Usuwanie zanieczyszczeń naftowych z gruntu metodą pryzmowania

• Autorzy: Kołwzan B.

Warianty tytułu

EN

Removal of petroleum products from soil by the prism method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy dokonano oceny przebiegu procesu oczyszczania gruntu z produktów naftowych, których zawartość w suchej masie gruntu mieściła się w zakresie od prawie 70 mg/kg aż do ok. 3 tys. mg/kg. Do usuwania tych specyficznych i bardzo uciążliwych zanieczyszczeń wykorzystano metodę pryzmowania. Opracowana technologia została oparta na bioaugmentacji pryzmy. Do inokulacji pryzmy wykorzystano oryginalny biopreparat zawierający bakterie autochtoniczne należące do gatunków Stenotrophomonas maltophilia i Pseudomonas putida, które wyizolowano z zanieczyszczonego gruntu. Zastosowane uzbrojenie techniczne pozwoliło na dotlenienie gruntu, rozprowadzenie w nim substancji biogennych i mikroorganizmów oraz utrzymanie jego odpowiedniej wilgotności. Przebieg procesu bioremediacji monitorowano analizując wskaźniki fizyczno-chemiczne i mikrobiologiczne gruntu oraz odcieku z pryzmy. Wyróżniono trzy fazy procesu bioremediacji gruntu - wstępną (I), właściwej bioremediacji (II) oraz doczyszczania (III). Faza wstępna odbywała się w sezonie zimowym, w warunkach ograniczonego dostępu tlenu i niskich temperatur gruntu. W tej fazie, mimo warunków niekorzystnych do rozwoju mikroorganizmów, uzyskano usunięcie zanieczyszczeń naftowych z gruntu do wartości mieszczących się w zakresie od ok. 30 mg/kg do ok. 2500 mg/kg, zależnie od ich początkowej zawartości w oczyszczanym gruncie. Największą intensywność procesu bioremediacji gruntu zanotowano w sezonie wiosenno-letnim (II faza), w którym stwierdzono intensywny rozwój bakterii glebowych oraz wzrost ich aktywności degradacyjnej w całym przekroju pryzmy. Zaobserwowane na zakończenie tej fazy zmniejszenie zawartości węgla organicznego w gruncie spowodowało także ograniczenie rozwoju mikroorganizmów, na skutek czego w tym samym czasie wystąpiło gwałtowne zmniejszenie liczby bakterii. Zanotowano także zmniejszenie aktywności degradacyjnej drobnoustrojów - średnia wartość aktywności dehydrogenazowej gruntu wynosiła 12,7 mgTF/gź24 h. W II fazie bioremediacji gruntu uzyskano zmniejszenie zawartości produktów naftowych średnio do ok. 50 mg/kg. Doczyszczanie pryzmy (faza III) odbywało się jesienią i polegało na kolejnym zbieraniu powierzchniowej warstwy gruntu, w której zawartość produktów naftowych była minimalna. Pozwoliło to na stopniowe odkrywanie dolnych warstw pryzmy (do których dostęp tlenu był wcześniej ograniczony) i ich doczyszczenie. Zawartość produktów naftowych w oczyszczonym gruncie po przeprowadzeniu III fazy procesu bioremediacji wahała się w granicach od ok. 2 mg/kg do ok. 20 mg/kg. Badania wykazały, że zastosowana technologia była bezpieczna dla środowiska naturalnego, a system stałej recyrkulacji wody w układzie pryzma-bioreaktor pozwolił na doczyszczenie odcieków z pryzmy do wymaganej jakości.

EN

The aim of the study was to assess the efficiency of soil cleanup from petroleum products, whose concentrations in the dry mass ranged from approx. 70 mg/kg to as much as approx. 3,000 mg/kg. In order to remove those specific, troublesome and nuisance-causing contaminants, use was made of the prism method consisting in the bioaugmentation of the prism. The prism was inoculated using an original biopreparation, which contained autochthonous bacteria of the species Stenotrophomonas maltophilia and Pseudomonas putida, isolated from the contaminated soil. The technical appliances used made it possible to aerate the soil, spread biogens and microorganisms, and control moisture content. The course of the bioremediation process was monitored by analyzing the physicochemical and microbiological parameters of the soil and those of the leachate from the prism. The process itself proceeded in three stages: preliminary (I), bioremediation (II) and aftertreatment (III). Stage (I) occurred in the winter season, under conditions of limited oxygen availability and low soil temperature. At that stage, in spite of the disadvantageous conditions for microorganism growth, the removal of petroleum products from the soil varied from approx. 30 mg/kg to approx. 2500 mg/kg, which depended on the initial content of these pollutants in the soil being biodegraded. The bioremediation process was the most intense in the spring and summer seasons (stage II), which were characterized by enhanced growth and enhanced degrading activity of the soil bacteria in the whole cross-section of the prism. The decrease in the organic carbon concentration in the soil observed at the end of stage II exerted a limiting effect on microorganism growth, thus contributing to a rapid reduction in the number of bacteria. There was also a concomitant decrease in the degrading activity of the microorganisms: the value of the dehydrogenase activity of the soil averaged 12.7 mgTF/gź24 h. During stage II of the bioremediation process the content of petroleum products in the soil was reduced to approx. 50 mg/kg on average. The aftertreatment of the prism (stage III) was performed in the autumn season and consisted in the consecutive stripping of the surface layer, where the content of petroleum products was minimal. This enabled a gradual uncovering of the lower prism layers (those with limited oxygen availability) and their aftertreatment. Upon termination of stage III of the bioremediation process, the content of petroleum products in the soil ranged from approx. 2 mg/kg to approx. 20 mg/kg. The study has demonstrated that the technology applied was environment-friendly and safe, and that the continuous water recirculation in the prism-bioreactor system enabled the aftertreatment of the leachates from the prism to the level desired.

