ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΑΝΑΓΩΓΗ ΕΞΑΣΘΕΝΟΥΣ ΧΡΩΜΙΟΥ

ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΑΝΑΓΩΓΗ ΕΞΑΣΘΕΝΟΥΣ ΧΡΩΜΙΟΥ Τεκερλεκοπούλου Α.Γ 1, Τσιάµης Γ. 1, Μπούρτζης Κ. 1, Βαγενάς.Β 1,2 1 Τµήµα ιαχείρισης Περιβάλλοντος και Φυσικών Πόρων, Πανεπιστήµιο Ιωαννίνων, Γ. Σεφέρη 2, Τ.Κ. 30100, Αγρίνιο, Ελλάδα, Τηλ. 2641074117, Ε-mail: dvagenas@cc.uoi.gr 2 Ερευνητικό Ινστιτούτο Χηµικής Μηχανικής και Χηµικών ιεργασιών Υψηλής Θερµοκρασίας (ΙΤΕ/ΕΙΧΗΜΥΘ), Οδός Σταδίου, Πλατάνι, Τ.Θ. 1414, 26504 Πάτρα, Ελλάδα ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το χρώµιο είναι ένα φυσικό µεταλλικό στοιχείο που εµφανίζεται στο περιβάλλον κυρίως µέσω των αποβλήτων διαφόρων βιοµηχανιών. Το Cr(VI) είναι ευδιάλυτο, καρκινογόνο και µεταλλαξιγόνο στους ζωντανούς οργανισµούς, συµπεριλαµβανοµένων των θηλαστικών, ενώ το Cr(III) ιζηµατοποιείται, είναι αδιάλυτο και λιγότερο τοξικό στους οργανισµούς. Οι συµβατικές µέθοδοι επεξεργασίας του Cr(VI) είναι κυρίως φυσικοχηµικές που παρουσιάζουν, ωστόσο, σηµαντικά µειονεκτήµατα σε σύγκριση µε τους βιολογικούς τρόπους επεξεργασίας των λυµάτων όπως παραγωγή τοξικής λάσπης ή άλλων δευτερευόντων προϊόντων που απαιτούν επεξεργασία. Στην παρούσα µελέτη, πραγµατοποιήθηκαν πειράµατα σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου, εµβολιασµένων µε βιοµηχανική λάσπη από την Ελληνική Βιοµηχανική Αεροπορία, χρησιµοποιώντας ως υπόστρωµα οξικό νάτριο και ζάχαρη. Πιο συγκεκριµένα, µελετήθηκε η ικανότητα των αντιδραστήρων αυτών να ανάγουν το Cr(VI) σε Cr(III) καθώς και η µικροβιακή τους σύσταση. BIOLOGICAL REDUCTION OF HEXAVALENT CHROMIUM Tekerlekopoulou A.G 1, Τsiamis G. 1, Bourtzis K. 1, Vayenas D.V 1,2 1 Department of Environmental and Natural Resources Management, University of Ioannina, Seferi 2, 30100 Agrinio, Greece, Tel: 2641074117, Ε-mail: dvagenas@cc.uoi.gr 2 Institute of Chemical Engineering and High Temperature Chemical Processes (FORTH/ ICE-HT), Stadiou Str., Platani, P.O.Box 1414 GR-26504 Patras, Hellas ABSTRACT Chromium is a metal element and introduced into environments mostly through discharges from various industrial processes. Cr(VI) is soluble, carcinogenic and mutagenic to living organisms including mammals, while Cr(III) is precipitated, insoluble and less toxic in the organisms. The conventional treatment methods of Cr(VI) are mainly physicochemical. They however present important disadvantages, such as the production of toxic sludge or other secondary products that require treatment compared with biological methods used in treating waste products. In the present study, experiments in batch reactors were carried out by inoculating industrial sludge from the Hellenic Aerospace Industry S.A. and by using sodium acetate (SA) and sugar (S) as substrate. These experiments revealed their ability to reduce Cr (VI) to Cr (III) as well as their microbial constitution. 1

