Gasoline and Diesel Oil Biodegradation

Biodégradation de l'essence et du gazole

Institut Français du Pétrole

Corresponding author: remy.marchal@ifp.fr

Abstract

Fuels are major organic pollutants of soils and ground waters. Persistency of pollutants in the environment depends on the intrinsic biodegradability of constituting hydrocarbons of fuels, on the presence of active microflorae at the polluted areas and on local environmental factors. The intrinsic biodegradability of fuels such as gasoline or diesel oil was determined by using a reference aerobic microflora taken from an urban waste water treatment plant. Gasoline exhibited a high intrinsic biodegradability (96%) but that of a commercial diesel oil was significantly lower (between 60 and 73%). The recalcitrant hydrocarbons of fuels were cycloalkanes and branched alkanes, in particular those having quaternary carbon atoms or consecutive substituting groups on the main carbon chain. In the case of various types of diesel oil, the composition in terms of hydrocarbon structural classes accounted for the diverse biodegradation rates observed. In particular, the biodegradation rate was close to 100% when linear alkanes were most abundant (Fischer-Tropsch diesel oil). The fuel degradation capability was widespread among the environment microflorae tested. Microflorae from polluted soils displayed in general a slightly higher degradation capacity than that of nonpolluted soils. Several mechanisms are involved in the efficiency of microflorae taken from polluted environments: - the presence of microorganisms with specialised metabolic capacities; - the occurrence of cometabolism; - some positive interactions between strains (cooperation). The mechanisms involved in the degradation of recalcitrant hydrocarbons were illustrated in the case of cyclohexane degradation by pure strains.

Résumé

Les carburants constituent des polluants organiques importants des sols et des eaux souterraines. La persistance de ces polluants dans l'environnement dépend de la biodégradabilité intrinsèque des hydrocarbures constitutifs, de la présence de microflores actives sur les sites pollués et des facteurs environnementaux. La biodégradabilité intrinsèque de carburants tels que l'essence ou le gazole a été déterminée en utilisant une microflore aérobie standard provenant d'une boue activée de station d'épuration d'eau urbaine. L'essence présente un taux de biodégradabilité intrinsèque élevé (96 %), mais celui du gazole commercial est plus faible (entre 60 et 73% selon la microflore utilisée). Les hydrocarbures récalcitrants à la biodégradation sont des cycloalcanes et des alcanes ramifiés, notamment ceux qui comportent des atomes de carbone quaternaires ou des groupements substituants consécutifs sur la chaîne carbonée principale. Dans le cas de gazoles de types particuliers, la composition en classes structurales d'hydrocarbures explique les taux de dégradation variables qui ont été observés. En particulier, le taux de dégradation peut être proche de 100 % lorsque les alcanes linéaires sont abondants (gazole Fischer-Tropsch). La capacité de dégradation des carburants est largement répandue parmi les microflores de l'environnement. Les microflores des sols pollués présentent en général une capacité de dégradation légèrement supérieure à celle des sols non pollués. Plusieurs mécanismes peuvent rendre compte de l'efficacité des microflores provenant d'environnements pollués : - la présence de microorganismes ayant un métabolisme spécialisé ; - l'existence de cométabolisme ; - des interactions positives entre souches (coopération). Les mécanismes intervenant dans la dégradation des hydrocarbures récalcitrants sont illustrés dans le cas de la dégradation du cyclohexane par des souches pures.