<abstract xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">Spent mineral oil-based metalworking fluids are waste products of the machining processes and contribute substantially to the global industrial pollution with petroleum oil products. Wastewaters containing oily emulsions are ecologically hazardous and thus a variety of methods have been implemented to prevent these effluents from affecting the natural environment. Most of these methods rely upon physical-chemical treatment and phase separation; however, none of them proved to be effective enough to meet tightening environmental regulations. Therefore, novel technologies need to be elaborated and there is growing interest in implementing biological treatment methods based on microbial bioremediation. In this study an oil/water emulsion obtained from a waste stream of the metal-processing industry was tested for biodegradability of its organic constituents. This liquid waste was found non-toxic to bacterial consortia and was colonized with indigenous microorganisms (approx. 107 cfu · cm−3). The total load of organic content was determined as a chemical oxygen demand (COD) value of 48 200 mg O2 · dm−3. Emulsion treatment was carried out using a threefold wastewater dilution and employing two variants of biostimulated aerobic bacterial communities: (1) uninoculated emulsion, where bioremediation was carried out by the autochthonous bacteria alone, and (2) wastewater samples inoculated with a ZB-01 microbial consortium which served as a source of specialized bacteria for process bioaugmentation. Biodegradation efficiency achieved in a 14-day test was monitored by measuring both the COD parameter and the concentration of high-boiling organic compounds. Both approaches yielded satisfactory results showing significant reduction of the emulsion organic fraction; however, the resultant decrease of wastewater load tended to be more efficient for the case where the process was bioaugmented with the inoculated consortium. Gas chromatography analyses coupled with mass spectrometric detection (GC-MS) confirmed high degradation yields obtained for both cases studied (58 and 71%, respectively) in a 28-day test. It is concluded that oil-based metalworking emulsions can undergo efficient biological treatment under conditions enabling aerobic bacterial proliferation and that xenobiotic biodegradation kinetics can be accelerated by bioaugmenting the process with allochthonous microbial consortia.</abstract>

Spent mineral oil-based metalworking fluids are waste products of the machining processes and contribute substantially to the global industrial pollution with petroleum oil products. Wastewaters containing oily emulsions are ecologically hazardous and thus a variety of methods have been implemented to prevent these effluents from affecting the natural environment. Most of these methods rely upon physical-chemical treatment and phase separation; however, none of them proved to be effective enough to meet tightening environmental regulations. Therefore, novel technologies need to be elaborated and there is growing interest in implementing biological treatment methods based on microbial bioremediation. In this study an oil/water emulsion obtained from a waste stream of the metal-processing industry was tested for biodegradability of its organic constituents. This liquid waste was found non-toxic to bacterial consortia and was colonized with indigenous microorganisms (approx. 107 cfu · cm−3). The total load of organic content was determined as a chemical oxygen demand (COD) value of 48 200 mg O2 · dm−3. Emulsion treatment was carried out using a threefold wastewater dilution and employing two variants of biostimulated aerobic bacterial communities: (1) uninoculated emulsion, where bioremediation was carried out by the autochthonous bacteria alone, and (2) wastewater samples inoculated with a ZB-01 microbial consortium which served as a source of specialized bacteria for process bioaugmentation. Biodegradation efficiency achieved in a 14-day test was monitored by measuring both the COD parameter and the concentration of high-boiling organic compounds. Both approaches yielded satisfactory results showing significant reduction of the emulsion organic fraction; however, the resultant decrease of wastewater load tended to be more efficient for the case where the process was bioaugmented with the inoculated consortium. Gas chromatography analyses coupled with mass spectrometric detection (GC-MS) confirmed high degradation yields obtained for both cases studied (58 and 71%, respectively) in a 28-day test. It is concluded that oil-based metalworking emulsions can undergo efficient biological treatment under conditions enabling aerobic bacterial proliferation and that xenobiotic biodegradation kinetics can be accelerated by bioaugmenting the process with allochthonous microbial consortia.