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το χρώµιο είναι φυσικό µεταλλικό στοιχείο, που παρουσιάζει µεγάλο εύρος εφαρµογών στη βιοµηχανία, (σύνθεση κραµάτων, επιχρωµιώσεις, παρασκευή χρωστικών υλών, βυρσοδεψία, γαλβανισµός, µεταλλουργία κλπ) [1]. Συνέπεια των πολλών βιοµηχανικών εφαρµογών του χρωµίου είναι η παραγωγή µεγάλων ποσοτήτων αποβλήτων µε χρωµικά ιόντα. Το χρώµιο συναντάται σε διάφορες οξειδωτικές καταστάσεις, από τις οποίες το εξασθενές και το τρισθενές χρώµιο είναι µεγάλης περιβαλλοντικής σηµασίας εξαιτίας της σταθερότητας των µορφών αυτών στο περιβάλλον. Ωστόσο το εξασθενές και το τρισθενές χρώµιο διαφέρουν σηµαντικά στις φυσικοχηµικές ιδιότητες, καθώς και στη χηµική και βιοχηµική αντιδραστικότητα της κάθε µορφής. Το εξασθενές χρώµιο είναι Cr(VI) είναι υψηλά διαλυτό ικανό να προκαλέσει τοξικές επιδράσεις στα βιολογικά συστήµατα, ενώ έχει αναφερθεί ότι η έκθεση σε σύµπλοκα εξασθενούς χρωµίου επιφέρει στον ανθρώπινο οργανισµό διάφορα κλινικά προβλήµατα. Η εισπνοή και η κατακράτηση ουσιών που περιέχουν χρώµιο µπορεί να προκαλέσει βρογχίτιδα, πνευµονία, φλεγµονές του λάρυγγα και αυξανόµενη πιθανότητα εµφάνισης του βρογχογενετικού καρκινώµατος. Η δερµατική επαφή µε σύµπλοκα του εξασθενούς χρωµίου µπορεί να επιφέρει δερµατικές αλλεργίες, δερµατίτιδες καθώς και δερµατική νέκρωση και απόπτωση [2]. Αντιθέτως, όσον αφορά το Cr(III), µακροπρόθεσµες µελέτες σε πειραµατόζωα, τα οποία εκτέθηκαν σε χαµηλά επίπεδα ενώσεων τρισθενούς χρωµίου, µέσω των τροφών ή του πόσιµου νερού, δεν έδειξαν επιβλαβείς επιπτώσεις για την υγεία [3]. Επιπλέον πρέπει να αναφερθεί ότι το Cr(III), είναι βασικό ιχνοστοιχείο για το µεταβολισµό των λιπών και των υδατανθράκων στα θηλαστικά, καθώς επίσης και για τη διατήρηση της δοµής των νουκλεϊνικών οξέων. Για τους παραπάνω λόγους το εξασθενές χρώµιο θεωρείται σήµερα ένας από τους πιο επικίνδυνους ρύπους και τα αντίστοιχα επιτρεπτά όρια έχουν θεσπιστεί σε ιδιαίτερα αυστηρές τιµές. Σύµφωνα µε την Environmental Protection Agency (EPA) η µέγιστη επιτρεπτή συγκέντρωση εξασθενούς χρωµίου στο πόσιµο νερό είναι τα 0,05 mg/l, η αντίστοιχη επιτρεπτή συγκέντρωση για το ολικό χρώµιο στο πόσιµο νερό είναι τα 0,1 mg/l. Για τις βιοµηχανικές εκροές η συγκέντρωση του Cr(VI) δεν µπορεί να ξεπεράσει τα 0,2 mg/l, ενώ η συγκέντρωση του ολικού χρωµίου για τα επιφανειακά νερά δεν πρέπει να ξεπερνά