Słowa kluczowe

PL

produkty naftowe; grunt; bioremediacja; pryzmowanie; inokulant

EN

petroleum products; soil; decontamination; bioremediation; prism method; inoculant

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 31, nr 2
• Strony: 3--10
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., rys., tab., schem.

Twórcy

autor

Kołwzan B.

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

Bibliografia

• 1. J. SIUTA: Ekologiczne, technologiczne i prawne aspekty rekultywacji gruntów zanieczyszczonych produktami naftowymi. Inż. Ekol. 2003, nr 8, ss. 6–25.
• 2. B. KOŁWZAN, K. GRABAS: Metody remediacji środowiska gruntowo-wodnego skażonego produktami naftowymi. Cz. 1 i 2. Branż. Mag. Przem. Chemia Przemysłowa 2003, nr 3, ss. 52–57.
• 3. R.M. ATLAS, R. BARTHA: Hydrocarbon biodegradation and oil spill bioremediation. Adv. Microbial Ecol. 1992, No. 2, pp. 287–338.
• 4. R. MARGESIN, F. SCHINNER: Biological decontamination of oil spills in cold environments. J. Chem. Technol. Biotechnol. 1999, Vol. 74, pp. 1–9.
• 5. A. MROZIK, Z. PIOTROWSKA-SEGET, S. ŁABUŻEK: Bacteria in bioremediation of hydrocarbon-contaminated environments. Postępy Mikrobiol. 2005, vol. 44, nr 3, ss. 227–238.
• 6. M. ŁEBKOWSKA: Wykorzystanie mikroorganizmów do biodegradacji produktów naftowych w środowisku glebowym. Gaz, Woda i Techn. Sanit. 1996, nr 3, ss. 117–118.
• 7. F.M. BENTO, F.A.O. CAMARGO, B.C. OKEKE, W.T. FRANKENBERGER Jr.: Comparative bioremediation of soils contaminated with diesel oil by natural attenuation, biostimulation and bioaugmentation. Bioresource Technology 2005, Vol. 96, pp. 1049–1055.
• 8. L. RUBERTO, S.C. VAZQUEZ, W.P. MAC CORMACK: Effectiveness of the natural bacterial flora, biostimulation and biodegradation on the bioremediation of a hydrocarbon contaminated Antarctic soil. International Biodeterioration & Biodegradation 2003, Vol. 52, pp. 115–125.
• 9. P. KASZYCKI, M. TYSZKA, P. MALEC, H. KOŁOCZEK: Formaldehyde and metanol biodegradation with the methylotrophic yeast Hansenula polymorpha. An application to real wastewater treatment. Biodegradation 2001, 12(3), pp. 169–177.
• 10. R. BOOPATHY: Factors limiting bioremediation technologies. Biosource Technology 2000, Vol. 74, pp. 63–67.
• 11. H.M. BROWN, J.S. GOUDEY, J.M. FOGHT, S.K. CHENG, M. DALE, J. HODDINOTT, L.R. QUAIFE, L.M. CARMICHAEL, F.K. PFAENDER: The effect of inorganic and organic supplements on the microbial degradation of phenanthrene and pyrene in soils. Biodegradation 1997, No. 8, pp. 1–13.
• 12. S.K. SAMANTA, O.V. SINGH, R.K. JAIN: Polycyclic aromatic hydrocarbons: environmental pollution and bioremediation. Trends Biotechnol. 2002, Vol. 20, pp. 243–248.
• 13. D.B. KNAEBEL, T.W. FEDERLE, D.C. MC AVOY, J.R. VESTAL: Effect of mineral and organic soil constituents on microbial mineralization of organic compounds in natural soil. Applied Environmental Microbiology, 1994, No. 12, pp. 4500–4508.
• 14. S.J. JOHNSON, K.J. WOOLHOUSE, H. PROMMER, D.A. BARRY, N. CHRISTOFI: Contribution of anaerobic microbial activity to natural attenuation of benzene in groundwater. Eng. Geol. 2003, Vol. 70, pp. 343–349.
• 15. M. MALICKA: Biotechnologiczne metody oczyszczania gleb skażonych związkami ropopochodnymi i innymi toksycznymi związkami organicznymi. Gaz, Woda i Techn. Sanit. 1994, nr 2, ss. 40–46.
