Bioremediacja gleb zanieczyszczonych substancjami ropopochodnymi

Oczyszczanie gleb

zanieczyszczonych

substancjami

ropopochodnymi

Hanna Nosal

Charakterystyka
zanieczyszczeń

Ropa naftowa jest mieszaniną węglowodorów

zawierających także niewielkie ilości (do 3%)
związków organicznych tlenu (kwasy
karboksylowe, fenole), siarki, azotu oraz
metali ciężkich (do 1%). W skład ropy
naftowej wchodzą grupy węglowodorów:

•

alifatyczne (parafinowe),

•

cykloalkany (naftalenowe),

•

areny,

•

olefinowe.

Właściwości
węglowodorów

•

Węglowodory (C5-C11), lekka frakcja
ropy naftowej, mało reaktywne, łatwo
migrujące w glebie, łatwo ulatniające się i
łatwo rozpuszczalne w wodzie.

•

Węglowodory (C12-C42), mniej ruchliwe
w glebie, mniej podatne na degradację.

Źródła i formy degradacji gleb

zaolejonych

•

Zanieczyszczenie odgórne długotrwałe.

•

Zanieczyszczenie odgórne awaryjne (świeże).

•

Zanieczyszczenie oddolne przed podsiąkającą
ropę.

Gleba
zanieczyszczona
produktami
naftowymi

Skutki

zanieczyszczenia gleby

węglowodorami

Wzrost zawartości węgla, zakłócający stosunek
C:N,

•

8:1-10:1 - gleba czysta,

•

10:1-17:1- gleba słabo zdegradowana,

•

17:1-30:1 - gleba średnio zdegradowana,

•

30:1-45:1 - gleba w dużym stopniu zdegradowana,

•

powyżej 45:1 – gleba silnie zdegradowana.

Bakterie i grzyby w takich warunkach zużywają
cały dostępny azot kosztem roślin.

Obserwuje się pogorszenie warunków powietrzno-
wodnych w glebie

Graficzne przedstawienie
rozprzestrzeniania się zasięgu skażenia
substancji ropopochodnych.

Etap 1. Wyciek 10.000 litrów (1/3 cysterny transportującej paliwo) .

Kubatura
skażonego
gruntu ok.
100 m3

Oczyszczanie zaolejonych gleb:

•

samorzutne oczyszczanie gleby,

•

bioremediacja.

Bioremediacja - technologia

usuwania zanieczyszczeń gruntu,
wykorzystująca organizmy żywe w
celu katalizowania rozkładu lub
transformacji różnego rodzaju
zanieczyszczeń w formy mniej
szkodliwe.

Stosowane układy biologiczne:

• rośliny (fitoremediacja),

• drobnoustroje (biohydrometalurgia).

Podstawowy mechanizm oczyszczania:
- rozkład zanieczyszczeń organicznych
(węglowodorów) do dwutlenku węgla i wody,
przy udziale mikroorganizmów

Przykładowy schemat rozpadu węglowodorów:

Mikroorganizmy

bioremediacyjne

•

Posiadające zdolność do wykorzystywania węgla
zawartego w węglowodorach jako źródła energii.

•

Głównie bakterie tlenowe, w mniejszym zakresie drożdże
i grzyby, takie jak:

BAKTERIE: Achromobacter, Acinetobacter, Actinomyces, Alcaligenes,

Arthrobacter, Aeromonas, Bacillus, Brevibacterium,
Corynebacterium, Flavobacterium, Micrococcus, Mycobacterium,
Nocardia, Pseudomonas,

DROŻDŻE: Candida, Debaromyces, Hansenula, Pichia,

Rhodosporidium, Rhodotorula, Saccharomyces, Sporobolomyces,
Torulopsis, Trichosporon,

GRZYBY: Aspergillus, Aureobasidium, Cladosporium, Fusarium,

Mortierella, Mucor, Penicillium, Sporotrichum, Varicospora.