Bioremediation Of A Spent Metalworking Fluid With Auto- And Allochthonous Bacterial Consortia

Department of Biochemistry, Institute of Plant Biology and Biotechnology, University of Agriculture in Krakow, al. 29 Listopada 54, 31-425 Kraków, Poland, phone +48 12 622 5193

Ecological Chemistry and Engineering S

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 License.

<trans-abstract xml:lang="pl" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">Zużyte płyny obróbkowe metali, powstałe na bazie oleju mineralnego, są produktami odpadowymi przemysłu maszynowego i znacząco przyczyniają się do globalnego skażenia poprzemysłowego substancjami ropopochodnymi. Ścieki zawierające emulsje olejowe stanowią zagrożenie ekologiczne i z tego powodu podjęto szereg działań mających na celu ograniczenie ich negatywnego oddziaływania na środowisko naturalne. Większość stosowanych metod opiera się na oczyszczaniu i separacji fazowej z wykorzystaniem procesów fizykochemicznych. Żadna z opracowanych technologii nie jest jednak wystarczająco efektywna, aby spełnić coraz ostrzejsze normy środowiskowe. Opracowuje się zatem nowe metody, wśród których rosnące uznanie znajduje oczyszczanie biologiczne, wykorzystujące drobnoustroje zdolne do bioremediacji zanieczyszczeń. W pracy badano możliwości biodegradacji organicznych składników emulsji typu olej/woda, będącej odpadowym płynem obróbkowym przemysłu metalurgicznego. Stwierdzono, że odciek nie był toksyczny wobec konsorcjów bakteryjnych, będąc jednocześnie skolonizowany przez mikroorganizmy autochtoniczne (ok. 107 jtk · cm−3). Całkowite obciążenie emulsji związkami organicznymi, wyznaczone jako chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT), wynosiło 48 200 mg O2 · dm−3. Testowano dwa warianty procesowe oczyszczania ścieku trzykrotnie rozcieńczonego z wykorzystaniem biostymulowanych, aerobowych biocenoz bakteryjnych: (1) emulsja niezaszczepiona, w której bioremediacja prowadzona była wyłącznie przez drobnoustroje autochtoniczne, (2) ściek zaszczepiony konsorcjum mikroorganizmów ZB-01, które stanowiło źródło wyspecjalizowanych bakterii wspomagających bioproces. Wydajność biodegradacji uzyskana w ciągu 14-dniowego testu była mierzona wartością ChZT oraz koncentracją wysokowrzących związków organicznych. Wyniki obu podejść badawczych były zadowalające, a uzyskany spadek zawartości frakcji organicznej znaczący. Jednocześnie stwierdzono większy stopień obniżenia ładunku w ścieku oczyszczanym metodą bioaugmentacji po zaszczepieniu konsorcjum bakteryjnym. Analizy chromatografii gazowej z detekcją spektrometrii mas (GC-MS) potwierdziły wysoką wydajność biodegradacji otrzymaną w ciągu 28 dni dla obu wariantów (odpowiednio 58 i 71%). Podsumowując, wykazano, że zaolejone płyny obróbkowe poddają się oczyszczaniu biologicznemu w warunkach pozwalających na proliferację bakterii tlenowych, a kinetyka biodegradacji ksenobiotyków może być przyśpieszana poprzez bioaugmentację procesu konsorcjami drobnoustrojów alochtonicznych.</trans-abstract>

