Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Otrzymywanie i degradacja kompozytów na bazie polilaktydu i paździerzy konopnych modyfikowanych stearyną

Biniaś Dorota, Drabek Weronika

Polish Journal of Materials and Environmental Engineering

|

2024

|

Vol. 7 (27)

63--73

EN

As a result of the work carried out, composites were obtained whose matrix was polylactide (PLA) and the filler was hemp shives with the addition of stearin. Using a heating press, composites with different shares of both PLA and hemp shives were obtained. The amount of stearin was always 15% in relation to the mass of hemp shives used. Samples were prepared from the obtained composites to test the biodegradation process, which were measured and weighed. The biodegradation process was carried out in the environment, placing the appropriately prepared batches of composites in compost derived from grass. Samples were taken at monthly intervals to analyze changes in mass and thickness and morphological assessment. The degradation process of the obtained composites was carried out for 3 months. The mass of the samples after the first month of biodegradation did not change significantly, however, with the biodegradation time, the masses of the tested composite samples decrease. The thickness of composite samples after the first month of biodegradation increased in relation to the initial value, which may be caused by the adsorption of water from the substrate. However, after three months of biodegradation, a decrease in thickness was observed for all samples in comparison to the initial value. Analysis of the surface morphology of the composite samples carried out using a stereoscopic microscope and a scanning electron microscope confirmed the biodegradation process for the obtained composites. Stearin, which is a mixture of fatty acids, used as a composite modifying additive turned out to be a nutrient for microorganisms present in the compost, which accelerated the decomposition of the samples. As a result of the conducted research, it can be stated that the obtained composite has properties that support ecological processing, which is in line with the assumptions of a circular economy.

2

Searching of Phenol-Degrading Bacteria in Raw Wastewater from Underground Coal Gasification Process as Suitable Candidates in Bioaugmentation Approach

Jałowiecki Łukasz, Borgulat Jacek, Strugała-Wilczek Aleksandra, Glaser Mikołaj, Płaza Grażyna

Journal of Ecological Engineering

|

2024

|

Vol. 25, nr 2

62--71

EN

The aim of the conducted study was to isolate, identify and characterize suitable bacterial strains from UCG wastewater as potential candidates for the bioaugmentation approach. For this purpose, the straightforward cultivation procedure and unique biochemical selection were employed to gain insights into the specific properties of bacteria. From the 100 strains isolated from UCG wastewater, three (Paenibacillus pasadensis SAFN-007, Peanibacillus humicus Au34, and Staphylococcus warneri DK131) demonstrated the capacity to degrade phenol and specific biochemical properties. Phenol degradation reached more than 90% for the above-mentioned strains, while the average phenol removal rate for other selected strains was 82.9%, ranging from 66.1% to 90%. The bacterial strains belong to multi-enzyme producers and constitute a possible source of potential technologically important enzymes. Phenotypic microarray plates were used to characterise the metabolic properties of the strains. It was found that 74%, 67.4% and 94.2% of the carbon metabolites tested were utilised by Paenibacillus pasadensis SAFN-007, Peanibacillus humicus Au34 and Staphylococcus warneri DK131, respectively. Among C sources, the strains have the capability to metabolize some substrates appearing in phenol pathways, such as: N-acetyl-D-glucosamine, succinic acid, α-hydroxy-glutaric acid-γ-lactone, bromosuccinic acid, mono-methyl succinate, methyl-pyruvate, p-hydroxy-phenyl acetic acid, m-hydroxyphenylacetic acid, L-galactonic acid-γ-lactone, D-galactonic acid-γ- lactone, phenylethylamine. Bacteria show different levels of tolerance to pH and osmolality, and they can thrive in different habitats. Another characteristic of these strains is their high resistance to many antibiotics (multi-resistant bacteria). These properties allow the use of the isolated bacterial strains as good candidates for bioremediation of phenol-contaminated environments. The wastewater from the underground coal gasification process is an example of a good extreme environment for the isolation of unique bacteria with specific metabolic properties.

3

Microbiological Landscape of Oil-Contaminated Soil and its Bioremediation by Microorganisms

Kupriyashkina Elena, Pylypenko Liudmyla, Sevastyanova Olena, Mazurenko Kseniya, Hugi Christoph, Breitenmoser Lena, Krusir Galyna, Malyovanyi Myroslav

Ecological Engineering & Environmental Technology

|

2024

|

Vol. 25, iss. 2

31--40

EN

The composition of microbial contaminants of soil samples polluted with oil and oil products from oil depots of ports in southern Ukraine was investigated, and the possibility of their bioremediation by microorganisms present in the soil was determined. The microbiological landscape of the soil contaminated with oil and oil products was established, the quantitative and qualitative characteristics, group and dendrological composition of microorganisms as well as their potential ability to biodegrade petroleum hydrocarbons were determined. The degree of sanitary and ecological contamination of the samples was characterized by the number of the main groups of microorganisms – mesophilic aerobic and facultative anaerobic microorganisms (MAFAnM), molds, yeasts, as well as the dominance of MAFAnM by 3-5 orders among the studied groups of microorganisms. According to MAFANM, the number of thermophilic bacteria, titers of nitrifying bacteria, E. coli, Clostridium perfringens, bacteria of the genus Proteus, and the degree of oil contamination, the soil samples studied are characterized as contaminated and heavily contaminated. According to the study of morphological, tintorial, cultural, biochemical properties, 130 species were identified and 9 morphogroups of bacteria in oil-contaminated soil samples were determined. A dendrogram was constructed based on the set of studied properties of the isolated microorganisms. According to the results of the screening, the microorganisms isolated from the contaminated soil samples are capable of biodegradation of long-chain alkanes of petroleum hydrocarbons. The identified groups of microorganisms can be arranged in the following order of increasing indicator: Bacillus subtilis and Paenibacillus macerans ˂ Paenibacillus polymyxa ˂ Bacillus licheniformis ˂ Bacillus thuringiensis ˂ Bacillus megaterium ˂ Bacillus pumilis ˂ Bacillus cereus ˂ Paenibacillus circulans. Paenibacillus circulans and Bacillus cereus were identified as the most promising strains, biotransforming up to 48 percent of the total amount of hydrocarbons.

