Optimisation of biodegradation process for petroleum pollutants in weathered wastes from mud pits
 
More details
Hide details
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2008;24(1):87–112
 
KEYWORDS
ABSTRACT
Petroleum substances are one of the principal sources of soil contamination on the area of weathered mud pits, which originate from execution of surveying, extraction and exploitation works causing soil degradation and uselessness. The article presents the matters related to the issue of cleaning of wastes, which originate from weathered mud pits on the basis of the examples of pits no G-44 and G-40, which differ in contents of petroleum pollutants and loamy minerals in wastes. The total cycle of cleaning of the drilling wastes/soil of the petroleum pollutants was controlled by the elaborated method of chromatographic marking of petroleum substances in drilling wastes/soil. The method allowed for following the changes of contents of n-alkanes included in the oil hydrocarbon in the course of their biodegrading process in particular stages of cleaning and allowed for assessing of the biodegrading level of n-alkanes using indicators: n-C17/Pr and n-C18/F. Moreover, within the course of laboratory studies a biomarker: [wzór] - hopane was used to normalized analyte concentrations (the TPH) in order to present a simplified mathematic model of the course of biodegrading process. The results of optimization works are discussed for mud pits using the phased cleaning process of drilling waste/soil of the petroleum pollutants, which includes: initial reclaiming, basic bioremediation, and bioaugmentation by inoculation with a biopreparation based on autochthonic microorganisms, which has been modified depending on character of pollutants in cleaned object. Transferring of the laboratory research results (ex-situ) into the industrial conditions generated large difficulties, however, it was the basis for elaboration of guidelines for conducting cleaning process with an in-situ method. Moreover, it allowed for following of the cleaning process of drilling pit waste, selection of optimal doses of biogenic substances, determining of time framework of particular stages of cleaning and learning about efficiency of developed biopreparation based on the autochthonic microorganisms. The presented process of cleaning of mud pit soil featuring high concentration of oil petroleum pollutants, which depends on running a staged process of cleaning, allows for removing of these pollutants to a satisfactory level thus confirming its practical usefulness.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Optymalizacja procesu biodegradacji zanieczyszczeń ropopochodnych w zastarzałych odpadach z dołów urobkowych
zanieczyszczenia ropopochodne, TPH, bioremediacja, biodegradacja, mikroorganizm autochtoniczny, odpad wiertniczy, dół urobkowy, gleba, chromatografia gazowa (GC)
Substancje ropopochodne stanowią jedno z głównych źródeł skażenia gleby z terenów zastarzałych dołów urobkowych, które powstały w wyniku prowadzenia na tych obszarach prac poszukiwawczych, wydobywczych i eksploatacyjnych powodując degradację i nieprzydatność użytkową gleby. W artykule przedstawiono zagadnienia związane z problemem oczyszczania odpadów pochodzących z zastarzałych dołów urobkowych, na przykładzie dołów urobkowych G-44 i G-40 różniących się zawartością zanieczyszczeń ropopochodnych oraz minerałów ilastych w odpadzie. Cały cykl oczyszczania gleby/odpadu wiertniczego z zanieczyszczeń ropopochodnych kontrolowany jest za pomocą opracowanej metodyki chromatograficznego oznaczania substancji ropopochodnych w odpadzie wiertniczym/glebie. Pozwala ona na zaobserwowanie zmian zawartości n-alkanów wchodzących w skład zanieczyszczeń ropopochodnych podczas procesu ich biodegradacji w poszczególnych etapach oczyszczania oraz umożliwia ocenę stopnia biodegradacji n-alkanów za pomocą wskaźników: n-CI7/Pr i n-C18/F. W badaniach laboratoryjnych przy zastosowaniu biomarkera [wzór] - hopane do normalizacji stężeń analitu (TPH) przedstawiono pierwszorzędowy model biodegradacji TPH w kolejnych etapach prowadzonego procesu oczyszczania. Omówiono wyniki prac optymalizacyjnych podczas oczyszczania dołów urobkowych wykorzystując etapową technologię oczyszczania odpadu wiertniczego/gleby z zanieczyszczeń ropopochodnych obejmującą: rekultywację wstępną, bioremediację podstawową, bioaugmentację poprzez inokulację biopreparatem opracowanym na bazie mikroorganizmów autochtonicznych, którą modyfikowano w zależności od charakteru zanieczyszczeń oczyszczanego obiektu. Przeniesienie wyników badań laboratoryjnych (ex-situ) na warunki przemysłowe stwarza duże trudności, jednakże były one podstawą opracowania wytycznych prowadzenia procesu oczyszczania metodą in-situ, a ponadto pozwoliły prześledzić przebieg procesu oczyszczania odpadu z dołu urobkowego, dobrać optymalne dawki substancji biogennych, określić ramy czasowe prowadzenia poszczególnych etapów oczyszczania oraz zapoznać się z efektywnością opracowanego biopreparatu na bazie mikroorganizmów autochtonicznych. Przedstawiona technologia oczyszczania gleby z dołów urobkowych o wysokiej koncentracji zanieczyszczeń ropopochodnych, polegająca na etapowym prowadzeniu procesu oczyszczania, umożliwia usunięcie tych zanieczyszczeń do zadowalającego poziomu, co potwierdza jej praktyczną przydatność.
 
