Fytobioremediace polycyklických aromatických uhlovodíků přítomných v půdě a v odpadních materiálech.

Bc. Petr Frühbauer

Master's thesis

Phytobioremediation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Present in Soil and in Waste Materials

Abstract:

Tato práce se zabývá využitím fytoremediačních a mykoremediačních metod k odstranění polycyklických aromatických uhlovodíků (PAU) z půd. Nové metody využívají synergického vztahu více druhů organismů za účelem zvýšení účinnosti jejich schopnosti degradace. Hlavními cíli bylo ověření účinnosti degradace PAU pomocí těchto metod a určení nejefektivnější metody odstranění PAU z půd.K vytvoření jednotlivých bioremediačních metod bylo využito rostlin kukuřice seté (Zea mays L.) a mycelia hlívy ústřičné (Pleurotus ostreatus (Jacq.) P. Kumm., kmen HK35), které simulovaly fytoremediaci, mykoremediaci a fytobioremediaci (kombinovanou metodu využívající rostlin i mikroorganismů v půdě). Kontrolní variantou byly vzorky půd bez přidaného houbového substrátu a rostlin, které sloužily jako ukazatel přirozené atenuace v nesterilizovaných půdách. Do půd byly PAU dodány ve formě popela ze spalování biomasy, přičemž do každé varianty s příměsí popela bylo přidáno 52,7 g (1 % hm). Houbové mycelium bylo předpěstováno v dubových pilinách a následně přidáno 400 g (8 % hm.) do vybraných variant půd na začátku pokusu. Půdy byly důkladně homogenizovány a polovina variant byla oseta semeny kukuřice seté. Délka pokusu byla přizpůsobena vegetačnímu období kukuřic v daném roce a trvala 100 dnů. Pomocí GC/MS bylo sledováno 16 prioritních PAU dle US EPA. Obsah 16 PAU se v jednotlivých variantách lišil, a proto bylo potřeba v rámci pokusu stanovit obsah těchto látek na začátku pokusu v čase T0 a na konci v čase T100. Součástí výzkumu byla také analýza 2 skupin enzymů, podílejících se na degradaci PAU (ligninolytické enzymy a hydrolytické enzymy).Grafickým a statistickým vyhodnocením výsledků se potvrdil předpoklad nejvyššího účinku degradace PAU metodou fytobioremediace. Celkem bylo touto metodou odstraněno 25 % sledovaných PAU, což je přibližně o 10 % více než u fytoremediace. Účinnost přirozené atenuace (7,4 %) a mykoremediace (8,7 %) byla výrazně nižší. Nejvíce byly degradovány jednodušší PAU. Zároveň se osvědčilo využití kukuřice seté jako fytoremediační rostliny. Degradační schopnost houbového mycelia nevykazovala takového účinku, lze se však domnívat, že byla určitým způsobem inhibována, jelikož v kombinaci s rostlinami významně přispěla ke zvýšení celkové degradace. Využití metody v praxi by bylo možné, záleží však na mnoha faktorech, zvláště pak na podmínkách prostředí a celkové kontaminaci dané lokality.

Abstract:

The subject of this work is the use of phytoremediation and mycoremediation methods to remove polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from soils. The new methods use the synergistic relationship of multiple species of organisms to increase the effectiveness of their ability to degrade. The main objectives were to verify the effectiveness of PAH degradation by these methods and to determine the most effective method that removes PAHs from soils. Maize plants (Zea mays L.) and a mycelium of oyster mushrooms (Pleurotus ostreatus (Jacq.) P. Kumm., strain HK35) were used to create individual bioremediation methods that simulated phytoremediation, mycoremediation and phytobioremediation (combined method using plants and microorganisms in the soil). The control variant was soil samples without added fungal substrate and plants. These samples served as an indicator of natural attenuation in unsterilized soils. PAHs were added to the soils in the form of ash from biomass combustion. An amount of 52.7 g (1 % W/W) was added to each variant with an ash admixture. The fungal mycelium was cultivated in oak sawdust and then 400 g (8 % W/W) was added to selected soil variants at the beginning of the experiment. The soils were thoroughly homogenized and half of the variants were sown by corn seeds. The duration of the experiment was adapted to the growing season of maize in the year and lasted for 100 days. 16 priority PAHs according to the US EPA were monitored by GC/MS. The content of 16 PAHs was differed in individual variants. It was necessary to determine the content of these substances at the beginning of the experiment at time T0 and at the end at time T100. The research also included the analysis of 2 groups of enzymes involved in the degradation of PAHs (ligninolytic enzymes and hydrolytic enzymes).Graphical and statistical evaluation of the results confirmed the assumption of the highest effect of PAHs degradation by phytobioremediation. In total, 25 % of monitored PAHs were removed by this method which is approximately 10 % more than in phytoremediation. The effectiveness of natural attenuation (7.4 %) and mycoremediation (8.7 %) was significantly lower. Simpler PAHs were degraded the most. The use of maize as a phytoremediation plant has also proved successful. The degradability of the fungal substrate was not so effective. However, it is possible that it was inhibited in some way because it significantly contributed to the increase of overall degradation in combination with plants. The use of this method in practice would be possible, but it depends on many factors, especially on the environmental conditions and the overall contamination of the site.

Keywords

Kontaminace, Bioremediace, Fytoremediace, Mykoremediace, Biodegradace, Polycyklické aromatické uhlovodíky

Keywords

Polycyclic aromatic hydrocarbons, Contamination, Bioremediation, Phytoremediation, Mycoremediation, Biodegradation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 7. 2020

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Pavel Tlustoš, CSc. dr. h. c.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Conservation and Use of Natural Resources / Conservation and Use of Natural Resources