Zużyte płyny obróbkowe metali, powstałe na bazie oleju mineralnego, są produktami odpadowymi przemysłu maszynowego i znacząco przyczyniają się do globalnego skażenia poprzemysłowego substancjami ropopochodnymi. Ścieki zawierające emulsje olejowe stanowią zagrożenie ekologiczne i z tego powodu podjęto szereg działań mających na celu ograniczenie ich negatywnego oddziaływania na środowisko naturalne. Większość stosowanych metod opiera się na oczyszczaniu i separacji fazowej z wykorzystaniem procesów fizykochemicznych. Żadna z opracowanych technologii nie jest jednak wystarczająco efektywna, aby spełnić coraz ostrzejsze normy środowiskowe. Opracowuje się zatem nowe metody, wśród których rosnące uznanie znajduje oczyszczanie biologiczne, wykorzystujące drobnoustroje zdolne do bioremediacji zanieczyszczeń. W pracy badano możliwości biodegradacji organicznych składników emulsji typu olej/woda, będącej odpadowym płynem obróbkowym przemysłu metalurgicznego. Stwierdzono, że odciek nie był toksyczny wobec konsorcjów bakteryjnych, będąc jednocześnie skolonizowany przez mikroorganizmy autochtoniczne (ok. 107 jtk · cm−3). Całkowite obciążenie emulsji związkami organicznymi, wyznaczone jako chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT), wynosiło 48 200 mg O2 · dm−3. Testowano dwa warianty procesowe oczyszczania ścieku trzykrotnie rozcieńczonego z wykorzystaniem biostymulowanych, aerobowych biocenoz bakteryjnych: (1) emulsja niezaszczepiona, w której bioremediacja prowadzona była wyłącznie przez drobnoustroje autochtoniczne, (2) ściek zaszczepiony konsorcjum mikroorganizmów ZB-01, które stanowiło źródło wyspecjalizowanych bakterii wspomagających bioproces. Wydajność biodegradacji uzyskana w ciągu 14-dniowego testu była mierzona wartością ChZT oraz koncentracją wysokowrzących związków organicznych. Wyniki obu podejść badawczych były zadowalające, a uzyskany spadek zawartości frakcji organicznej znaczący. Jednocześnie stwierdzono większy stopień obniżenia ładunku w ścieku oczyszczanym metodą bioaugmentacji po zaszczepieniu konsorcjum bakteryjnym. Analizy chromatografii gazowej z detekcją spektrometrii mas (GC-MS) potwierdziły wysoką wydajność biodegradacji otrzymaną w ciągu 28 dni dla obu wariantów (odpowiednio 58 i 71%). Podsumowując, wykazano, że zaolejone płyny obróbkowe poddają się oczyszczaniu biologicznemu w warunkach pozwalających na proliferację bakterii tlenowych, a kinetyka biodegradacji ksenobiotyków może być przyśpieszana poprzez bioaugmentację procesu konsorcjami drobnoustrojów alochtonicznych.

BIOREMEDIACJA ZUŻYTEGO PŁYNU OBRÓBKOWEGO METALI Z WYKORZYSTANIEM KONSORCJÓW BAKTERII AUTO- I ALOCHTONICZNYCH

Spent mineral oil-based metalworking fluids are waste products of the machining processes and contribute substantially to the global industrial pollution with...

Bioremediation Of A Spent Metalworking Fluid With Auto- And Allochthonous Bacterial Consortia

Published Online: Sep 19, 2015

Page range: 285 - 299

DOI: https://doi.org/10.1515/eces-2015-0017

Keywords
metalworking fluids, oily emulsions, biostimulation, bioaugmentation, biodegradation, microbial consortia, autochthonous microflora, allochthonous microorganisms

© Paweł Kaszycki et al.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 License.

Bioremediation Of A Spent Metalworking Fluid With Auto- And Allochthonous Bacterial Consortia

Published Online: Sep 19, 2015

Page range: 285 - 299

DOI: https://doi.org/10.1515/eces-2015-0017

Keywordsmetalworking fluids, oily emulsions, biostimulation, bioaugmentation, biodegradation, microbial consortia, autochthonous microflora, allochthonous microorganisms

© Paweł Kaszycki et al.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 License.

Keywords
metalworking fluids, oily emulsions, biostimulation, bioaugmentation, biodegradation, microbial consortia, autochthonous microflora, allochthonous microorganisms