7/29/2019 5324

1/4

Articol bibliografic

Rolul Microorganismelor n Procesul de Remediere aSolurilor Poluate cu Hidrocarburi

DOBO Laura*, Carmen PUIA

Universitatea de tiine Agricolei Medicin Veterinar Cluj Napoca, Facultatea de Agricultur, Str. Mntur nr. 3 5,

400372 Cluj Napoca, Romania

Primit n data de 13 mai 2010; primit n forma final dup recenzie n 25 mai 2010; acceptat n 30 mai 2010Disponibil online din 30 august 2010

Rezumat

Capacitatea de a biodegrada hidrocarburile este larg rspndit n lumea microorganismelor, fiind ntlnit la:bacterii, fungi, levuri i alge. Astfel, hidrocarburile aromatice chiar i cele cu solubilitate redus cum sunt: antracenul,fenantrenul, pirenul, 1,2-benzopirenul i cristenul sunt descompuse microbiologic n sol, fiind folosite ca surs decarbon i energie necesare creterii microorganismelor.

Cuvinte cheie: hidrocarbur, bioremediere, microorganisme

1. Introducere

Rolul microorganismelor const n genezazcmintelor de iei precum i n biodegradareamicrobiologic a reziduurilor de hidrocarburi [5] dindiferite habitate (sol, ape, etc.).

Microorganismele prezint o importanecologic deosebit, prin faptul c ele pot fi folosite

n depoluarea solurilor contaminate cu hidrocarburi.n acest sens s-a observat faptul c numeroasemicroorganisme au capacitatea de a utilizahidrocarburile att n stare gazoas, ct i n starelichid i solid din seriile alifatice, aromatice iasfaltice, pe care le folosesc ca surs de carbon ienergie series and asphalt as carbon and energysource [20].

Procesul de remediere a solurilor poluate cuhidrocarburi prin procedee biologice este cunoscutsub denumirea de bioremediere. Bioremedierea serealizeaz prin intermediul microorganismelorindigene sau create n mod special i introduse n

solul poluat [15].* Autorul cruia i se va adresa corespondena.Tel.: 0264596384; Fax: 0264593792e-mail: laura_d0b0s@yahoo.com

2. Elementele implicate n procesul de

bioremediere

Unul dintre elementele implicate n procesulde bioremediere este agentul poluant, n cazul nostrusolul poluat cu hidrocarburi. Acesta este biodegradat

n urma activitii microbiene din sol. Viteza debiodegradare a poluanilor de ctre microorganismeeste influenat de anumii factori, cum ar fi:nutrieni, tipul de sol, umiditate, temperatur, pH,tipul i metabolismul microorganismelor [15].

Nutrienii necesari pentru dezvoltareacelulelor sunt azotul, fosforul, potasiul, sulful,magneziul, calciul, manganul, fierul, zincul, cupruli alte microelemente. Pentru ca activitatea biologics decurg n condiii optime i pentru asigurareanecesarului de nutrieni trebuie ca raportul C : N : Ps fie aproximativ 100:10:1 [15].

Dezvoltarea microorganismelor esteinfluenat i de umiditate, domeniul optim fiind

ntre 25 - 85%, ntruct apa asigur transportulnutrienilor, favorizeaz cataliza enzimatic i

menine presiunea osmotic a celulelor [10].Temperatura influeneaz activitateamicrobian din sol. Viteza de biodegradare estesczut la temperaturi sczute, astfel nct n zonele

Disponibil online la adresa

www.proenvironment.ro

ProEnvironment

ProEnvironment 3 (2010) 185 - 188

185

7/29/2019 5324

2/4

DOBOLaura i col./ProEnvironment 3 (2010) 185 - 188

186

cu climat rece procesul de bioremediere poate fiineficient n perioadele reci ale anului dacbioremedierea nu se realizeaz ntr-o incint cuclimat controlat. Ca regul general, temperaturilemici ntrzie viteza de volatilizare a hidrocarburilorcu greutate molecular mic, dintre care unele sunttoxice pentru microorganisme. De asemenea, nregiunile reci, vitezele de degradare sunt mult maimici i, n consecin, mai puin adecvate

ndeprtrii ieiului din mediu [20].pH-ul solului influeneaz solubilitatea,

respectiv disponibilitatea multor constituieni din solafectnd activitatea biologic a microorganismelor.pH-ul trebuie s se situeze ntre valori optimecuprinse ntre 5,5 - 8,5 [10]

Un alt element foarte important nbiodegradarea hidrocarburilor este concentraia de

oxigen, aceasta influennd activitatea microbian dinsol. n funcie de coninutul n oxigen din sol,procesele de degradare pot fi de tipul aerob sauanaerob. Biodegradarea ieiului este deosebit de activ

n aerobioz, fapt explicabil deoarece toate cilebiochimice cunoscute funcioneaz cu participareaoxigenazelor i a oxigenului molecular [20].

