Ocena efektywności biodegradacji węglowodorów ropopochodnych w zastarzałym odpadzie z dołu urobkowego Graby-59 w warunkach przemysłowych metodą in-situ

• Autorzy: Steliga T.

Warianty tytułu

EN

Estimation of biodegradation effectiveness of petroleum hydrocarbons in weathered wastes from the Graby-59 pit in industrial conditions using the in-situ method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono etapowe oczyszczanie zastarzałego odpadu wiertniczego zanieczyszczonego substancjami ropopochodnymi, zdeponowanego w starym dole urobkowym Graby-59. Opracowana technologia była realizowana w warunkach przemysłowych metodą in-situ i obejmowała następujące etapy: remediację wstępną – polegającą na drenażu melioracyjno-odciekowym, modyfikację struktury odpadu, bioremediację podstawową – stymulowaną przez wapnowanie i wzbogacanie środowiska odpadu w składniki biogenne oraz inokulację biopreparatami opracowanymi na bazie autochtonicznych niepatogennych bakterii, grzybów i drożdży wyizolowanych z terenu oczyszczanego dołu urobkowego. Cały proces oczyszczania odpadu wiertniczego z zanieczyszczeń ropopochodnych kontrolowano za pomocą kompleksowego monitoringu, obejmującego badania fizykochemiczne odpadu, analizy chromatograficzne zanieczyszczeń ropopochodnych, badania mikrobiologiczne z wykorzystaniem nowoczesnych technik biologii molekularnej, co pozwoliło na optymalizację przebiegu procesów bioremediacyjnych oraz na ocenę ich efektywności. Wielokryterialną ocenę skuteczności bioremediacji odpadu wiertniczego z terenu starego dołu urobkowego Graby-59 rozszerzono o badania toksykologiczne z wykorzystaniem testu Microtox^® SPT, co pozwoliło na obserwację zmian własności toksycznych w trakcie prowadzenia procesów oczyszczania odpadu i prześledzenie powstawania metabolitów pośrednich podczas biodegradacji zanieczyszczeń ropopochodnych. Przedstawiony tok postępowania w prowadzonym procesie oczyszczania silnie skażonego sub-stancjami ropopochodnymi odpadu z dołu urobkowego Graby-59 umożliwił po okresie 3 lat uzyskanie obniżenia zawartości zanieczyszczeń ropopochodnych do poziomu nieprzekraczającego dopuszczalnych wartości określonych przez obowiązujące standardy jakości gleby i ziemi. Pozwoliło to na zakończenie rekultywacji terenu dołu urobkowego i przekazanie go do zagospodarowania jako użytku leśnego. W trakcie prowadzonego procesu rekultywacji spełniono obowiązujące wymagania administracyjno-prawne w zakresie polskiego ustawodawstwa, co zaowocowało uzyskaniem decyzji o zakończeniu rekultywacji.

EN

The aim of this article is to present the remediation problem of 50-year-old weathered wastes (soil) from the Graby-59 waste pit. This work presents effects of wastes remediation with the use of a stage technology: initial reclamation, modification in the wastes structure in order to increase microorganisms and nutrients bioaccess to petroleum hydrocarbons; basic bioremediation stimulated by liming and waste environment enrichment with biogenic substances and bioaugmentation consisting of inoculation of the pre-treated wastes with biopreparations developed on the basis of indigenous bacteria, enriched with isolated fungi and yeast during the final phase of inoculation. The entire process of drill wastes remediation was controlled with the use of monitoring, which consisted of: physico-chemical research on waste, chromatographical analysis of petroleum pollutants, microbiological tests with an application of an innovative technology of molecular biology. This enabled optimisation of bioremediation and estimation of its effectiveness. Multi-criteria estimation of Graby-59 waste bioremediation effectiveness was aided with toxicological research using the Microtox^® SPT test. This enabled observation of toxicological proper-ties alternations during wastes purification and observation of indirect metabolites development during petroleum hydrocarbons biodegradation. The above presented remediation technology, applied to strongly polluted weathered wastes from waste pit, resulted in decrease in petroleum pollutants content to a satisfactory level in 3 years. Recultivation of waste pit area was completed and the area could be reforested. During recultivation, all required legal and administrative standards concerning Polish law were taken into consideration, which resulted in the adminis-trative decision of recultivation completion.

