Ocena przydatności inokulantów do bioremediacji gleby zanieczyszczonej produktami naftowymi

• Autorzy: Kołwzan B.

Warianty tytułu

EN

Assessment and choice of inoculants for the bioremediation of soil contaminated with petroleum products

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy podjęto problem doboru inokulantów do wspomagania procesu bioremediacji gleby zanieczyszczonej produktami naftowymi pochodzącymi z oleju napędowego. Porównano skuteczność działania preparatów bakteryjnych sporządzonych na bazie mikroflory autochtonicznej (BIO-1) oraz preparatów z hodowli własnej zawierających aktywne szczepy obce Pseudomonas putida (K3), Acinetobacter lwoffi (K29) oraz Rhodococcus erythropolis (K45). Badania przeprowadzono w lizymetrach polowych metodą in situ. Początkowa zawartość oleju napędowego w glebie (w przeliczeniu na suchą masę) wynosiła 10%. Badania wykazały, że zastosowanie aktywnych szczepów bakterii Acinetobacter lwoffi i Pseudomonas putida przyspieszyło rozkład jedynie łatwo biodegradowalnych składników oleju napędowego w pierwszej fazie procesu bioremediacji. Adaptacja tych biopreparatów do rozkładu pozostałych związków była długa, co pozwoliło na zrównanie całkowitego czasu rozkładu produktów naftowych niezależnie od rodzaju zastosowanego inokulantu. Druga faza bioremediacji przebiegała wolno, ze względu na małą podatność związków aromatycznych i alicyklicznych na biodegradację. Wykazano, że jej przyspieszenie i osiągnięcie skutecznej eliminacji zanieczyszczeń z gruntu umożliwiła powtórna inokulacja gleby szczepem Rhodococcus erythropolis zdolnym do wykorzystywania trudno biodegradowalnych produktów naftowych. W glebie inokulowanej szczepem Acinetobacter lwoffi zawartość produktów naftowych zmniejszyła się do 114,1 mg/kg (ok. 0,01%), podczas gdy mikroflorą autochtoniczną do 409 mg/kg (ok. 0,04%). Najlepsze rezultaty dało ponowne zaszczepienie gleby uprzednio inokulowanej szczepem Pseudomonas putida, gdzie końcowa zawartość produktów naftowych wyniosła 31,4 mg/kg (ok. 0,003%). Obserwacja rozwoju mikroorganizmów, reprezentujących wybrane grupy fizjologiczne, w glebie podczas procesu bioremediacji wykazała stymulację wzrostu większości z nich. Zwiększyła się także aktywność enzymatyczna mikroorganizmów glebowych związana z rozkładem dużej ilości substancji organicznych. Wyjątek stanowiły promieniowce i bakterie wiążące wolny azot oraz bakterie nitryfikacyjne, których liczebność uległa znacznemu zmniejszeniu w porównaniu do próbki kontrolnej. Na podstawie analizy kształtowania się liczebności bakterii w poszczególnych lizymetrach można sądzić, że stosunkowo najmniejsze zmiany w strukturze ilościowej i jakościowej mikroorganizmów spowodowało wprowadzenie inokulantu sporządzonego na bazie mikroflory autochtonicznej zanieczyszczonego gruntu. Dlatego też tego typu inokulanty należy uznać za bardziej przydatne do bioaugmentacji, gdyż ich zastosowanie umożliwi przywrócenie równowagi ekologicznej w zanieczyszczonej glebie.