• 16. R.S. KERR [Ed.]: Leaking Underground Storage Tanks: Remediation with Emphasis on in situ Biorestoration. U.S. Environmental Protection Agency, EPA 600/2-87/008, Ada OK 1987.
• 17. B. KOŁWZAN: Bioremediacja gleb skażonych produktami naftowymi wraz z oceną ekotoksykologiczną. Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Ochrony Środowiska Politechniki Wrocławskiej nr 79, seria Monografie nr 44, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2005.
• 18. B. KOŁWZAN: Ocena przydatności inokulantów do bioremediacji gleby skażonej produktami naftowymi. Ochrona Środowiska 2008, vol. 30, nr 4, ss. 3–14.
• 19. R. MARGESIN, A. ZIMMERBAUER, F. SCHINNER: Monitoring of bioremediation by soil biological activities. Chemosphere 2000, Vol. 40, pp. 339–346.
• 20. L.E. CASIDA, J.O. KLEIN, T. SATORO: Soil dehydrogenase activity. Soil Sci. 1964, 989, pp. 371–373.
• 21. S. RUSSEL: Metody oznaczania enzymów glebowych. Polskie Towarzystwo Gleboznawcze, Warszawa 1972.
• 22. W. HERMANOWICZ: Fizyczno-chemiczne badania wody i ścieków. Arkady, Warszawa 1976.
• 23. A. DĄBROWSKI, S. GNOT, A. MICHALSKI, J. SRZEDNICKA: Statystyka. 14 godzin z pakietem STATGRAPHICS®. Wydawnictwo Akademii Rolniczej, Wrocław 1994.
• 24. E. ŚLIWKA: Oznaczanie zanieczyszczeń naftowych w glebie. W: Zanieczyszczenia naftowe w gruncie [red. J. SURYGAŁA]. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2000.
• 25. E. ŚLIWKA, B. KOŁWZAN, J. SURYGAŁA: Ocena przebiegu procesu biodegradacji oleju napędowego w glebie. Biuletyn ITN 2000, vol. 12, nr 2, ss. 104–109.
• 26. T. WATANABE, T. HIRAYAMA: Genotoxicity of soil. Journal of Health Science 2001, Vol. 47, No. 5, pp. 433–438.
• 27. B. KOŁWZAN: Effect of bioremediation on genotoxicity of soil contaminated with diesel oil. Environment Protection Engineering 2009, Vol. 35, No. 1, pp. 95–103.
• 28. Z. STRADOWSKI, L. ZALEWSKI, M. SIENKIEWICZ: Projekt techniczno-technologiczny rekultywacji gruntu zgromadzonego na tymczasowym składowisku w Łężycy, woj. lubuskie. Wroclaw 1999 (praca niepublikowana).
• 29. M. HAWROT, A. NOWAK: Evaluation of microorganisms’ activity in a process of diesel fuel biodegradation during culturing under laboratory conditions. Pol. J. Natur. Sci. 2003, Vol. 15, No. 3, pp. 619–628.
• 30. C.W. KAPLAN, L.K. CHRISTOPHER: Bacterial succession in a petroleum land treatment unit. Applied and Environmental Microbiology 2004, Vol. 70, No. 3, pp. 1777–1786.
• 31. P. MORGAN, R.J. WATKINSON: Hydrocarbon degradation in soils and methods for soil biotreatment. CRC Crit. Rev. Biotechnol. 1989, No. 8, pp. 305–333.
• 32. W.T. FRANKENBERGER Jr., W.A. DICK: Relationship between enzyme activities and microbial growth and activity indices in soil. Soil Science Society of America Journal 1983, Vol. 47, No. 5, pp. 945–951.
• 33. W. PRZYSTAŚ, K. MIKSCH, A. MAŁACHOWSKA-JUTSZ: Zmiany aktywności enzymatycznej gleby w procesie biodegradacji zanieczyszczeń naftowych przy użyciu biopreparatów. Arch. Ochrony Środowiska 2000, vol. 26, nr 2, ss. 59–70.
• 34. K. WATANABE, H. FUTAMATA, S. HARAYAMA: Understanding the diversity in catabolic potential of microorganisms for the development of bioremediation strategy. Antonie van Leeuwenhoek 2002, Vol. 81, pp. 655–663.
• 35. Rozporządzenie Ministra Środowiska z 9 września 2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi. DzU nr 165, poz. 1359.
• 36. Rozporządzenie Ministra Środowiska z 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego. DzU nr 137, poz. 984.