Słowa kluczowe

PL

odpady wiertnicze; dół urobkowy; zanieczyszczenia ropopochodne; bioremediacja; mikroorganizmy autochtoniczne; inokulacja; ekotoksykologia

EN

drill wastes; waste pit; petroleum contaminants; bioremediation; indigenous microorganisms; inoculation; ecotoxicology

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 70, nr 6
• Strony: 351--364
• Opis fizyczny: Bibliogr. 45 poz., il.

Twórcy

autor

Steliga T.

• Zakład Technologii Eksploatacji Płynów Złożowych, Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Lubicz 25A 31-503 Kraków

Bibliografia

• [1] Adams R. H., Kanga-Leyva K., Guzman-Osorio F. J., Escalante-Espinoza E.: Comparison of moisture management methods for the bioremediation of hydrocarbon contaminated soil. Afr. J. Biotech. 2011, vol. 10, pp. 394-404.
• [2] Araujo C. V., Oliveira C. A., Strotmann U. J., de Silva E. M.: The use Microtox to assess toxicity removal of industrial effluents from the industrial district of Camacari (BA, Brazil). Chemosphere 2005, vol. 58, pp. 1277-1281.
• [3] Arvanitis N., Kitifas E. A., Chalkou K. L, Meintonis Ch., Karagouni A. D.: A refinery sludge deposition site: presence of nahH and alkJ genes and crude oil biodegradation ability of bacterial isolates. Biotechnol Lett. 2008, vol. 30, pp. 2105-2110.
• [4] Bacosa H., Suto K., Inoue Ch.: Preferential degradation of aromatic hydrocarbons in kerosene by a microbial consortium. Int. Biodeter. Biodegrad. 2010, vol. 64, pp. 702-710.
• [5] Brito E. M. S., Duran R., Guyoneaud R., Goni-Urriza M., Garcia de Oteyza T., Crapez M. A. C., Aleluia L, Waserman J. C. A.: A case study of in situ oil contamination in a mangrove swamp (Rio De Janeiro, Brazil). Mar. Pollut. Bulletin 2009, vol. 58, pp. 418-423.
• [6] Choi Y. K., Zylstra G. J., Kim E.: Benzoate catabolite repression of the phthalate degradation pathway in Rhodococcus sp. Strain DK17. App. Environ. Microbiol. 2007, vol. 73, pp. 1730-1374.
• [7] Cyplik R, Schmidt M., Szulc A., Marecik R., Lisiecki R, Heipieper H. J., Owsianiak M., Yainshtein M., Chrzanowski L.: Relative quantitative PCR to assess bacterial community dynamics during biodegradation of diesel and biodiesel fuels under various aeration conditions. Bioresour. Technol. 2001, vol. 102, pp. 4347-4352.
• [8] Desai Ch., Pathak H., Madamwar D.: Advances in molecular and "-omics " technologies to gauge microbial communities and bioremediation at xenobiotic/anthropogen contaminated sites. Bioresour. Technol. 2010, vol. 101, pp. 1558-1569.
• [9] Gallego J. R., Sierra C., Villa R., Pelaez A. L, Sanchez J.: Weathering processes only partially limit the potential for bioremediation of hydrocarbon-contaminated soils. Org. Geochem., 2010, vol. 41, pp. 896-900.
• [10] Guzik U., Wojcieszynska D., Krysiak M., Kaczorek E.: Mikrobiologiczny rozklad alkanow ropopochodnych. Nafta-Gaz 2010, nr 11, s. 1049-1027.
• [11] Hamamura N., Olson S. H., Ward D. M., Inskeep W. R: Microbial population dynamics associated with crude-oil biodegradation in diverse soils. App. Environ. Microbiol. 2006, vol.72, pp. 6316-6324.
• [12] Husaini A., Roslan H. A., Hii K. S. Y., Ang C. H.: Biodegradation of aliphatic hydrocarbon by indigenous fungi isolated from used motor oil contaminated sites. W. J. Microb. Biotechnol. 2008, vol. 24, pp. 2789-2797.
• [13] Jakubowicz P., Steliga T., Kluk D.: Ocena zmian toksyczności ostrej wód złożowych z wykorzystaniem testów ekotoksykologicznych. Nafta-Gaz 2013, nr 5, s. 409-417.
