Wykorzystanie testów respirometrycznych do oceny efektywności biodegradacji osadów z instalacji kopalnianych

• Autorzy: Steliga Teresa , Wojtowicz Katarzyna

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2019.01.05

Warianty tytułu

EN

The use of respirometric tests to assess the effectiveness of biodegradation methods for deposits from mining installations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z biodegradacją osadów zdeponowanych w instalacjach wydobywczych i transportujących ropę naftową. Materiał badawczy stanowiły osady zdeponowane w różnych częściach instalacji. Zbadano skład osadów pod kątem zawartości substancji nieorganicznych i organicznych, grupowego składu węglowodorów ropopochodnych (węglowodory alifatyczne, aromatyczne, żywice, asfalteny) oraz zawartości węglowodorów ropopochodnych TPH. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że badane osady składają się głównie z substancji organicznych, z czego zdecydowaną większość stanowią węglowodory alifatyczne. Wyjątkiem jest osad pobrany po tłokowaniu, w którym odnotowano stosunkowo duże zawartości węglowodorów aromatycznych, żywic i asfaltenów. Dla wszystkich osadów obliczono zawartość n-alkanów o długości łańcucha węglowego od n-C8 do n-C44. Szczególną uwagę zwrócono na podatność osadów na biodegradację pod wpływem biopreparatów opracowanych na bazie mikroorganizmów allochtonicznych. Szybkość biodegradacji substancji ropopochodnych analizowano wykorzystując zestaw OxiTop Control. Wzrost aktywności mikrobiologicznej w środowisku reakcyjnym pod wpływem dodatku biopreparatów świadczył o biodegradacji substancji organicznych zawartych w osadach. Na podstawie uzyskanych wyników testu respirometrycznego wytypowano biopreparat, pod wpływem którego biodegradacja zachodziła najbardziej efektywnie. Najbardziej skuteczny okazał się biopreparat IV, w wyniku działania którego uzyskano obniżenie zawartości węglowodorów alifatycznych o długości łańcucha węglowego n-C8 do n-C18 dla osadu najłatwiej biodegradowalnego (osad nr 5) o 59–37%. Natomiast w osadzie najtrudniej biodegradowalnym (osad nr 5) zanotowano spadek o 27–11%. Węglowodory z zakresu n-C19 do n-C30 również uległy biodegradacji w zadowalającym stopniu, tj. 35–14% w osadzie nr 5 oraz 11–6% w osadzie nr 4. Węglowodory zawierające powyżej 30 atomów węgla w cząsteczce uległy redukcji w granicach 13–3% w osadzie nr 5 i 6–2% w osadzie nr 4. Dla osadów surowych i osadów po przeprowadzeniu testu biodegradacji z wybranym biopreparatem, sporządzono wykresy ilustrujące zmianę zawartości n-alkanów w badanych próbkach.

EN

The article presents issues related to the biodegradation of sediments deposited in extraction and transporting crude oil installations. The research material were sediments deposited in various parts of the installation. The composition of sediments in terms of the content of inorganic and organic substances, group composition (aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, resins, asphaltenes) and the content of Total Petroleum Hydrocarbon (TPH) were examined. On the basis of the results obtained, it was concluded that the sediments studied consist mainly of organic substances, of which the vast majority are aliphatic hydrocarbons. The exception is the post-piston sediment, in which relatively high amounts of aromatic hydrocarbons, resins and asphaltenes were noted. The content of n-alkanes with carbon chain length from n-C8 to n-C44 was calculated for all sediments. Particular attention was paid to the susceptibility of sediments to biodegradation under the influence of biopreparations prepared on the basis of allochthonic microorganisms. The rate of biodegradation of petroleum derivatives was analyzed using the OxiTop Control set. The increase in microbial activity in the reaction environment under the addition of biopreparations attested to the biodegradation of organic substances contained in the sediments. On the basis of the results of the respirometric test, a biopreparation was selected, under which biodegradation took place most effectively. The most effective was biopreparation IV, as a result of which the reduction of aliphatic hydrocarbons with a carbon chain length of n-C8 to n-C18 for the most biodegradable sediment (sediment No. 5) by 59–37% was achieved, whereas the most difficult to biodegrade sediment (sediment No. 5) by 27–11%. Hydrocarbons from the range of n-C19 to n-C30 were also biodegradable to a satisfactory degree, i.e. 35–14% in the sediment No. 5 and 11÷6% in the sediment No. 4. Hydrocarbons containing more than 30 carbon atoms in the molecule were reduced within the limits of 13–3% in sediment No. 5 and 6–2% in sediment No. 4. For raw sediments and sediments after biodegradation test using the selected biopreparation, charts illustrating the change in the content of n-alkanes in the samples were made.