Toti i col. (2003) l citeaz pe Z.O. Bell(1973) care a scos n eviden importana oxigenuluinecesar reaciilor de oxidare ale biodegradrii,stabilind c pentru oxidarea complet a unuimililitru de hidrocarbur sunt necesare 3 - 4 mg de

oxigen [15].Rodica Stnescu i col. (2006) recomand

[16] concentraia rezidual a oxigenului mai mare de1 mg/l n faza apoas, iar n faz gazoas s nuscad sub 2 - 4% (procente volumetrice).

n urma procesului de biodegradare rezultCO2, H2O, precum i substane netoxice inofensivepentru mediu.

3. Avantajele i dezavantajele bioremedierii

Cele mai importante avantaje ale

bioremedierii sunt urmtoarele:1. Bioremedierea, fiind un proces natural, este

perceput ca un posibil proces de tratamentasupra materialelor contaminate, cum ar fi solulpoluat cu hidrocarburi. Microorganismele aucapacitatea de a degrada un numr mare decontaminani, iar n urma activitii lorrezultatul rmas este inofensiv pentru mediu[17].

2. Un alt avantaj al bioremedierii l constituiefaptul c acest proces se poate realiza la faalocului, f

r

a cauza ntreruperi majore aleactivitii [13].

3. Costurile de operare sunt mai mici dect ncazul altor procedee convenionale aplicate(splare, incinerare, desorbie termic).

4. Pentru a crete eficiena procesului debiodegradare se poate utiliza inocularea cuperoxid de hidrogen.

5. Se elimin problemele legate de depozitareadeeurilor [16].

Dintre dezavantajele bioremedierii amintimcteva:1. Bioremedierea este limitat doar la compuii

biodegradabili.2. Exist anumite temeri n ceea ce privete

produsele de biodegradare, acestea putnd fimai toxice dect compusul de origine.

3. Este dificil de a extrapola [17] de la condiii delaborator la scar larg (cmp).

4. Bioremedierea nu decurge bine pe solurileargiloase, compacte, unde oxigenul saunutrienii sunt dificil de introdus n zona detratat [16].

5. Procesul de bioremediere dureaz o perioadmult mai lung dect alte tratamente, cum ar fiexcavarea, incinerarea solului.

4. Proprietile microorganismelor implicate nbioremedierea solurilor contaminate cu

hidrocarburi

Zarnea (1994) enumer principalele condiiipe care trebuie s le ndeplineasc microorganismele

n procesele de biodegradare a ieiului [20]:a. s degradeze intens i rapid o gam ct mai

mare de compui din petrol;b. s se reproduc rapid;c. s se multiplice i n medii naturale;d. s fie genetic stabile i s poate fi conservate i

recultivate fr a suferi modificri eseniale;e. s nu produc efecte toxice i s nu fie

patogene;f. s poat fi utilizate n asociere cu alte

microorganisme active, pentru a asiguradegradarea diferitelor tipuri de hidrocarburi.

Acelai autor, n lucrarea sa, enumerposibilele efecte negative ale microorganismelorasupra hidrocarburilor petrolieri:a. alterarea ieiului brut din rezervoare asociat cu

diminuarea densitii normale i cu altemodificri nedorite;

b. decolorarea produilor de rafinare;c. scderea cifrei octanice a kerosenului i

gazolinelor utilizate n aeronautic;d. apari

ia de mirosuri dezagreabile

i modificarea

proprietilor fizico-chimice ale uleiurilorminerale folosite ca lubrefiani sau ca ageni dercire;

7/29/2019 5324

3/4

DOBOLaura i col./ProEnvironment 3 (2010) 185 - 188

187

e. producerea de amestecuri explozive n tancurilede stocare a kerosenului sau gazolinei, prinformarea unui amestec de metan i H2, rezultatdin descompunerea kerosenului n contact cuapa.

Microorganismele care particip n procesulde biodegradare a hidrocarburilor sunt: bacteriile,fungii, levurile, precum i algele. ns cele maiimportante grupe sunt constituite din bacterii ifungi.

Din cadrul bacteriilor cu preponderen suntutilizate cele aerobe (Achromobacter sp.,Acinetobacter sp., Actinomyces sp., Alcaligenes sp.,

Arthrobacter sp., Bacillus sp, Brevibacterium sp.,

Corynebacterium sp., Flavobacterium sp.,

Micrococcus sp., Mycobacterium sp., Nocardia sp.,

Pseudomonas sp., Spirillum sp., Serratia sp.,

Rhodococcus sp., Vibrio sp.), urmate de celeanaerobe (Geobacter metallireducens, Thaueraaromatica, Desulfococcus multivorans, Clostridium

sp., Desulfobacterium cetonicum).Fungii care au o importan deosebit n

degradarea hidrocarburilor fac parte din urmtoarelegenuri: Alternaria, Apergillus, Cephalosporium,Cladosporium, Fusarium, Graphium, Geotrichum,

Mucor, Penicillium, Rhizopus, Trichoderma.