4

Wpływ środków kontrastujących na środowisko naturalne

Hildebrandt Magdalena, Nowicki Tomasz K.

Wiadomości Chemiczne

|

2023

|

[Z] 77, 3-4

201--213

EN

Contrast media are used in imaging modalities such as x-rays, ultrasound, computed tomography and magnetic resonance. Contrast media enhance tissues to help make a diagnosis. This review coversinformation about types of contrast agents, their chemical compositions, routes of administration, imaging applications and biological effects. Scientific studies indicate the presence of contrast agents in wastewater. They are not fully removed in conventional treatment processes and therefore enter surface waters with treated wastewater. At the University Clinical Center in Gdansk, the most frequently used contrast agents are iodinated contrast media, secondly gadolinium contrast agents. Iodinated contrast media are pharmaceuticals which are metabolically stable during their passage through the body and are excreted into wastewater. All transformation products of the iodinated contrast medium iopromide were found in municipal effluents because of their formation during biological wastewater treatment. Four products formed at the end of the transformation pathway were also found in bank filtrate and in groundwater of a wastewater irrigation area. The contrast agents themselves do not carry a risk of toxicity, but it can be predicted from the chemical structure that the transformation products may be toxic and mutagenic. On the other hand, MRI contrast agents can cause histopathological changes. Gadolinium deposition in tissues has been proven. The toxicity of gadolinium is well known. Further research on the toxicity of gadolinium contrast agents is needed to be able to prevent unwanted consequences and produce safe contrast agents. Conventional methods currently used do not ensure high efficiency of removing pharmaceuticals from wastewater, which makes it necessary to introduce advanced methods of treatment. The article presents strategies for removal of the compounds in wastewater-treatment plants.

5

Mikroorganizmy jako czynnik zmniejszający zanieczyszczenie środowiska mikroplastikami

Janczak Katarzyna, Mazuryk Alicja, Lisewska Daria, Puszczykowska Natalia, Fiedurek Kacper

Przemysł Chemiczny

|

2023

|

T. 102, nr 10

1081--1086

PL

Zanieczyszczenie tworzywami, w tym mikroplastikami, stanowi problem wielu środowisk. W celu opracowania bioproduktu wytypowano mikroorganizmy przyspieszające biodegradację polilaktydu (PLA). Spośród 48 wybrano 6 szczepów bakterii, których aktywność metaboliczna istotnie wzrastała w obecności PLA, powodując zmiany degradacyjne folii. Dodatkowo nie wykazywały one fitotoksyczności wobec rzepaku.

EN

Of the 48 types of bacteria tested for their ability to grow on polylactide (PLA) film, 6 were selected whose metabolic activity significantly increased in the presence of PLA. After 28 days of incubation at 29°C, the growth was assessed according to the degree of surface coverage of the film sample, then the changes in the surface structure were analyzed and the BOD was detd. The mass loss of the PLA sample, carbonyl index and O/C ratio were detd. The anal. of PLA degradation changes indicated the greatest potential of bacterial strains isolated from polymer plastic waste from landfills. Additionally, they did not show phytotoxicity to rapeseed.

6

Zastosowanie Lotus corniculatus w badaniach biodegradacji TPH i WWA wspomaganej fitoremediacją

Wojtowicz Katarzyna, Steliga Teresa

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 7

443--454

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z etapową bioremediacją gleby zanieczyszczonej substancjami ropopochodnymi. Badania procesu bioremediacji gleby G6 wykonywano w dwóch etapach. W etapie I przeprowadzono biodegradację zanieczyszczeń ropopochodnych na drodze inokulacji biopreparatem B1, opracowanym na bazie niepatogennych mikroorganizmów autochtonicznych. Badania prowadzono metodą pryzmowania ex situ przez okres 3 miesięcy w ściśle kontrolowanych warunkach temperaturowych. W II etapie badań wstępnie oczyszczoną glebę poddano procesowi biodegradacji (inokulacja biopreparatem B2) wspomaganej fitoremediacją w warunkach ex situ (metoda wazonowa) przez okres 6 miesięcy. W badaniach fitoremediacji wykorzystano komonicę zwyczajną (Lotus corniculatus), należącą do grupy naftofitów. Eksperymenty prowadzono w trzech układach: układ 1 – gleba G6-3 + komonica zwyczajna, układ 2 – gleba G6-3 + biopreparat B2 + komonica zwyczajna, układ 3 – gleba G6-3 + biopreparat B2 z dodatkiem γ-PGA (kwas γ-poliglutaminowy) + komonica zwyczajna. Oceny efektywności I i II etapu bioremediacji dokonano na podstawie przeprowadzonych analiz chromatograficznych i testów toksykologicznych. Zrealizowane badania wykazały, że efektywność I etapu bioremediacji gleby G6 wynosiła 41,67% dla TPH (całkowita zawartość węglowodorów) i 34,73% dla WWA (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne). Największą efektywność II etapu bioremediacji odnotowano w układzie 3, natomiast najniższą – w układzie 1. W wyniku II etapu bioremediacji wspomaganego fitoremediacją za pomocą komonicy zwyczajnej po 6 miesiącach badań osiągnięto spadek stężenia TPH w badanych układach o: 13,32% (układ 1), 39,65% (układ 2) oraz 51,79% (układ 3), natomiast efektywność II etapu biodegradacji WWA wynosiła 8,00% w glebie G6-3(1), 37,10% w glebie G6-3(2) oraz 51,34% w glebie G6-3(3). Wykonane testy toksykologiczne z zastosowaniem Phytotoxkit™, Ostracodtoxkit F™ oraz Microtox®SPT wykazały spadek właściwości toksycznych gleby po przeprowadzeniu procesu oczyszczania. Uzyskane wyniki analiz chromatograficznych i toksykologicznych wykazały, że wykorzystanie fitoremediacji w II etapie remediacji pozwala na zwiększenie efektywności procesu biodegradacji TPH i WWA.