REFERENCES (63)
1.
Amakiri J.O. and Onofeghara F.A., 1983 - Effect of crude oil pollution on the growth of Zea mays, Abelmoschus esculentus and Capsicum frutescens. Oil Petrochem. Pollut. 1, 199-205.
 
2.
Atlas R.M., 1981 - Microbial degradation of petroleum hydrocarbons an environmental perspective. Microbiol. Rev. 45, 180-209.
 
3.
Atlas R.M., (red.), 1984 - Petroleum microbiology, Macmillan, Inc., New York.
 
4.
Bossert I. and Bartha R., 1984 - The fate of petroleum in soil ecosystem. R.M. Atlas (ed). Petroleum Macmillan Co, New York. 435-476.
 
5.
Bragg J.R., Prince R.C., Harner E.J., Atlas R.M.,1994 - Effectiveness of bioremediation for the Exxon Valdez oil spill. Nature. 368: 413-418.
 
6.
Brown J.L., Syslo J, Lin Y., Gett y S., Vemuri R., Nadeua R., 1998 -On-site treatment of contaminated soils: An Approach to bioremediation of Weathered petroleum compounds. Joumal of Soil Contamination. 6, 773-800.
 
7.
Carberry J .B., Wik J, 2001 - Comparison of ex-situ and in-situ bioremediation of unsaturated soils contaminated by petroleum. Joumal of Environmental Science and Health. 8, 1491-150.
 
8.
Chaîneau C.H., More J J.L., Dupon t J, Bury E., Qudot J., 1999 - Comparison of the oil biodegradation potential of hydrocarbon-assimilating microorganisms isolated from a temperate agricultural soil. Sci. Total Environ. 227, 237-247.
 
9.
Chaîneau C.H., Morel J.L., Qudot J., 1995 - Microbial degradation in soil microcosms of fuel oil hydrocarbons from drilling cuttings. Environ. Sci. Technol. 29, 1615-1621.
 
10.
Ch aîneau C.H., More IJ.L., Qudot J., 2000 - Biodegradation of fuel oil hydrocarbons in the rhizosphere of Maize (Zeamays L.). J. Environ. Qual. 29, 569-578.
 
11.
Chaîneau C.H., Yepremian C., Vidalie J.F., Ducreux J, Ballerini D., 2005 - Bioremediation of a crude oil-polluted soil: biodegradation, leaching and toxicity assessments. Water, Air, and Soil Pollution. 144,419-440.
 
