Forskning baner vej for forbedret oprydning af forurenet grundvand

Perler, der indeholder bakterier og en langsom fødevareforsyning for at opretholde dem, kan rense forurenet grundvand i flere måneder, Vedligeholdelsesfri, forskning fra Oregon State University viser.

Hydrogelperlerne, som har konsistens som gummislik og er lavet med en ingrediens, der bruges i forarbejdede fødevarer, holde løftet om vedvarende oprydning af grundvand, der er forurenet med farlige og meget udbredte flygtige organiske forbindelser; mange af forbindelserne er opført af Centers for Disease Control and Prevention som sandsynlige kræftfremkaldende stoffer fra mennesker.

Flere steder rundt om i landet, kemikalierne er til stede i koncentrationer, der langt overstiger statslige og føderale standarder for sikkert drikkevand.

Blandt de kontaminanter, der behandles i undersøgelsen, er 1, 1, 1-trichlorethan, cis-1, 2-dichlorethen, og 1, 4-dioxan-affedtningsmidler, der normalt bruges af industrien og militæret. Kemikalierne kan infiltrere grundvand gennem utætte underjordiske lagertanke eller afstrømning, eller ved simpelthen at blive dumpet på jorden, som de var tidligere.

Den nye dekontamineringsmetode, udviklet gennem et samarbejde mellem OSU College of Engineering og North Carolina State University, virker, fordi mikroberne producerer et enzym, der oxiderer toksinerne, når grundvandskontaminanter diffunderer ind i perlerne.

Resultatet er en omdannelse af forurenende stoffer til harmløse forbindelser.

"Vi har skabt en proces kaldet langvarig aerob kometabolisme, som er vedlagt, passiv, selvbærende system til grundvandssanering, "sagde OSU's Lew Semprini, fremtrædende professor i miljøteknik og hovedforsker på undersøgelsen. "Det skønne ved dette er, at alt sker inde i perlerne."

Nuværende praksis, Semprini forklarer, kræver, at gasformige vækstsubstrater som propan og metan tilsættes direkte til undergrunden. Substraterne nærer oprindelige mikrober, som igen producerer enzymer, der omdanner forurenende stoffer til giftfrie biprodukter.

Tit, imidlertid, vækstsubstraterne konkurrerer kemisk om de afgørende enzymer, hvilket hæmmer transformationsprocessen betydeligt.

Det nye system eliminerer denne konkurrence, frigøre alt enzymet til at oxidere forurenende stoffer.

"Vi har vendt paradigmet på hovedet ved at lægge den rigtige mikroorganisme inde i hydrogelperler og forsyne den med en fødevarekilde med langsom frigivelse, "Sagde Semprini." Så vidt jeg ved, det er første gang, det er gjort. "

Undersøgelsen vises i Miljøvidenskab:Processer og virkninger .

Semprini og hans forskergruppe indkapslede bakteriekulturen Rhodococcus rhodochrous og et vækstsubstrat med langsom frigivelse i hydrogelperler, som de producerede i laboratoriet. De cylindriske perler, lavet af gellangummi, en almindelig ingrediens i forarbejdede fødevarer, er 2 millimeter lange.

Når grundvandet strømmer af perlerne, forurenende stoffer diffunderer ind i perlerne, hvor substratet med langsom frigivelse reagerer med grundvand for at producere alkohol, der opretholder Rhodococcus -bakterierne. Bakterierne indeholder et monooxygenaseenzym, der omdanner forurenende stoffer til harmløse forbindelser, herunder kuldioxid, vand og chloridioner.

Det rensede vand og biprodukterne diffunderer derefter ud af perlerne og slutter sig til grundvandsrøret.

I perlefyldte testkolonner forsynet med en kontinuerlig strøm af forurenet vand, systemet fungerede kontinuerligt i mere end 300 dage (og tæller) på det oprindelige vækstsubstrat.

Semprini fandt ud af, at perlerne fjerner mere end 99% af forurenende stoffer, og deres koncentrationer faldt fra flere hundrede dele pr. milliard til mindre end 1 del pr. milliard.

Systemets levetid afhænger hovedsageligt af, hvor længe bakterierne lever, hvilket er en faktor for hvor længe vækstsubstratet holder. Det er endnu ikke fastlagt.

"Det er et spørgsmål til fremtidig forskning, "Sagde Semprini." Hvordan laver vi perler, der holder mange år, eller hvordan udvikler vi systemer, der let kan udskiftes? "

Nuværende kometabolske saneringsmetoder kræver regelmæssige tilføjelser af vækstsubstrater for at sikre, at centrale mikroorganismer blomstrer, og det kræver regelmæssig lokalitetsovervågning, biokemiske justeringer og dermed forbundne omkostninger.

Det næste trin er at skalere systemet og gennemføre pilotundersøgelser på området.

Semprini forestiller sig flere muligheder for at anvende perlerne. En mulighed er at blande perler direkte i forurenet undergrundsmateriale. En anden er at grave en grøft i grundvandsstrømmens vej og fylde den med perler, skabe en gennemtrængelig reaktiv barriere. En tredje mulighed er at pakke perler i reaktorer, en simpel form, der er netposer, der kan placeres i brønde.

"Alle går ind for bæredygtighed i denne type systemer:Kan vi bare have noget, der fungerer i undergrunden uden megen vedligeholdelse?" Sagde Semprini. "Jeg tror, ​​vi har opnået det."