EN

: The article presents issues related to the staged bioremediation of soil contaminated with petroleum substances. The study of the G6 soil bioremediation process was conducted in two stages. In stage I, the biodegradation of petroleum-derived pollutants was carried out by inoculation with biopreparation B1, developed on the basis of non-pathogenic autochthonous microorganisms. The tests were performed using the ex-situ piling method, for a period of 3 months, under strictly controlled temperature conditions. In the second stage of the research, the pre-cleaned soil was subjected to biodegradation (inoculation with biopreparation B2), assisted by phytoremediation, in ex-situ conditions (pot method), for a period of 6 months. In phytoremediation studies, bird's-foot trefoil (Lotus corniculatus) belonging to the group of naphthophytes was used. The experiments were carried out in three systems: system 1 – soil G6-3 + trefoil, system 2 – soil G6-3 + biopreparation B2 + trefoil, system 3 – soil G6-3 + biopreparation B2 with the addition of γ-PGA (γ-polyglutamic acid) + trefoil. The effectiveness of the first and second stages of bioremediation was assessed on the basis of chromatographic analyses and toxicological tests. The conducted research showed that the efficiency of the first stage of G6 soil bioremediation was 41.67% for TPH (total petroleum hydrocarbons) and 34.73% for PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons). The highest efficiency of the 2nd stage of bioremediation was noted in system 3, and the lowest in system 1. As a result of the 2nd stage of bioremediation, supported by phytoremediation with bird's-foot trefoil, after 6 months of research, the concentration of TPH in the tested systems decreased by: 13.32% (system 1), 39.65% (arrangement 2) and 51.79% (arrangement 3), while the efficiency of the second stage of PAH biodegradation was 8.00% in soil G6-3(1), 37.10% in soil G6-3(2) and 51.34% in G6-3(3) soil. The conducted toxicological tests applying PhytotoxkitTM Ostracodtoxkit FTM and Microtox®SPT showed a decrease in the toxic properties of soil after the cleaning process. The obtained results of chromatographic and toxicological analyses showed that the use of phytoremediation in the second stage of remediation allows us to increase the efficiency of the biodegradation of TPH and PAHs.

7

Laboratoryjne badania skuteczności szczepionki bakterii Bacillus Subtilis B172 w degradacji natywnego pierza odpadowego

Sobolczyk-Bednarek Justyna, Choińska-Pulit Anna, Łaba Wojciech

Górnictwo Odkrywkowe

|

2023

|

R. 64, nr 1

28--35

PL

Kumulacja pierza drobiowego jako surowca odpadowego w środowisku naturalnym stanowi problem ekologiczny i sanitarny z uwagi na wysoką odporność na degradację oraz na możliwość występowania patogennych mikroorganizmów. Prezentowane badania przybliżają możliwość wykorzystania szczepionki bakterii z rodzaju Bacillus do degradacji keratyny piór natywnych. Pióra szczepione bakteriami B. subtilis B172 w wyższym stopniu podlegały biodegradacji zarówno w hodowli wgłębnej jak również w solid state, w stosunku do odpowiednika nieinokulowanego. Przejawiało się to w ubytku masy o 30% wyższym w hodowli inokulowanej, wizualnym obrazie oraz w parametrach biochemicznych keratynolizy, np. ilość białka rozpuszczalnego wyższa o 71% w stosunku do hodowli nieinokulowanej. Ponadto wykazano zdolność bakterii do tworzenia biofilmów na substracie keratynowym, co jest dodatkowym czynnikiem mogącym intensyfikować proces keratynolizy. Przeprowadzone badania wskazują alternatywną i ekologiczną metodę degradacji pierza kurzego z zastosowaniem szczepionki keratynolitycznych bakterii B. subtilis B172.

EN

Accumulation of chicken feathers waste in natural environment presents an ecological and sanitary issue due to the high resilience of keratin against degradation and possible occurrence of pathogenic microorganisms. The presented research highlight the possible application bacterial inoculum from the genus Bacillus for biodegradation of native feather keratin. Feathers inoculated with B. subtilis B172 underwent advanced decomposition in liquid cultures, as well as in soild-state conditions, as compared with an uninoculated control. It was manifested by the substrate loss increased by 30%, visual changes in the substrate and biochemical indicators of keratinolysis, e.g. concentration of soluble proteins increased by 71%, in comparison to a control. In addition, capability of the tested bacteria to formation of a biofilm structure on the keratinic substrate was demonstrated, as an additional factor to intensify the process of keratinolysis. The conducted research allowed to propose an alternative and environment-friendly method for waste feathers degradation with an application of B. subtilis B172 keratinolytic bacteria.

8

Physicochemical Characterization and Evaluation of the Organic Pollution of Domestic and Industrial Wastewater in the City of Fez

Bouzidane Zahra, Beniaich Ghada, Kaioua Samiha, Rezouki Sanae, Mansouri Dalal, El Mahjoub Aouane, Eloutassi Noureddine

Ecological Engineering & Environmental Technology

|

2023

|

Vol. 24, iss. 4

177-186

EN

Environmental concern implies a degree of basic dynamism aimed at safeguarding ecosystems against any type of pollution and better management of the environment. Wastewater is mainly composed of water and other materials that represent only a small part of wastewater, but can be present in sufficient quantities to endanger public health and the environment, so before discharging wastewater into the natural environment, it is necessary to define its parameters to have information on the composition and qualitative and quantitative characteristics of wastewater and their impacts on the receiving environment. The goal of the conducted work was to determine the degree of wastewater pollution in Fez based on the results of physicochemical analysis of samples collected from various stations in 2021. The temperature varies between 24.6°C and 29.9°C in wet periods and between 26.5°C and 38.3°C in dry periods, the pH is alkaline to neutral with high turbidity levels, especially in wet periods, for dissolved oxygen, the wastewater of the city of Fez is under saturated in oxygen, which accentuates anaerobic fermentation and the release of bad odors, and the average values of the BOD5 are higher than 100 mg O2/l considered. These wastewaters are rated as being of very poor quality. COD values are greater than 500 mg of O2/l, which is considered the limit value for direct rejections. Nitrate concentrations are highest in S1, with a value of 12.83 mg/l in the dry period. The recorded contents of orthophosphates and total phosphorus do not vary significantly. The obtained values are higher than the WHO recommended wastewater discharge standards. At the conclusion of this research, it was discovered that the wastewater in the city of Fez is of poor to very poor quality.

