Βιοεξυγίανση εδαφών ρυπασμένων με πετρελαιοειδή και πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες από ελεύθερους και μικροενθυλακωμένους μικροοργανισμούς

Abstract

The presence of pollutants like total petroleum hydrocarbons and polycyclic aromatic hydrocarbons in soil is a result of the extended use of petroleum and its products. Petroleum hydrocarbon releases to the environment can cause safety hazards, ecological harm and adverse human health effects due to the toxicity of these compounds. Petroleum hydrocarbons and PAHs can enter the environment as a result of accidents during the transport or storage of fossil fuels and other petroleum products. On account of their high lipophility, hydrocarbons are sorbed to soil where they can remain or contaminate underground water by leaching. For this reason a number of methods has been developed for the remediation of polluted soils. The milder and economically viable methods are those depending on the biodegradation of the pollutants after the addition of microorganisms (bioaugmentation) or by the nutrient enrichment of the natural microbial population (biostimulation). A method which is often used in combination with bioaugmentation is the encapsulation of microorganism in a synthetic or natural polymer in order to achieve a slow release rate with simultaneous protection of the microorganisms from toxic substances and environmental conditions. In the first part, 8 migroorganisms, isolated from soils polluted with creosote or petroleum products are examined in order to choose the appropriate microorganism or combination of microorganisms for the bioremediation of spiked with PAH and fuel oil soils. ‘Spyr1’ was able to degrade almost completely a mixture of phenanthrene, fluoranthene and pyrene added to soil in 21 days. ‘Spet’ was capable to degrade completely the n-alkanes and 60% of the total petroleum hydrocarbons (TPH) of light oil added to soil. The combination of ‘Spyr1’ with ‘Spet’ achieved similar degradation rates of PAHs and petroleum as the individual microorganisms. Moreover, we studied some entrapment materials in order to choose the most suitable for the entrapment of Spyr1 and Spet and the bioremediation of soils spiked with PAHs and light oil. Best results were obtained using a mixture of sodium alginate with starch in CaCl2 as gelating agent, which degraded PAHs and petroleum hydrocarbons with the same rate with free cells, while microorganisms immobilized in glass beads of Siran show promising results but only in liquid cultures. Furthermore, we studied the metabolites formed during the biodegradation of phenathrene, fluoranthene, pyrene and light oil from Sphen, Sfl5, Spyr1 and Spet. The identification of the metabolites was done using gas chromatography-mass spectrometry after silylation with Bis(-trimethylsilyl)trifluoro acetamide (BSTFA) or methylation with methylene iodide using polymer-boundtri-n-butylmethylphosphonium chloride (TBMP) as phase transfer catalyst. According to the metabolites identified in the current study and data available in literature, some metabolic pathways for the degradation of PAHs are proposed.

Εξαιτίας της εκτεταμένης χρήσης του πετρελαίου και των προϊόντων του, η παρουσία στο έδαφος ρυπαντικών ενώσεων όπως είναι οι συνολικοί πετρελαϊκοί υδρογονάνθρακες και οι ΠΑΥ, είναι ένα σύνηθες πλέον φαινόμενο το οποίο εγκυμονεί κινδύνους για τη δημόσια υγεία λόγω τοξικότητας. Οι πετρελαϊκοί υδρογονάνθρακες και οι ΠΑΥ εμφανίζονται στο περιβάλλον μετά από ατυχήματα και διαρροές κατά τη μεταφορά ή την αποθήκευση καυσίμων και άλλων προϊόντων αργού πετρελαίου. Οι υδρογονάνθρακες εξαιτίας της λιποφιλικής τους τάσης δεσμεύονται στο έδαφος, όπου μπορούν να παραμείνουν ή να εκπλυθούν ρυπαίνοντας τους υδροφόρους ορίζοντες. Για το λόγο αυτό έχει αναπτυχθεί πλήθος μεθόδων για την εξυγίανση ρυπασμένων εδαφών. Οι ηπιότερες και περισσότερο συμφέρουσες οικονομικά είναι αυτές που στηρίζονται στη βιοαποδόμηση των ρυπαντικών ενώσεων από βακτήρια που είτε υπάρχουν στο έδαφος και ενισχύονται με προσθήκη θρεπτικών υλικών (βιοδιέγερση), είτε προστίθενται σε αυτό (βιοενίσχυση). Μια τεχνική που χρησιμοποιείται πολλές φορές σε συνδυασμό με την τεχνική της βιοενίσχυσης, είναι η ενθυλάκωση των μικροοργανισμών σε κάποιο φυσικό ή συνθετικό πολυμερές προκειμένου να επιτευχθεί ένας αργός ρυθμός απελευθέρωσης των κυττάρων στο έδαφος με ταυτόχρονη προστασία τους από τοξικές ενώσεις και περιβαλλοντικές συνθήκες. Η παρούσα εργασία χωρίζεται σε δύο ενότητες. Στην πρώτη ενότητα πραγματοποιείται έλεγχος της ικανότητας διάφορων μικροοργανισμών που έχουν απομονωθεί από ρυπασμένα με πετρελαιοειδή ή κρεοζοτέλαιο εδάφη και επιλέγεται το καταλληλότερο στέλεχος ή συνδυασμός στελεχών για τη βιοαποδόμηση πετρελαιοειδών και ΠΑΥ σε τεχνητά ρυπασμένα εδάφη. Μετά από έλεγχο των διαθέσιμων στελεχών διαπιστώνεται πως το στέλεχος Spyr1 είναι ικανό να αποδομεί σχεδόν ποσοτικά σε 21 ημέρες μίγμα φαινανθρενίου, φλουορανθενίου και πυρενίου που έχει προστεθεί σε εδάφη, ενώ το στέλεχος Spet αποδομεί σε 21 ημέρες ποσοτικά τα n-αλκάνια και το 60% περίπου των συνολικών πετρελαϊκών υδρογονανθράκων ελαφρού κλάσματος ορυκτελαίου που έχει προστεθεί σε εδάφη.