12.
Chang Z.Z., Weaver R.W., Rhykerd R.L., 1996 - Oil bioremediation in a high and low phosphorous soil.J. Soil Contam. 5, 215-224.
 
13.
Chang D.Y., Lopez I, Yocklovich S.G., 1992 - Determine of kerosene and # diesel in soil by purge and trap vs. extraction procedure. J. Soil Contam. 13, 239-25 I.
 
14.
Colleran E., 1996 - Uses of bacteria in bioremediation: Methods in Biotechnology.Vol. 2: Bioremediation Protocols (Sheehan D. red.) Humana Press. Inc. Totowa N.J.
 
15.
Cookson J.T., 1995 - Bioremediation engineering Design and application. McGraw-Hill, New York.
 
16.
Cunnigham C.J., Jvshana J.B., Lozinsky V.I., 2004 - Bioremediation of diesel contaminated soil microorganisms immobilized in polyvinyl alcohol. International Biodeterioration & Biodegradation 54, 167-174.
 
17.
Czekaj L., Fijał J., Grzynowicz I, Jamrozik A., 2005 - Wpływ odpadów wiertniczych na wybrane fizykochemiczne właściwości gruntu spoistego. Wiertnictwo-Nafta-Gaz. Rocznik AGH 21,111-117.
 
18.
De Jonge H., Freijer J.I., Verstraten J.M., Westerveld J., 1997 - Relation between bioavailability and fuel oil hydrocarbon composition in contaminated soils. Environ. Sci. Technol. 31, 771-775.
 
19.
Hejazi R.F. and Husain T., 2004 - Landform performance under arid conditions. 2. Evaluation of arameters. Environ. Sci. Technol. 8, 2457-2469.
 
20.
Huddleston e R.L., Bleckman C.A., Wo I fe J.R., 1986 - Land treatment biological degradation processes. Land treatment: A hazardous waste management altemative (Loehr, R.C., J.E. Malina Jr. red.), University of Texsas, 41-62.
 
21.
Hutchinson S.L., Banks M.K., Schwab A.P., 2001 - Phytoremediotion of Aged Petroleum Sluge. J. Environ. Qual. 30, 395-403.
 
22.
Huesemann H.M., Hausmann T.S., Fortman TJ., 2003 - Assessement of bioavailability limitations during slurry biodegradation of petroleum hydrocarbons in aged siols. Environ.Toxicology and Chemistry. 12, 2853-2860.
 
23.
Kołwzan E., 2005 - Bioremediacja gleb skażonych produktami naftowymi wraz z oceną ekotoksylogiczną. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław.
 
24.
Korda A.D., Santas A., Tenente R., Santas P., 1997 - Petroleum hydrocarbon bioremediation: sampling and analytical technique, in-situ treatments and commercial mikroorganisms currently used. Applied Microbiology and Biotechnology 48, 677-686.
 
25.
Kurek E., Stec A., Staniak D., 1998 - Biodegradacja ex-situ gleby skażonej produktami ropopochodnymi. Ekonżynieria. 9, 5-11.
 
26.
Lazar L, Voicu A., Nicolescu C. and Mucenica D., 1999 - The use of naturally occurring selectively isolated bacteria for inhibiting paraffin deposition. Journal of Petroleum Science and Engineering 22, 161-169.
 
27.
Li H., Zhang Y., Zhang C.G., Chen G.X., 2005 - Effect of petroleum-containinig wastewater irrigation on bacterial diversities and enzymatic activities in a Paddy soil irrigation area. J. Environ. Qual. 34, 1073-1080.
 
28.
Liu S. and Sufiita J.M., 1993. Ecology and evo1ution of microbial populations for bioremediation. Trends Biotechnol. 11,34-352.
 
29.
Morgan P., Witkinson R., 1990 - Assessment of the potential for in situ biotreatment of hydrocarbon-contaminated soils. Wat. Sci. Tech. 22, 63-65.
 
