Ispitivanje značajnih čimbenika za biorazgradnju mikroplastike bakterijama Bacillus cereus i Pseudomonas alcaligenes

diplomski rad

• Naslov (engleski): Determination of significant factors for biodegradation of microplastics by Bacillus cereus and Pseudomonas alcaligenes
• Autor: Ivana Jazbišek
• Mentor: Dajana Kučić Grgić (mentor)
• Mentor: Vesna Ocelić Bulatović (komentor)
• Član povjerenstva: Dajana Kučić Grgić (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Šime Ukić (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Matija Cvetnić (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije; Zagreb
• Datum i država obrane: 2021-09-20, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Kemijsko inženjerstvo

Sažetak

Kontinuirana proizvodnja plastičnih proizvoda povećanog opsega te neprikladno rukovanje s plastičnim otpadom rezultirali su nagomilavanjem plastičnog otpada u okolišu koji se s vremenom razlaže na manje čestice. Sve plastične čestice manje od 5 mm nazivaju se mikroplastikom. U svom sastavu mikroplastika uobičajeno sadrži aditive koji poboljšavaju svojstva plastičnih proizvoda. Međutim, kroz godine istraživanja, utvrđeni su njihovi štetni učinci na biocenozu. Stoga je od izuzetne važnosti pronaći učinkovitu metodu uklanjanja mikroplastike iz okoliša. U ovom radu ispitala se biorazgradnja polistirena (PS) i
poli(vinil-klorida) (PVC) primjenom bakterijskih kultura Bacillus cereus i Pseudomonas alcaligenes u trajanju od 30 dana. Plan eksperimenata biorazgradnje dizajniran je prema Taguchi metodi prema kojem je ispitano 7 čimbenika: pH-vrijednost, temperatura, veličina MP-a, koncentracija MP-a, broj okretaja i koncentracija dodane glukoze, na dvije razine – min i max vrijednost. Tijekom procesa pratio se broj izraslih stanica bakterija (CFU), koncentracija ukupnog organskog ugljika (TOC), ukupnog ugljika (TC) i anorganskog ugljika (IC), koncentracija aniona i kationa te je provedena HPLC/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). Dobiveni rezultati ukazuju da je Bacillus cereus bolje razgradio PS, a Pseudomonas alcaligenes PVC. FTIR spektri PS-a i PVC-a snimljeni prije i nakon biorazgradnje upućuju na nastanak novih funkcionalnih skupina, gubitak postojećih te na smanjenje intenziteta pikova apsorpcijskih vrpci. Značajni čimbenici za biorazgradnju PS-a i PVC-a bakterijom Bacillus cereus su pH-vrijednost, veličina PS-a, broj okretaja, optička gustoća (OG), koncentracija dodane glukoze odnosno pH-vrijednost, temperatura, veličina PVC-a, OG i koncentracija dodane glukoze. Značajni čimbenici za biorazgradnju PS-a i PVC-a bakterijom Pseudomonas alcaligenes su veličina PS-a, broj okretaja i OG odnosno pH-vrijednost i veličina PVC-a.

Sažetak (engleski)

Continuous production of plastic products and unsuitable handling with plastic waste have resulted in accumulation of plastic waste in environment that decomposes to smaller particles with time. Plastic particles smaller than 5 mm are called microplastic. In it's composition, microplastic contains additives that improve properties of plastic products. Through years of experiments, their harmful effect on biocoenosis has been determined. It is of great importance to find a successful method of removing microplastics out of the environment. In this work, the process of biodegradation of polystyrene (PS) and polyvinyl chloride (PVC) with bacteria Bacillus cereus and Pseudomonas alcaligenes has been conducted for
30 days. Experiment plan of biodegradation was designed by Taguchi method in which
7 factors are tested: pH-value, temperature, size of MP, concentration of MP, number of RPM and concentration of added glucose on two levels- min and max value. During the process, the number of grown bacterial cells (CFU), the concentration of total organic carbon (TOC), total carbon (TC) and inorganic carbon (IC), the concentration of anions and cations were monitored, and HPLC/MS analysis was performed to identify released additives from the surface of MP or the resulting decomposition organic products. Samples are characterized with FTIR-ATR analysis. At the end of the each proces of biodegradation, ecotoxicity of filtrate was examined with bacteria Vibrio fischeri for determining potential harmful effects on the test organism. Experimental data were processed using statistical variance analysis (ANOVA). Results indicate that Bacillus cereus degraded PS better and Pseudomonas alcaligenes PVC. FTIR spectrum of PS and PVC took before and after of biodegradation MP shows development of new functional groups, the loss of the ones existing and reduction of intensity of peaks of absorption bands. Significant factors for biodegradation of PS and PVC with Bacillus cereus are pH-value, size of MP, number of RPM, OG and concentration of added glucose respectively pH-value, temperature, size of PVC, OG and concentration of added glucose. Significant factors for biodegradation of PS and PVC with Pseudomonas alcaligenes are size of PS, number of RPM and OG respectively pH-value and the size of PVC.

• Ključne riječi: mikroplastika; biorazgradnja; značajni čimbenici; Bacillus cereus; Pseudomonas alcaligenes
• Ključne riječi (engleski): microplastics; biodegradation; significant factors; Bacillus cereus; Pseudomonas alcaligenes
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:566852
• 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 i vrijeme pohrane: 2023-04-14 10:38:17