Wybrane metody bioremediacji in situ z wykorzystaniem mikroorganizmów

• Autorzy: Waraczewska Z. , Niewiadomska A. , Grzyb A.

Warianty tytułu

EN

Selected methods of bioremediation in situ using microorganisms

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem niniejszej pracy jest przybliżenie metod bioremediacji jako techniki przywracania równowagi biologicznej skażonych środowisk na podstawie najnowszej literatury. Bioremediację definiuje się jako technologię oczyszczania środowiska, polegającą na usuwaniu ze środowiska skażeń różnego typu za pomocą mikroorganizmów i ich enzymów zdolnych do degradacji ksenobiotyków. Usuwanie szkodliwych substancji może odbywać się w miejscu skażenia (in situ) bądź po usunięciu skażonej gleby z jej naturalnego położenia (ex situ). Należy wyróżnić trzy podstawowe metody bioremediacji, w których wykorzystywane są mikroorganizmy: naturalna bioremediacja, biostymulacja oraz bioaugmentacja. Pierwsza z nich polega na regularnym monitorowaniu tempa rozkładu mikrobiologicznego szkodliwych substancji bez ingerencji człowieka. Rozkład ksenobiotyków odbywa się poprzez naturalnie przebiegające reakcje fizyczno-chemiczne, aktywność enzymatyczną mikroorganizmów czy obieg pierwiastków w środowisku. W przypadku, gdy czas rozkładu zanieczyszczeń jest zbyt długi, należy zastosować biostymulację, polegającą na dostarczeniu niezbędnych składników odżywczych i/lub tlenu w celu przyspieszenia wzrostu, aktywności rodzimych populacji drobnoustrojów czy wyrównania stosunku C:N:P. Natomiast bioaugmentacja jest techniką zwiększania zdolności degradacji zanieczyszczonych środowisk poprzez dodanie wybranych szczepów bądź konsorcjów bakteryjnych.

EN

The study bioremediation is defined as a biological method of purification of the environment, which consists in removing soil contaminants by means of microorganisms and their enzymes, which are capable of degrading xenobiotics. Harmful substances can be removed at the site of contamination (in situ) or after removal of contaminated soil from its natural location (ex situ). There are three basic methods of bioremediation with microorganisms: natural bioremediation, biostimulation and bioaugmentation. The first method consists in regular monitoring of the rate of microbial decomposition of harmful substances without human intervention. The decomposition of xenobiotics is based on natural physicochemical reactions, the enzymatic activity of microorganisms and the circulation of elements in the environment. If the time of decomposition of contaminants is too long, biostimulation should be applied. This method consists in providing necessary nutrients and/or oxygen to accelerate the growth and activity of native microbial populations or to equalise C: N: P ratios. Bioaugmentation consists in increasing the degradation capacity of contaminated environments by adding selected bacterial strains or consortia.

Słowa kluczowe

PL

bioaugumentacja; bioremediacja; biostymulacja; mikroorganizmy

EN

bioaugmentation; bioremediation; biostimulation; microorganisms

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 18, z. 3
• Strony: 65--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 58 poz.

Twórcy

autor

Waraczewska Z.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii, ul. Szydłowska 50, 60-656 Poznań

autor

Niewiadomska A.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii, Katedra Mikrobiologii Ogólnej i Środowiskowej

autor

Grzyb A.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii, Katedra Mikrobiologii Ogólnej i Środowiskowej