30.
Pettersen B.W., Andersen B.M., Baggersgard H., Jensen L.H., Lyngso B., Kjaer B.N., 1993 Remediation of oil polluted soil by compost, compared to the other additives, Integrated Soi1 and Sediment Research: A basis for Proper Protection. Kluwer., 684-687.
 
31.
Prince R.C., Elmendorf D.L., Lute JR., Hsu C.S., Haith C.E., Senius J.D., Dechert G.J., Douglas G.S., Butler E.L., 1994 - 17-a1pha(H), 21-beta(H)-Hopane as a conserved internal marker for estimating the biodegradation of crude-oil. Environ. Sci. Technol. 28, 142-145.
 
32.
Pollard S.J.T., Whittaker M., Risden G.C., 1999 - The fate heavy oil wastes in soil microcosms I: A performance assessment of biotrasformation indices. Sci. Total. Environ. 226, 1-22.
 
33.
Qudot J., Dutrieux E., 1989 - Hydrocarbon weathering and biodegradation in tropical estuarine ecosystem. Mar. Environ. Res. 27,195-213.
 
34.
Rahman K.S.M., Thahira-Rahman J., Lakshmanaperumaisamy P., Banat L M., 2002 -Towards efficient crude oil degradation by a mixed bacterial consortuim. Bioresource Technology 85, 257-261.
 
35.
Rehm H.J., Reiff I, 1981 - Mechanisms and occurrence of microbial oxidation of long chain alkanes. Advanced in Biochemical Engineering 19, 175-215.
 
36.
Riser -Roberts E., 1998 - Remediation of Petroleum Contaminated Soil. Lewis Publ. Washington (USA).
 
37.
Rittemann B.E., et al., 1994 - In situ bioremediation. Noyes Publications Park Ridge, New Jersey, USA.
 
38.
Rochc A.C., Miller C.T, 1991 - Assessment of extraction methodologies for measuring subsurface contamination. Fresenius J. Anal. Chem. 339, 732-739.
 
39.
Rubin H., Narkis N., 2001 - Fesasibility on-situ bioremediation of loam soil contaminated by diesel oil. Joumal Environmental Science and Health. 8, 1549- I 588.
 
40.
Santas R.. Korda A., Tenente A., Buchholz K., Sandas P., 1999 - Mesocosm assays of oil spill bioremediation with o1eophilic fertilizers:Inopol, FI or both? Marine Pollution Bulletin. 38,44-48.
 
41.
Saponaro S., Bonomo L., Petruzzelli G., Romele L., Barbafieri M., 2002 - Polycyc1ic aromatic hydrocarbons slurry phase bioremediation of a manufacturing gas (MGP) aged soil. Water, Air, and Soil Pollut. 135,219-235.
 
42.
Saweyr G.M., 1996 - Determination of gasoline range, diesel range organics in soils and water by flame ionization gas chromatography. J. Soil Contam. 3, 261-300.
 
43.
Sharma V.K., Hicks S.D., Rivera W., Vazquez F.G., 2002 - Characterization and degradation of petroleum hydrocarbons following an oil spill into a coastal environment of south Tcxas, U.S.A. Water, Air, Soiland Pollut. 134, 111-127.
 
44.
Sims J.L., Sims R.C., Dupont R.R., Matthews J.E. and Russcl H.H., 1993 - In situ bioremediation of contaminated unsaturated surface soils. US EPA Technical Report. EPA /540/5-93/501. Utah State University.
 
45.
Siuta J., 2000 - Podstawy biodegradacji ropopochodnych składników w glebach i odpadach. Inżynieria Ekologiczna 2, 23-35.
 
46.
Siuta J., 2003 - Ekologiczne, technologiczne i prawne aspekty rekultywacji gruntów zanieczyszczonych produktami ropopochodnymi. Inżynieria Ekologiczna 8, 7-26.
 