9

Effect of Mn(II) on tetracycline degradation by a selected strain Burkholderia sp.

Jiao Chaoxing, Xiong Hongbin, Zhou Benjun

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2023

|

Vol. 30, nr 3

417--427

EN

Removal of residual tetracycline (TC) in the environment is an important issue for pollution control. In this study, a TC-degrading strain named JX_1 was isolated from the soil around an industrial park, the strain was identified as Burkholderia sp. by 16s rDNA sequencing analysis. The effects of various factors on TC degradation by the strain were studied, results indicated that the inoculation amounts and liquid volume had little effect on TC degradation rate. However, the degradation rate of TC by strain increased with the increase of pH, and the residual concentration increased gradually with the initial TC concentration increased. The degradation rate of 125 mg/L TC by strain JX_1 was 75.76 % under the conditions of temperature 37 °C, 2 mL inoculation amount and 200 mL liquid volume. Under the same conditions, the degradation rate of TC was increased to 91.39 % with the addition of 0.75 g/L MnSO4, indicating that Mn(II) could improve the degradation rate of TC by strain JX_1 to a certain extent.

10

The new report of domestic wastewater treatment and bioelectricity generation using Dieffenbachia seguine constructed wetland coupling microbial fuel cell (CW-MFC)

Chaijak Pimprapa, Sola Phachirarat

Archives of Environmental Protection

|

2023

|

Vol. 49, no 1

57--62

EN

The constructed wetland integrated with microbial fuel cell (CW-MFC) has gained attention in wastewater treatment and electricity generation owing to its electricity generation and xenobiotic removal efficiencies. This study aims to use the CW-MFC with different macrophytes for domestic wastewater treatment and simultaneously electricity generation without chemical addition. The various macrophytes such as Crinum asiaticum, Canna indica, Hanguana malayana, Philodendron erubescens, and Dieffenbachia seguine were used as a cathodic biocatalyst. The electrochemical properties such as half-cell potential and power density were determined. For wastewater treatment, the chemical oxygen demand (COD) and other chemical compositions were measured. The results of electrochemical properties showed that the maximal half-cell potential was achieved from the macrophyte D. seguine. While the maximal power output of 5.42±0.17 mW/m2 (7.75±0.24 mW/m3) was gained from the CW-MFC with D. seguine cathode. Moreover, this CW-MFC was able to remove COD, ammonia, nitrate, nitrite, and phosphate of 94.00±0.05%, 64.31±0.20%, 50.02±0.10%, 48.00±0.30%, and 42.05±0.10% respectively. This study gained new knowledge about using CW-MFC planted with the macrophyte D. seguine for domestic wastewater treatment and generation of electrical power as a by-product without xenobiotic discharge

11

Microbial community during the initial stage of biologically active carbon filters’ operation and its role in organic matter removal from water

Mądrecka-Witkowska Beata, Komorowska-Kaufman Małgorzata, Pruss Alina, Holc Dorota, Trzebny Artur, Dabert Mirosława

Archives of Environmental Protection

|

2023

|

Vol. 49, no 3

67--77

EN

Filtration through biologically active carbon (BAC) filters is an effective method of organic matter removal during drinking water treatment. In this study, the microbial community in the initial period of filters’ operation, as well as its role in the organic matter removal were investigated. Research was carried out in a pilot scale on two BAC filters (Filter 1 and Filter 2) which were distinguished by the type of inflowing water. It was observed that the number of heterotrophic plate count bacteria and total microbial activity were significantly higher in water samples collected from Filter 2, which received an additional load of organic matter and microorganisms. Despite the differences in the values of chemical and microbiological parameters of inflowing water, the composition of the microbiome in both filters was similar. The predominant taxon was a bacterium related to Spongiibacter sp. (Gammaproteobacteria) (>50% of relative abundance). In both filters, the efficiency of organic matter removal was at the same level, and the composition and relative frequency of predicted functional pathways related to metabolism determined using PICRUSt (Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States Software) at level 3 of KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) Orthology – were also similar. The study demonstrated that a 40-day period of filter operation after filling with virgin granular activated carbon, was sufficient to initiate biofilm development. It was proved, that during the initial stage of filter operation, microorganisms capable of biodegradation of various organic compounds, including xenobiotics like nitrotoluene, colonized the filters.

PL

Filtracja przez biologicznie aktywne filtry węglowe (BAF) jest skuteczną metodą usuwania materii organicznej podczas uzdatniania wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. W niniejszej pracy zbadano zbiorowisko drobnoustrojów w początkowym okresie eksploatacji filtrów oraz jego rolę w usuwaniu materii organicznej z wody. Badania przeprowadzono w skali pilotowej na dwóch filtrach BAF (Filtr 1 i Filtr 2) różniących się składem dopływającej wody. Stwierdzono, że liczba bakterii heterotroficznych i całkowita aktywność mikrobiologiczna były znacząco większe w próbkach wody pobranych z Filtra 2 – zasilanego wodą wzbogaconą o dodatkowy ładunek materii organicznej i mikroorganizmów. Pomimo różnic w wartościach parametrów chemicznych i mikrobiologicznych dopływającej wody, skład mikrobiomu w filtrach był podobny. W obu filtrach dominującym taksonem była bakteria spokrewniona z Spongiibacter sp. (Gammaproteobacteria) (>50% względnej liczebności). W obydwóch filtrach efektywność usuwania materii organicznej była na podobnym poziomie oraz skład i względna częstość występowania przewidywanych szlaków funkcjonalnych związanych z metabolizmem, oznaczone przy użyciu PICRUSt (Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States Software) na poziomie 3 KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) Orthology były również zbliżone. Badania wykazały, że 40-dniowy okres pracy filtrów po napełnieniu świeżym granulowanym węglem aktywnym był wystarczający do rozwoju biofilmu. Udowodniono, że w początkowym okresie pracy złoża filtracyjne zasiedlane były przez mikroorganizmy zdolne do biodegradacji różnych związków organicznych, w tym ksenobiotyków, np. nitrotoluenu.