τα 0,2 mg/l [4-5]. Η επιλογή της κατάλληλης διαδικασίας αποµάκρυνσης χρωµικών από βιοµηχανικά απόβλητα πρέπει να πληρεί κάποιες προϋποθέσεις όπως να είναι συµβατή µε τις υπάρχουσες εφαρµογές, λειτουργική ως προς το κόστος, προσαρµοστική στις διακυµάνσεις της ποιότητας και της ποσότητας των υγρών αποβλήτων καθώς και αξιόπιστη. Οι πιο συνηθισµένες µέθοδοι αποµάκρυνσης των χρωµικών από τα βιοµηχανικά απόβλητα είναι οι εξής: χηµική αναγωγή και κατακρήµνιση, ηλεκτροδιάλυση, εναλλαγή ιόντων και η χρήση µεµβρανών. Ωστόσο οι παραπάνω φυσικοχηµικές µέθοδοι επεξεργασίας των χρωµικών αποβλήτων δεν κρίνονται πάντα ικανοποιητικές, διότι παρουσιάζουν µεγάλες ενεργειακές απαιτήσεις, υψηλό κόστος του απαιτούµενου εξοπλισµού και συστηµάτων παρακολούθησης και τέλος παράγεται τοξική λάσπη που απαιτεί περαιτέρω επεξεργασία. Τα τελευταία χρόνια έχει γίνει στροφή στη µελέτη των βιολογικών µεθόδων επεξεργασίας των υγρών χρωµικών αποβλήτων. Η εφαρµογή βιολογικών συστηµάτων επεξεργασίας µε τη χρήση κατάλληλα επιλεγµένης βιοµάζας επιτρέπει την αναγωγή του εξασθενούς χρωµίου, µετατρέποντας το στο λιγότερο επικίνδυνο τρισθενές χρώµιο, µέσω κυτταρικών δραστηριοτήτων των µικροοργανισµών. Αρκετοί µικροοργανισµοί έχουν αναφερθεί ότι επιτυγχάνουν ικανοποιητική αναγωγή του εξασθενούς χρωµίου σε τρισθενές. Αυτοί µπορεί να είναι είτε βακτήρια [6-7], είτε µύκητες [8-9], είτε ζύµες [10-11] είτε άλγη 2

[12]. Οι βασικές διεργασίες που πραγµατοποιούνται από τους µικροοργανισµούς είναι η αναγωγή, η βιοσυσσώρευση στο εσωτερικό του κυττάρου και η προσρόφηση των χρωµικών ιόντων στην κυτταρική επιφάνεια. Αν και έχουν πραγµατοποιηθεί αρκετές µελέτες για την αποµάκρυνση του χρωµίου µε βιολογικές διεργασίες, λίγες είναι εκείνες οι εργασίες που έχουν ασχοληθεί µε την επίδραση της πηγής άνθρακα στη δοµή της µικροβιακής κοινότητας που είναι σε θέση να ανάγει το εξασθενές χρώµιο [13-14]. Στην παρούσα µελέτη, πραγµατοποιήθηκαν πειράµατα σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου, εµβολιασµένων µε βιοµηχανική λάσπη από την Ελληνική Βιοµηχανική Αεροπορία, χρησιµοποιώντας δύο διαφορετικές πηγές άνθρακα ως υπόστρωµα, το οξικό νάτριο (SA) και τη ζάχαρη (S). Πιο συγκεκριµένα, µελετήθηκε η ικανότητα των αντιδραστήρων αυτών να ανάγουν το Cr(VI) σε Cr(III) καθώς και η µικροβιακή τους σύσταση. 2. