Бусины, которые содержат бактерии и медленно высвобождаемую пищу для их поддержания, могут очищать загрязненные грунтовые воды в течение нескольких месяцев подряд, не требуя обслуживания, как показывают исследования Университета штата Орегон..
Гидрогелевые шарики, которые имеют консистенцию жевательной конфеты и сделаны из ингредиента, используемого в обработанных пищевых продуктах, обещают устойчивую очистку грунтовых вод, загрязненных опасными и широко используемыми летучими органическими соединениями; многие из соединений перечислены Центрами по контролю и профилактике заболеваний как вероятные канцерогены для человека.
Во многих местах по всей стране химические вещества присутствуют в концентрациях, которые намного превышают государственные и федеральные стандарты для безопасной питьевой воды.
Среди загрязнителей, рассмотренных в исследовании, 1,1,1-трихлорэтан, цис-1,2-дихлорэтен и 1,4-диоксан - обезжиривающие вещества, обычно используемые в промышленности и вооруженных силах. Химические вещества могут проникать в грунтовые воды через протекающие подземные резервуары для хранения или стоки, или просто сбрасываться на землю, как это было в прошлом.
Новый метод обеззараживания, разработанный в сотрудничестве между Инженерным колледжем OSU и Университетом штата Северная Каролина, работает, потому что микробы производят фермент, который окисляет токсины, когда загрязнители грунтовых вод диффундируют в гранулы.
В результате загрязнения превращаются в безвредные соединения.
«Мы создали процесс, называемый долгосрочным аэробным сометаболизмом, который представляет собой закрытую, пассивную, самоподдерживающуюся систему для восстановления грунтовых вод», - сказал Лью Семприни из OSU, выдающийся профессор экологической инженерии и главный исследователь. исследование.«Прелесть этого в том, что все происходит внутри бусинок».
Существующая практика, объясняет Семприни, требует добавления газообразных субстратов для роста, таких как пропан и метан, непосредственно в недра. Субстраты питают местные микробы, которые, в свою очередь, производят ферменты, превращающие загрязняющие вещества в нетоксичные побочные продукты.
Однако часто субстраты роста химически конкурируют за эти важнейшие ферменты, что значительно тормозит процесс трансформации.
Новая система устраняет эту конкуренцию, высвобождая все ферменты для окисления загрязняющих веществ.
«Мы перевернули парадигму с ног на голову, поместив нужный микроорганизм внутрь шариков гидрогеля и снабдив его источником пищи с медленным высвобождением», - сказал Семприни. «Насколько мне известно, это делается впервые».
Семприни и его исследовательская группа совместно инкапсулировали бактериальную культуру Rhodococcus rhodochrous и медленно высвобождаемый ростовой субстрат в гранулы гидрогеля, которые они произвели в лаборатории. Цилиндрические шарики, сделанные из геллановой камеди, обычного ингредиента в обработанных пищевых продуктах, имеют длину 2 миллиметра.
По мере того как грунтовые воды текут по шарикам, загрязняющие вещества диффундируют в шарики, где субстрат с медленным высвобождением вступает в реакцию с грунтовыми водами с образованием спирта, который поддерживает бактерии Rhodococcus. Бактерии содержат фермент монооксигеназу, который превращает загрязняющие вещества в безвредные соединения, включая углекислый газ, воду и ионы хлора.
Очищенная вода и побочные продукты затем диффундируют из шариков и воссоединяются со шлейфом грунтовых вод.
В испытательных колонках с шариками, снабженных непрерывным потоком загрязненной воды, система непрерывно функционировала в течение более 300 дней (и продолжает расти) на исходном субстрате для выращивания.
Семприни обнаружил, что гранулы удаляют более 99% загрязняющих веществ, а их концентрация снизилась с нескольких сотен частей на миллиард до менее чем 1 части на миллиард.
Долговечность системы будет зависеть главным образом от того, как долго живут бактерии, что является фактором, влияющим на то, как долго сохраняется субстрат для роста. Это еще предстоит определить.
«Это вопрос будущих исследований», - сказал Семприни. «Как мы делаем бусины, которые прослужат много лет, или как мы разрабатываем системы, которые можно легко заменить?»
Существующие методы кометаболической ремедиации требуют регулярного добавления субстратов для роста, чтобы обеспечить процветание основных микроорганизмов, и это требует регулярного мониторинга участка, биохимических корректировок и связанных с этим затрат.
Следующим шагом является масштабирование системы и проведение пилотных исследований в полевых условиях.
Semprini предлагает несколько вариантов использования бусинок. Одним из вариантов является смешивание шариков непосредственно с загрязненным подповерхностным материалом. Другой - вырыть траншею на пути движения грунтовых вод и заполнить ее бусинами, создав проницаемый реактивный барьер. Третий вариант - упаковка шариков в реакторы, простой формой являются сетчатые мешки, которые можно поместить в лунки.
"Все выступают за устойчивость в системах такого типа: можем ли мы просто заставить что-то работать в недрах без особого обслуживания?" - сказал Семприни. «Думаю, мы этого добились».
Исследование финансировалось Министерством обороны.