The impact of chemical additives on the process of biodegradation of oil products

Abstract

Many modern technologies for treatment of soil polluted with oil products are developed through creation of new and efficient bio-agents that help to degrade oil products. Another trend in development of new technologies aims to speed up the growth of soil microorganisms, this way accelerating biodegradation of oil products without the help of introduced microorganisms. The biodegradation of diesel fuel and heavy fuel oil was tested in the soil using chemical additives (oxidizing agents). The tests aimed to ascertain the impact of H₂O₂, KMnO₄ and MnSO₄ on residual concentrations of heavy fuel oil and diesel fuel, and the total number of microorganism colonies, as well as the number of oil-oxidizing microorganism colonies in the soil. After the statistical analysis of the data obtained during the experiment, a statistically significant (p <0.05) difference between control samples and samples with introduced chemical additives was obtained both in the soil contaminated with heavy fuel oil and diesel fuel. It was determined that use of KMnO₄ as an oxidizing agent in the soil contaminated with heavy fuel oil, resulted in 3 times less statistically significant residual value of the heavy fuel oil concentration than in the control samples; however, no statistically significant difference was found between oxidizing agents (potassium permanganate and hydrogen peroxide). In cases where soil is contaminated with diesel fuel, there is a significant difference between KMnO₄ and H₂O₂, which shows that potassium permanganate has a bigger impact on the degradation of diesel fuel than hydrogen peroxide. The residual concentration of diesel fuel in the samples with KMnO₄ was 3 times less statistically significant than in the samples with H₂O₂, and 5 times less than in the control samples. The use of both – KMnO₄ and MnSO₄ – created more favourable conditions for biodegradation of diesel fuel and heavy fuel oil in the soil. A positive growth of microorganisms using Mn of different valence was observed during the entire course of experiment. Various chemical additives could be used in the technological process of biotreatment, when soil is contaminated with oil products.

Article in English.

Cheminių priedų įtaka naftos produktų biodegradacijos procesui 

Santrauka. Daugelis šiuolaikinių užteršto naftos produktais dirvožemio valymo technologijų vystosi kurdamos naujus ir efektyvius, naftos produktus skaidančius bioagentus. Kita naujų technologijų vystymosi kryptis – neįnešant mikroorganizmų, pagreitinti dirvožemyje jau esančių mikroorganizmų vystymąsi, paspartinant naftos produktų biodegradaciją. Dyzelino ir mazuto biodegracija buvo tirta dirvožemyje, naudojant cheminius priedus (oksidatorius). Buvo tirta H₂O₂, KMnO₄ ir MnSO₄ įtaka mazuto ir dyzelino liekamosioms koncentracijoms, bendram ir naftą oksiduojančių mikroorganizmų skaičiui dirvožemyje. Atlikus statistinę eksperimento metu gautų duomenų analizę, tiek grunte su mazutu, tiek su dyzelinu buvo nustatytas statistiškai reikšmingas (p<0,05) skirtumas tarp liekamujų naftos produktų koncentracijų tiek kontroliniuose bandiniuose, tiek bandiniuose, kuriuose buvo įterpti cheminiai priedai. Mazutu užterštame grunte nustatyta, kad kaip oksidatorių panaudojus KMnO₄ likutinė mazuto koncentracijos reikšmė buvo tris kartus statistiškai reikšmingai mažesnė nei kontroliniuose bandiniuose, tačiau nėra statistiškai reikšmingo skirtumo, kurį oksidatorių (ar kalio permanganatą ar vandenilio peroksidą) naudoti. Kai gruntas užterštas dyzelinu, tarp KMnO₄ ir H₂O₂ naudojimo yra statistiškai reikšmingas skirtumas. Tai rodo, kad kalio permanganatas turi didesnę įtaką dyzelino degradacijai negu vandenilio peroksidas. Bandiniuose su KMnO₄ liekamoji dyzelino koncentracija buvo tris kartus statistiškai reikšmingai mažesnė negu bandiniuose su H₂O₂ ir penkis kartus mažesnė nei kontroliniuose bandiniuose. Tiek bendrą, tiek naftą oksiduojančių mikroorganizmų skaičių teigiamai paveikė cheminiai priedai. Tiek grunte su mazutu, tiek su dyzelinu buvo nustatytas statistiškai reikšmingas (p<0,05) skirtumas tarp mikroorganizmų kiekio kontroliniuose bandiniuose ir bandiniuose, į kuriuos buvo įterpti oksidatoriai. Tiek KMnO₄, tiek MnSO₄ naudojimas sudarė geresnes sąlygas biodegraduoti dyzelinui ir mazutui dirvožemyje. Viso eksperimento metu stebėtas teigiamas mikroorganizmų augimas, naudojant skirtingo valentingumo Mn (druskas). įvairūs cheminiai priedai galėtų būti naudojami biovalymo technologiniame procese, kai dirvožemis yra užterštas skirtingais naftos produktais.

Reikšminiai žodžiai: dirvožemio valymo technologijos, biodegradacija, mazutas, dyzelinas, cheminiai priedai, mikrobiologinis aktyvumas

Влияние химических добавок на процесс биодеградации нефтепродуктов

Резюме. Большинство современных технологий по очистке грунта от нефтепродуктов развиваются в направлении создания новых, более эффективных биоaгентов, способствующих деструкции нефтепродуктов в грунте. Альтернативное направление развития данных технологий заключается в ускорении размножения микроорганизмов,присутствующих в грунте, и тем самым ускорении биодеградации нефтепродуктов. Исследование биодеградациидизельного топлива и мазута в грунте проводилось при использовании химических добавок (оксидаторов). Проводилось исследование влияния H₂O₂,KMnO₄ и MnSO₄ на изменение конечной концентрации дизельного топливаи мазута, а также на изменение общего количества нефтеусваивающих микроорганизмов. Статистический анализэкспериментальных данных показал, что в грунте с мазутом, так же, как и в грунте с дизельным топливом, существует статистически значимая разница (p < 0,05) между концентрациями нефтепродуктов в контрольных пробахи в пробах грунта с содержанием химических добавок. Установлено, что в грунте, загрязненном мазутом, во время использования оксидатора KMnO₄значение конечной концентрации нефтепродукта было в 3 раза статистически менее значимое, чем в контрольных пробах, однако нет статистически значимой разницы, какой оксидаториспользовать – H₂O₂ или KMnO₄. В случае загрязнения грунта дизельным топливом было установлено, что между KMnO₄ и H₂O₂ существует статистически значимая разница, что позволяет утверждать, что KMnO₄имеет большее влияние на процесс деградации нефтепродукта, чем H₂O₂. В пробах с KMnO₄статистически значимая разница конечной концентрации дизельного топлива в грунте была в 3 раза меньше, чем с H₂O₂, и в 5 раз меньше, чем в контрольных пробах. Химические добавки положительно воздействовали и на общее количество микроорганизмов, ина количество нефтеусваивающих микроорганизмов. Использование KMnO₄ и MnSO4 способствовало улучшениюусловий биодеградации дизельного топлива и мазута в грунте. Во время всего эксперимента, используя соли Mnразной валентности, наблюдался постоянный рост количества микроорганизмов. На основании результатов данного исследования можно рекомендовать различные анализированные добавки к использованию в технологическом процессе биологической очистки грунта от различных нефтепродуктов.

Ключевые слова: технологии по очистке грунта, биодеградация, дизельное топливо, мазут, химические добавки, размножение микроорганизмов

Keyword : biodegradation, heavy fuel oil, diesel fuel, chemical additives, microbial communities