12

Long-term influence of soil environment conditions on the structure and selected properties of PLA packaging

Malinowski Rafał, Musioł Marta, Moraczewski Krzysztof, Krasinskyi Volodymyr, Szymańska Lauren, Bajer Krzysztof

Archives of Environmental Protection

|

2023

|

Vol. 49, no 3

107--114

EN

Studies on packaging made of polylactide (PLA) subjected to long-term influence of soil environment conditions have been presented in this paper. The scientific objective of this study was to determine changes in selected properties of the PLA packaging after long-term incubation in soil. These changes were investigated by scanning electron microscopy, differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, and gel permeation chromatography. The structure, thermal properties, and disintegration degree of the packaging after their three-year incubation in soil have been discussed. It was found that the PLA packaging did not disintegrate significantly in the soil environment, and slight changes in their structure and lack of significant changes in thermal properties indicate that the efficiency of their degradation in soil conditions after three years is very low. This was mainly due to inadequate temperatures in the soil. It was also found (based on the results of scanning electron microscopy and gel permeation chromatography) that initiation of the biodegradation process took place and that this process is much faster than in the case of conventional non-biodegradable polymers. The results are confirmation that materials obtained of various biodegradable polymers (not only PLA) should be biodegradable only under strictly defined conditions, allocated to a specific type of polymer, i.e. those in which they are easily and quickly biodegradable.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań opakowań otrzymanych z polilaktydu (PLA), które poddane zostały długotrwałemu oddziaływaniu warunków środowiska glebowego. Celem naukowym badań było określenie zmian wybranych właściwości opakowań z PLA po długotrwałej inkubacji w glebie. Zmiany te badano za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, różnicowej kalorymetrii skaningowej, analizy termograwimetrycznej, a także chromatografii żelowej. Dokonano analizy struktury, właściwości cieplnych oraz stopnia dezintegracji opakowań po trzyletniej inkubacji w glebie. Stwierdzono, że opakowania wytworzone z PLA nie ulegały znacznemu rozpadowi w środowisku glebowym, a niewielkie zmiany obserwowane w ich strukturze i brak istotnych zmian właściwości cieplnych wskazują, że efektywność ich degradacji w warunkach glebowych po trzech latach jest bardzo niska. Było to spowodowane głównie niedostateczną temperaturą w glebie. Stwierdzono również (na podstawie wyników skaningowej mikroskopii elektronowej i chromatografii żelowej), że miała miejsce inicjacja procesu biodegradacji, a także, że proces ten jest znacznie szybszy niż w przypadku klasycznych polimerów niebiodegradowalnych. Otrzymane rezultaty badań wskazują na to, że materiały wytwarzane różnych rodzajów polimerów biodegradowalnych (nie tylko PLA) powinny być poddawane procesowi biodegradacji wyłącznie w ściśle określonych warunkach, dedykowanych dla danego rodzaju polimeru, tzn. takich w których łatwo i szybko ulegną one rozkładowi biologicznemu.

13

Electricity generation in a microbial fuel cell with a ceramic separator utilizing a bacterial consortium for penicillin removal

Chaijak Pimprapa, Kongthong Alisa, Thipraksa Junjira, Michu Panisa

Archives of Environmental Protection

|

2023

|

Vol. 49, no 4

27--36

EN

The contamination of the environment by antibiotics has become a serious problem, supported by abundant scientific evidence of its negative impact on both aquatic ecosystems and human health. Therefore, it is crucial to intensify research efforts towards developing effective and efficient processes for removing antibiotics from the aquatic environment. In this study, a bacterial consortium capable of breaking down penicillin was employed in a ceramic separator microbial fuel cell (MFC) to generate electricity. The consortium’s properties such as laccase activity, penicillin removal and microbial structure were studied. The SF11 bacterial consortium, with a laccase activity of 6.16±0.04 U/mL, was found to be effective in breaking down penicillin. The highest rate of penicillin removal (92.15±0.27%) was achieved when the SF11 consortium was incubated at 30 °C for 48 hours. Furthermore, when used as a whole-cell biocatalyst in a low-cost upflow MFC, the Morganella morganii-rich SF11 consortium demonstrated the highest voltage and power density of 964.93±1.86 mV and 0.56±0.00 W/m3, respectively. These results suggest that the SF11 bacterial consortium has the potential for use in ceramic separator MFCs for the removal of penicillin and electricity generation

14

Degradation of the highly complex polycyclic aromatic hydrocarbon coronene by the halophilic bacterial strain Halomonas caseinilytica, 10SCRN4D

Okeyode Ajibola H., Al-Thukair Assad, Chanbasha Basheer, Nazal Mazen K., Afuecheta Emmanuel, Musa Musa M., Algarni Shahad, Nzila Alexis

Archives of Environmental Protection

|

2023

|

Vol. 49, no 3

78--86

EN

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are significant pollutants found in petroleum products. There is ample literature on the biodegradation of PAHs containing less than five rings, but little has been done on those with more than five rings. Coronene (CRN), a seven-ring-containing PAH, has only been shown to be degraded by one bacterial strain. In this study, a bacterial strain 10SCRN4D was isolated through enrichment in the presence of CRN and 10% NaCl (w/v). Analysis of the 16S rRNA gene identified the strain as Halomonas caseinilytica. The strain was able to degrade CRN in media containing 16.5–165 μM CRN with a doubling time of 9–16 hours and grew in a wide range of salinity (0.5–10%, w/v) and temperature (30–50°C) with optimum conditions of pH 7, salinity 0.5%–10% (w/v), and temperature 37°C. Over 20 days, almost 35% of 16.5 μM CRN was degraded, reaching 76% degradation after 80 days as measured by gas chromatography. The strain was also able to degrade smaller molecular weight PAHs such as benzo[a]pyrene, pyrene, and phenanthrene. This is the first report of Halomonas caseinilytica degrading CRN as the sole carbon source in high salinity, and thus highlights the potential of this strain in bioremediation.