• [14] Kao C. M., Chen C. Y, Chen S. C., Chien H. Y., Chen Y. L.: Application of in situ biosparging to remediate a petroleum-hydrocarbon spill site: Field and microbial evaluation. Chemosphere 2008, vol. 70, pp. 1492-1499.
• [15] Komilis D. P., Vrohidou A-E. K, Voudrias E. A.: Kinetics of aerobic bioremediation of a diesel-contaminated sandy soil: Effect of nitrogen addition. Water Air Soil Pollut., 2010, vol.218, pp. 193-208.
• [16] Li X., Lin X., Li P., Liu W., Wang L., Ma R, Chukwuka K. S.: Biodegradation of the Iow concentration of polycyclic aromatic hydrocarbon in soil by microbial consortium during incubation. J. Hazard. Mater 2009, vol. 172, pp. 601-605.
• [17] Luan T. G., Yu K. S. H., Zhong Y., Zhou H. W., Lan C. Y., Tam N. F. Y: Study of metabolites from the degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) by bacterial consortium enriched from mangrove sediments. Chemosphere 2006, vol. 65, pp. 2289-2296.
• [18] Mahanty B., Pakshirajan K., Dasu V. V.: Batch biodegradation of PAHs in mixture by Mycobacterium frederiksbergense: analysis of main and interaction effects. Clean Technol. Erwiron. Policy 2010, vol. 12, pp. 441-447.
• [19] Mao D., Lookman R., van de Weghe H., Weltens, R., Vanermen G., de Brucker N., Diels L.: Estimation of ecotoxicity of petrolum hydrocarbon mixtures in soil based on HPLC-GCXGC analysis. Chemosphere 2009, vol. 77, pp. 1508-1513.
• [20] Marquez-Rocha F. J., Hernandez-Rodriguez V., Lamela M. T.: Biodegradation of diesel oil in soil by a microbial consortium. Water, Air and Soil Pollut. 2001, vol. 128, pp. 313-320.
• [21] Mishra S., Jyot J., Kuhad R. C., Lal B.: In situ bioremediation potential of oily sludge degrading bacterial consortium. Current Microbiology 2001, vol. 43, pp. 328-315.
• [22] Pearson A., Kraunz K. S., Sessions A. L., Dekas A. E., Le-avitt W. D., Edwards K. J.: Quantijying microbial utilization petroleum hydrocarbons in salt marsh sediments by using the 13C content of bacterial rRNA. App. Eiwiron. Microb. 2008, vol.74, pp. 1157-1166.
• [23] Phillips T. M., Liu D., Seech A. G., Lee H., Trevors J. T.: Bioremediation in Field Box Plots of a Soil Contaminated With Wood-Preservatives: A Comparison of Treatment Conditions Using Toxicity Testing as a Monitoring Techniqąue. Water, Air and Soil Pollut. 2000, vol. 121, pp. 173-187.
• [24] Robak M., Boruczkowski T., Drozdz W., Lazar Z., Baranowska M., Przadlo D., Steininger Z.: Zastosowanie drozdzy Yarrowia lipolytica do bioremediacji gruntu zanieczyszczonego olejem kreozotowym. Ochrona Srodowiska 2011, vol. 33, pp. 27-33.
• [25] Roling W. F. M., Couto de Brito I. R., Swannell R. P. J., Head I. M.: Response of Archaeal communities in beach sediments to spilled oil and bioremediation. Appl. Environ. Microbiol. 2004, vol. 70, pp. 2614-2620.
• [26] Rosa A. P., Triguis J. A.: Bioremediation process on Brazil shoreline. Emdron. Sci. Pollut. Res. 2007, vol. 14, pp. 470^76.
• [27] Saponaro S., Bonomo L., Petruzzelli G., Romele L., Barbafieri M.: Polycyclic aromatic hydrocarbons slurry phase bioremediation of a manufacturing gas (MGP) aged soil. Water, Air and Soil Pollut. 2002, vol. 135, pp. 219-235.
• [28] Sasek W, Cajtham T., Bhatt M.: Use of fungal technology in soil remediation: A case study. Water, Air and Soil Pollut. 2003, vol. 3,pp. 5-14.
