ΑΠΟΡΡΥΠΑΝΣΗ Ε∆ΑΦΩΝ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΜΕ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΕΙ∆Η ΜΕ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΜΕΘΟ∆ΟΥΣ Ντάντος Α.1*, Δημητρίου Κ. 1, Λούππης Α. 1, Σταμάτης Χ. 2, Παυλίδης Ι2, Ομήρου M.3, Παπαστεφάνου Χ.1 2Τμήμα 1cp FOODLAB LTD, Πολυφώντη 25, Στρόβολος, Λευκωσία, Κύπρος Βιολογικών Εφαρμογών και Τεχνολογιών, Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας, Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Ιωάννινα, Ελλάδα 3 Ινστιτούτο Γεωργικών Ερευνών, Εργαστήριο Γεωργικής Μικροβιολογίας, Λευκωσία, Κύπρος *tel : +35722456860, email: me00205@cc.uoi.gr ΠΙΝΑΚΑΣ 1 Επεξεργασίες αποκατάστασης ΠΙΝΑΚΑΣ 2 Μικροοργανισμοί Νο Μικροοργανισμοί 3 Αποτελέσματα 3.1 Μικροβιακό φορτίο Ο αρχικός πληθυσμός μικροοργανισμών του μη αποστειρωμένου εδάφους ήταν 4*104 CFU/g. Αύξηση του μικροβιακού φορτίου παρατηρήθηκε σε όλα τα δείγματα ιδιαίτερα μετά την προσθήκη κομπόστας. Στους πίνακες 5 και 6 παρουσιάζεται ο αριθμός των ολικών μικροοργανισμών του εδάφους με χρήση βιοδιέγερσης και βιοενίσχυσης αντίστοιχα. Πίνακας 5 Ανάπτυξη βακτηρίων κατά την αποδόμηση των πετρελαϊκών υδρογονανθράκων βιοδιέγερση No Βακτήρια (CFU/g) 68 80 C /C o C /C o 90 0 20 40 60 80 100 6.1*104 4.8*106 5,0*108 3,8*108 7.8*109 6,1*1010 6.7*1011 5 2.8*104 6.3*106 3,2*107 4.3*108 1.5*109 3.6*109 1.3*1010 6 4.9*104 2.8*108 1,7*1010 4,6*109 7.2*109 9*109 1.6*1010 7 6.9*104 6.2*107 3.0*109 1,2*109 8.9*108 1*108 3.7*109 3.2.1 Βιοενίσχυση 8 5.4*104 5.8*107 1,4*109 1,2*109 6.4*109 1*109 2.4*1010 9 4.8*104 8.9*106 9,8*108 1,6*108 7.6*108 3*109 4.9*1010 10 Η συγκέντρωση των TPH που παραμένει στο έδαφος καθώς και οι κανονικοποιημένες συγκεντρώσεις C/C0 μετά την προσθήκη μικροοργανισμών απεικονίζονται στα σχήματα 7 και 8. 6.2*104 7.9*106 5,7*108 2,2*108 9.2*108 2,8*109 6.6*1010 11 5.3*104 1.3*107 7,3*109 9.2*108 6.5*108 7,3*109 3.2*1010 12 5.9*104 1,4*107 8,5*108 5,5*107 4.9*108 1,7*109 4.6*1010 13 3,2*1010 8,2*1011 3,6*1013 1*1013 3,3*1011 4,2*1011 3.1*1010 14 4,2*109 15 4*109 7,3*109 1,4*1014 1,5*1011 1*1013 7,3*1012 1.6*1011 6*1013 2.4*109 1.2*1010 2,1*1010 9,8*1011 6.9*1013 2*1013 1,7*1012 2*1013 5.4*1012 17 4.3*104 4.9*104 5,8*104 6,3*104 3.2*105 4,2*105 5.4*105 ΜΜ4 2Α 7 (NH4)2SO4 – glucose 7 ΜΜ4 3Α 8 NH2CONH2 - glucose mm22a 8 ΜΜΥ1R 1Α 9 NH4NO3 - glucose mm23a 9 ΜΜΥ1R 2Α 10 NH2CONH2 - NH4NO3 - glucose 10 11 NH4Cl - glucose 11 12 1,8*106 mmy1r2a 2*108 1*109 6,3*109 9*108 1*108 7,2*109 5,7*104 mmy1r3a 2*106 3*106 7,3*108 1,2*108 1*106 6,4*107 8,1*103 4,7*109 