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ 2.1 Ανάπτυξη µικροοργανισµών Για την ανάπτυξη ενδογενών µικροβιακών πληθυσµών που ανάγουν το εξασθενές χρώµιο χρησιµοποιήθηκαν µεικτές καλλιέργειες µικροοργανισµών που προήλθαν από δείγµατα βιοµηχανικής ιλύς της µονάδας επιµεταλλώσεων της Ελληνικής Αεροπορικής Βιοµηχανίας (ΕΑΒ). είγµα 10 gr βιοµηχανικής ιλύος από την ΕΑΒ προστέθηκε σε φιάλη Erlenmeyer και αραιώθηκε σε θρεπτικό µέσο, ενώ σ αυτό προστέθηκε εξασθενές χρώµιο (στη µορφή K 2 Cr 2 O 7 ) σε συγκέντρωση 50 mg/l. Το θρεπτικό µέσο που χρησιµοποιήθηκε περιελάµβανε τα ακόλουθα: 1 g NH 4 Cl, 0.2 g MgSO 4 7H 2 O, 10 g CH 3 COONa 3H 2 O, and 0.5 g K 2 HPO 4 σε 1.0 l νερό βρύσης. Το διάλυµα βρισκόταν σε συνεχή ανάδευση και αερισµό ενώ το ph και η θερµοκρασία του διατηρούνταν σταθερά στο 7 και 20-22 o C αντίστοιχα. Για την επικράτηση και ανάπτυξη εκείνων των ετερότροφων µικροοργανισµών που είναι υπεύθυνοι για την αναγωγή του εξασθενούς χρωµίου, πραγµατοποιούνταν κάθε εβδοµάδα ½ αραιώσεις σε φρέσκο θρεπτικό µέσο. Χρησιµοποιώντας την παραπάνω καλλιέργεια (SA_R) πραγµατοποιήθηκαν: α) αποµόνωση των µικροοργανισµών και β) πειράµατα κινητικής σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου µε µοναδική πηγή άνθρακα το οξικό νάτριο. Λίγους µήνες αργότερα (4 µήνες) η παραπάνω καλλιέργεια έχασε την ικανότητά της να ανάγει το Cr(VI) (SA_ΝR). είγµα για νέα ανάλυση της µικροβιακής σύστασης έλαβε χώρα. Στη συνέχεια στην καλλιέργεια SA_ΝR αντικαταστάθηκε η πηγή άνθρακα του οξικού νατρίου µε ζάχαρη. Στην νέα αυτή καλλιέργεια (SC) πραγµατοποιήθηκαν τόσο χαρακτηρισµός της µικροβιακής σύστασης όσο και πειράµατα κινητικής. 2.2 Αποµόνωση και ανάλυση µικροοργανισµών Η αποµόνωση γενωµικού DNA σε όλα τα δείγµατα πραγµατοποιήθηκε ακολουθώντας το πρωτόκολλο CTAB. Το γονίδιο 16S rrna, ~1,500 bp, ενισχύθηκε χρησιµοποιώντας την αλυσιδωτή αντίδραση της πολυµεράσης µε τους παγκόσµιους εκκινητές για βακτήρια (27Fa/1492R) και αρχαία (4Fa/1492R) [15], ενώ το γονίδιο 18S rrna ενισχύθηκε χρησιµοποιώντας τους εκκινητές UnivF-15 και UnivR-1765 [16]. Τα προϊόντα ενίσχυσης κλωνοποιήθηκαν στον πλασµιδιακό φορέα pgem-t ακολουθώντας το πρωτόκολλο του κατασκευαστή (Promega, Madison, WI). H αλληλούχιση των κλώνων πραγµατοποιήθηκε στο γενετικό αναλυτή ABI310 σύµφωνα µε τις οδηγίες του κατασκευαστή (Applied Biosystems). Η επεξεργασία των νουκλεοτιδικών αλληλουχιών πραγµατοποιήθηκε µε το λογισµικό πακέτο DNAstar, ενώ η εναρµόνιση και η πολλαπλή στοίχιση αλληλουχιών έγινε µε το 3

πρόγραµµα CLUSTALX 1.83 [17]. Η φυλογενετική ανάλυση των αλληλουχιών έγινε µε το πρόγραµµα PAUP 4b10 [18] µε τη µέθοδο ένωσης γειτόνων (Neighbor Joining) και µε τις γενετικές αποστάσεις να υπολογίζονται µε το πρότυπο αντικατάστασης Jukes-Cantor. 