Abstrakt

Biotechnologie 2013: Biologischer Abbau von Naphthalin: Eine neue Ära - Khandelwal SR - NF Institute of Life Science

 Khandelwal SR, Pawar AN, Ugale SS, More MG und Kokani NF

 Zusammenfassung: Naphthalin ist ein polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoff (PAK). PAK sind grundlegende Umweltschadstoffe und werden mit alltäglichen anthropogenen Aktivitäten wie Ölraffinerien und unvollständiger Verbrennung fossiler Brennstoffe in Verbindung gebracht. PAK sind giftig, mutagen und krebserregend. Die Isolierung von Naphthalin abbauenden Mikroorganismen wird normalerweise mithilfe eines komplexen ONR 7a-Mediums empfohlen. Die vorliegenden Arbeiten verwenden ein modifiziertes Medium mit Naphthalin als einziger Kohlenstoffquelle. Vier Isolate wurden aus einer Meeresprobe aus Mumbai sowie einer Erdölbodenprobe aus der Trimbak Road in Satpur, Nashik, isoliert. Eine weitere Charakterisierung mithilfe morphologischer und biochemischer Tests bestätigte eine Ähnlichkeit mit grampositiven und gramnegativen Mikroorganismen und sie könnten zu Gattungen wie Micrococcus spp., Bacillus spp., Staphylococcus spp. und Pseudomonas spp. gehören. Diese Linien wurden gleichermaßen 45 Tage lang in modifizierter Brühe sowie auf ONR 7a-Agarmedium gezüchtet. Im turbidimetrischen Test zeigte Bacillus spp. ein beträchtliches Wachstum bei einer Naphthalinkonzentration von 1 mg/ml. Catechol, das durch den biologischen Abbau von Naphthalin entsteht, wurde mit der Winkelmann-Methode nach Arnow nachgewiesen. Alle vier Isolate bauten Naphthalin erfolgreich ab, was durch den Arnow-Test nachgewiesen wurde. Diese Naphthalin-Abbauprodukte können gleichermaßen auf ihre Wirksamkeit bei der Biosanierung verschmutzter Meeresumwelt und ölverseuchter Felder getestet und untersucht werden. Um das Potenzial der Biosanierung in mit polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen kontaminierten Böden unter Verwendung von Naphthalin als Modellschadstoff zu demonstrieren, wurde eine Laborstudie mit dem Ziel durchgeführt, die Methoden der natürlichen Abschwächung, Biostimulation, Bioaugmentation und kombinierten Biostimulation und Bioaugmentation zu untersuchen, zu vergleichen und zu bewerten. In der Studie wurde der biologische Abbau von Naphthalin im Boden unter Verwendung von anorganischem NPK-Dünger und einer Mischung aus Alcaligenes, Aeromonas, Micrococcus und Serratia als Quelle der Biostimulation bzw. Bioaugmentation untersucht. Jede Behandlungsmethode enthielt 4 % (Gew./Gew.) Naphthalin im Boden als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle. Nach vier Wochen Sanierung zeigten die Ergebnisse, dass die natürliche Abschwächung, Biostimulation, Bioaugmentation und kombinierte Biostimulation und Bioaugmentation einen Naphthalinabbau von 44 %, 69,5 %, 77,5 % bzw. 85 % aufwiesen. Zudem beschleunigte sich die Gesamtzahl der Kohlenwasserstoff abbauenden Bakterien (THDB) in allen Behandlungen während der Sanierungsdauer. Das höchste Bakterienwachstum wurde bei der kombinierten Behandlungsmethode aus Biostimulation und Bioaugmentation festgestellt. Ein kinetisches Modell erster Ordnung erwies sich für die Bioabbaubarkeitsstatistik als geeignet, um die Bioabbaubarkeitsrate zu berechnen, und die entsprechende Halblebenszeit wurde erwartet.Das Modell ergab, dass mit Naphthalin kontaminierte Bodenmikrokosmen unter kombinierter Biostimulations- und Bioaugmentationsbehandlung