Biosurfactant-Enhanced Soil Remediation Effect of Rhamnolipid on the Bioavailability and Microbial Uptake of Hydrophobic Compounds
Voorkant: Naar de vier elementen (wortels) van Empedocles (!, plm. 490 v. Chr.). "De elementen (aarde, water, vuur, en lucht, WN) (...) kunnen óf in zuivere toestand voorkomen óf in allerlei proporties met elkaar vermengd worden. De ervaarbare dingen van onze wereld zijn dergelijke mengsels, die als zodanig niet bestendig zijn en in die zin voor ontstaan en vergaan vatbaar zijn. Het samenkomen, respectievelijk het uiteenvallen, van bepaalde hoeveelheden van de elementen verklaart Empedocles door twee tegengestelde krachten die, net als de elementen zelf, ongeboren en onvergankelijk zijn (...)." (de Stryker, 1987)
RIJKSUNIVERSITEIT GRONINGEN
Biosurfactant-Enhanced Soil Remediation Effect of Rhamnolipid on the Bioavailability and Microbial Uptake of Hydrophobic Compounds
Proefschrift ter verkrijging van het doctoraat in de Wiskunde en Natuurwetenschappen aan de Rijksuniversiteit Groningen op gezag van de Rector Magnificus, dr. D.F.J. Bosscher, in het openbaar te verdedigen op vrijdag 10 december 1999 om 14.15 uur
door Wouter Herman Noordman geboren op 16 augustus 1969 te Groningen
promotor: Prof. Dr. D.B. Janssen
ISBN 90-367-1163-0
Acknowledgements Op dit punt wil ik graag een aantal mensen bedanken die een belangrijke bijdrage geleverd hebben aan dit proefschrift. Allereerst wil ik Dick Janssen bedanken voor zijn vertrouwen, de mogelijkheden die hij mij geboden heeft om het onderzoek vorm te geven, zijn stimulerende begeleiding, de discussies en kritische vragen. Dick, ik heb veel van je geleerd, op het gebied van wetenschap, het schrijven, en daarbuiten. Hiervoor ben ik je zeer erkentelijk. Ik heb veel plezier beleefd aan hen die met mij 'oppervlakkig actief' waren op dit biosurfactant project. Jaap Willem Bruining begon met zijn afstudeeronderzoek op een punt waar ik dacht dat de experimentele opstelling vrij was van kinderziektes. Dat was niet het geval. Jaap Willem deelt nu met mij de haat-liefde verhouding met de glazen kolommetjes, of is dat te veel gezegd? Verder dank ik je voor de isolatie en zuivering van emulsan (gebruikt in hoofdstuk 7). Rolf Eendhuizen heeft een aantal initiële experimenten uitgevoerd die uiteindelijk hebben geleid tot een gedeelte van het werk dat in hoofdstuk 6 wordt beschreven. Verder wil ik Rolf bedanken voor het bepalen van de micel-water partitiecoëfficiënten. Met Tamme Pool heb ik gewerkt aan het effect van (bio)surfactanten op desorptiekinetiek. Dit was een samenwerkingsproject met Prof. Dr. Hans Wesselingh en Jaap Bosma, die ik hierbij ook wil bedanken voor hun bijdrage. Johann Wachter heeft belangrijk werk verricht waardoor ons een schel af viel. Dankzij Geert de Boer konden we ons wagen aan een uitstapje met tracers. Je hebt tevens een belangrijke bijdrage geleverd aan hoofdstuk 6. Allen bedankt. Mijn promotietijd is een leuke tijd geweest. Gedurende het grootste gedeelte van deze jaren waren Tjibbe Bosma, Johan van Hylckama Vlieg en Astrid Mars mijn kamergenoten. Bedankt voor de goede sfeer in ons hok, maar ook voor het meedenken over mijn onderzoek en de praktische tips. Pieter Wietzes heeft een grote bijdrage aan dit onderzoek geleverd, al was het maar door mijn intensieve relatie met de HPLC op te starten en te 'onderhouden'. Bedankt voor je hulp, je inzet voor het laboratorium en de plezierige samenwerking. Verder bedank ik Martin van Agteren, Wynand Alkema, Helen Baldascini, Qi Chen, Uwe Dehmel, Margriet Derix, Inez Dinkla, Marko Fennema, René Floris, Sandra de Haan, Nanne Kamerbeek, Jaap Kingma, Wim de Koning, Geja Krooshof, Andrew Landa, Bert van Loo, Jeffrey Lutje Spelberg, Roland Pieters, Gerrit Poelarends, Mariël Pikkemaat, Rick Rink, Joost Schanstra, Marijn Sipkema, Lixia Tang, Jolanda Tijmes, Jos van der Ven en Erik de Vries voor hun wetenschappelijke en nietwetenschappelijke bijdragen respectievelijk aan dit onderzoek en aan mijn plezierige tijd in de groep. Margriet en Sandra bedank ik tevens voor de secretariële ondersteuning. De leden van mijn IOP begeleidingscommissie, Erik ten Brummeler (Arcadis), Ton Breure (RIVM), Dik van de Meent (RIVM), Antoon Opperhuizen (RIVM), John Parsons (UvA), Willem van Riemsdijk (LUW), Gosse Schraa (LUW), Frank Volkering (MTI, nu TAUW) en Han de Wit (TAUW), bedank ik voor hun belangstelling in het project en de nuttige discussies en suggesties gedurende de afgelopen jaren. Ik heb onze bijeenkomsten altijd erg leuk gevonden. Wendela Schlebaum, begeleid door dezelfde commissie, bedank ik voor de gesprekken over ons werk. Prof. Dr. J.B.F.N Engberts, Prof. Dr. L.J. Forney en Prof. Dr. W. Harder bedank ik voor de beoordeling van dit manuscript. Frank Volkering wil ik bedanken voor het betrekken van ons bij het NOBIS biosurfactant project. Ik heb veel plezier beleefd aan dit onderzoek. Ook wil ik hier de andere projectpartners, Peter Peters (van der Sluijs Tankopslag B.V.), Harrie Menning (Haskoning B.V.), André Schaminee (MTI) en Michiel de Boer (Innogas), bedanken.