Słowa kluczowe

PL

osady; testy respirometryczne; OxiTop; substancje ropopochodne; biodegradacja

EN

sediment; respirometric test; OxiTop; petroleum compounds; biodegradation

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 1
• Strony: 29--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Steliga Teresa

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Wojtowicz Katarzyna

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Anooshe A., Hassanvad M., Shahsavani B., 2012. Study of temperature effect on asphaltene precipitation by visual and quantitative methods. Journal of Petroleum Technology and Alternative Fuels, 3: 8–18. DOI: 10.5897/JPTAF11.035.
• Binner E., Bӧhm K., Lechner P., 2012. Large scale study on measurement of respiration activity (AT4) by Sapromat and OxiTop. Waste Menagement, 32: 1752–1759. DOI: 10.1016/j.wasman.2012.05.024.
• Gasumov R.A., 2016. The specifics of operating minor deposits (as given by the examples of gas condensate deposits of the Northern Caucasus. Journal of Mining Institute, 220: 556–563. DOI: 10.18454/PMI.2016.4.556.
• Haji-Abkari N., Teeraphapkul P., Fogler G.S., 2014. Effect of asphaltene concentration on the aggregation and precipitation tendency of asphaltene. Energy & Fuels, 28: 909–919. DOI: 10.1021/ef4021125.
• Haji-Akbari N., Masirisuk P., Hoepfner M. P., Fogler H.S., 2013. A unified model for aggregation of asphaltenes. Energy & Fuels, 27: 2497– 2505. DOI: 10.1021/ef4001665.
• Jublee J., Suparna M., 2015. Characterization of oily sludge from a refinery and biodegradability assessment using various hydrocarbon degrading strains and reconstituted consortia. Journal of Environmental Menagement, 149: 118–125. DOI: 10.1016/j.jenvman.2014.10.007.
• Kluk D., 2014. Oznaczanie składu ropy naftowej z wykorzystaniem aplikacji SARA. Nafta-Gaz, 10: 684–689.
• Kluk D., 2018. Klasyfikacja osadów deponowanych w instalacjach kopalnianych pod kątem doboru metod ich usuwania. Nafta-Gaz, 3: 193–200, DOI: 10.18668/NG.2018.03.03.
• Lamy E., Chi Tran T., Mottelet S., Panss A., Schoefs O. 2013. Relationships of respiratory quotient to microbial biomass and hydrocarbon contaminant degradation during soil bioremediation. International biodeterioration & biodegradation, 83: 85–91. DOI: 10.1016/j.ibiod.2013.04.015.
• Lubaś J., Biały S., Warnecki M., 2012. Asfalteny w problematyce wydobycia ropy naftowej. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, 179: 1–121.
• Malińska K., 2016. Application of a modified OxiTop® respirometer for laboratory composting studies. Archives of Environmental Protection, 42(1): 56–62. DOI: 10.1515/aep-2016-0007.
• Ozimek A., Kopeć M., 2012. Ocena aktywności biologicznej biomasy na różnych etapach procesu kompostowania przy użyciu systemu pomiarowego OxiTop Control. Acta Agrophysica, 19(2): 379–390.
• Prakash V., Saxena S., Sharma A., Singh S., Singh S.K., 2015. Treatment of Oil Sludge Contamination by Composting. Journal of Bioremediation & Biodegradation, 6(3): 1-6. DOI: 10.4172/2155-6199.1000284.
• Roy A., Dutta A., Pal S., Gupta A., Sarkar J., Chatterjee A., Saha A., Sarkar P., Sar, Kazy S.K., 2018. Biostimulation and bioaugmentation of native microbial community accelerated bioremediation of oil refinery sludge. Bioresource Technology, 253: 22–32. DOI: 10.1016/j.biortech.2018.01.004.
