Brzeszcz J., 2020. Assessment of Biodegradation Efficiency of Polychlorinated Biphenyls (PCBs) and Petroleum Hydrocarbons (TPH) in Soil Using Three Individual Bacterial Strains and Their Mixed Culture. Molecules, 25: 709.DOI: 10.3390/molecules25030709.
• Varjani S.J., 2017. Microbial Degradation of Petroleum Hydrocarbons. Bioresource Technology, 223: 277–286. DOI: 10.1016/j.biortech.2016.10.037.
• Venosa A.D., Zhu X., 2003. Biodegradation of Crude Oil Contaminating Marine Shorelines and Freshwater Wetlands. Spill Science & Technology Bulletin, 8: 163–178. DOI: 10.1016/S1353-2561(03)00019-7.
• Ward O.P., 2010. Microbial Biosurfactants and Biodegradation. [W:] Sen R. (ed.). Biosurfactants. Springer, New York, 672: 65–74.
• Wojtowicz K., 2022. Opracowanie metodyki oznaczania WWA w próbkach gleb z wykorzystaniem chromatografii cieczowej HPLC. Nafta-Gaz, 78(2): 141–153. DOI: 10.18668/NG.2022.02.06.
• Wojtowicz K., Steliga T., Kapusta P., Brzeszcz J., 2023. Oil-Contaminated Soil Remediation with Biodegradation by Autochthonous Microorganisms and Phytoremediation by Maize (Zea Mays). Molecules, 28: 6104. DOI: 10.3390/molecules28166104.
• Wojtowicz K., Steliga T., Kapusta P., Brzeszcz J., Skalski T., 2022. Evaluation of the Effectiveness of the Biopreparation in Combination with the Polymer γ-PGA for the Biodegradation of Petroleum Contaminants in Soil. Materials, 15: 400. DOI:10.3390/ma15020400.
• Xu X., Liu W., Tian S., Wang W., Qi Q., Jiang P., Gao X., Li F., Li H., Yu H., 2018. Petroleum Hydrocarbon-Degrading Bacteria for the Remediation of Oil Pollution Under Aerobic Conditions: A Perspective Analysis. Frontiers in Microbiology, 9: 2885. DOI:10.3389/fmicb.2018.02885.
• Zajic J.E., Seffens W., Panchal C., 1983. Biosurfactants. Critical Reviews in Biotechnology, 1: 87–107. DOI: 10.3109/07388558309082580.