2.3 Αναλυτικές µέθοδοι Καθ όλη τη διάρκεια των πειραµάτων πραγµατοποιούνταν µετρήσεις της συγκέντρωσης Cr(VI), της συγκέντρωσης της βιοµάζας, ph, διαλυµένου οξυγόνου και θερµοκρασίας. Τα δείγµατα αρχικά διηθούνταν µε µεµβράνη 0,45-Millipore filters (GN-6 Metricel Grid 47 mm, Pall Corporation). Για τις µετρήσεις Cr(VI) χρησιµοποιήθηκε η φασµατοφωτοµετρική µέθοδος 3500 Cr D Colorimetric method σύµφωνα µε τα πρωτόκολλα του Standard Methods [19]. Η µέτρηση του ολικού χρωµίου πραγµατοποιούνταν σε όργανο ατοµικής απορρόφησης (Perkin-Elmer, AAS-700). Η συγκέντρωση της βιοµάζας προσδιορίστηκε µέσω της συγκέντρωσης των πρωτεϊνών, ενώ η συγκέντρωση των πρωτεϊνών έγινε σύµφωνα µε παραλλαγή της µεθόδου Lowry που αποτελεί µία από τις πιο ευαίσθητες µεθόδους προσδιορισµού συγκέντρωσης πρωτεΐνης σε βιολογικά υγρά. 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Στην παρούσα εργασία πραγµατοποιήθηκαν τρείς σειρές πειραµάτων διαλείποντος έργου, µε δύο διαφορετικές πηγές άνθρακα. Στη πρώτη σειρά πειραµάτων µελετήθηκε η δυνατότητα βιολογικής αναγωγής του εξασθενούς χρωµίου για τέσσερις διαφορετικές συγκεντρώσεις Cr(VI): 6, 13, 30 και 115 mg/l µε αρχικές συγκεντρώσεις βιοµάζας 190, 170, 60 και 60 mg/l αντίστοιχα, µε µοναδική πηγή άνθρακα το οξικό νάτριο (SA_R). Η δεύτερη σειρά περιελάµβανε πείραµα κινητικής µε τη καλλιέργεια που δεν έχει πλέον την ικανότητα αναγωγής του Cr(VI) και µε πηγή άνθρακα το οξικό νάτριο (SA_ NR). Τέλος στη τρίτη σειρά πειραµάτων πραγµατοποιήθηκαν πειράµατα διαλείποντος έργου µε τις ίδιες αρχικές συγκεντρώσεις χρωµίου και βιοµάζας, αλλά µε διαφορετικό υπόστρωµα, τη ζάχαρη (S_R). 3.1 Πειράµατα SA_ R Το πρώτο πείραµα διαλείποντος έργου µε συγκέντρωση Cr(VI) 6 mg/l παρουσίασε ρυθµό αναγωγής 0,22 mg Cr(VI)/l h µε αύξηση συγκέντρωσης της βιοµάζας από την αρχική τιµή των 190 mg/l σε 428 mg/l, που αντιστοιχεί σε ένα ρυθµό παραγωγής βιοµάζας 8,8 mg biomass/l h (Σχήµα 1α). Ανάλογη συµπεριφορά παρατηρήθηκε και στο πείραµα µε αρχική συγκέντρωση χρωµίου και βιοµάζας 13 mg/l και 170 mg/l, αντίστοιχα. Ο ρυθµός αναγωγής εξασθενούς χρωµίου έφτασε την τιµή των 0,4 mg Cr(VI)//l h, ενώ ο ρυθµός παραγωγής βιοµάζας στη τιµή των 4 mg biomass/l h (Σχήµα 1β). Σε µεγαλύτερη συγκέντρωση Cr(VI) 30 mg/l, ο ρυθµός αναγωγής ήταν 0,46 mg Cr(VI)/l h µε αύξηση παραγωγής βιοµάζας από 60 mg/l σε 345 mg/l, που αντιστοιχεί σε ρυθµό παραγωγής βιοµάζας 4,4 mg biomass/l h (Σχήµα 1γ). Ωστόσο για υψηλότερη αρχική συγκέντρωση εξασθενούς χρωµίου 115 mg/l και βιοµάζα 60 mg /l, στην καλλιέργεια παρουσιάστηκε έντονα το πρόβληµα της παρεµπόδισης που οδήγησε στη µη ανάπτυξη της βιοµάζας (Σχήµα 1δ). Ανάλυση της µικροβιακής κοινότητας µε τη χρησιµοποίηση καλλιεργητικών στη µεικτή καλλιέργεια SA_R, έδειξε πως όλα τα είδη που αποµονώθηκαν σχετίζονται φυλογενετικά µε το Acinetobacter lwoffii. 3.2 Πειράµατα SA_ NR 4

