Biodegradation of diesel fuel in soils modified with compost or bentonite and with optimized strains of bacteria. Part I. residues of diesel fuel components in soil and changes in microflora activity

• Autorzy: Nowak A. , Nowak J. , Telesiński A. , Hawrot-Paw M. , Błaszak M. , Kłódka D. , Przybulewska K. , Smolik B. , Szymczak J.

Warianty tytułu

PL

Biodegradacja oleju napędowego w glebie modyfikowanej kompostem i bentonitem oraz optymalizowanymi szczepami bak-terii. Cz. I. pozostałości oleju napędowego w glebie i zmiany aktywności mikroflory

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The rate of degradation of diesel fuel components in a sandy and day soil was determined. Compost or bentonite additives and inoculation with selected bacteria strains were used for stimulation of the process. During incubation, residues of diesel fuel components and microbial biomass content, dehydrogenases activity and adenylic energy charge, were determined. In the sandy and day soil, diesel oil residues decreased during the experiment to 0.44-8.68 % and 4.35-11.72 % of the applied dose, respectively. The half-life periods in the sandy soil were 1 to 10 days shorter than in the day one. Soil additives induced a shortening of the half-life periods even by half, especially in sandy soil. Also the inoculation with bacteria caused an in-crease of degradation rate, especially combined with compost or bentonite. Susceptibility of diesel oil components to degradation decreased in the following order: isoparaffins and monoaromatic compounds, then n-paraffins, and n-paraffins and P AH at the end. Compost and bentonite in the sandy soil increased degradation in particular for P AH, monoaromatic compounds and isoparaffins. Monoaromatic compounds and n-paraffins responded to inoculation treatment in a shortening of the t1/2 periods, with a similar additional response of P AH in the sandy soil and of naphthenes in the day soil. During diesel fuel degradation, an increase in the soil microbial biomass content, increase of dehydrogenases activity and high AEC (adenylate energy charge) values was observed. The introduction of modifying additives into soil increases the activity of microflora. Positive correlations were observed . between microflora activity parameters, as well as negative ones between those parameters and diesel fuel residues in soil.

PL

W badaniach określano szybkość zanikania oleju napędowego w glebie lekkiej i ciężkiej. W celu przyspieszenia tego procesu stosowano do gleby dodatki modyfikujące: kompost lub bentonit oraz szczepienie wybranymi szczepami bakterii. Podczas inkubacji gleby wykonywano oznaczenia pozostałości składników oleju napędowego oraz zawartości biomasy żywych mikroorganizmów, aktywności dehydrogenaz oraz ładunku energetycznego (AEC). Pozostałości oleju napędowego zmniejszały się w glebie lekkiej i ciężkiej podczas inkubacji odpowiednio do 0,44-8,86 % i 4,35-11,72 % w stosunku do zastosowanej dawki. Okres połowicznego zanikania był w glebie lekkiej 1 do 10 dni krótszy niż w ciężkiej. Dodatki modyfikujące powodowały skrócenie czasu połowicznego zanikania nawet o połowę, zwłaszcza w glebie lekkiej. Również szczepienie gleby bakteriami powodowało przyspieszenie rozkładu, zwłaszcza w kombinacji z dodatkiem kompostu lub bentonitu. Szybkość zanikania składników oleju napędowego zmniejszała się w kolejności: izoparafiny i skład-niki monoaromatyczne, następnie n-parafiny i nafteny, najwolniej zanikały WW A. Kompost i bentonit w glebie lekkiej powodowały przyspieszenie rozkładu zwłaszcza WWA, składników mono aromatycznych i izoparafin. Związki monoaromatyczne i n-parafiny reagowały na szczepienie gleby skróceniem czasu połowicznego zanikania, podobnie reagowały WWA w glebie lekkiej i nafteny w glebie ciężkiej. Podczas biodegradacji oleju napędowego obserwowano zwiększenie w glebie ilości biomasy żywych mikroorganizmów, aktywności dehydrogenaz oraz wysokie wartości ładunku energetycznego. Wprowadzenie dodatków modyfikujących do gleby powodowało wzrost aktywności mikroflory. Zaobserwowano dodatnią korelację pomiędzy różnymi parametrami ak-tywności mikroflory, jak również ujemną pomiędzy tymi parametrami a pozostałością oleju napędowego w glebie.

