Łódź, 24.11.2009r.

LABORATORIUM Z TECHNOLOGII REMEDIACJI

Ćwiczenie nr.7

Biodegradacja węglowodorów oleju napędowego

Kierunek: Ochrona środowiska

Rok: IV

Grupa: I

Wtorek 10¹⁵-14⁰⁰

Małgorzata Pawluczuk

Justyna Arndt

Wstęp teoretyczny:

Ropa naftowa znana jest ludzkości od setek lat, choć możliwości jej wykorzystania odkryto dopiero w XIX wieku. Początkowo jej wydobycie było bardzo ograniczone, dopiero w XX wieku, wraz z rozwojem transportu, ropa naftowa stała się surowcem bardzo pożądanym, wydobywanym na szeroką skalę. Niektóre składniki ropy mają własności kancerogenne czy teratogenne (mogą powodować uszkodzenia płodu). Są lipofilne, więc mogą kumulować się w skórze, wątrobie, nerkach, mózgu i w sercu. Ogromnym problemem jest także zanieczyszczenie środowiska wywołane związkami ropopochodnymi. Związki siarki, które uwalniane są podczas spalania ropy naftowej przedostają się do atmosfery i powodują tworzenie się kwaśnych deszczy czy smogu. Kolejnym problemem jest przenikanie składników ropy naftowej z gleb do wód gruntowych. Sytuacja taka zagraża poważnie nie tylko zdrowiu, ale także życiu ludzi oraz zwierząt. Dopiero w drugiej połowie XX wieku, ekolodzy i toksykolodzy zaczęli baczniej przyglądać się problemowi. Gdy dostrzeżono, jak fatalny wpływ ma użytkowanie ropy naftowej na wszystkie ekosystemy, pojawiły się głosy dotyczące zmiany polityki wydobycia i użytkowania ropy. Opór stawiały wielkie koncerny i niektóre rządy obawiając się ograniczenia miliardowych chodów, jakie przynosi im handel tym surowcem.

W skład ropy naftowej wchodzi wiele różnych związków. Biorąc pod uwagę pierwiastki, z których składa się ropa naftowa, to wyróżnić należy głównie węgiel (C), wodór (H), tlen (O), azot (N), siarka (S) oraz śladowe ilości metali ciężkich. Procentowy udział poszczególnych pierwiastków przedstawiono w tabeli 1:

Tabela 1: Udział poszczególnych pierwiastków w składzie ropy naftowej:

Pierwiastek	Udział w składzie ropy naftowej [%]
Węgiel	80,0-88,0
Wodór	10,0-14,0
Tlen	0,1-7,0
Azot	<1,0
Siarka	0,01-8,0

Przedstawiony udział procentowy zmienia się, podobnie jak zawartość związków w ropie, w zależności od złoża. Podstawowymi składnikami ropy naftowej są węglowodory nasycone, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, natomiast nie zawiera ona prawie nigdy alkenów. Złoża ropy są złożonymi mieszaninami, mogącymi zawierać nawet do 40 rodzajów związków.

Do poważnych zanieczyszczeń ekosystemów glebowych związkami ropopochodnymi dochodzi najczęściej podczas wydobywania, magazynowania, przetwarzania, transportu oraz wykorzystywania ropy naftowej. Istnieją także przypadki, kiedy skażenie wywołane jest rozmyślnym działaniem człowieka. Szczególnie skażone są okolice rafinerii, zakładów przemysłu petrochemicznego, baz paliwowych, miejsc stacjonowania wojsk, itp.

Oprócz wyżej wymienionych, niebezpieczne dla środowiska są także:

• Odwierty,

• rurociągi transportowe,

• stacje paliw,

• bazy lotnicze,

• urządzenia przemysłowe i komunalne, wykorzystujące ropę naftową i jej pochodne jako źródła energii.