Τέσσερις µήνες έπειτα από την διεξαγωγή της πρώτης σειράς πειραµάτων η καλλιέργεια (SA_R) έπαψε να ανάγει το εξασθενές χρώµιο. Πείραµα κινητικής µε αρχική συγκέντρωση Cr(VI) και βιοµάζας 6 mg/l και 190 mg/l αντίστοιχα, επιβεβαίωσε την αδυναµία της νέας καλλιέργειας (SA_ NR) να ανάγει το Cr(VI). Στην καλλιέργεια SA_ NR πραγµατοποιήθηκε επίσης ανάλυση της µικροβιακής κοινότητας µε τη χρησιµοποίηση βιβλιοθηκών του γονιδίου 16S rrna. Το κυρίαρχο στέλεχος σε αυτή τη µεικτή καλλιέργεια σχετίζεται µε το Defluvibacter lusatiensis, ενώ τα στελέχη Pseudoxanthomonas japonensis, Mesorhizium chacoense, και Flavobacterium suncheonense. (α) (β) (γ) (δ) Σχήµα 1: Συγκεντρώσεις Cr(VI) και βιοµάζας (mg/l) για τις καλλιέργειες SA_ R και SC για αρχικές συγκεντρώσεις Cr(VI): α) 5,9 mg/l β) 13,4 mg/l γ) 30 mg/l και δ) 115 mg/l. 5

3.3 Πειράµατα SC Προκειµένου να επιτευχθεί ξανά στη καλλιέργεια SA_ NR η ικανότητα βιολογικής αναγωγής του εξασθενούς νατρίου, αντικαταστάθηκε η πηγή άνθρακα του οξικού νατρίου µε ζάχαρη. Λίγες εβδοµάδες αργότερα, όταν η καλλιέργεια ήταν σε θέση πλέον να ανάγει ξανά το Cr(VI) (SC), πραγµατοποιήθηκαν νέα πειράµατα κινητικής µε τις ίδιες αρχικές συγκεντρώσεις Cr(VI) και βιοµάζας (6, 13, 30 και 115 mg Cr(VI) /l µε αρχικές συγκεντρώσεις βιοµάζας 190, 170, 60 και 60 mg/l, αντίστοιχα). Στους αντιδραστήρες διαλείποντος έργου µε αρχικές συγκεντρώσεις Cr(VI) 6 mg/l και 13 mg/l ο ρυθµός αναγωγής ήταν 0,47 και 0,8 mg Cr(VI)/l h αντιστοίχως, µε τελικές συγκεντρώσεις βιοµάζας 2082 και 2835 mg/l, που αντιστοιχούν σε ρυθµό παραγωγής βιοµάζας 151,4 και 158,64,4 mg biomass/l h (Σχήµα 1α και 1β). Για αρχική συγκέντρωση Cr(VI) 30 mg/l και βιοµάζας 60 mg/l (Σχήµα 1γ) ο ρυθµός αναγωγής ήταν 0,61 mg Cr(VI) /l h µε τελική συγκέντρωση βιοµάζας 2450 mg/l. Τέλος για υψηλή αρχική συγκέντρωση Cr(VI) 115 mg/l η καλλιέργεια SC ήταν σε θέση να ξεπεράσει την τοξικότητα του χρωµίου, επιτυγχάνοντας πλήρη αναγωγή µέσα σε 13,5 h µε ρυθµό 0,35 mg Cr(VI)/l h. Σε αντίθεση µε τις καλλιέργειες SA_R και SA_NR, κανένα προϊόν ενίσχυσης δεν παρατηρήθηκε χρησιµοποιώντας τους βακτηριακούς εκκινητές 27F/1492R. Αντίθετα η χρησιµοποίηση των εκκινητών για την ενίσχυση του 18S rrna ενίσχυσε το αναµενόµενο προϊόν το οποίο και χρησιµοποιήθηκε για την κατασκευή βιβλιοθήκης. Η µεικτή καλλιέργεια SC χαρακτηρίζεται από δύο στελέχη µυκήτων τα οποία σχετίζονται στενά µε Trichoderma viride και Pichia jadinii. Τα πειράµατα για διάφορες αρχικές συγκεντρώσεις Cr(VI) και βιοµάζας έδειξαν ότι η αλλαγή του υποστρώµατος από οξικό νάτριο σε ζάχαρη οδήγησε σε µεγαλύτερους ρυθµούς αποµάκρυνσης Cr(VI) και παραγωγής βιοµάζας. Συγκεκριµένα, παρατηρήθηκε