bessere Bioabbauratenkonstanten sowie kürzere Halbwertszeiten aufwiesen als andere Sanierungsstrukturen. Die Werte der kinetischen Parameter zeigten also, dass der Grad der Wirksamkeit dieser Bioremediationsstrategien bei der Reinigung von mit Naphthalin kontaminierten Böden in der folgenden Reihenfolge liegt: natürliche Abschwächung < Biostimulation < Bioaugmentation < kombinierte Biostimulation und Bioaugmentation. Die vorliegenden Arbeiten werden daher zur Entwicklung von Methoden zur In-situ-Behandlung von mit polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen kontaminierten Böden beitragen. In dieser Studie wurde die Anwendbarkeit von synthetisierten Calciumperoxid-(CaO2)-Nanopartikeln für die Bioremediation von Naphthalin durch eine durchlässige reaktive Barriere (PRB) aus dem Grundwasser untersucht. Gemäß den Batch-Experimenten wurde die Anwendung von 400 mg/l CaO2-Nanopartikeln zum höchsten Qualitätsniveau für die Bioremediation von Naphthalin (20 mg/l). Darüber hinaus zeigte der Einfluss der Umweltbedingungen auf die Stabilität der Nanopartikel, dass der ursprüngliche pH-Wert und die Temperatur einen enormen Einfluss auf die Stabilität und Sauerstofffreisetzungskapazität von CaO2 haben. Folglich erhöhte eine Erhöhung des ursprünglichen pH-Werts von 3 auf 12 den gelösten Sauerstoff von 4 auf 13,6 mg/l und die Stabilität der Nanopartikel verbesserte sich um etwa 70 d deutlich. Darüber hinaus verringerte sich die Stabilität von CaO2 durch eine Erhöhung der Temperatur von 4 auf 30 °C von 120 auf 30 d. Die kontinuierlichen Schwimmversuche zeigten, dass das mit Naphthalin infizierte Grundwasser in Gegenwart von CaO2-Nanopartikeln und Mikroorganismen aus dem Abfluss der Säule innerhalb von 50 Tagen vollständig biologisch saniert wurde. Gleichzeitig endete die natürliche Sanierung des Schadstoffs am Ende der Versuche (350 Tage) mit einer Eliminierung von 19,7 %. Darüber hinaus wurde der anhaftende Biofilm an der Oberfläche des PRB-Viertels mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) untersucht, die eine stärkere Biofilmbildung an den Bimssteinoberflächen in der Biosanierungssäule im Vergleich zur natürlichen Sanierungssäule zeigte. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Abflüsse aus jeder Säule wurden ebenfalls analysiert und zeigten keine negativen Auswirkungen des Biosanierungsprozesses auf das Grundwasser. Daher bietet das vorliegende Dokument einen umfassenden Überblick über die Anwendung der CaO2-Nanopartikel bei der Behandlung von mit PAK infiziertem Grundwasser. Die Möglichkeit der Anwendung der Bioremediation in mit polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen infizierten Böden unter Verwendung von Naphthalin als Versionsschadstoff. Eine Laborstudie mit dem Ziel, die Techniken der natürlichen Dämpfung, Biostimulation, Bioaugmentation und kombinierten Biostimulation und Bioaugmentation zu untersuchen, zu vergleichen und zu bewerten, wurde durchgeführt.Der Test befasste sich mit der biologischen Abbaubarkeit von Naphthalin im Boden unter Verwendung von anorganischem NPK-Dünger und einer gemischten Kultur von Alcaligenes, Aeromonas, Micrococcus und Serratia als Quelle der Biostimulation bzw. Bioaugmentation. Jede Behandlungsmethode enthielt 4 % (Gew./Gew.) Naphthalin im Boden als einzige Kohlenstoff- und Energiequelle. Nach vier Wochen Sanierung zeigten die Ergebnisse, dass die natürliche