47.
Steliga T., 2003 - The effectiveness of soil purification from petroleum hydrocarbons verify by usage ultrasound extraction combined with gas chromatography. The XXVII Symposium Chromatographic Methods of Investigating the Organic Compounds, Katowice 34-36.
 
48.
Steliga T. and Kluk D., 2004 - Analiza przebiegu procesu biodegradacji zanieczyszczeń ropopochodnych w gruncie z wykorzystaniem chromatografii gazowej. Wiertnictwo-Nafta-Gaz AGH 21, 349-356.
 
49.
Steliga T., 2006a - Technologia oczyszczania gruntów z zanieczyszczeń ropopochodnych metodą in-situ. Prace INiG, Kraków 133, 1-78.
 
50.
Steliga T. and Jakubowicz P., 2006 - Badania przemysłowe procesu biodegradacji zanieczyszczeń ropopochodnych w odpadach wiertniczych. Bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w Górnictwie.Miesięcznik WUG 4, 15-21.
 
51.
Van Delef R.J., Doverem A.S.M.J., Snijders A.G., 1994 - The determination petroleum hydrocarbons In soil using a miniaturized extraction method and gas chromatography. Fresenius J. Anal.Chem. 350, 638-641.
 
52.
Venosa A.D., Suidan M.T., King D., Wrenn B.A., 1997 - Use of hopane as a conservative biomarker for monitoring the bioremediation effetiveness of crude oil contaminating a sandy beach. J. Ind. Microbiol. Biot. 18,131-139.
 
53.
Waksmundzka -Hajnos M., 1998 - Properties of florisil and its use in chromatography. Chem. Anal. (Warsaw) 43, 300-324.
 
54.
Wang Z., Fingas M. and Sergy G., 1994 - Study of 22-year old Arrow oil using biomarker compounds by GC/MS. Environ. Sci. Technol. 28, 1733-1746.
 
55.
Wilson B.H. and Rees J.E., 1986 - Biotransformation of gasoline hydrocarbons in methanic aquifer material. Proc. NWW A/API Conference on Petroleum Hydrocarbons and Organic Chemicals in Ground Water Prevention, Detection and Restoration, Houston, Texas. National Water Well Association. 128.
 
56.
Wirght A.L., Weaver R. W., 2004 - Fertilization and bioaugmentation for oil biodegradation in salt march Mesocosms. Water, Air, and Soil Pollut. 156, 229-240.
 
57.
Wirght A.L., Wcaver R.W., Webb J.W., 1997 - Oil bioremediation in salt marsh mesocosms as influenced by N and P fertilization, flooding and season. Water, Air, and Soil Pollut. 95, 179-191.
 
58.
Wrenn B.A. and Venosa A.D., 1996 - Selectiwe enumeration of aliphatic hydrocarbon degrading bacteria by a most-probable number procedure. Can. J. Microbiol. 42, 252-258.
 
59.
Xu R., Obbard J.P., 2003 - A.G. Effect of nutrient amendments on indigenous hydrocarbon biodegradation in oil-contaminated beach sediments. J. Environ. Qual. 32,1243-1243.
 
60.
Xu R., Ob bard J.P., 2004 - Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in oil-contaminated beach sediments treated with nutrient amendments. J. Environ. Qual. 33, 861-867.
 
61.
Xu R., Lau N.L.A., Ng K.L., Obbard J.P., 2004 - Application of a slow-release fenilizer for oil bioremediation in beach sediment. J. Environ. Qual. 33,1210-1216.
 
62.
Yerushaimi L., Sarrazin M., Peisajovich A., Leclair G., 2003 - Enhanced biodegradation of petroleum hydrocarbons in contaminated soil. Bioremediation Journal 1, 37-51.
 
63.
Zieńko J., 1999 - Technologie wykorzystujące metody fizyczne oczyszczania środowiska gruntowo-wodnego. Ekologia i Technika 3, 89-94.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953