Aerobic Process for in Situ Bioremediation of Petroleum-Derived Contamination of Soil: a Field Study Based on Laboratory Microcosm Tests

• Autorzy: Kaszycki P. , Pawlik M. , Petryszak P. , Kołoczek H.

Warianty tytułu

PL

Tlenowa bioremediacja metodą in situ ropopochodnych skażeń gruntu: proces w warunkach polowych na podstawie opracowań laboratoryjnych testów układów modelowych

• Konferencja: V Międzynarodowa Konferencja Naukowa pt.: Toksyczne substancje w środowisku, Kraków, 2-3 września 2008 r.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The on-site ground-water recultivation project was established in April 2007 and lasted till August '07. The work was carried out in the area of a fuel station of the chemical industry-production plant, after dismantling and scrapping of three corroded and leaking oil-storage tanks, each of 50 m3 capacity. Geochemical analyses revealed that the area of approximately 150 m2 was affected by a significant pollution of ground with migrating oily products whose concentration exceeded permissible standard levels. The average content of high-boiling (Tb > 105 °C) organic compounds was 3 655 mg o kg-1 and the hydrocarbon contamination reached the level of 5.5 m of underground water. Possible pollutant migration with the aqueous phase caused high risk of affecting the nearby river that served as a drinking-water resource. The aim of the study was to optimize the in situ cleanup biotechnology to enable pollution biodegradation within one season of 2007. The treatment was based on biological activities of soil-derived microorganisms. The occurrence of soil autochthonous bacteria was established as 0.8 o 106 cells o g-1. Tests carried out in microcosm models revealed that contaminant bioremediation was effective only in the presence of oxygen that proved to be a limiting factor for indigenous bacteria proliferation. Then, the additional soil inoculation with specialized, biochemically active microbial consortia enabled to significantly accelerate kinetics of organic compounds removal. In a field study, an active aeration system was constructed to provide growing microbial biomass with the oxygen. Next, the area became bioaugmented with the active community by applying biomass at initial density of l .5 o 105 cells per g of soil. The pollution level and cell population dynamics were monitored in soil samples collected at several distinct levels of the first geotechnical layer, ie from O to 120 cm. The content of high-boiling organic substances as well as the cell frequency were analyzed with standard procedures. The final biodegradation yields of 92.3 %, 68.1 %, 84.3 % and 93.9 % were obtained within 16 weeks for layers 0-30, 30-60, 60-90 and 90-120 cm, respectively. The observed diversity of the resultant effect was due to heterogeneous geochemical structure of the analyzed soil profile. The highest drop in contamination content correlated with a dramatic increase of soil microflora population up to 7.1 o l O7 cells o g-1. The method of biological treatment, elaborated and implemented in the study, led to a decrease of pollutant concentration to the limits acceptable for industrial group "C" areas within one bioremediation season.