αύξηση κατά 1.3-2.1 φορές του ρυθµού αποµάκρυνσης Cr(VI) καθώς και αύξηση κατά 5-9.5 φορές της παραγωγής βιοµάζας για διάφορες αρχικές συγκεντρώσεις Cr(VI) και βιοµάζας. Επίσης η µικροβιακή ανάλυση έδειξε ότι στους αντιδραστήρες SA επικρατούν βακτήρια, µε κυρίαρχο στέλεχος το Acinetobacter lwoffi, Defluvibacter lusatiensis, Pseudoxanthomonas japonensis, Mesorhizium chacoense and Flavobacterium suncheonense. Στους αντιδραστήρες S, στους οποίους έχει πραγµατοποιηθεί αντικατάσταση του οξικού νατρίου από ζάχαρη, παρατηρείται επικράτηση µυκήτων µε δύο κυρίαρχα στελέχη, τα Trichoderma viride και Pichia jadinii. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παρούσα εργασία εξετάστηκε η χρήση δύο διαφορετικών πηγών άνθρακα, οξικού νατρίου και ζάχαρης και µελετήθηκε η ικανότητα των βακτηρίων και των µυκήτων να ανάγουν το εξασθενές χρώµιο. Παρατηρήθηκε ότι: Η βιολογική αναγωγή του εξασθενούς χρωµίου είναι δυνατό να επιτευχθεί και µε βακτήρια και µε µύκητες. Το στέλεχος Acinetobacter lwoffii είναι το κύριο βακτηριακό είδος που σχετίζεται µε την αναγωγή του Cr(VI), ενώ δεν ισχύει το ίδιο για τα είδη Defluvibacter lusatiensis, Pseudoxanthomonas japonensis. Η αλλαγή του υποστρώµατος από οξικό νάτριο σε ζάχαρη τροποποίησε ριζικά τη δοµή της µικροβιακής κοινότητας από βακτήρια σε µύκητες. 6

Με τη ζάχαρη ως µοναδική πηγή άνθρακα επιτυγχάνονται µεγαλύτεροι ρυθµοί αναγωγής εξασθενούς χρωµίου που συνδέονται µε την παρουσία των Trichoderma viride και Pichia jadinii στη θέση του Acinetobacter lwoffii. Η πηγή άνθρακα αποτελεί µια σηµαντική παράµετρο για τη δοµή της µικροβιακής κοινότητας που ανάγει το Cr(VI). Με τους µύκητες επιτυγχάνονται µεγαλύτεροι ρυθµοί αναγωγής εξασθενούς χρωµίου σε σχέση µε τα βακτήρια. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Quintelas C., B. Fonseca, B. Silva, H. Figueiredo and T. Tavares (2009) Treatment of chromium(vi) solutions in a pilot-scale bioreactor through a biofilm of Arthrobacter viscosus supported on GAC, Bioresource Technoly, 100: 220-226 2. WHO, International Agency for Research on Cancer (1997) Monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans, vol. 49: chromium, nickel and welding 3. Pellerin C. and M. S. Booker (2000) Reflections on Hexavalent Chromium: Health Hazards of an Industrial Heavyweight, Environmental Health Prospectives, 108(9): 402-407 4. Baral A. and R.D. Engelken (2002) Chromium-based regulations and greening in metal finishing industries in the USA, Environmental Science and Policy, 5(2):121-133 5. EEC-Official Journal of the European Communities (1998) L330-Directive 98/83/EC 6. Stasinakis