I thank Prof. Dr. Mark Brusseau for the opportunity he gave me to do research in his laboratory at the University of Arizona for several months in 1995-6 and 1997. I have enjoyed the collaboration with Wei Ji and also with Prof. Dr. Raina Miller and Francisco Ochoa. Joe Piatt and Qinhong Hu are acknowledged for helping me to get along with 'real' soil. Many people contributed to my pleasant stay in Tucson. I would like to explicitly thank Mike Milczarek, Stefan Wernz, and Celeste Weiss. Verder bedank ik Nico Panman voor de reparaties, Raina Miller, Prof. Dr. J.T. Trevors (Univ. Guelph, Canada), Dr. U.A. Ochsner (Univ. Colorado, USA), and Jaap van der Waarde (Bioclear, Groningen) for making strains available for my research, A. Meetsma voor het inbouwen van een aantal handigheidjes in CXTFIT (het ingebouwde piepje was echter bij mijn kamergenoten minder populair), H. Knol voor het vervaardigen en herhaaldelijk repareren van die fantastische maar fragiele glazen kolommen, Prof. Dr. Sjoerd van der Zee (LUW) en Prof. Dr. Bert Poolman voor een aantal gesprekken, J. Tolls (UU) voor de samples van de zuivere alkylbenzeensulfonaten, J. Raaymakers (UU) voor het bepalen van het specifiek oppervlak van zeezand, Robert Friesen voor de experimenten met de analytische ultracentrifuge, Jaap Noordmans voor zijn hulp bij de experimenten die ik bij Materia Technika heb mogen uitvoeren, de collega's van de inkoop, magazijn, bibliotheek, glasblazerij en werkplaats, de portiers, Jeffrey Lutje Spelberg voor het synthetiseren van 13,14-epoxy-1-tetradeceen en Henk van Zeijts voor de vormgeving van de voorkant van dit proefschrift. Mijn ouders bedank ik ook, al is hun bijdrage aan dit proefschrift voornamelijk geleverd in de periode voordat ik aan het hierin beschreven werk begon. De interesse van Heike voor de biosurfactanten was niet mis te verstaan. Ik wil je graag bedanken voor alles wat je voor mijn promotiewerk hebt gedaan (en moeten laten) en voor je uithoudingsvermogen met betrekking tot dit onderzoek. Ook hebben onze gesprekken over het werk mij en ook het onderzoek goed gedaan. Fabian bedank ik voor zijn uitbundige lach die vast en zeker een positief effect op dit proefschrift heeft gehad.
Wouter november 1999
Contents Chapter 1 General introduction
1
Chapter 2 17 Effects of rhamnolipid biosurfactants on removal of phenanthrene from soil Rhamnolipid stimulates desorption of phenantrene from soil mainly by solubilization and also by increasing desorption rate constants. Chapter 3 29 Facilitated transport of a multicomponent PAH mixture by a rhamnolipid biosurfactant in porous silica matrices Facilitated transport can be described in terms of the log Kow of the contaminants. Chapter 4 Adsorption of a multicomponent rhamnolipid surfactant to soil Hydrophobic rhamnolipid components are preferentially adsorbed.
43
Chapter 5 55 Assesment of the use of partitioning and interfacial tracers to determine the content and removal rates of non-aqueous phase liquids Tracers can be used to determine the content and removal rates of nonaqueous liquid contaminants present in porous matrices. Chapter 6 65 Processes involved in the (bio)surfactant-enhanced biodegradation by a rhamnolipid-producing Pseudomonas of hexadecane present in porous matrices Rhamnolipid stimulates removal of hexadecane from porous matrices and biodegradation of hexadecane. Biodegradation was stimulated by rhamnolipid to a greater extent than by any other surfactant tested. Chapter 7 79 Uptake of hydrophobic compounds by Pseudomonas aeruginosa is specifically stimulated by rhamnolipid The stimulation by rhamnolipid of the uptake of hydrophobic compounds is specific and energy-dependent. Chapter 8 Concluding remarks References Samenvatting
89
95 113
Het onderzoek dat heeft geleid tot dit proefschrift werd financieel mogelijk gemaakt door het Innovatiegericht Onderzoeksprogramma milieubiotechnologie (project IOP91224). Het onderzoek beschreven in hoofdstuk 5 werd financieel mogelijk gemaakt door het Nederlands Onderzoeksprogramma Biotechnologische In-situ Sanering (NOBIS) (project 95-1-09b).