EN

The paper addresses the problem of selecting inoculants in order to aid the bioremediation of soil that has been contaminated with petroleum products being components of diesel oil spills. Bacterial preparations based on indigenous microflora (BIO-1) and preparations obtained from our own culture, containing active foreign strains of Pseudomonas putida (K3), Acinetobacter lwoffi (K29) and Rhodococcus erythropolis (K45), were tested for activity. The tests were conducted in lysimeters by the in situ method. The initial content of diesel oil in the soil amounted to 10%. The results have demonstrated that the use of active strains of the species Acinetobacter lwoffi and Pseudomonas putida accelerated only the degradation of easily biodegradable diesel oil components at the first stage of the bioremediation process. It took a long time to adapt those biopreparations to the biodegradation of the other compounds, and in this way it was possible to equalize the overall time of biodegradation for the petroleum products, irrespective of the type of the inoculant used. The second stage of bioremediation proceeded at a slow rate, which is attributable to the poor biodegradability of aromatic and alicyclic compounds. It has been found that the bioremediation process can be accelerated, and that the efficiency of pollutant removal can be enhanced by re-inoculating the soil with Rhodococcus erythropolis, which has the capacity for utilizing petroleum products that are difficult to biodegrade. When the soil was inoculated with Acinetobacter lwoffi, the content of petroleum products was reduced to 114.1 mg/kg (approx. 0.01%); upon inoculation of the soil with indigenous microflora, the content of petroleum products decreased to 409 mg/kg (approx. 0.04%). The best results were obtained, however, when the soil inoculated with Pseudomonas putida was made subject to re-inoculation; the final content of petroleum products then totalled 31.4 mg/kg (approx. 0.003%). Observations made in the course of the remediation procedure have revealed that the growth of the majority of the soil microorganisms (which represent the physiological groups chosen) was stimulated. Enhancement was also observed in the enzymatic activity of the soil microorganisms with respect to the biodegradation of a large quantity of organic substances. Exceptions were actinomycetes, free nitrogen fixing bacteria and nitrifying bacteria, whose numbers were reduced substantially as compared to the control. Analysis of the variations observed in the bacterial counts in particular lysimeters suggests that the introduction of the inoculant prepared on the basis of the indigenous microflora of the contaminated soil brought about the least substantial changes in the quantitative and qualitative structure of the bacterial population. For that reason inoculants of this type should be regarded as suitable for bioaugmentation, since their application can restore the ecological equilibrium in the contaminated soil.

Słowa kluczowe

PL

produkty naftowe; gleba; bioremediacja; inokulant

EN

petroleum products; soil; bioremediation

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 30, nr 4
• Strony: 3--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., tys., tab.

Twórcy

autor

Kołwzan B.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska, Wybrzeże S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław,