PL

Prace rekultywacyjne środowiska gruntowo-wodnego prowadzono w okresie kwiecień - sierpień 2007 r, na terenie przebudowywanej stacji paliw w obrębie kompleksu zakładów produkcyjnych przemysłu chemicznego. Po usunięciu starych, skorodowanych i przeciekających zbiorników paliwa o pój. 50 m3 każdy dokonano geochemicznego rozpoznania stanu środowiska i wykazano znaczące skażenie gruntu migrującymi substancjami ropopochodnymi. Ponadnormatywne poziomy zanieczyszczeń węglowodorowych stwierdzono na obszarze ok. 150 m2, sięgające w głąb gruntu aż do poziomu lustra wody podziemnej na głębokości ok. 5,5 m. Średnia zawartość wysokowrzących związków organicznych (Tw > 105 °C) wynosiła 3 655 mg o kg-1. Dodatkowo, powstało zagrożenie dalszej migracji skażeń wraz z wodą gruntową do pobliskiej rzeki stanowiącej ujęcie wody pitnej. Celem pracy była optymalizacja proponowanej biotechnologii oczyszczania ziemi in situ, wykorzystującej aktywność biologiczną drobnoustrojów glebowych tak, aby umożliwić biodegradację skażeń w ciągu jednego sezonu. W ziemi stwierdzono występowanie autochtonicznej mikroflory glebowej o liczebności 0,8 o 106 komórek o g-1 gruntu. Testy prowadzone w układach modelowych (ang. microcosms) wykazały, że procesy bioremediacji zanieczyszczeń przebiegały wyłącznie w obecności tlenu, umożliwiającego proliferację bakterii autochtonicznych (40 % spadek poziomu skażeń w ciągu 16 tygodni). Dodatkowe zaszczepienie gruntu specjalistycznym konsorcjum aktywnych biochemicznie drobnoustrojów (biopreparatem) pozwoliło przyśpieszyć kinetykę rozkładu skażeń organicznych (wzrost wydajności do 59 %). W pracach polowych skonstruowano system aktywnego napowietrzania zapewniający dostępność tlenu dla rozwijających się autochtonów, po czym grunt suplementowano aktywnymi drobnoustrojami w ilości ok. 1,5 o l O5 komórek o g-1. W próbkach ziemi, pochodzących z poszczególnych poziomów pierwszej warstwy geotechnicznej do głębokości 120 cm prowadzono monitoring poziomu skażeń oraz dynamiki rozwoju populacji drobnoustrojów. Oznaczanie zawartości substancji ropopochodnych prowadzono według standardowej procedury oznaczania wysokowrzących substancji organicznych w glebie. Liczebność mikroorganizmów glebowych określano standardową, płytkową metodą Kocha. Dla warstw 0-30 cm, 30-60 cm, 60-90 cm oraz 90-120 cm uzyskano końcową efektywność biodegradacji wynoszącą, w ciągu 16 tygodni, odpowiednio: 92,3 %, 68,1 %, 84,3 % oraz 93,9 %. Zróżnicowanie końcowego wyniku wiązało się z heterogeniczną strukturą geochemiczną analizowanego profilu glebowego. Najsilniejszy obserwowany spadek zanieczyszczeń korelował z gwałtownym rozwojem mikroflory glebowej (do 7,1 o l O7 komórek o g-1). Opracowana i zastosowana metoda biorekultywacji pozwoliła obniżyć koncentrację skażeń w sezonie 2007 do poziomu akceptowalnego dla obszarów przemysłowych grupy C.

Słowa kluczowe

EN

in situ bioremediation; petroleum-derived contaminants; biorecultivation of soil; bioaugmentation; autochthonous microorganisms; microbial consortia

PL

bioremediacja in situ; zanieczyszczenia ropopochodne; biorekultywacja ziemi; bioaugmentacja; drobnoustroje autochtoniczne; biopreparat

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 17, nr 4-5
• Strony: 405--414
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Kaszycki P.

autor

Pawlik M.

autor

Petryszak P.

autor

Kołoczek H.

• Katedra Biochemii, Wydział Ogrodniczy Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie,

Bibliografia

• [1] IARC (International Agency for Research on Cancer) Occupational Exposures in Petroleum Refining: Crude Oil and Major Petroleum Fuels, vol. 45. IARC Monograph, Lyon, France 1989.
• [2] Agathos S.N. and Reineke W.: Biotechnology for the Environment: Soil Remediation. KJuwer Academic Publishers, Boston 2002.
• [3] Surygała J.: Petroleum contaminants in ground. Ofic. Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2000.
• [4] Kołoczek H. and Kaszycki P.: [in:] Methods of hydrocarbon contaminants removal from ground-water environment. S. Rychlicki (Ed.), AGH Uczelniane Wyd. Nauk.-Dydakt., Kraków 2006.
• [5] Mc Allister P.M. and Chiang C.Y.: Groundwater Monit. Rev. 1994, 14, 161-173.
• [6] EPA Manual (EPA 510-B-94-003; EPA 510-B-95-007 and EPA 510-R-04-002) How To Evaluate Alternative Cleanup Technologies For Underground Storage Tank Sites: A Guide For Corrective Action Plan Reviewers. U.S. Environmental Protection Agency, 2004.
• [7] Lovley D.R.: Nat. Rev. Microbiol. 2003, l, 35-44.
• [8] Leahy J.G. and Colwell R.R.: Microbiol. Rev. 1990, 54, 305-315.
• [9] Van Hamme J.D., Singh A. and Ward O.P.: Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2003, 67, 503-549.
• [10] Cerniglia C.E.: Biodegradation 1992, 3, 351-368.
• [11] Salminen J.M., Tuomi P.M., Suortti A.-M. and Jorgensen K.S.: Biodegradation 2004, 15, 29-39.
• [12] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi. Dz U 2002, Nr 165, póz. 1359.
• [13] Wskazówki metodyczne dotyczące oceny stopnia zanieczyszczenia gruntów i wód podziemnych produktami ropopochodnymi i innymi substancjami chemicznymi w procesach rekultywacji. PIOŚ, Warszawa 1995.
• [14] Kaszycki P., Petryszak P. and Kołoczek H.: World J. Microbiol. Biotechnol. 2010 (in preparation).