A.S, D. Mamais, N. Thomaidis and T. Lekkas (2002) Effect of chromium Cr(VI) on bacterial kinetics of heterotrophic biomass of activated sludge, Water Research, 36:3341-3349 7. Zouboulis A.I., M. Loukidou and K. Matis (2004) Biosorption of toxic metals from aqueous solutions by bacteria strains isolated from metal polluted soils, Process Biochemistry, 39:909-916 8. Sanghi R. and N. Sankararamakrishnan (2009) Fungal bioremediation of chromates: Conformational changes of biomass during sequestration, binding and reduction of hexavalent chromium ions, Journal of Hazardous Materials, 169:1074 1080 9. Sa Y. (2001) Biosorption of heavy metals by fungal biomass and modelling of fungal biosorption: a review, Separation and Purification Method, 30:1-48 10. Chen C. and Wang J. (2007) Influence of metal ionic characteristics on their biosorption capacity by Saccharomyces cerevisia, Applied Microbiology and Biotechnology, 74:911-917 11. Krauter P., R. Martinelli, K. Williams and S. Martins (1996) Removal of Cr(VI) from groundwater by Saccharomyces cerevisiae, Biodegradation, 7:277-286 12. Muñoz R, B. Guieysse (2006) Algal-bacterial processes for the treatment of hazardous contaminants: A review, Water Research, 40:2799-2815 13. Desai C, K. Jain and D. Madamwar (2008) Hexavalent chromate reductase acivity in cytosolic fractions of Pseudomonas sp. G1DM21 isolated from Cr(VI) contaminated industrial landfill, Process Biochemistry, 43:713-721 14. Ferro Orozco AM, E.M. Contreras and N.E. Zaritzky (2010) Cr(VI) reduction capacity of activated sludge as affected by nitrogen and carbon sources, microbial acclimation and cell multiplication, Journal of Hazardous Material, 176:657-665. 15. Lane D. (1991) 16S/23S rrna sequencing. In: Stackebrandt E, Goodfellow M, editors. Nucleic acid techniques in bacterial systematics, New York: Wiley. p. 115 175. 7

16. Frischer M, Danforth J, Tyner L, Leverone J, Marelli D, Arnold W. (2000) Development of an argopecten-specific 18S rrna targeted genetic probe, Mar Biotechnol, 2:11 20. 17. Thompson JD, Gibson TJ, Plewniak F, Jeanmougin F, Higgins DG. (1997) The Clustal X Windows interface: Flexible strategies for multiple sequence alignment aided by quality analysis tools, Nucleic Acids Res, 25:4876 4882. 18. Swofford DL. (2000) PAUP: Phylogenetic analysis using parsimony, 4.0, beta version 4a ed. Sunderland, MD: Sinauer Associates. 19. APHA, AWWA, and WPCF (1989) Standard Methods for the Examination of the Water and Wastewater, 17 th ed., American Public Health Association, American Water Works Association and Water Pollution Control Federation, Washington, DC. 8