Bibliografia

• ABED R.M., AL-SABAHI J., AL-MAQRASHI F., AL-HABSI A., AL-HINAI M. 2014. Characterization of hydrocarbon-degrading bacteria isolated from oil-contaminated sediments in the Sultanate of Oman and evaluation of bioaugmentation and biostimulation approaches in microcosm experiments. International Biodeterioration and Biodegradation. Vol. 89 s. 58–66.
• ÁLVAREZ L.M., RUBERTO L.A.M., BALBO A.L., MAC CORMACK W.P. 2017. Bioremediation of hydrocarbon-contaminated soils in cold regions: Development of a pre-optimized biostimulation biopile-scale field assay in Antarctica. Science of the Total Environment. Vol. 590 s. 194–203.
• ANDREOLLI M., LAMPIS S., BRIGNOLI P., VALLINI G. 2015. Bioaugmentation and biostimulation as strategies for the bioremediation of a burned woodland soil contaminated by toxic hydrocarbons: a comparative study. Journal of Environmental Management. Vol. 153 s. 121–131.
• BENTO F.M., CAMARGO F.A., OKEKE B.C., FRANKENBERGER W.T. 2005. Comparative bioremediation of soils contaminated with diesel oil by natural attenuation, biostimulation and bioaugmentation. Bioresource Technology. Vol. 96(9) s. 1049–1055.
• CHIU H.Y., HONG A., LIN S.L., SURAMPALLI R.Y., KAO C.M. 2013. Application of natural attenuation for the control of petroleum hydrocarbon plume: Mechanisms and effectiveness evaluation. Journal of Hydrology. Vol. 505 s. 126–137.
• COLLA T.S., ANDREAZZA R., BÜCKER F., DE SOUZA M.M., TRAMONTINI L., PRADO G.R., FRAZZON A.P.G., DE OLIVEIRA CAMARGO F.A., BENTO F.M. 2014. Bioremediation assessment of diesel– biodiesel-contaminated soil using an alternative bioaugmentation strategy. Environmental Science and Pollution Research. Vol. 21(4) s. 2592–2602.
• CYCOŃ M., MROZIK A., PIOTROWSKA-SEGET Z. 2017. Bioaugmentation as a strategy for the remediation of pesticide-polluted soil: A review. Chemosphere. Vol. 172 s. 52–71.
• DELLAGNEZZE B.M., VASCONCELLOS S.P., ANGELIM A.L., MELO V.M.M., SANTISI S., CAPPELLO S., OLIVEIRA V.M. 2016. Bioaugmentation strategy employing a microbial consortium immobilized in chitosan beads for oil degradation in mesocosm scale. Marine Pollution Bulletin. Vol. 107(1) s. 107–117.
• DUEHOLM M.S., MARQUES I.G., KARST S.M., D’IMPERIO S., TALE V.P., LEWIS D., NIELSEN P.H., NIELSEN J.L. 2015. Survival and activity of individual bioaugmentation strains. Bioresource Technology. Vol. 186 s. 192–199.
• DZIONEK A., WOJCIESZYŃSKA D., GUZIK U. 2016. Natural carriers in bioremediation: A review. Electronic Journal of Biotechnology. Vol. 19(5) s. 28–36.
• EGOROVA D. O., DEMAKOV V. A., PLOTNIKOVA E. G. 2013. Bioaugmentation of a polychlorobiphenyl contaminated soil with two aerobic bacterial strains. Journal of Hazardous Materials. Vol. 261 s. 378–386.
• FILONOV A. E., AKHMETOV L. I., PUNTUS I. F., ESIKOVA T. Z., GAFAROV A. B., IZMALKOVA T. Y., SOKOLOV S.L., KOSHELEVA I.A., BORONIN A. M. 2005. The construction and monitoring of genetically tagged, plasmid-containing, naphthalene-degrading strains in soil. Microbiology. Vol. 74(4) s. 453–458.
• GAŁĄZKA A. 2009. Przegląd biologicznych metod oczyszczania gleb skażonych wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi [The review of biological purification methods of the soils polluted with polycyclic aromatic hydrocarbons]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. Z. 535 s. 103–110.
• GAŁĄZKA A. 2015. Zanieczyszczenia gleb substancjami ropopochodnymi z uwzględnieniem biologicznych metod ich oczyszczenia [Soil contamination with oil derivatives and biological methods of purification]. Kosmos. Nr 1(64) s. 145–164.
• GENTRY T., RENSING C., PEPPER I.A. N. 2004. New approaches for bioaugmentation as a remediation technology. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. Vol. 34(5) s. 447–494.