15

Decomposition dynamics of cooking-oil-soaked waste paper in media with low inorganic nitrogen content

Ciesielczuk Tomasz, Rosik-Dulewska Czesława

Archives of Environmental Protection

|

2023

|

Vol. 49, no 1

85--93

EN

Papier i tekturę należy poddać recyklingowi, ale odpady papierowe zanieczyszczone np. olejem spożywczym czy plastikiem, są znacznie bardziej problematyczne. W szczególności papier zanieczyszczony olejem spożywczym lub masłem (np. pudełka po pizzy) jest trudnym odpadem. Również papier do pieczenia nie może być kierowany jako odpad celulozowy. Rozwiązaniem może być kompostowanie, ale w wielu miejskich systemach zbiórki odpadów stałych, odpady te są zbierane ze strumieniem odpadów zmieszanych, co ostatecznie prowadzi do składowania lub spalania tego materiału. Papier pergaminowy i karton do pizzy zawierają dużo celulozy, a na składowiskach są źródłem CO2 i CH4. Celem pracy było badanie niskiego poziomu łatwo dostępnego azotu i temperatury niższej niż w czasie typowego procesu kompostowania na proces degradacji dwóch typów papieru silnie zanieczyszczonego olejem spożywczym. Jako materiał testowy wykorzystano tekturę zwykle używaną do celów opakowaniowych. W eksperymentach zasadniczych wykorzystywano dwa rodzaje papieru zwykle używanego w kuchni: karton (zużyte pudełko po pizzy) i papier pergaminowy silnie zabrudzony olejem spożywczym. Przetestowano dwa rodzaje mediów stałych o niskiej zawartości azotu nieorganicznego: dojrzały kompost z odpadów komunalnych (MSWC) oraz ziemię liściową. Spadek masy obu rodzajów próbek papieru był skorelowany z czasem procesu i ubytkiem azotu amonowego i azotanowego. Obie badane próbki suche oraz z dodatkiem oleju spożywczego uległy częściowemu lub całkowitemu rozkładowi po 6 tygodniach przetwarzania w warunkach tlenowych bez dodatkowej dawki azotu nieorganicznego. Możliwe jest deponowanie papieru zanieczyszczonego olejem roślinnym wraz z odpadami biodegradowalnymi, aby uniknąć zwiększenia masy strumienia odpadów zmieszanych

16

Heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons in leachates from autothermal thermophilic aerobic digestion as a potential threat to the environment in north-eastern Poland

Boruszko Dariusz, Wojciula Ada

Studia Quaternaria

|

2022

|

Vol. 39, Nr 1

15--22

EN

This paper presents the concentrations of the polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and heavy metals in leachates from the autothermal thermophilic aerobic digestion (ATAD). The leachates from ATAD installations (Dąbrowa Białostocka, Hajnówka, Pisz, Olecko, Giżycko, Wysokie Mazowieckie) located in Poland were tested. The concentrations of PAHs in samples from Pisz, Giżycko, Wysokie Mazowieckie and Hajnówka were similar to those in industrial wastewater. The cluster analysis confirmed that in sites with a higher polyethylene (p.e.) input from the industrial sector, the leachates were more contaminated with PAH compounds. In samples from Dąbrowa Białostocka, Olecko, Pisz and Hajnówka, the heavy fraction of PAHs compounds prevailed over the light fraction. Concentrations of heavy metals in leachates from ATAD varied. The Ward’s method isolated the wastewater treatment plant in Giżycko. The p.e. from the industrial sector was the highest for this facility. Also, the samples from ATAD had the highest total concentration of heavy metals (5.87 mg/l). The leachates from ATAD are returned to biological systems of municipal sewage treatment plants, where they can be combined into more toxic compounds. Biological wastewater treatment processes do not ensure the removal of PAHs and heavy metals from the wastewater. As a result, harmful compounds can get into the water or ground, polluting the environment.

17

Zawartość określonych pierwiastkow papierowych opakowaniach przydatnych do odzysku przez kompostowanie i biodegradację

Ciepliński Maciej, Podawczyk Izabela

Przegląd Papierniczy

|

2022

|

R. 78, nr 3

164--169

PL

Omówiono zastosowanie metody absorpcyjnej spektrometrii atomowej do oznaczania zawartości Zn, Cu, Ni, Cd, Pb, Hg, Cr, Mo, Se i As w papierowych i tekturowych opakowaniach i materiałach opakowaniowych przydatnych do odzysku przez biodegradację i kompostowanie, zgodnie z PN-EN 13432. Przedstawiono wyniki oznaczania tych pierwiastków w 280 próbkach papieru i tektury. Tylko w pojedynczych próbkach stwierdzono przekroczenie dopuszczalnych zawartości Pb, Cu i Zn, a ponad 90% próbek spełniło wymagania PN-EN 13432 pod względem zawartości szkodliwych pierwiastków.

EN

The application of atomic absorption spectrometry method for determination of Zn, Cu, Ni, Cd, Pb, Hg, Cr, Mo, Se and As content in paper and cardboard packaging and packaging materials suitable for recovery by biodegradation and composting according to PN-EN 13432 has been discussed. The results of the determination of these elements in 280 paper and board samples are presented. Single samples were found to exceed the permissible contents of Pb, Cu and Zn. More than 90% of the samples met the requirements of EN 13432 in terms of the content of harmful elements.

18

Mikrobiologiczna degradacja tworzyw sztucznych

Szczyrba Elżbieta, Gąszczak Agnieszka, Szczotka Anna, Pokynbroda Tetiana

Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk

|

2022

|

nr 26

49--71

PL

W pracy poruszono zagadnienia związane z biodegradacją tworzyw sztucznych, których usuwanie ze środowiska naturalnego stało się ogromnym wyzwaniem. Opisano proces degradacji polimerów przez mikroorganizmy oraz przedstawiono podstawowe techniki badań pozwalające na zbadanie stopnia rozkładu tworzyw sztucznych.