Abschwächung, Biostimulation, Bioaugmentation und kombinierte Biostimulation und Bioaugmentation einen Naphthalinabbau von 44 %, 69,5 %, 77,5 % bzw. 85 % aufwiesen. Darüber hinaus vervielfachte sich die Gesamtzahl der Kohlenwasserstoff abbauenden Mikroorganismen (THDB) in allen Behandlungen während der Sanierungsphase. Das höchste Bakterienwachstum wurde bei der kombinierten Behandlungsmethode aus Biostimulation und Bioaugmentation festgestellt. Ein kinetisches Modell erster Ordnung wurde an die Daten zur biologischen Abbaubarkeit angepasst, um die biologische Abbaurate zu ermitteln, und die entsprechende Halbwertszeit wurde geschätzt. Biografie Khandelwal SR erhielt im Jahr 2001 seinen Ph.D. von der North Maharashtra University in Indien. Er ist seit über 30 Jahren in der Wissenschaft tätig, wobei sein Hauptinteresse auf angewandte Mikrobiologie, Biochemie, sekundäre Metabolite und Agrobiotechnologie gerichtet ist. Er hat mehrere Beratungstätigkeiten für indische Landwirte zur Verbesserung der Sojabohnenerträge durchgeführt. Er ist lebenslanges Mitglied der Association of Microbiologist of India und hat mehrere wissenschaftliche und technische Arbeiten veröffentlicht. Zu seinen weiteren Forschungsaktivitäten gehört die Betreuung von M-Phil- und Ph.D.-Studenten der Pune University und die Leitung von sieben verschiedenen Forschungsprojekten. Er ist Preisträger des Best Teacher Award. Derzeit nimmt er an mehreren UGC-Projekten zu bioaktiven Verbindungen im Agrarbereich aufgrund ihrer gesundheitlichen Vorteile wie Pflanzenwachstumsförderung, Ertragssteigerung und Bioremediation teil. sharad_khandelwal13@yahoo.comEr ist seit über 30 Jahren in der Wissenschaft tätig und interessiert sich vor allem für angewandte Mikrobiologie, Biochemie, sekundäre Metabolite und Agrobiotechnologie. Er hat mehrere Beratungstätigkeiten für indische Landwirte zur Verbesserung der Sojabohnenerträge durchgeführt. Er ist lebenslanges Mitglied der Association of Microbiologist of India und hat mehrere wissenschaftliche und technische Arbeiten veröffentlicht. Zu seinen weiteren Forschungsaktivitäten gehört die Betreuung von M-Phil- und Ph.D.-Studenten der Universität Pune und die Leitung von sieben verschiedenen Forschungsprojekten. Er ist Preisträger des Best Teacher Award. Derzeit nimmt er an mehreren UGC-Projekten zu bioaktiven Verbindungen im Agrarbereich teil, die sich auf ihre gesundheitsfördernden Eigenschaften wie Pflanzenwachstumsförderung, Ertragssteigerung und Bioremediation beziehen. sharad_khandelwal13@yahoo.comEr ist seit über 30 Jahren in der Wissenschaft tätig und interessiert sich vor allem für angewandte Mikrobiologie, Biochemie, sekundäre Metabolite und Agrobiotechnologie. Er hat mehrere Beratungstätigkeiten für indische Landwirte zur Verbesserung der Sojabohnenerträge durchgeführt. Er ist lebenslanges Mitglied der Association of Microbiologist of India und hat mehrere wissenschaftliche und technische Arbeiten veröffentlicht. Zu seinen weiteren Forschungsaktivitäten gehört die Betreuung von M-Phil- und Ph.D.-Studenten der Universität Pune und die Leitung von sieben verschiedenen Forschungsprojekten. Er ist Preisträger des Best Teacher Award. Derzeit nimmt er an mehreren UGC-Projekten zu bioaktiven Verbindungen im Agrarbereich mit ihren gesundheitlichen Vorteilen wie Pflanzenwachstumsförderung, Ertragssteigerung und Bioremediation teil. sharad_khandelwal13@yahoo.com