• GONCIARZ W. 2013. Bakterie w bioremediacji gleby [Bacteria in soil bioremediation]. Edukacja Biologiczna i Środowiskowa. Nr 3 s. 17–22.
• GUARINO C., SPADA V., SCIARRILLO R. 2017. Assessment of three approaches of bioremediation (natural attenuation, landfarming and bioagumentation – assistited landfarming) for a petroleum hydrocarbons contaminated soil. Chemosphere. Vol. 170 s. 10–16.
• HEINARU E., MERIMAA M., VIGGOR S., LEHISTE M., LEITO I., TRUU J., HEINARU A. 2005. Biodegradation efficiency of functionally important populations selected for bioaugmentation in phenoland oil-polluted area. FEMS Microbiology Ecology. Vol. 51(3) s. 363–373.
• HUSSAIN I., PUSCHENREITER M., GERHARD S., SCHÖFTNER P., YOUSAF S., WANG A., SYED J.H., REICHENAUER T.G. 2017. Rhizoremediation of petroleum hydrocarbon-contaminated soils: Improvement opportunities and field applications. Environmental and Experimental Botany. Vol. 147 s. 202–219.
• KASZYCKI P., PETRYSZAK P., PRZEPIÓRA T., SUPEL P. 2013. Bioremediacja gleby zanieczyszczonej ksenobiotykami z wykorzystaniem autochtonicznych drobnoustrojów glebowych. 1. Podstawy procesu i badania modelowego [Bioremediation of soil contaminated with xenobiotics with the use of autochthonous soil microorganisms. 1. Process principles and model studies]. EPISTEME: Czasopismo Naukowo-Kulturalne. Vol. 1(20) s. 109–122.
• KAVAMURA V.N., ESPOSITO E. 2010. Biotechnological strategies applied to the decontamination of soils polluted with heavy metals. Biotechnology Advances. Vol. 28(1) s. 61–69.
• KOSHLAF E., SHAHSAVARI E., ABURTO-MEDINA A., TAHA M., HALEYUR N., MAKADIA T.H., MORRISON P.D., BALL A.S. 2016. Bioremediation potential of diesel-contaminated Libyan soil. Ecotoxicology and environmental safety. Vol. 133 s. 297–305.
• KUPPUSAMY S., THAVAMANI P., MEGHARAJ M., NAIDU R. 2015. Bioremediation potential of natural polyphenol rich green wastes: A review of current research and recommendations for future directions. Environmental Technology and Innovation. Vol. 4 s. 17–28.
• KUYUKINA M. S., IVSHINA I. B., KAMENSKIKH T. N., BULICHEVA M. V., STUKOVA G. I. 2013. Survival of cryogel-immobilized Rhodococcus strains in crude oil-contaminated soil and their impact on biodegradation efficiency. International Biodeterioration and Biodegradation. Vol. 84 s. 118–125.
• LEE S.H., JI W., KANG D.M., KIM M.S. 2018. Effect of soil water content on heavy mineral oil biodegradation in soil. Journal of Soils and Sediments. Vol. 18(3) s. 983–991.
• LIMA D., VIANA P., ANDR S., CHELINHO, S., COSTA C., RIBEIRO R., SOUSA J.P., FIALHO A.M., VIEGAS C.A. 2009. Evaluating a bioremediation tool for atrazine contaminated soils in open soil microcosms: The effectiveness of bioaugmentation and biostimulation approaches. Chemosphere. Vol. 74(2) s. 187–192.
• LOC N.T.B. 2012. Efektywność metody in-situ w usuwaniu zanieczyszczeń ropopochodnych [Efficiency of removing contamination from the production of petroleum origin by method in-situ]. Zeszyty Naukowe. Inżynieria Środowiska/Uniwersytet Zielonogórski. Nr 148(28) s. 15–23.
• ŁUKSA A., MENDRYCKA M., STAWARZ M. 2010. Bioremediacja gleb zaolejonych z wykorzystaniem sorbentów [Bioremediation of oil-contaminated soils using sorbents]. Nafta-Gaz. R. 66. Nr 9 s. 810–818.
• MANCERA-LÓPEZ M. E., ESPARZA-GARCÍA F., CHÁVEZ-GÓMEZ B., RODRÍGUEZ-VÁZQUEZ R., SAUCEDO-CASTANEDA G., BARRERA-CORTÉS J. 2008. Bioremediation of an aged hydrocarboncontaminated soil by a combined system of biostimulation–bioaugmentation with filamentous fungi. International Biodeterioration and Biodegradation. Vol. 61(2) s. 151–160.