5. Specii de microorganisme identificate ndegradarea anumitor hidrocarburi

GenulAchromobactera fost folosit cu succesn degradarea carbazolului [6], and phenanthrenedegradation (Achromobacter xylosoxidans) [19].

Din cadrul genului Bacillus se remarcspeciile: Bacillus firmus tulpina APIS272 este capabil

s degradeze complet acenaftilena, antracen, ibenzo [b] fluoranten i s reduc concentraiilede naftalin, dibenzo [a, h] antracen i indeno[1,2,3-c, d] piren [3].

Bacillus licheniformis - tulpina APIS473 estecapabil s degradeze complet doar antracenul, ntimp ce la restul hidrocarburilor doar reduceconcentraia [3].

Bacillus subtilis - tulpina SBS526 degradeazcomplet acenaftena, antracen i benzo [b]fluoranten i reduce concentraia de naftalin,indeno [1,2,3-c, d] piren (Reda Bayoumi, 2009),precum i toluenul [11].

Bacillus pumilus n urma experienelor s-ademonstrat a fi cel mai eficient n procesul debiodegradare a hidrocarburilor realiznddegradarea n procent de 86,94% [14].

Genul Brevibacterium izolat din solurilenigeriene a degradat 40% din hidrocarburi n timpde 12 zile [1].

Speciile de Mycobacterium care aucapacitatea de a biodegrada hidrocarburile sunt M.lacticola, M. luteum, M. phlei, M. rubrum, iarultimele trei specii enumerate degradeaz benzina,petrolul i parafina [5].

Din cadrul genului Pseudomonas se remarc:Pseudomonas alcaligenes - tulpina DAFS311 caredegradeaz complet naftalina, benzo [b] fluoranteni indeno [1,2,3-c, d] piren i reduce concentraiilede antracen, benzo [a] antracen i benzo [g, h, i]perilen [3] i Pseudomonas putida [5] care areabilitatea de a degrada solveni organici, cum ar fitoluenul [11] sau naftalina [11, 12].

n cazul fungilor, Liliana Lemosi col.(2002), au obinut rezultate cu privire la capacitateade biodegradare a hidrocarburilor, a unor tulpini dingenurile Aspergillus, Penicillium, Paecilomyces i

Fusarium [8].Zheng and Obbard (2003) au reuit sidentifice genul Penicillium, care a avut capacitateade a degrada 90% fenantrenul i 75% acetnaftilenai fluorenul [21]. Walker and Cooney (1973) au scos

n evidena capacitatea speciei Cladosporiumresinae de a degrada hidrocarburile alifatice [18].GenulRhizopus cuprinde ciuperci filamentoase, carese gsesc n sol, fructe, legume i pine veche.Genul a fost izolat i studiat din punct de vedere alcapacitii de biodegradare al hidrocarburilor,obinndu-se rezultate satisfctoare [2, 9, 4].

Biodegradarea se realizeaz n mai multeetape i nu este rezultatul unui singur organismspecific, de obicei acioneaz sinergic mai multetulpini de microorganisme.

n acest sens, Geamn (2008) descriefenomenul de sinergism dintre Nocardia iPseudomonas, care n asociere sunt capabile sdegradeze ciclohexanul: Nocardia prin utilizareaciclohxanonului produce compui intermediari,care sunt preluai de Pseudomonas,Pseudomonasproduce factori de cretere (cu preponderenbiotin) necesari pentru creterea bacterieiNocardia [5].

Kim i Lee (2007) au realizat cercetri cuprivire la realizarea unui consoriu format dinbacterii i fungi [7]. n urma experienelor s-aobservat faptul cPenicilliumi Rhodococcus s-audovedit a fi foarte eficiente n degradareahidrocarburilor aromate policiclice, n timp ceRhodococcus alturi de Aspergillus terreus nu auavut relaii sinergice.

6. Concluzii

Cunoaterea tulpinilor microbiene care pot fifolosite n procesul de remediere a solurilorcontaminate cu hidrocarburi, este foarte important,

7/29/2019 5324

4/4

DOBOLaura i col./ProEnvironment 3 (2010) 185 - 188

188

deoarece prin aceast metod de depoluare sedegradeaz complet sau parial poluanii, ducnd laformarea unor compui netoxici att pentru mediu,ct i pentru organismul uman.