Słowa kluczowe

EN

diesel fuel; degradation; inoculation; microbial biomass; dehydrogenase activity; adenylic energy charge; (AEC)

PL

olej napędowy; biodegradacja; szczepienie; biomasa żywych mikroorganizmów; aktywność dehydrogenazy; ładunek energetyczny (AEC)

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 15, nr 6
• Strony: 483--503
• Opis fizyczny: Bibliogr. 38 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nowak A.

autor

Nowak J.

autor

Telesiński A.

autor

Hawrot-Paw M.

autor

Błaszak M.

autor

Kłódka D.

autor

Przybulewska K.

autor

Smolik B.

autor

Szymczak J.

• Department of Microbiology and Biotechnology of Environment, University of Agriculture in Szczecin, ul. J. Słowackiego 17, 71--434 Szczecin, tel. [phone], fax [phone],

Bibliografia

• [1] Balba M.T., Al-Awadhi N. and Al-Daher R.: Bioremediation of oil-contamined soil: microbiological methods for feasibility assessment and field evaluation. J. Microbiol. Meth. 1998, 32, 155-164.
• [2] Dua M., Singh A., Sethunathan N. and Johri, A.K.: Biotechnology and bioremediation: successes and limitations. Appl. Microbiol. Biot. 2002, 59, 143-152.
• [3] Khan F.I., Husain T. and Hejazi R.: An overview and analysis of site remediation technologies. J. Environ. Manage. 2004, 71, 95-122.
• [4] Nowak A., Hawrot M. and Dudzińska, A.: Badania biodegradacji substancji ropopochodnych w glebie oraz wpływu różnych zabiegów intensyfikujących szybkość tego procesu. Ecol. Chem. Eng. 1998, S, 1013-1024.
• [5] Margesin R., Zimmerbauer A. and Schinner F.: Monitoring of bioremediation by soil biological activities. Chemosphere 2000, 40, 339-346.
• [6] Thomassin-Lacroix E.J.M., Eriksson M., Reimer K.J. and Mohu W.W.: Biostimulation and bioaugumentation for on-site treatment of weathered diesel fuel in Arctic soil. Appl. Microbiol. Biot. 2002, 59, 551-556.
• [7] Barathi S. and Vasudevan N.: Bioremediation of crude oil contained soil by bioaugumentation of Pseudomonas fluorescens NSI. J. Environ. Sci. Heat. 2003, A38(9), 1857-1866.
• [8] Ruberto L., Vazquez S.C. and Mac Cormak W.P.: Effectiveness of the natural bacterial flora, biostimulation and bioaugumentation on the bioremediation of a hydrocarbon contaminated Antarctic soil. Int. Biodeter. Biodegr. 2003, 52, 115-125.
• [9] Bento F.M., Camargo F.A.O., Okeke B.C. and Frankenberger W.T.: Comparative bioremediation of soils contamined with diesel Gil by natural attenuation, biostimulation and bioaugumentation. Bioresource Technol. 2005, 96, 1049-1055.
• [10] Hawrot M. and Nowak A.: Effects of different soil treatments on diesel fuel biodegradation. Pol. J. Environ. Stud. 2006, 15, 643-646.
• [11] Demque D.E., Bigger K.W. and Heroux, J.A.: Land treatment of diesel contaminated sand. Can. Geotech. J. 1997, 34, 421-431.
• [12] Farinazleen M.G., Raja N.Z., Rahman A., Salleh AB. and Mahiran R: Biodegradation of hydrocarbons in soil by microbial consortium. Int. Biodeter. Biodegr. 2004, 54, 61-67.
• [13] Gallego J.L.R., Loredo J., Llamas J.F., Vazquez F. and Sanchez J.: Bioremediation of diesel-contaminated soils: Evaluation of potential in situ techniques by study of bacterial degradation. Biodegradation 2001, 12, 325-335.
• [14] Van Gestel K., Mergaert J., Swings J., Coosemans J. and Ryckeboer J.: Bioremediation of diesel oil-contamined soil by composting with biowaste. Environ. Pollut. 2003, 125, 361-368.
• [15] Molina-Barahona L, Rodriquez-Vazquez R., Hernandez-Velasco M., Vega-Jarquin C., Zapata-Perez O., Mendoza-Cantu A. and Albores, A.: Diesel removal from contaminated soils by Biostimulation and supplementation with crop residues. Appl. Soil Ecol. 2004, 27, 165-175.
• [16] Hamdi H., Benzarti S., Manusadźianas L, Aoyama I. and Jedidi N.: Bioaugumentation and biostimulation effects on PAH dissiand soil ecotoxicity under controlled conditions. Soil Biol. Biochem. 2007, 38, 1926-1935.