• 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, 342: 270–278. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2017.08.044.
• Saikia R.R., Deka S., 2013. Removal of hydrocarbon from refinery tank bottom sludge employing microbial culture. Environmental Science and Pollution Research, 20: 9026–3033. DOI: 10.1007/s11356-013-1888-2.
• Sarkar J., Kazy S.K, Gupta A., Dutta A., Mohapatra B., Roy A., Bera P., Mitra A., Sar P., 2016. Biostimulation of indigenous microbial community for bioremediation of petroleum refinery sludge. Front. Microbiol., 7: 1–20. DOI: 10.3389/fmicb.2016.01407.
• Sarkar P., Roy A., Mohapatra B., Pal S., Kazy S.K., Maiti M.K., Sar P., 2017. Enrichment and characterization of hydrocarbon-degrading bacteria from petroleum refinery waste as potent bioaugmentation agent for in situ bioremediation. Bioresource Technology, 242: 11–27. DOI:10.1016/j.biortech.2017.05.010.
• Steliga T., Jakubowicz P., Kapusta P., 2012. Changes in toxicity during in situ bioremediation of weathered drill wastes contaminated with petroleum hydrocarbons. Bioresour. Technol., 125: 1–10. DOI: 10.1016/j.biortech.2012.08.092.
• Steliga T., Kluk D., 2017. Ocena składu zanieczyszczeń gleb skażonych TPH i WWA pod kątem opracowania Technologii ich bioremediacji, Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, 215: 1–211. DOI: 10.18668/PN2017.215.
• Steliga T., Uliasz M., 2014. Spent drilling muds management and natural environment protection. Mineral Resoureces Management, 30(2): 135–155. DOI: 10.2478/gospo-2014-0011.
• 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. Int. Biodeterior. Biodegrad., 90: 115–122. DOI: 10.1016/j.ibiod.2014.03.006.
• Tahhan R.A. Ammari T.G., Goussous S.J., Al-Shdaifat H.I., 2011. Enhancing the biodegradation of total petroleum hydrocarbons in oily sludge by a modified bioaugmentation strategy. Int. Biodeterior. Biodegrad., 65: 130–134. DOI: 10.1016/j.ibiod.2010.09.007.
• Tao K., Liu X., Chen X, Hu X., Cao L., Yuan X., 2017. Biodegradation of crude oil by a defined co-culture of indigenous bacterial consortium and exogenous Bacillus subtilis. Bioresource Technology, 224: 327–332. DOI: 10.1016/j.biortech.2016.10.073.
• Varjani S.J., 2017. Microbial degradation of petroleum hydrocarbons. Bioresource Technology, 223: 277–286. DOI: 10.1016/j.biortech.2016.10.037.
• Wang S.Y., Kuo Y.Ch., Hong A., Chang Y.M., Kao M., 2016. Bioremediation of diesel and lubricant oil-contaminated soils using enhanced landfarming system. Chemosphere, 164: 558–567. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2016.08.128.
• Wu M., Li W., Dick W., Ye X., Chen K., Kost D., Chen L., 2017: Bioremediation of hydrocarbon degradation in a petroleum-contaminated soil and microbial population and activity determination. Chemosphere, 169: 124–130. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2016.11.059.
• Xia M., Liu Y., Taylor A., Fu D., Khan A.R., Terry N., 2017. Crude oil depletion by bacterial strains isolated from a petroleum hydrocarbon impacted solid waste management site in California. Int. Biodeterior. Biodegr. 123: 70–77. DOI: 10.1016/j.ibiod.2017.06.003.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).