Bibliografie

[1] Adebusoye A.S.,, .O. Matthew, I..O. Olukayode,A..D. Olakunle, S. Teniola, O. Olatope, 2007,Microbial degradation of petroleum hydrocarbons in apolluted tropical stream, World J Microbiol Biotechnol,23, 1149 1159

[2] Adekunle A.A., O.A. Adebambo, 2007, Petroleumhydrocarbon utilization by fungi isolated from Detariumsenegalense (J. F Gmelin) seeds, Journal of AmericanScience, 3 (1), 69 - 76

[3] Bayoumi A.R., 2009, Bacterial bioremediation ofpolycyclic aromatic hydrocarbons in heavy oilcontaminated soil, Journal of Applied Scienes Research,5 (2), 197 211

[4] Benka-Coker M.O., J.A. Ekundayo, 1997, Applicabilityof evaluating the ability of microbes isolated from an oilspill site to degrade oil, Environmental Monitoring andAssessment, 45, 259 - 272

[5] Geamn I., 2008, Microbiologie, ediia a VII-a. Ed.Cris Book Universal, Bucureti

[6] Guo W., D. Li, Y. Tao, P. Gao, J. Hu, 2008, Isolationand description of a stable carbazole-degrading microbialconsortium consisting ofChryseobacterium sp. NCY andAchromobacter sp. NCW, Curr. Microbiol, 57, 251 257

[7] Kim J.D., C.G. Lee, 2007, Microbial degradation ofpolycyclic aromatic hydrocarbons in soil by bacterium-fungus co-cultures, Biotechnology and BioprocessEngineering, 12, 410 - 416

[8] Lemos Solrzano Judith Liliana, Andrea C. Rizzo,Valria S. Millioli, Adriana Ururahy Soriano, Maria Inez

de Moura Sarquis, R. Santos, 2002, Petroleumdegradation by filamentous fungi, http//ipec.utulsa.edu/Ipec/conf2002/lemos_santos_7.pdf.

[9] Okerentugba P.O., O.U. Ezeronye, 2003, Petroleumdegrading potentials of single and mixed microbial culturesisolated from rivers and refinery effluent in Nigeria, AfricanJournal of Biotechnology Vol. 2 (9), 288 292

[10] Paca Daniela, R.E. Paca, 2002, Ecologie ipoluarea mediului ambient, Ed. U.T. Pres, Cluj-Napoca

[11] Piskonen Reetta, Mari Nyyssnen, Merja Itvaara,2008, Evaluating the biodegradation of aromatichydrocarbons by monitoring of several functional genes,

Biodegradation, 19, 883 895

[12] aek V., T. Cajthaml, M. Bhatt, 2003, Use offungal technology in soil remediation: a case study,Water, Air, and Soil Pollution: Focus 3, 5 14

[13] Sasikumar C.S., Taniya Papinazath, 2003, Environmentalmanagement bioremediation of polluted environment,Proceedings of the Third International Conference onEnvironment and Health, Chennai, India, 465 469

[14] Singh C., J. Lin, 2008, Isolation and characterizationof diesel oil degrading indigenous microrganisms in

Kwazulu-Natal, South Africa, African Journal ofBiotechnology, 7 (12), 1927 - 1932

[15] Stnescu Rodica, Liliana Bobiric, OanamariOrbule, 2006, Remedierea solurilor contaminate, Ed.Agir, Bucureti

[16] Toti M., M. Dumitru, Anca Rovena Voiculescu, M.Mihalache, G. Mihalache, Carolina Constantin, 2003,Metodologia de bioremediere a solurilor poluate cu ieicu ajutorul microorganismelor specifice selecionate dinmicroflora autohton, Ed. GNP Minischool, Bucureti

[17] Vidali M., 2001, Bioremediation. An overview.,Pure Appl. Chem., 73 (7), 1163 1172

[18] Walker J.D., J.J. Cooney, 1973, Aliphatichydrocarbons of Cladosporium resinae cultured onglucose, glutamic acid, and hydrocarbons, AppliedMicrobiology, vol. 26, no. 5, 705 708

[19] Wang J. Xu, H. Guo, S., 2007, Isolation andcharacteristics of a microbial consortium for effectivelydegrading phenanthrene, vol. 4, no.3, 68 75

[20] Zarnea G., 1994, Tratat de microbiologie general.

Bazele teoretice ale ecologiei microorganismelor.Microorganismele i mediile lor naturale, Ed. AcademieiRomne, Bucureti, 943 947

[21] Zheng Z., J.E. Obbard, 2003, Oxidation ofpolycyclic aromatic hydrocarbons by fungal isolates froman oil contaminated refinery soil, Environ Sci & PollutRes, 10 (3), 173 - 176