Biorazgradnja polistirenskih mikroplastičnih čestica bakterijskom kulturom Bacillus cereus

diplomski rad

• Naslov (engleski): Biodegradation of polystyrene microplastic particles by bacterial culture of Bacillus cereus
• Autor: Amadea Badurina-Petričević
• Mentor: Dajana Kučić Grgić (mentor)
• Član povjerenstva: Dajana Kučić Grgić (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Vesna Ocelić Bulatović (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Lidija Furač (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije; Zagreb
• Datum i država obrane: 2022-09-26, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Kemijsko inženjerstvo

Sažetak

''Tradicionalna'' plastika koju dobivamo iz ugljena, prirodnog plina i nafte jedna je od ekološki štetnijih tvari koje proizvodi čovjek, no ona je vrlo važna i koristna za izgradnju kvalitetnog životnog okruženja. Plastika je iznimno primjenjiv materijal; transparentan, isplativ, lagan, jak i izdržljiv, te posjeduje svojstva koja ga čine korisnima u medicini, poljoprivredi, domaćinstvu te u industrijskoj primjeni. Iako su navedena svojstva poželjna, vrlo stabilna struktura plastike otežava proces biorazgradnje. Plastični materijali se prekomjerno koriste, neodgovorno odbacuju te kao takvi opstaju u tlu, moru i slatkovodnim ekosustavima te se razlažu na manje čestice. Sve plastične čestice manje od 5 mm nazivaju se mikroplastikom (MP). Kroz godine istraživanja, utvrđeni su štetni učinci aditiva koji se dodaju plastici tijekom procesa proizvodnje. Stoga je od izuzetne važnosti pronaći učinkovitu metodu uklanjanja mikroplastike iz okoliša. Sadašnje znanje o aerobnoj biorazgradnji ističe potencijal mikrobnih kultura za uklanjenje mikroplastike iz okoliša. U ovom radu ispitala se biorazgradnja polistirena (PS) primjenom bakterijske kulture Bacillus cereus pri određenim optimalnim uvjetima. Plan eksperimenta biorazgradnje dizajniran je prema punom faktorskom planu. Na temelju preliminarnih pokusa odredili su se značajni čimbenici za biorazgradnju PS-a. Tijekom procesa pratio se broj izraslih stanica bakterija (CFU), koncentracija ukupnog organskog ugljika (TOC), ukupnog ugljika (TC) i anorganskog ugljika (IC) te je provedena LC/MS analiza u svrhu identificiranja otpuštenih aditiva s površine MP-a ili nastalih razgradnih organskih produkata. Uzorci su okarakterizirani FTIR-ATR analizom. Na kraju svih procesa biorazgradnje ispitana je i ekotoksičnost filtrata primjenom bakterije Vibrio fischeri radi utvrđivanja postojećih potencijalnih štetnih učinaka na ispitivani organizam. Eksperimentalni rezultati obrađeni su korištenjem statističke analize varijance (ANOVA). Rezultati pokusa ukazuju da je bolji rast bakterije Bacillus cereus uočen pri najmanjoj veličini čestica (<300 μm), najmanjoj vrijednosti koncentracije (50 mg/L) i najnižem broju okretaja (100 o/min). S obzirom na navedene optimalne uvjete, ispitivana bakterijska kultura ima sposobnost biorazgradnje MP-a.

Sažetak (engleski)

"Conventional" plastic, derived from coal, natural gas and petroleum, is one of the most polluting substances produced by man, but it is very important and useful for building a livable environment. Plastic is extremely versatile, transparent, inexpensive, lightweight, strong and durable, and has properties that make it useful in medicine, agriculture, household and industry. Although these properties are desirable, a very stable plastic structure makes biodegradation difficult. Plastics are overused, irresponsibly discarded, and thus survive in soil, marine, and freshwater ecosystems where they decompose into smaller particles. All plastic particles smaller than 5 mm are called microplastics. Over the years, research has identified the harmful effects of additives added to plastics during the production process. Therefore, it is extremely important to find an effective method to remove microplastics from the environment. Current knowledge on biotechnological aerobic biodegradation shows the potential of microbial cultures to remove microplastics from the environment. In this work, the biodegradation of polystyrene (PS) was studied using a bacterial culture of Bacillus cereus under certain optimal conditions. The experimental design for biodegradation was designed according to the Full Factorial Plan. Based on preliminary experiments, important factors for the biodegradation of PS were determined. During the experiments, the colony forming number (CFU), the concentration of total organic carbon (TOC), total carbon (TC) and inorganic carbon (IC) were monitored, and LC / MS analysis was performed to identify the additives released from the surface of MP and the resulting organic degradation products. Samples were characterized by FTIR-ATR analysis. At the end of all biodegradation processes, the ecotoxicity of the filtrate was tested using Vibrio fischeri to determine the potential adverse effects present on the test organism. The experimental results were evaluated using statistical analysis of variance (ANOVA). The experimental results show that better growth of the bacterium Bacillus cereus was observed at the smallest particle size (< 300 μm), the smallest concentration value (50 mg/L) and the lowest rotation speed (100 rpm). Under the mentioned optimal conditions, the tested bacterial culture was able to biodegrade MPs.

• Ključne riječi: plastika; mikroplastika; polistiren; biorazgradnja; značajni čimbenici; puni faktorski plan; Bacillus cereus
• Ključne riječi (engleski): plastics; microplastics; polystyrene; biodegradation; significant factors; Full Factorial plan; Bacillus cereus
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:020860
• Projekt: Šifra: IP-2019-04-9661; Naziv: Primjena naprednih tehnologija obrade voda za uklanjanje mikroplastike; Naziv: Advanced Water Treatment Technologies for Microplastics Removal; Kratica: AdWaTMiR; Voditelj: Tomislav Bolanča; Pravna nadležnost: Hrvatska; Financijer: HRZZ; Linija financiranja: IP
• Studijski program: Naziv: Ekoinženjerstvo; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: diplomski; Akademski / stručni naziv: magistar/magistra inženjer/inženjerka ekoinženjerstva (mag. ing. oecoing.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup; Datum isteka embarga: 2024-06-01
• Datum i vrijeme pohrane: 2023-03-23 12:56:32