The use of biotests in estimation of weathered drilling waste bioremediation

• Autorzy: Steliga T.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie biotestów do oceny przebiegu procesu bioremediacyjnego zastarzałego odpadu wiertniczego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Petroleum products are complex mixture of compounds of varied biological properties. They can cause harmful changes in contaminated ecosystems and threaten humans and living organisms as well. Bioremediation (including bioremediation stimulated by biogenic substances and inoculation with biopreparations from autochthonous bacteria and fungi) can result in creation of metabolites of a varied structure and biological activeness, which has been partly recognised. Some of them are more toxic than an initial substrate. Besides, they might have mutagenic features and be responsible for cancer. Estimation of bioremediation effectiveness in waste pits was completed with toxicological monitoring. It was led with the use of living organisms as biomarkers representing all trophic levels of a chosen ecosystem: producers, consumers and reducers. This process enables total estimation of natural environment conditions. The aim of the research was to determine the influence of petroleum contaminants and indirect metabolites (produced during bioremediation) on soil biocenose. The results of biotests (toxicity, phytotoxicity and genotoxity) have been taken into account. The following biotests, prepared and produced by Microbiotest, have been applied: PhytotoxkitTM, Ostracodtoxkit FTM, acute toxicity tests MicrotoxŽ Solid Phase and Ames mutagenicity tests. The obtained results enabled observation of changes in toxic properties during purification of the soil taken from waste pits. In addition, it can be claimed whether the areas are suitable for forest usage.

PL

Zanieczyszczenia ropopochodne stanowią złożoną mieszaninę związków o zróżnicowanych własnościach biologicznych, które mogą być przyczyną niekorzystnych dla człowieka i organizmów ż ywych zmian zachodzących w skażonych ekosystemach. W wyniku prowadzonych prac bioremediacyjnych (obejmujących bioremediację stymulowaną substancjami biogennymi oraz inokulację biopreparatami sporządzonymi na bazie mikroorganizmów autochtonicznych i grzybów) powstają metabolity o zróżnicowanej i słabo poznanej aktywności biologicznej. Niektóre z nich mogą być bardziej toksyczne niż substrat wyjściowy i posiadać własności mutagenne lub rakotwórcze. Ocenę skuteczności stosowanych zabiegów remediacyjnych na dołach urobkowych uzupełniono o monitoring toksykologiczny. Prowadzony przy użyciu organizmów żywych jako biowskaźników reprezentujących wszystkie poziomy troficzne (producentów, konsumentów i reducentów) danego ekosystemu, co pozwala na kompleksową ocenę stanu badanego środowiska glebowego. Celem badań było wykorzystanie biotestów (MicrotoxŽ, Ostracodtoxkit FTM, PhytotoxkitTM i test mutagenności Ames’a) do oceny przebiegu procesu bioremediacji zastarzałych odpadów wiertniczych oraz określenie wpływu pośrednich metabolitów powstających w procesach bioremediacyjnych na biocenozę glebową. Uzyskane wyniki badań pozwoliły na prześledzenie zmian własności toksycznych w trakcie prowadzonych procesów oczyszczania gleby z dołów urobkowych oraz na stwierdzenie przywrócenia rekultywowanych terenów do użytkowania leśnego.

Słowa kluczowe

EN

drilling waste; waste pit; petroleum contaminants; bioremediation; autochthonous microorganisms; inoculation; ecotoxicology

PL

odpady wiertnicze; zanieczyszczenia ropopochodne; bioremediacja; mikroorganizmy autochtoniczne; inokulacja biopreparatami; oczyszczanie gleby; monitoring toksykologiczny

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 37, no. 2
• Strony: 61--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Steliga T.