EN

Plastics are long chain synthetic polymers produced based on fossil fuels such as oil and natural gas. Due to their properties, like lightness, durability, strength, flexibility, and low production costs, they have become indispensable in everyday life. Every year, the amount of polymers produced increases, in 2020 only in Europe 49.1 million tonnes of polymers were produced. With the increasing production of plastics and their widespread use, a global problem with the accumulation of waste in the natural environment has arisen. In Europe, synthetic waste is mostly incinerated (42.6%) and recycled (34.6%). In the natural environment, plastics can be degraded both by abiotic processes and by biodegradation (Fig.5.). The susceptibility to degradation of polymers depends on their physicochemical properties, the length of the polymer chain, and their composition. Long-chain polymers containing only carbon, such as polyethylene and polypropylene, are more resistant to degradation, while in the case of polyurethane and polyethylene terephthalate, the presence of heteroatoms in the chain, e.g. oxygen, causes greater susceptibility to biodegradation. The appearance of polymer waste in the natural environment caused many microorganisms to develop the ability to use plastics as a source of carbon and energy. The evolution of the metabolic systems of cells, which allows obtaining nutrients from polymers, somehow adapts microbes to live in the era of synthetic materials. Microorganisms equipped with the ability to degrade plastic have been characterized in many scientific studies (Tab. 2). The biodegradation of plastics is a complex process that depends on several factors: substrate availability, surface characteristics, morphology, and molecular weight. The first stage of biodegradation is the deposition of microorganisms on the surface of the polymer, which is largely influenced by the hydrophobicity / hydrophilicity of the material. Microorganisms then produce specific extracellular enzymes that break down the main polymer chain into smaller fragments – dimers and monomers. Then the polymer molecules are transported inside the cell and the final products of polymer decomposition are water, CO2, and biomass. Plastics are characterized by high durability and resistance to biodegradation, therefore pre-aging or pre-treatment of synthetic materials is often necessary. The purpose of these treatments is to modify the surface, which increases susceptibility to the action of enzymes secreted by microorganisms. The most commonly used pre-treatment techniques are UV, gamma, high temperature, and nitric acid treatment. These techniques either reduce hydrophobicity or introduce more biodegradable groups on the surface of the polymer. Describing the process of biodegradation of plastics is a technical challenge because it is a long-term process and difficult to study. The most commonly used methods of assessing the biodegradation of a polymer are the examination of the amount of mass lost by polymers, the examination of hydrophobicity and surface changes by imaging techniques such as SEM, and the chemical composition of polymers using Fourier transform infrared spectroscopy.

19

Biodegradation of polyethylene using soil bacteria and rhamnolipids

Pokynbroda Tetiana, Koretska Nataliia, Gąszczak Agnieszka, Szczyrba Elżbieta

Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk

|

2022

|

nr 26

73--91

EN

Seven strains of bacteria were isolated from the landfill. The isolates were co-cultivated with LDPE and rhamnolipids. Changes in the structure of LDPE films after 28 days of exposure to bacteria were confirmed by FTIR spectroscopy. The toxicity of plastic biodegradation products in a liquid nutrient medium was investigated and their safety for plants was shown. However, these biodegradation products have acute lethal toxicity for the crustacean Daphnia magna.

PL

Polietylen to tworzywo termoplastyczne o niezwykle szerokim zakresie zastosowań, m.in. w produkcji opakowań jednorazowego użytku. Jest uważany za jeden z najczęściej produkowanych polimerów syntetycznych na świecie. Poszukiwania skutecznych drobnoustrojów-destruktorów tworzyw sztucznych prowadzone są od wielu lat w różnych środowiskach, takich jak gleba z namorzynów, wysypiska śmieci, woda morska, larwy i in. Wyizolowano kilka rodzajów grzybów i bakterii rozkładających różne tworzywa sztuczne, ale stopień degradacji wciąż jest niezadowalający. Biodegradacja plastików jest bardzo powolna ze względu na ich hydrofobowość, która utrudnia mikroorganizmom przyczepienie się do ich powierzchni. Pierwszym zadaniem była izolacja bakterii – potencjalnych destruktorów plastiku. Z gleby skażonej odpadami (wysypisko śmieci) sporządzono ekstrakt, który wraz z folią polietylenową (jako jedynym źródłem węgla) wprowadzono do roztworu soli mineralnych. Po trzech tygodniach inkubacji rozpoczęto testy skriningowe bakterii. Ostatecznie wyizolowano siedem różnych szczepów bakterii i oznaczono ich cechy morfologiczne. Ustalono, że wśród izolatów bakteryjnych pięć jest gram-ujemnych, a dwa gram-dodatnie. Cztery z nich wytwarzają katalazę, pięć hydrolizuje żelatynę i kazeinę, dwa hydrolizują skrobię, a dwa produkują lecytynazę (Tabela 1). Badając fitopatogenność bakterii ustalono, że jeden rodzaj drobnoustrojów jest zdolny do wywoływania chorób roślin (ziemniaka). Przeprowadzono eksperymenty dotyczące degradacji folii polietylenowych przez wyizolowane szczepy bakteryjne. Dla przyspieszenia degradacji plastiku, bakterie były hodowane także w obecności biosurfaktantów (ramnolipidy, 0,1 g/l). Eksperyment trwał 28 dni. W hodowlach bez biosurfaktantów zaobserwowano tylko niewielkie wahania zmętnienia czyli nie uzyskano przyrostu biomasy. Natomiast w hodowlach zawierających ramnolipidy, między czwartym a szóstym dniem zaobserwowano gwałtowny wzrost zmętnienia podłoża. Wskazuje to na adaptację metabolizmu bakterii do biosurfaktantów i wykorzystanie ramnolipidów jako źródła węgla. Po dwudziestym dniu wzrostu obserwujemy gwałtowny spadek zmętnienia podłoża, będący skutkiem tworzenia się grudek biomasy. Analizując widma uzyskane metodą ATR-FTIR, zauważono zmniejszenie wysokości pików dla liczb falowych 2850 i 2920 (odpowiadających wiązaniom C-H) oraz pojawienie się niewielkiego zaburzenia dla liczby 2350. Pokrywające się widma folii LDPE degradowanych przez bakterie w obecności lub przy braku biosurfaktantu, sugerują brak wpływu ramnolipidu na biodegradację tego tworzywa. Po raz pierwszy zbadano i porównano toksyczność i fitotoksyczność produktów biodegradacji polietylenu i bioplastiku, obecnych w płynie pohodowlanym. Wykazano bezpieczeństwo produktów biodegradacji polietylenu i biotworzyw dla wybranych roślin jedno- i dwuliściennych (pszenica zwyczajna (Triticum aestivum L. i rzeżucha siewna Lepidium sativum). Stopień ich toksyczności nie przekraczał 10%. Jednak dla środowiska wodnego produkty biodegradacji polietylenu są niebezpieczne i wykazują toksyczność ostrą dla skorupiaków Daphnia magna (stopień toksyczności 51% dla polietylenu i 55% dla polietylenu z ramnolipidami w porównaniu z 7% dla biotworzyw). Takie rezultaty wskazują na szkodliwość dla środowiska wodnego nie tylko tworzyw sztucznych, ale także produktów ich biodegradacji. Wykazano, że w przeciwieństwie do polietylenu produkty biodegradacji biotworzyw (worki na odpady organiczne, produkowane ze skrobi, 7P0595) są bezpieczne zarówno dla roślin, jak i dla skorupiaków Daphnia magna. Spadek kąta zwilżania po 28 dniach hodowli obserwowany był we wszystkich układach, co oznacza, że folie polietylenu stały się bardziej hydrofilowe i podatne na biodegradację. Odnotowano także nieznaczny spadek masy folii. W celu weryfikacji skuteczności wyizolowanych bakterii, eksperymenty należy powtórzyć zdecydowanie wydłużając czas prowadzenia hodowli.