5,9*108 1,4*109 3*108 6*106 3,4*107 2,7*103 4,4*109 1,6*1011 1,8*1013 7,8*1012 1*1010 2,1*108 5.3*106 mmy2r3a 8,9*109 1*108 2,8*109 2*108 3*107 1,1*107 6,4*107 ΜΜΥ1R 3Α mm32a 6,2*109 3,1*109 7,4*1010 4*109 5*105 4,9*108 1,7*107 ΜΜΥ2R 3Α mm41a 1,1*106 8*105 3,2*106 7,3*107 6,9*106 4,5*107 2,1*104 Mineral Medium - glucose mm42a 1*1010 1*109 5,3*109 2,3*108 1*105 5,5*106 1,5*106 13 Compost 1:0.1 mm43a 4*106 3*108 1,1*109 2,2*109 1*105 1,5*108 4,4*103 14 Compost 1:0.3 1,3*105 5,5*105 4,8*108 9*107 2*106 2,1*108 2*105 15 Compost 1:0.5 16 Compost 1:1 17 Blank mix 42 ημέρες 56 ημέρες 70 ημέρες 84 ημέρες 3.2 Αποδόμηση ρυπαντών 3.2.1 Βιοδιέγερση 3.2.1.1 Προσθήκη θρεπτικών Η αποδόμηση των συνολικών πετρελαϊκών υδρογονανθράκων (ΤΡΗ) παρακολουθήθηκε για 90 ημέρες με ανάλυση σε τακτά χρονικά διαστήματα. Η πορεία της αποδόμησης των TPH με προσθήκη ανόργανων αλάτων με ή χωρίς τη χρήση εναλλακτικής πηγής άνθρακα απεικονίζεται στα σχήματα 1 και 2 αντίστοιχα. 1 40000 NH2CONH2 25000 NH4NO3 20000 NH2CONH2 NH4NO3 NH4Cl 15000 10000 Minera Medium blank 5000 0 7 14 21 32 40 47 time (days) 59 68 80 90 R e m a in in g T P H (m g /K g ) 30000 0 2 40000 (NH4)2SO4 35000 35000 (NH4)2SO4 30000 NH2CONH2 25000 NH4NO3 20000 NH2CONH2 NH4NO3 NH4Cl 15000 10000 Minera Medium 5000 blank 0 0 7 14 21 32 40 47 59 68 80 ΜΙΧ ΜΜ3 2Α 40000 ΜΜ4 1Α ΜΜ4 2Α 30000 ΜΜ4 3Α 20000 90 Time (Days) Σχ 1 TPH που παραμένουν στο έδαφος μετά την προσθήκη θρεπτικών Σχ 2 TPH που παραμένουν στο έδαφος μετά την προσθήκη θρεπτικών και εναλλακτικής πηγής άνθρακα Οι κανονικοποιημένες συγκεντρώσεις TPH C/C0 για κάθε επεξεργασία ως συνάρτηση του χρόνου απεικονίζονται στα σχήματα 3 και 4. Όπου C : συγκέντρωση των TPH σε χρόνο t (mg/kg), C0 : Αρχική συγκέντρωση TPH (mg/kg) ΜΜ2 2Α 1 ΜΜ2 3Α 50000 ΜΜ2 3Α ΜΜ3 2Α 0.8 ΜΜ4 1Α ΜΜ4 2Α 0.6 ΜΜ4 3Α ΜΜΥ1R 1Α 0.4 ΜΜΥ1R 2Α ΜΜΥ1R 1Α 10000 ΜΜΥ1R 2Α 0 ΜΜΥ1R 3Α 0 Πίνακας 6 Ανάπτυξη βακτηρίων κατά την αποδόμηση των πετρελαϊκών υδρογονανθράκων βιοενίσχυση Βακτήρια (CFU/g) No 28 ημέρες 8 ΜΜ2 2Α 6.2*1011 16 R e m a in in g T P H (m g /k g ) ΜΙΧ 7 60000 2.6*1010 1,1*109 Time (days) Σχ 5 TPH που παραμενουν στο έδαφος μετά την προσθήκη κομπόστας Σχ 6 Κανονικοποιημένη συγκεντρωση TPH στο έδαφος μετά την προσθήκη κομπόστας 20 40 60 80 Χρόνος (Ημέρες) 6 0.7 59 4 Minera Medium 0.06 47 Η χρήση κομπόστας είχε ως αποτέλεσμα την απομάκρυνση ποσοστού μεγαλύτερου του 90% των ΤΡΗ ακόμη και σε μικρές αναλογίες ανάμιξης, ενώ σε όλες τις περιπτώσεις παρατηρήθηκε αποδόμηση ακόμη και ενώσεων ανθεκτικών στην βιοαποδόμηση όπως το πριστάνιο και το φυτάνιο. Η χρήση αναλογίας ανάμιξης 1:1 και 1:0.5 οδήγησε σε απομάκρυνση ποσοστού μεγαλύτερου του 80% από τις πρώτες 30 ημέρες. 