• MANSUR A.A., ADETUTU E.M., KADALI K.K., MORRISON P.D., NURULITA Y., BALL A.S. 2014. Assessing the hydrocarbon degrading potential of indigenous bacteria isolated from crude oil tank bottom sludge and hydrocarbon-contaminated soil of Azzawiya oil refinery, Libya. Environmental Science and Pollution Research. Vol. 21(18) s. 10725–10735.
• MASSA V., INFANTINO A., RADICE F., ORLANDI V., TAVECCHIO F., GIUDICI R., CONTI F., URBINI G., DI GUARDO A., BARBIERI P. 2009. Efficiency of natural and engineered bacterial strains in the degradation of 4-chlorobenzoic acid in soil slurry. International Biodeterioration and Biodegradation. Vol. 63(1) s. 112–115.
• MONTI M.R., SMANIA A.M., FABRO G., ALVAREZ M.E., ARGARANA C.E. 2005. Engineering Pseudomonas fluorescens for biodegradation of 2, 4-dinitrotoluene. Applied and Environmental Microbiology. Vol. 71(12) s. 8864–8872.
• MROZIK A. 2016. Mikroorganizmy w bioaugumentacji zanieczyszczonych środowisk [Microorganisms in bioaugmentation of polluted environments]. Postępy Mikrobiologii. Nr 55(2) s. 147–156.
• NIKOLOPOULOU M., PASADAKIS N., KALOGERAKIS K. 2007. Enhanced bioremediation of crude oil utilizing lipophilic fertilizers. Desalination. Vol. 211(1–3) s. 286–295.
• NOWAK J. 2008. Bioremediacja gleb z ropy i jej produktów [Bioremediation of soil contaminated with petroleum products]. Biotechnologia. Nr 1(80) s. 97–108.
• OLANIRAN A.O., BALGOBIND A., PILLAY B. 2013. Bioavailability of heavy metals in soil: impact on microbial biodegradation of organic compounds and possible improvement strategies. International Journal of Molecular Sciences. Vol. 14(5) s. 10197–10228.
• PODSIADŁO Ł., KRZYŚKO-ŁUPICKA T. 2013. Techniki bioremediacji substancji ropopochodnych i metody oceny ich efektywności [Techniques of petroleum compounds bioremediation and methods of assessment of their effectiveness]. Inżynieria i Ochrona Środowiska. Vol. 16(4) s. 459–476.
• POWELL S.M., FERGUSON S.H., SNAPE I., SICILIANO S.D. 2006. Fertilization stimulates anaerobic fuel degradation of Antarctic soils by denitrifying microorganisms. Environmental Science and Technology. Vol. 40(6) s. 2011–2017.
• QIN G., GONG D., FAN M. Y. 2013. Bioremediation of petroleum-contaminated soil by biostimulation amended with biochar. International Biodeterioration and Biodegradation. Vol. 85 s. 150–155.
• ROSIK-DULEWSKA C., KRZYŚKO-ŁUPICKA T., CIESIELCZUK T., KRĘCIDŁO Ł. 2015. Hydrogen peroxide as a biodegradation stimulator in remediation processes of soils heavily contaminated with petrochemicals. Polish Journal of Chemical Technology. Vol. 17(2) s. 17–22.
• ROZPONDEK R., ROZPONDEK K., KACPRZAK M. 2017. Ocena zanieczyszczeń terenów zdegradowanych z wykorzystaniem informacji przestrzennej na przykładzie przemysłu hutniczego [Evaluation of contamination of zn-pb industry degraded areas using spatial information]. Inżynieria Ekologiczna. Nr 18(3) s. 106–113.
• ROY A.S., BARUAH R., BORAH M., SINGH A.K., BORUAH H.P.D., SAIKIA N., DEKA M., DUTTA N., BORA T.C. 2014. Bioremediation potential of native hydrocarbon degrading bacterial strains in crude oil contaminated soil under microcosm study. International Biodeterioration and Biodegradation. Vol. 94 s. 79–89.
• SAFDARI M.S., KARIMINIA H.R., RAHMATI M., FAZLOLLAHI F., POLASKO A., MAHENDRA S., WILDING W.V. FLETCHER T.H. 2018. Development of bioreactors for comparative study of natural attenuation, biostimulation, and bioaugmentation of petroleum-hydrocarbon contaminated soil. Journal of Hazardous Materials. Vol. 342 s. 270–278.
• SANTINI T.C., KERR J.L., WARREN L.A. 2015. Microbially-driven strategies for bioremediation of bauxite residue. Journal of Hazardous Materials. Vol. 293 s. 131–157.