• [29] Simarro R., Gonzalez N., Bautisa L. F., Sanz R., Molina M. C.: Optimisation ot fey abioptic factors of PAH (Naphthalene, Phenanthrene and Anthracene) biodegradation process by a bacterial consortium. Water, Air and Soil Pollut. 2011, vol. 217, pp. 365-374.
• [30] Steliga T., Kapusta P., Jakubowicz P.: Changes in toxicity during in situ bioremediation of weathered drill wastes contaminated with petroleum hydrocarbons. Bioresour. Technol. 2012, vol. 125, pp. 1-10.
• [31 ] Steliga T., Kapusta P., Jakubowicz P.: Effectiveness of bioremediation processes of hydrocarbon pollutants in weathered drill wastes. Water, Air and Soil. Pollut. 2009, vol. 1-4, pp. 211-228.
• [32] Steliga T., Kapusta P., Jakubowicz P.: Optimisation research of Petroleum hydrocarbons biodegradation in weathered drilling wastes from waste pits. Was. Managem. Res. 2009, vol. 12,pp. 1065-1075.
• [33] Steliga T.: Bioremediacja odpadow wiertniczych zanieczyszczonych substancjami ropopochodnymi ze starych dolow urobkowych. Prace INiG nr 163, 2009, s. 1-331.
• [34] Steliga T.: Optymalizacja procesu biodegradacji zanieczyszczen ropopochodnych w zestarzalych odpadach z dolow urobkowych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, PAN 2008, vol. 24, s. 87-111.
• [35] Steliga T.: Role of fungi in biodegradation of petroleum hydrocarbons in drill wastes from oldwaste pits. Poi. J. Environ. Stud. 2012, vol. 5, pp. 273-283.
• [36] Steliga T.: The use of biotests in estimation of bioremediation processes in weathered drilling wastes. Arch. Emdron. Protec. 2011, vol. 2, pp. 61-70.
• [37] Talley J. W., Ghosh U., Tucker S. G., Luthy R. G.: Particlescale understanding of the bioavailability of PAHs in sediment. Emdron. Sci. Technol. 2002, vol. 36, pp. 477-483.
• [38] Tang J., Alexander M.: Mild extractactability and bioavailability of polycyclic aromatic hydrocarbons. Environ. Toxicol. Chem. 1999, vol. 18, pp. 2711-1714.
• [39] Thorsen W. A., Copo W. G., Shea D.: Bioavailability of PAHs: effect of soot carbon and PAH source. Environ. Sci. Technol. 2004, vol. 38, pp. 2029-2037.
• [40] Uyttebroek M., Spoden A., Ortega-Calvo J. J., Wouters K., Wattiau P, Bastiaens L., Springael D.: Differential responses of eubacterial, Mycobacterium and Sphingomonas communities in polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) — contaminated soil to Artificially induced changes in PAH profile. J. Environ. Qual. 2007, vol. 36, pp. 1403-1411.
• [41] Wiesche C., Martens R., Zadrazil F.: The effect of interaction between white-root fungi and indigenous microorganisms on degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in soil. Water, Air and Soil Pollut. 2003, vol. 3, pp. 73-79.
• [42] Wright A. L., Weaver R. W.: Fertilization and bioaugmentation for oil biodegradation in salt march Mesocosms. Water, Air and Soil Pollut. 2004, vol. 156, pp. 229-240.
• [43] Xu R., Lau N. L. A., Ng K. L., Obbard J. P.: Application o f a slow-release fertilizer for oil bioremediation in beach sediment. J. Environ. Qual. 2004, vol. 33, pp. 1210-1216.
• [44] Yassin A. R, Schaal K. P.: Reclassification of Nocardia corynebacterioides Serrano et al, 1972 (Approved Lists 1980) as Rhodococcus corynebacterioides comb. nov. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2005, vol. 55, pp. 1345-1348.
• [45] Yerushaimi L., Sarrazin M., Peisajovich A., Leclair G.: Enhanced biodegradation of petroleum hydrocarbons in contaminated soil. Bioremed. J. 2003, vol. l, pp. 37-51.