6 NH4Mo7O24.4H2O 40 Time (days) 5.9*1011 2,7*109 0.5 32 3.4*1010 2*107 MnSO4.4H2O 21 1:1 0 4*1010 7*108 ZnSO4.7H2O 14 1 : 0.5 1,2*1010 1,3*109 0.5 0,2 6.3*108 3*107 0.25 5000 0 1 : 0.3 0,6 0,4 7 1 : 0.1 0,8 5.4*109 14 ημέρες Η3ΒΟ3 1 :1 10000 9,8*107 5.3*107 CuSO4.5H2O 1 : 0.5 15000 1,2*108 0 ημέρες 0.05 1 : 0.3 20000 4,6*107 mmy1r1a (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O 1 1 : 0.1 25000 0 6 1,2 30000 2,1*1010 ΜΜ4 1Α 0.01 5 35000 5.3*106 ΜΜ3 2Α CaCl2 3.2.1.2 Προσθήκη κομπόστας Η συγκέντρωση των TPH που παραμένει στο έδαφος καθώς και οι κανονικοποιημένες συγκεντρώσεις C/C0 μετά την προσθήκη κομπόστας σε διάφορες αναλογίες απεικονίζονται στα σχήματα 5 και 6. 3.2*108 5 0.5 100 5.2*104 4 MgSO4.7H2O 80 3.3*104 NH4Cl P 324 60 Time (Days) 3 NH2CONH2 - NH4NO3 Available (mg/Kg) 40 2 5 0.1 20 1 4 KCl 0 Time (Days) Σχ 3 Κανονικοποιημένη συγκέντρωση TPH στο έδαφος μετά την προσθήκη θρεπτικών Σχ 4 Κανονικοποιημένη συγκέντρωση TPH στο έδαφος μετά την προσθήκη θρεπτικών και εναλακτικής πηγής άνθρακα 5.2*1010 ΜΜ2 3Α 7 0 blank 84 ημέρες 3 NaNO3 100 9*1010 NH4NO3 1.30 80 70 ημέρες 3 Excangable K 1989 (mg/Kg) 60 3.2*1010 ΜΙΧ 1 40 56 ημέρες ΜΜ2 2Α ΚH2PO4 20 1,8*109 2 16.54 0 Minera Medium blank 0,2 42 ημέρες 1 Total N (%) 0 NH2CONH2 NH4NO3 NH4Cl 0,4 Minera Medium 1,4*1010 NH2CONH2 Total C (%) NH4Cl 0,2 NH4NO3 28 ημέρες (NH4)2SO4 2 0,4 NH2CONH2 0,6 6.9*108 2 g/L NH2CONH2 - NH4NO3 0,8 14 ημέρες 1 Κ2HPO4 0,6 (NH4)2SO4 1 6.4*104 Επεξεργασίες Θρεπτικά 0,8 NH4NO3 4 1,2 NH2CONH2 0 ημέρες No ΠΙΝΑΚΑΣ 3 Σύσταση θρεπτικού υλικού ΠΙΝΑΚΑΣ 4 Σύσταση κομπόστας (NH4)2SO4 1 C /C o 2.1 Ετοιμασία μικροκόσμων Το έδαφος που χρησιμοποιήθηκε ήταν ρυπασμένο με πετρέλαιο κίνησης. Προερχόταν από τους χώρους ενός πρώην διυλιστηρίου το οποίο χρησιμοποιείται ως σταθμός αποθήκευσης πετρελαιοειδών. Τα δείγματα του εδάφους ήταν επιφανειακά (έως 20cm βάθος). Το έδαφος ξηράνθηκε στον αέρα, κοσκινίστηκε με κόσκινο 2mm, ομογενοποιήθηκε και αποθηκεύθηκε στο σκοτάδι στους -20oC μέχρι την περαιτέρω επεξεργασία του. Για τα πειράματα εργαστηριακής κλίμακα χρησιμοποιήθηκαν γυάλινα μπουκάλια τα οποία πλύθηκαν με διχλωρομεθάνιο. Το κάθε μπουκάλι περιείχε 500g ρυπασμένου εδάφους. Σε κάθε επεξεργασία η υγρασία ρυθμίστηκε στο 60% της υδατοχωρητικότητας του εδάφους. Δύο φορές την εβδομάδα γινόταν ανάδευση των μικρόκοσμων και προσθήκη νερού. Α) Βιοδιέγερση Οι επεξεργασίες που χρησιμοποιήθηκαν απεικονίζονται στον πίνακα 