• [17] Scelza R., Rao M.A. and Gianfreda L.: Effects of compost and of bacterial fells on the decontamination and the chemical and biological properties of an agricultural soil artificially contamined .with phenanthrene. Soil Biol. Biochem. 2007, 39, 1303-1317.
• [18] Bushnell C.D. and Haas H.F.: The utilization of certain hydrocarbons by microorganisms. J. Bacteriol. 1941, 41, 654-673.
• [19] Kootstra P.R., Straub M.H.C., Stil G.H., Van der Velde E.G., Hesselink W. and Land C.C.J.: Solid-phase extraction of polycyclic aromatic hydrocarbons from soil samples. J. Chromatogr. 1995, A697, 123-129.
• [20] Thalmann A.: Zur Methodik der Bestimmung der Dehydrogenaseaktivität im Boden mittels Triphenyltetrazoliumehlorid (TTC). Landwirt. Forsch. 1968, 21, 249-258.
• [21] Öhlinger R.: Dehydrogenase aetivity with the substrate TTC. [In:] Schinner F., Öhlinger R., Kandeler E. and Margesin R. (Eds.), Methods in soil biology. Springer Verlag, Berlin-Heidelberg 1996, 241-243.
• [22] Dyckmans J. and Raubuch M.: A modification of method to determine adenosine nucleotides in forest organic layers and mineral soils by ion-paired reserved-phase high-performance liquid chromatography. J. Microbiol. Meth. 1997, 30, 13-20.
• [23] Atkinson D.E.: Cellular Energy Metabolism and its Regulation. Acad. Press, New York 1997.
• [24] Anderson J.P.E. and Domsch K.H.: A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils. Soil Biol. Biochem. 1978, 10, 215-221.
• [25] Taylor C. and Viraraghavan T.: A bench-scale investigation of land treatment of soil contaminated with diesel fuel Chemosphere 1999, 39, 1583-1593.
• [26] Margesin R. and Schinner F.: Bioremediation of diesel-oil-contaminated alpine soils at law temperatures. Appl. Microbiol. Biot. 1997, 47, 462-468.
• [27] Williams D.L., Kriel K.O., Steward G.A., Hulse R.C., Holsomback J.E. and Steward J.R.: Bioremediation of oil-contaminated soils by stimulating indigenous microbes. Environ. Eng. Geosci. 1998, 5, 112-120.
• [28] Kampbell D.H. and Wilson J.T.: Bioventing to tread fuel spills from underground storage tanks. J. Hazard. Mater. 1991, 28, 75-80.
• [29] Hickey W.J.: In situ respirometry: fleld methods and implications foe hydrocarbon biodegradation in subsurface soils. J. Environ. Qual. 1995, 24, 583-588.
• [30] Kelly I. and Cerniglia C.E.: Degradation of a mixture of high-molecular-weight polycyclic aromatic hydrocarbons by a mycobacterium strain pyr-l. J. Soil Contam. 1995, 4, 77-91.
• [31] Naziruddin M., Grandy Jr. C.P.L. and Tabak H.H.: Determination of biodegradation kinetics of VOCs through the use of respirometry. Water Environ. Res. 1995, 67, 151-158.
• [32] Wan Namkoong W., Hwang E.Y., Park J.S. and Choi J.Y.: Bioremediation of diesel-contami-nated soil with composting. Environ. Pollut. 2002, 119, 23-31.
• [33] Penet S., Marchal R., Sghir A. and Monot F.: Biodegradation of hydrocarbon cuts used for diesel oil formulation. Appl. Microbiol. Biot. 2004, 66, 40-47.
• [34] Megharaj M., Singleton I., McClure N.C. and Naidu R.: Influence of petroleum hydrocarbon contamination on microalgae and microbial activities in a long-term contaminated soil. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 2000, 38, 439-445.
• [35] Joergensen R.G., Schmaedeke F., Windhorst K. and Meyer B.: Biomass and activity of microorganisms in a fuel oil contaminated soil. Soil Biol. Biochem. 1995, 27, 1137-1143.
• [36] Kinniment S.L. and Wimpenny J.W.T.: Measurements of the Distribution of adenylic Concentrations and Adenylic energy Charge across Pseudomonas aeruginosa Biofilms. Appl. Environ. Microb. 1992, 58, 1629-1635.
• [37] Atkinson D.E. and Walton G.M.: Adenosine triphosphate conversation in metabolism regulation. Rat liver cleavage enzyme. J. Biol. Chem. 1997, 242, 3239-3241.
• [38] Chapman S.J., Fall J. and Atkinson D.E.: Adenylic energy charge in Escherichia coli during growth and starvation. J. Bacteriol. 1971, 108, 1072-1086.