20

Badania laboratoryjne wpływu dodatku γ-PGA na efektywność biodegradacji węglowodorów ropopochodnych

Wojtowicz Katarzyna, Steliga Teresa, Skalski Tomasz

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 9

668--678

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z biodegradacją węglowodorów ropopochodnych (TPH – suma węglowodorów ropopochodnych, BTEX – węglowodory monoaromatyczne, WWA – wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne) w glebie na drodze inokulacji biopreparatem opracowanym na bazie autochtonicznych szczepów bakteryjnych oraz mieszaninami biopreparatu z roztworem γ-PGA. Badania biodegradacji prowadzono w warunkach laboratoryjnych z wykorzystaniem zestawu Oxi-Top. Materiał badawczy stanowiła gleba pobrana z terenu dołu urobkowego charakteryzująca się wysokim stężeniem węglowodorów ropopochodnych. W badaniach biodegradacji zastosowano cztery sposoby inokulacji: wariant A (biopreparat), wariant B (biopreparat i roztwór γ-PGA w stosunku objętościowym 2 : 1), wariant C (biopreparat i roztwór γ-PGA w stosunku objętościowym 1 : 1) oraz wariant D (biopreparat i roztwór γ-PGA w stosunku objętościowym 1 : 2). Efektywność biodegradacji oceniono na podstawie przeprowadzonych badań respirometrycznych oraz analiz chromatograficznych. Wartości aktywności mikrobiologicznej w próbkach gleby inokulowanych biopreparatem oraz roztworem γ-PGA po 60 dniach testu wynosiły 2040 mg O2/dm3 (wariant B), 3769 mg O2/dm3 (wariant C) i 5127 mg O2/dm3 (wariant D), natomiast w próbce inokulowanej samym biopreparatem (wariant A) oznaczono 1582 mg O2/dm3 . Wykonane analizy chromatograficzne wykazały, że stopień biodegradacji TPH po zakończeniu testu wynosił 36,78%, podczas gdy dodanie γ-PGA do biopreparatu spowodowało obniżenie zawartości TPH o 39,73% (wariant B), 42,37% (wariant C) oraz 44,34% (wariant D). Stopień biodegradacji BTEX w glebach inokulowanych biopreparatem z dodatkiem γ-PGA wynosił od 47,11% do 51,00%, natomiast bez dodatku γ-PGA 44,53%. Z kolei inokulacja gleby biopreparatem z dodatkiem γ-PGA spowodowała obniżenie zawartości WWA w badanej glebie o 32,18% (wariant B), 37,40% (wariant C), 39,62% (wariant D), a samym biopreparatem – o 29,40% (wariant A). Przeprowadzone badania laboratoryjne wykazały, że γ-PGA wpływa korzystnie na efektywność procesu biodegradacji substancji ropopochodnych takich jak węglowodory alifatyczne, węglowodory monoaromatyczne oraz wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne.

EN

The article presents issues related to the biodegradation of petroleum hydrocarbons (TPH – total petroleum hydrocarbons, BTEX – monoaromatic hydrocarbons, PAH – polycyclic aromatic hydrocarbon) in soil by inoculation with a biopreparation based on autochthonous bacterial strains and mixtures of biopreparation with γ-PGA solution. The biodegradation tests were carried out in laboratory conditions with the use of the Oxi-Top kit. The test material was soil collected from the mining pit, characterized by high concentrations of petroleum hydrocarbons. In the biodegradation tests, four inoculation variants were applied: variant A (biopreparation), variant B (biopreparation and γ-PGA solution in a 2 : 1 volume ratio), variant C (biopreparation and γ-PGA solution in a 1 : 1 volume ratio) and variant D (biopreparation and γ-PGA solution in a 1 : 2 volume ratio). The biodegradation efficiency was assessed on the basis of respirometric tests and chromatographic analyzes. The values of microbial activity in soil samples inoculated with the biopreparation and the γ-PGA solution after 60 days of the test were 2,040 mg O2/dm3 (variant B), 3,769 mg O2/dm3 (variant C) and 5,127 mg O2/dm3 (variant D), while in the sample inoculated with the biopreparation alone 1,582 mg O2/dm3 variant A. The chromatographic analyzes carried out showed that the degree of TPH biodegradation after the end of the test was 36.78%, while the addition of γ-PGA to the biopreparation reduced the TPH content by 39.73% (variant B), 42.37% (variant C) and 44.34% (variant D). The degree of BTEX biodegradation in soils inoculated with the biopreparation with the addition of γ-PGA ranged from 47.11 to 51.00%, while in the variant without the addition of γ-PGA it was 44.53%. In turn, soil inoculation with the biopreparation with the addition of γ-PGA reduced the PAH content in the tested soil by 32.18% (variant B), 37.40% (variant C), 39.62% (variant D), and the biopreparation itself by 29.40% (variant A). Laboratory tests have shown that γ-PGA positively affects the efficiency of biodegradation process of petroleum substances such as aliphatic hydrocarbons, monoaromatic hydrocarbons and polycyclic aromatic hydrocarbons.