1. Ανόργανα άλατα προστέθηκαν ώστε να επιτευχθεί αναλογία C:N 100:10. Στα πειράματα με χρήση εναλλακτικής πηγής άνθρακα προστέθηκε γλυκόζη σε συγκέντρωση 0.5g/kg. Η περιεκτικότητα θρεπτικών υλικών της κομπόστας και η σύσταση του θρεπτικού μέσου απεικονίζονται στους πίνακες 3 και 4 Β) Βιοενίσχυση Με τη μέθοδο του εμπλουτισμού απομονώθηκαν από 4 διαφορετικά ρυπασμένα εδάφη 21 μικροοργανισμοί. Στον πίνακα 2 απεικονίζονται οι 9 μικροοργανισμοί που προστέθηκαν στο ρυπασμένο έδαφος σε αρχική συγκέντρωση 108 CFU/g εδάφους. 2.4 Ανάλυση Η ανάλυση των υδρογονανθράκων πραγματοποιήθηκε με μια τροποποιημένη μέθοδο στηριζόμενη στην 8015b της ΕΡΑ[6]. Σε χρονικά διαστήματα μεταξύ των 0 και 90 ημερών, 3 δείγματα λαμβάνονταν από διάφορα σημεία κάθε μικρόκοσμου, ομογενοποιούνταν και αναμιγνύονταν. Στη συνέχεια 5g εδάφους αναμιγνύονταν με 5 g Na2SO4 και εκχυλίζονταν 3 φορές για 15min σε λουτρό υπερήχων με 20ml διχλωρομεθανίου. Η ανάλυση έγινε σε GC-FID και το χρωματογράφημα της ημέρας 0 χρησιμοποιήθηκε για να υπολογιστεί η απομάκρυνση των ρυπαντών του εδάφους. 3 1,2 C 0 /C 2. Υλικά και μέθοδοι 2.3 Αριθμός ολικών μικροοργανισμών του εδάφους Ο προσδιορισμός του συνολικού αριθμού των βακτηρίων πραγματοποιήθηκε με plate technique σε plate count agar (Oxoid) μετά από επώαση 72 h στους 30oC, η οποία επιτρέπει την ανάπτυξη των αυτόχθονων μικροοργανισμών R e m a in in g T P H ( m g /K g ) Η ευρύτατη χρήση των πετρελαϊκών υδρογονανθράκων έχει ως αποτέλεσμα τη ρύπανση του περιβάλλοντος από διαρροές και ατυχήματα που είναι πιθανό να λάβουν χώρα κατά τη μεταφορά και αποθήκευση τους. Οι πετρελαϊκοί υδρογονάνθρακες καθώς και οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες χαρακτηρίζονται ως ρύποι άμεσης προτεραιότητας από την US EPA. Πολλές μέθοδοι, φυσικοχημικές και βιολογικές έχουν χρησιμοποιηθεί για την αποκατάσταση εδαφών ρυπασμένων με επικίνδυνους ρυπαντές. Η βιοεξυγίανση εδαφών ρυπασμένων με πετρελαιοειδή θεωρείται μια ιδιαίτερα υποσχόμενη προσέγγιση για τον καθαρισμό τους. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η αποκατάσταση ρυπασμένων εδαφών από σταθμό αποθήκευσης πετρελαιοειδών, με χρήση των τεχνικών της βιοενίσχυσης (ενίσχυση του μικροβιακού φορτίου του εδάφους με προσθήκη μικροοργανισμών) και της βιοδιέγερσης (διέγερση της ανάπτυξης των αυτόχθονων μικροοργανισμών του εδάφους με προσθήκη θρεπτικών υλικών) [1,2,4,5,7,8] Σ υ γ κ έ ν τ ρ ω σ η T P H (m g /k g ) 1.