• SARKAR D., FERGUSON M., DATTA R., BIRNBAUM S. 2005. Bioremediation of petroleum hydrocarbons in contaminated soils: comparison of biosolids addition, carbon supplementation, and monitored natural attenuation. Environmental Pollution. Vol. 136(1) s. 187–195.
• SAYARA T., BORRAS E., CAMINAL G., SARRA M., SANCHEZ A. 2011. Bioremediation of PAHs-contaminated soil through composting: Influence of bioaugmentation and biostimulation on contaminant biodegradation. International Biodeterioration and Biodegradation. Vol. 65(6) s. 859–865.
• SERRANO A., GALLEGO M., GONZÁLEZ J.L., TEJADA M. 2008. Natural attenuation of diesel aliphatic hydrocarbons in contaminated agricultural soil. Environmental Pollution. Vol. 151(3) s. 494–502.
• SHARMA V., PANT D. 2018. Structural basis for expanding the application of bioligand in metal bioremediation: A review. Bioresource Technology. Vol. 252 s. 188–197.
• SINGER A.C., VAN DER GAST C.J., THOMPSON I.P. 2005. Perspectives and vision for strain selection in bioaugmentation. Trends in Biotechnology. Vol. 23(2) s. 74–77.
• SMITH E., THAVAMANI P., RAMADASS K., NAIDU R., SRIVASTAVA P., MEGHARAJ M. 2015. Remediation trials for hydrocarbon-contaminated soils in arid environments: Evaluation of bioslurry and biopiling techniques. International Biodeterioration and Biodegradation. Vol. 101 s. 56–65.
• STRĘK M., TELESIŃSKI A. 2015. Zmiana aktywności wybranych enzymów oksydoredukcyjnych wytwarzanych przez mikroorganizmy w glebie lekkiej zanieczyszczonej benzyną w obecności jonów selenu [Change in oxidoreductase activity of selected microbial enzymes in gasoline contaminated light soil in presence of selenium]. Ochrona Środowiska. Vol. 37(1) s. 43–47.
• SUJA F., RAHIM F., TAHA M.R., HAMBALI N., RAZALI M.R., KHALID A., HAMZAH A. 2014. Effects of local microbial bioaugmentation and biostimulation on the bioremediation of total petroleum hydrocarbons (TPH) in crude oil contaminated soil based on laboratory and field observations. International Biodeterioration and Biodegradation. Vol. 90 s. 115–122.
• SZCZEPANIAK Z., CZARNY J., STANIENSKA-PIĘTA J., LISIECKI P., ZGOŁA-GRZEŚKOWIAK A., CYPLIK P., CHRZANOWSKI Ł., WOLKO Ł., MARECIK R., JUZWA W., GLAZAR K., PIOTROWSKA-CYPLIK A. 2016. Influence of soil contamination with PAH on microbial community dynamics and expression level of genes responsible for biodegradation of PAH and production of rhamnolipids. Environmental Science and Pollution Research. Vol. 23(22) s. 23043–23056.
• WANG L., CHI X.Q., ZHANG J.J., SUN D.L., ZHOU N.Y. 2014. Bioaugmentation of a methyl parathion contaminated soil with Pseudomonas sp. strain WBC-3. International Biodeterioration and Biodegradation. Vol. 87 s. 116–121.
• WINQUIST E., BJÖRKLÖF K., SCHULTZ E., RÄSÄNEN M., SALONEN K., ANASONYE F., TUOMELA M. 2014. Bioremediation of PAH-contaminated soil with fungi – From laboratory to field scale. International Biodeterioration and Biodegradation. Vol. 86 s. 238–247.
• WU M., DICK W.A., LI W., WANG X., YaNG Q., WANG T., XU L., ZHAMG M., CHEN L. 2016. Bioaugmentation and biostimulation of hydrocarbon degradation and the microbial community in a petroleum-contaminated soil. International Biodeterioration and Biodegradation. Vol. 107 s. 158–164.
• XIN B.P., WU C.H., WU C.H., LIN C.W. 2013. Bioaugmented remediation of high concentration BTEX-contaminated groundwater by permeable reactive barrier with immobilized bead. Journal of Hazardous Materials. Vol. 244 s. 765–772.
• ZHANG J., ZHANG Y., QUAN X., LIU Y., AN X., CHEN S., ZHAO H. 2011. Bioaugmentation and functional partitioning in a zero valent iron-anaerobic reactor for sulfate-containing wastewater treatment. Chemical Engineering Journal. Vol. 174(1) s. 159–165.