Διαφάνεια 1

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: [email protected]
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

Download Report