• Oil and Gas Institute, Lubicz 25A, 31-503 Kraków, Poland,

Bibliografia

• [1] Acheson C.M., Z. Qin, S. Yonggui., G.D. Sayles, M. Kupferle: Comparing the soil phase and saline extract Microtox assays for two polycyclic hybrocarbon contaminated soil, Environmental toxicology and chemistry, 23, 245-251 (2004).
• [2] Adams R.H., K. Kanga-Leyva, F.J. Guzmán-Osorio, E. Escalante-Espinoza: Comparison of moisture management methods for the bioremediation of hydrocarbon contaminated soil, African Journal of Biotechnology, 10, 394-404 (2011).
• [3] Andrade-Eiroa A., V. Leroy, P. Dagaut, Y. Bedjanian: Determination of Policyclic Aromatic hydrocarbons in kerosene and bio- kerosene soot, Chemosphere, 78, 1342-1349 (2010).
• [4] Araujo C. V. M., C.A. Oliveira, U. J. Strotmann, E. M. de Silva: The use of Microtox to assess toxicity removal of industrial effluents from the industrial district of Camacari (BA, Brazil), Chemosphere, 58, 1277-1281 (2005).
• [5] Arvanitis N., E.A. Kitifas, K.I. Chalkou, CH. Meintonis, A.D. Karagouni: A refinery sludge deposition in- site: presence of nahH and alkJ genes and crude oil biodegradation ability of bacterial isolates, Biotechnol Lett. 30, 2105-2010 (2008).
• [6] Bacosa H., K. Suto, Ch. Inoue: Preferential degradation of aromatic hydrocarbons in kerosene by a microbial consortium, International Biodeterioration & Biodegradation, 64, 702-710 (2010).
• [7] Casseils N.P., C.S. Lane, M. Depala, M. Saeed, D.H. Craston: Microtox testing of pentachlorophenol in soil extracts and quantification by capillary electrochromatography (CEC) - A rapid screening approach for contaminated land, Chemosphere, 40, 609-618 (2000).
• [8] Chial B., G. Persoone: Cyst-based toxicity tests XV- Application of ostracod solid-phase microbiotest for toxicity monitoring of contaminated soils, Environmental Toxicology, 18, 347-352 (2003).
• [9] Czerniawska-Kusza I., T. Ciesielczuk, G. Kusza, A. Cichoń: Comparision of the Phytotoxkit microbiotest and chemical variables for toxicity evaluation of sediments, Environmental Technology, 21, 367-372 (2006).
• [10] Cyplik P., M. Schmidt, A. Szulc, R. Marecik, P. Lisiecki, H.J. Heipieper, M. Owsianiak, M. Vainshtein, Ł. Chrzanowski: Relative quantitative PCR to assess bacterial community dynamics during biodegradation of diesel and biodiesel fuels under various aeration conditions, Bioresource Technology, 102, 4347-4352 (2011).
• [11] Eom I.C., C. Rast, A.M. Veber, P. Vasseur: Ecotoxicity of a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH)-contaminated soil, Ecotoxicology and Environmental Safety, 67, 190-205 (2007).
• [12] Harky G.A., T.M. Young: Effect of soil contaminant method determining toxicity using Microtox assay, Environmental toxicology and chemistry, 19, 276-282 (2000).
• [13] Harmsen J., W.H. Rulkens, R.C. Sims, P.E. Rijtema, A.J. Zweers: Theory and application of landfarming to remediate polycyclic aromatic hydrocarbons and mineral oil-contaminated sediments; beneficial reuse, Journal Environmental Quality, 36, 112-1122 (2007).
• [14] Husaini A., H.A. Roslan, K.S.Y. Hii, C.H. Ang: Biodegradation of aliphatic hydrocarbon by indigenous fungi isolated from used motor oil contaminated sites, World J. Microbiol. Biotechnol., 24, 2789-2797 (2008).
• [15] Gallego J.R., C. Sierra, R. Villa, A.I. Peláez, J. Sánchez: Weathering processes only partially limit the potential for bioremediation of hydrocarbon-contaminated soils, Organic geochemistry, 41, 896-900 (2010).
• [16] Gandolfi I., M. Sicolo, A. Franzetti, E. Fontanarosa, A. Santagostino, G. Bestetti: Influence of compost amendment on microbial community and ecotoxicity of hydrocarbon-contaminated soil, Bioresource technology, 101, 565-575 (2010).
• [17] Papadimitriou C.A., I. Haritou, P. Samaras, A.I. Zouboulis: Evaluation of leaching and ecotoxicological properties of sewage sludge-fly ash mixtures, Environmental Research, 106, 340-348 (2008).