Żaden z drobnoustrojów nie jest zdolny do
biodegradacji węglowodorów wszystkich grup,
mogą jedynie przyswajać wybrane rodzaje
związków, o określonych strukturach chemicznych.

Typy bioremediacji
gleb:

bioremediacja naturalna, wykorzystuje się proces

naturalnej biodegradacji przeprowadzanej przez
mikroorganizmy i wymaga jedynie prowadzenia regularnego
monitorowania stężenia zanieczyszczeń ,
- biostymulacja polegająca na stymulowaniu wzrostu i
aktywności rodzimych populacji drobnoustrojów
(przyspieszaniu procesów biodegradacji zanieczyszczeń)
poprzez dostarczenie im odpowiednich substancji
pokarmowych i/lub tlenu,
- bioaugumentacja polega na wprowadzeniu do środowiska
odpowiednich mikroorganizmów. Mogą to być wyizolowane
ze skażonego gruntu i namnożone szczepy, które wykazują
największą aktywność w rozkładzie zanieczyszczeń, rodzime
drobnoustroje o selektywnie wzmocnionych w laboratorium
zdolnościach funkcjonalnych lub mikroorganizmy
modyfikowane genetycznie.

Czynniki warunkujące

efektywność procesów

bioremediacyjnych

•

budowa chemiczna oraz stężenie
węglowodorów i ich toksyczność w stosunku
do mikroflory,

•

mikrobiologiczny potencjał gleby (stężenie
biomasy, różnorodność populacji, aktywność
enzymów),

•

fizykochemiczne parametry środowiska
(m.in. odczyn, temperatura, zawartość
materii organicznej, wilgotność),

•

dostępność węglowodorów dla komórek
mikroorganizmów.

Bioremediacja in situ – w

miejscu występowania

skażenia

Bioremediacja in situ

pozwala często zachować
istniejącą na danym
terenie infrastrukturę.

Głównymi metodami

bioremediacji in situ są:

•

uprawa gleby,

•

biowentylacja,

•

bioekstrakcja.

Bioremediacja ex situ – po

wybraniu zanieczyszczonej

gleby z danego terenu

Do metod bioremediacji

ex situ należą:

•

uprawa gleby,

•

kompostowanie,

•

biostosy,

•

bioreaktory.

Zalety
bioremediacji:

•

ekonomiczna (najtańsza),

•

proces likwidacji skażenia może być prowadzony „in
situ”,

•

grunt nadaje się do użytku bezpośrednio po
przeprowadzeniu procesu oczyszczania,

•

w procesie likwidacji skażenia nie są wytwarzane
szkodliwe związki wydzielane do gruntu, wód i atmosfery
(organizmy rozkładają składniki zanieczyszczeń do
obojętnych dla środowiska dwutlenku węgla i wody),

•

technologia ta nie wymaga stosowania kosztownej
i skomplikowanej aparatury.

Wady
(ograniczenia):

• długotrwałość procesu, szybkość bioremediacji
maleje wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej i
złożoności budowy węglowodorów
• toksyczność produktów częściowego rozkładu.

Bibliogr

afia

B. Kołowzan, W. Adamiak, K. Grabas, A. Pawełczyk,
„Podstawy mikrobiologii w ochronie środowiska”, Oficyna
wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2005.

J. Nowak, „Bioremediacja gleb z ropy i jej produktów”,
Biotechnologia 2008 (80) 97-108.

A. Łuksa, M. Medrycka, M. Stawarz, „Bioremediacja gleb
zaolejonych z wykorzystaniem sorbentów”, Nafta-Gaz 2010
(9) 810-818.

R. Mazur, T. Nowakowski, „Uwarunkowania decydujące o
szybkości biodegradacji związków ropopochodnych” VI
Krakowska Konferencja Młodych Uczonych, Kraków 2011.

E. Kwapisz, „ Szlaki tlenowej biodegradacji węglowodorów
ropy naftowej” Biotechnologia 2006 (73) 166-188.

Document Outline