Εισαγωγή 100 ΜΜΥ2R 3Α blank ΜΜΥ1R 3Α 0.2 ΜΜΥ2R 3Α 0 blank 0 20 40 60 80 100 Χρόνος (Ημέρες) Σχ 7 TPH που παραμενουν στο έδαφος μετά την προσθήκη μικροοργανισμών Σχ 8 Κανονικοποιημένη συγκεντρωση TPH στο έδαφος μετά την προσθήκη μικροοργανισμών Η προσθήκη μικροοργανισμών είχε ως αποτέλεσμα την απομάκρυνση έως και 80% των ΤΡΗ. 4. Συμπεράσματα Η χρήση διάφορων τεχνικών βιοεξυγίανσης για την απορρύπανση του ρυπασμένου εδάφους από την περιοχή του πρώην διυλιστηρίου έδωσε πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα αφού αποδείχθηκε πως είναι κατάλληλες για την απορρύπανση των συγκεκριμένου εδάφους. Η απομάκρυνση των συνολικών πετρελαϊκών υδρογονανθράκων σε όλες τις περιπτώσεις ήταν μεγαλύτερη του 60% σε χρονικό διάστημα μικρότερο των 3 μηνών. Ο συνδυασμός των τεχνικών και ιδιαίτερα η συνδυασμένη προσθήκη κομπόστας και μικροοργανισμών ίσως να οδηγήσει σε ακόμη μεγαλύτερα ποσοστά αποδόμησης σε μικρότερο χρόνο και θα μπορούσε να διερευνηθεί περαιτέρω. 5. Ευχαριστίες Η εργασία χρηματοδοτήθηκε από το Ίδρυμα Προώθησης Έρευνας Κύπρου. (Πρόγραμμα Διδάκτωρ 2008) 6. Βιβλιογραφία [1] Chang B.V., Lu Y.S., Yuan S.Y.,., Tsao T.M, . Wang M.K (2009) Biodegradation of phthalate esters in compost-amended soil Chemosphere 74: 873–877 [2] Chu H., Lin X, Fujii T., Morimoto S. Yagi K, Hu J., Zhang J., (2007) Soil microbial biomass dehydrogonase activity, bacterial community structure in response to long term fertilizer management, Soil Biol. Biochem. 39, 2971-2976 [3] Del Arco, J.P., de Franka F.P. (2001) Influence of oil contamination levels on hydrocarbon biodegradation in sandy sediments. Environ. Pollut, 110 :515-519 [4] Gandolfi I, Sicolo M., Franzetti A, Fontarosa E., Santagostino A, Bestetti G., (2010)Influence of compost amendment on microbial community and ecotoxicity of hydrocarbon-contaminated soils. Biores. Technol., 101, 568-575 [5] Ghazali F.M. Rahman R. N. Z. A,. Salleh A. B,. Basri M, (2004) Biodegradation of hydrocarbons in soil by microbial consortium Inter. Biodeter. Biodegr. 54 : 61-.67 [6] United States Environmental Protection Agency (US EPA). Method 8015. Non halogenated organics using GC-FID. Washington: US EPA, 1996 [7] Jean J. S,. Lee M. K,. Wang S. M,. Chattopadhyay P,. Maity J. P (2008) Effects of inorganic nutrient levels on the biodegradation of benzene, toluene, and xylene by Pseudomonas spp. in a laboratory porous media sand aquifer model 99:78077815 [8] Rahman K.S.M, Rahman T. Kourkoutas Y, Petsas I., Marchant R,. Banat I.M (2003) Enhanced bioremediation of n-alkane in petroleum sludge using bacterial consortium amended with rhamnolipid and micronutrients, Biores. Technol. 90:159-168
© Copyright 2024 Paperzz