• [18] Kołwzan B.: Bioremediacja gleb skażonych produktami naftowymi wraz z oceną ekotoksykologiczną, Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Ochrony Politechniki Wrocławskiej, 44, 1-186 (2005).
• [19] Kamber M., S. Flückiger-Isler, G. Engelhardt, R. Jaeckh, E. Zeiger: Comparison of the Ames II and traditional Ames test responses with respect to mutagenicity, strain specificities, need for metabolism and correlation with rodent carcinogenicity, Mutagenesis, 24, 359-366 (2009).
• [20] Lisowska E.: PAH soil concentrations in the vicinity of charcoal kilns in Bieszczady, Archives of Environmental Protection, 4, 41-54, (2010).
• [21] Luan T.G., K.S.H. Yu, Y. Zhong, H.W. Zhou, C.Y. Lan, & N.F.Y. Tam: Study of metabolites from the degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) by bacterial consortium enriched from mangrove sediments, Chemosphere, 65, 2289-2296 (2006).
• [22] Maron D.M, Ames B.N.: Revised methods for the Salmonella mutagenicity test, Mutation Res., 113, 173-215 (1983).
• [23] Nałęcz-Jawecki G.: Badanie toksyczności środowiska wodnego metodą bioindykacji, Biuletyn Wydziału Farmaceutycznego Akademii Medycznej w Warszawie, 2, 1-11 (2003).
• [24] Oleszczuk P.: Heterocypris incongruens as a tool to sewage sludge toxicity, Environ. Toxicol Chem., 27, 864-872 (2008).
• [25] Oleszczuk P.: Toxicity of soil fertilized by sewage sludge or compost in relation or compost in to PAHs content, Water, Air, Soil and Pollution, 1-4, 347-356 (2010).
• [26] Persoone G., B. Marszalek, I. Bilinowa, A. Torokone, D. Zarina, G. Nałęcz- Jawecki: A practical and user friendly toxicity classification system with microbiotests for natural waters und wastewaters, Environmental Toxicology, 18, 395-402 (2003).
• [27] Phillips T.M., D. Liu, A.G. Seech, H. Lee, J.T. Trevors: Bioremediation in field box plots of a soil contaminated With wood-preservatives: A Comparison of treatment conditions using toxicity testing as a monitoring technique, Water Air Soil Pollution, 121, 173-187(2000).
• [28] Prenafeta-Boldu F.X., D.M.A. Luykx, J. Vervoort, J.A.M. de Bont Fungal metabolism of toluene: monitoring of fluorinated analogs by 18F nuclear magnetic resonance spectroscopy, Appl. Environ. Microbiol., 67, 1030-1034 (2001).
• [29] Rosa A.P., J.A. Triguis: Bioremediation process on Brazil shoreline, Environmental Science and Pollution Research, 14, 470-476 (2007).
• [30] Röling W.F.M., I.R. Couto de Brito, R.P.J. Swannell, I.M. Head: Response of Archaeal communities in beach sediments to spilled oil and bioremediation, Appl. Environ. Microbiol., 70, 2614-2620 (2004).
• [31] Sašek W., T. Cajthaml, M. Bhatt: Use of fungal technology in soil remediation: A case study, Water, Air, and Soil Pollution, 3, 5-14 (2003).
• [32] Sawicki J., G. Nałęcz-Jawecki, J. Mankiewicz-Boczek, B. Sumorok, A. Drobniewska, M. Kaza: Kompleksowa analiza ekotoksykologiczna wód powierzchniowych, Projekt MNiI nr P0F 056 28 (2007).
• [33] Steliga T.: Optimisation research on biodegradation of hydrocarbon pollutions in weathering soil samples from manufactured gas plant (MGP), Archives of Environmental Protection 34, 75-94 (2008).
• [34] Steliga T., P. Kapusta, P. Jakubowicz: Effectiveness of bioremediation processes of hydrocarbon pollutants in weathered drill wastes, Water, Air, Soil and Pollution, 1-4, 211-228 (2009).
• [35] Steliga T., P. Kapusta, P. Jakubowicz: Optimisation research of petroleum hydrocarbons biodegradation in weathered drilling wastes from waste pits, Waste Management & Research, 12, 1065-1075 (2010).
• [36] Zeiger E., B.E. Anderson, S. Haworth, T. Lawlor, K. Mortelmans: Salmonella mutagenicity test. V. Results from the testing of chemicals, Environmental Mol. Mutagen, 19, 132-141 (1992).