Bibliografia

• 1. B.M. AMES, J. MCCANN, E. YAMASAKI: Methods for detecting carcinogens and mutagens with the Salmonella mammalian-microsome mutagenicity test. Mutat. Res. 1975, 31, pp. 347–364.
• 2. S. BAC, Z. PASIERSKI: The significance of plant covers in the process of evaporation. Zesz. Probl. Nauk. Roln. 1989, Z. 369.
• 3. Bergey’s Manual Determinative Bacteriology [Eds. R.E. BUCHANAN, N.E. GIBBONS]. The Willcans and Wilkins Comp., Baltimore 1974.
• 4. L.E. CASIDA, J.O. KLEIN, T. SATORO: Soil dehydrogenase activity. Soil Sci. 1964, 98, pp. 371–373.
• 5. K. DUNCAN, E. JENNINGS, P. BUCK, W. WELLS et al.: Multispecies ecotoxicity assessment of petroleum contaminated soil. Soil and Sediment Contamination 2003, 12, pp. 181–207.
• 6. W.T. FRANKENBERGER, W.A. DICK: Relationship between enzyme activities and microbial growth and activity indicates in soil. Soil Science of America Journal 1983, 47, 5, 945–951.
• 7. W. HERMANOWICZ: Fizyczno-chemiczne badania wody i ścieków. Arkady, Warszawa 1976.
• 8. A.D. INGLOT, J. MŁOCHOWSKI, J. ZIELIŃSKA-JENCZYLIK, E. PIASECKI, T. LEDWOŃ, K. KLOC: Seleno-organic compounds as immunostimulants: an approach to the structure-activity relationship. Arch. Immunol. et Therap. 1996, Exper. 44, pp. 67–75.
• 9. P. KASZYCKI, P. SZUMILAS, H. KOŁOCZEK: Biopreparat przeznaczony do likwidacji środowiskowych zanieczyszczeń węglowodorami i ich pochodnymi. Inż. Ekol. 2001, 4, ss. 15–22.
• 10. J. KIEPURSKI: Efekty zastosowania kultur bakteryjnych do rozkładu ropopochodnych w istniejących układach środowiskowych. Mat. konf. Technologie odolejania gruntów, odpadów, ścieków, Gorlice–Wysowa-Zdrój 1997.
• 11. J. KIERNICKA, B. KOŁWZAN: Bioaugmentation of soil contaminated by fuel oil residue. Environ. Prot. Eng. 1999, Vol. 25, No. 3, pp. 131–138.
• 12. R. KOCWA-HALUCH: Korzystny wpływ szczepionki z Rhodotorula glutinis na pracę osadu czynnego oczyszczającego ścieki koksownicze. Politechnika Krakowska, Monografia nr 110, Kraków 1991.
• 13. B. KOŁWZAN, K. GRABAS: Metody remediacji środowiska gruntowo-wodnego skażonego produktami naftowymi. Cz. 1 i 2. Branż. Mag. Przem. – Chem. Przem. 2003, nr 3, ss. 52–57.
• 14. B. KOŁWZAN: Biodegradacja produktów naftowych. W: Zanieczyszczenia naftowe w gruncie [red. J. SURYGAŁA], Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2000.
• 15. B. KOŁWZAN: Bioremediacja gleb skażonych produktami naftowymi wraz z oceną ekotoksykologiczną. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Seria Monografie nr 44, Wrocław 2005.
• 16. B. ŁĄCKA-PILASZEK: Biodegradacja substancji ropopochodnych w osadach ściekowych płockiej petrochemii. Mat. symp. Technika dla środowiska, Arka-Konsorcjum, Poznań 1996.
• 17. M. ŁEBKOWSKA: Wykorzystanie mikroorganizmów do biodegradacji produktów naftowych w środowisku glebowym. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 1996, nr 3, ss. 117–118.
• 18. J. MROZOWSKA, E. ZABŁOCKA-GODLEWSKA, A. MAŁACHOWSKA-JUTSZ, B. TWARDA, M. KOZIELSKA: Zmiany aktywności biologicznej gleby w zmodyfikowanych układach modelowych poddawanych działaniu WWA. Mat. symp. Biotechnologia środowiskowa, Miasto 1995, ss. 194–203.
• 19. A. MUSZYŃSKI, E. KARWOWSKA, M. KALISZEWSKI: Bioremediacja gleby z produktów ropopochodnych przy zastosowaniu mikroorganizmów immobilizowanych na nośnikach stałych. Gaz, Woda i Technika Sanitarna1996, nr 8, ss. 299–301.
• 20. A. RODINA: Mikrobiologiczne metody badania wód. Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa 1968.
• 21. S. RUSSEL: Metody oznaczania enzymów glebowych. Polskie Towarzystwo Gleboznawcze, Warszawa 1972.
• 22. E. ŚLIWKA: Oznaczanie zanieczyszczeń naftowych w glebie. W: Zanieczyszczenia naftowe w gruncie [red. J. SURYGAŁA], Oficyna Wydawnicza Politechnika Wrocławska, Wrocław 2000.
• 23. E. ŚLIWKA, B. KOŁWZAN, J. SURYGAŁA: Ocena przebiegu procesu biodegradacji oleju napędowego w glebie. Biuletyn ITN 2000, 12, 2, ss. 104–109.
• 24. Z. ZAWADZKI, B. KOŁWZAN, A. KUDŁA: Studies on the oxidation of octane by Acinetobacter calcoaceticus and Flavobacterium devorans strains. Acta Microb. Pol. 1979, 28, 4, pp. 315–319.