Przedostawanie się węglowodorów ropy naftowej do ekosystemów ma wpływ nie tylko na zdrowie i życie ludzi i zwierząt (kancerogenność czy wpływają na znaczne ograniczenie dostępności tlenu, co skutkuje wymieraniem organizmów teratogenność), ale także na rośliny oraz mikroorganizmy. Zanieczyszczenia z gruntów mogą przedostawać się zarówno do wód powierzchniowych jak i podziemnych. W każdym z tych przypadków substancje ropopochodne.

Wykonanie ćwiczenia:

W ramach ćwiczenia oznaczaliśmy:

• namnożenie biomasy bakterii wyrosłych w podłożu zawierającym jako źródło węgla olej napędowy (metodą wagową),

• stopień biodegradacji oleju napędowego,

• aktywność emulgacyjną bakterii prowadzących proces biodegradacji.

Oznaczenia:

Pomiar biomasy - wykonuje się metodą wagową. W tym celu zawiesinę hodowlaną poddaje się wirowaniu, zlewa się płyn pohodowlany, a do osadu biomasy dodaje 10 ml mieszaniny aceton - heksan. Całość poddaje się sączeniu na filtrze bibułowym. Pozostałą na sączku biomasę suszy się do stałej masy.

Stopień wykorzystania węglowodorów - zawartość węglowodorów ogółem w próbach po 2 tygodniowej hodowli szacuje się metodą wagową. Z powierzchni płynu pohodowlanego po wirowaniu zbiera się warstwę nie zużytych w hodowli węglowodorów do wcześniej zważonej probówki. Masa zebranej fazy organicznej dostarczy danych na temat stopnia biodegradacji oleju napędowego w badanych próbach. Chromatografia gazowa zostanie wykorzystana do oceny stopnia biodegradacji heksadekanu.

Aktywność emulgacyjna użytego szczepu bakteryjnego - zasada ta polega na określeniu zmian absorbancji w mieszaninie płynu po hodowli w obecności substratu węglowodorowego. Całość poddaje się wytrząsaniu w ciągu 30 min w temp. 30°C na wytrząsarce. Uzyskany w tym czasie stopień zemulgowania węglowodorów oznacza się na drodze pomiaru zmętnienia zawiesiny przy długości fali λ=540 nm. Odczytu dokonuje się po 5 min od momentu umieszczenia płynu w kuwecie. Próbę odniesienia stanowi woda destylowana.

Wyniki badań:

Badany szczep	Biomasa [g]	SBO [%]	SBH [%]	Zdolność emulgacyjna [JAB]
S-7		61		2,733
			29		0,278
			28		0,907
	G-21		71	45	1,095
			40		1,105
	S-7 + G-21		89		0,373
			62		1,65

Przykładowe obliczenia stopnia biodegradacji oleju napędowego:

m_k - masa oleju, który został zdegradowany

m_b - masa próbki badanej

S_BO = [(1,483 - 0,434)/1,483] * 100%

S_BO = 71%

Stopień biodegradacji oleju napędowego wynosi:

• dla S-7 30%

• dla G-21 71%

• dla G-7+G-21 62%

Przykładowe obliczenia stopnia biodegradacji heksadekanu(C₁₆H₃₄):

A_HK - pole powierzchni pod pikiem heksadekanu w próbie kontrolnej

A_HB - pole powierzchni pod pikiem heksadekanu w próbie badanej

S_BH = [(523394 - 289831)/523394] *100%

S_BH =45%

Wnioski:

Zarówno szczep S-7 (Gordonia alkaniverans), jak i G-21 (Achromobacter xylosoxidans) posiadają zdolność do biodegradacji węglowodorów ropopochodnych.

Im większa zdolność emulgacyjna tym szczep wytwarza więcej biosulfaktantów. Zdolność emulgacyjna wyrażana w jednostkach absorbancji dla szczepu S-7 wynosi 0,278, dla szczepu G-21 wynosi 1,105, a dla szczepu S-7+G-21 wynosi 1,65. Chromatografia gazowa umożliwia dokładne określenie stopnia biodegradacji poszczególnych węglowodorów wchodzących w skład oleju napędowego.

4

---