Pärlor som innehåller bakterier och en långsam matförsörjning för att upprätthålla dem kan städa upp förorenat grundvatten i flera månader, underhållsfri, forskning från Oregon State University visar.

Hydrogelpärlorna, som har konsistensen av gummigodis och är gjorda av en ingrediens som används i bearbetade livsmedel, hålla löftet om uthållig sanering av grundvatten kontaminerat med farliga och allmänt använda flyktiga organiska föreningar; många av föreningarna listas av Centers for Disease Control and Prevention som sannolika cancerframkallande ämnen för människor.

På flera platser runt om i landet, kemikalierna finns i koncentrationer som långt överstiger statliga och federala standarder för säkert dricksvatten.

Bland de föroreningar som behandlas i studien finns 1, 1, 1-trikloretan, cis-1, 2-dikloreten, och 1, 4-dioxan-avfettningsmedel som vanligtvis används av industrin och militären. Kemikalierna kan infiltrera grundvatten genom läckande underjordiska lagringstankar eller avrinning, eller genom att helt enkelt dumpas på marken som de var tidigare.

Den nya dekontamineringsmetoden, utvecklats genom ett samarbete mellan OSU College of Engineering och North Carolina State University, fungerar eftersom mikroberna producerar ett enzym som oxiderar toxiner när grundvattenföroreningar diffunderar in i pärlorna.

Resultatet är en omvandling av föroreningarna till ofarliga föreningar.

"Vi har skapat en process som kallas långsiktig aerob kometabolism, som är en bifogad, passiv, självbärande system för grundvattenrening, "sa OSU:s Lew Semprini, framstående professor i miljöteknik och huvudutredare om studien. "Det fina med detta är att allt händer inuti pärlorna."

Nuvarande praxis, Semprini förklarar, kräver att gasformiga tillväxtsubstrat som propan och metan tillsätts direkt till underytan. Substraten ger näring åt inhemska mikrober, som i sin tur producerar enzymer som omvandlar föroreningarna till giftfria biprodukter.

Ofta, dock, tillväxtsubstraten konkurrerar kemiskt om dessa avgörande enzymer, vilket hämmar transformationsprocessen avsevärt.

Det nya systemet eliminerar den konkurrensen, frigöra allt enzym för att oxidera föroreningar.

"Vi har vänt paradigmet på huvudet genom att sätta rätt mikroorganism inuti hydrogelpärlor och förse den med en långsam frisättningskälla, "Sa Semprini." Så vitt jag vet, det här är första gången det har gjorts. "

Studien visas i Miljövetenskap:Processer och effekter .

Semprini och hans forskargrupp saminkapslade bakteriekulturen Rhodococcus rhodochrous och ett tillväxtsubstrat med långsam frisättning i hydrogelpärlor som de producerade i labbet. De cylindriska pärlorna, gjord av gellangummi, en vanlig ingrediens i bearbetade livsmedel, är 2 millimeter långa.

När grundvattnet rinner genom pärlorna, föroreningarna diffunderar in i pärlorna, där substratet för långsam frisättning reagerar med grundvatten för att producera alkohol som upprätthåller Rhodococcus -bakterierna. Bakterierna innehåller ett monooxygenasenzym som omvandlar föroreningarna till ofarliga föreningar, inklusive koldioxid, vatten och kloridjoner.

Det renade vattnet och biprodukterna diffunderar sedan ut från pärlorna och återförenas med grundvattenplummen.

I pärlfyllda testkolonner levererade med ett kontinuerligt flöde av förorenat vatten, systemet fungerade kontinuerligt i mer än 300 dagar (och räknar med) på det ursprungliga odlingssubstratet.

Semprini fann att pärlorna tar bort mer än 99% av föroreningarna, och deras koncentrationer minskade från flera hundra delar per miljard till mindre än 1 del per miljard.

Systemets livslängd beror främst på hur länge bakterierna lever, vilket är en faktor för hur länge växtsubstratet håller. Det har ännu inte fastställts.

"Det är en fråga för framtida forskning, "Sa Semprini." Hur gör vi pärlor som håller i många år, eller hur utvecklar vi system som enkelt kan bytas ut? "

Nuvarande kometaboliska saneringsmetoder kräver regelbundna tillsatser av tillväxtsubstrat för att säkerställa att viktiga mikroorganismer blomstrar, och det kräver regelbunden platsövervakning, biokemiska justeringar och relaterade kostnader.

Nästa steg är att skala upp systemet och genomföra pilotstudier inom området.

Semprini föreställer sig flera möjligheter för att distribuera pärlorna. Ett alternativ är att blanda pärlor direkt i förorenat material under ytan. En annan är att gräva ett dike i vägen för grundvattenflödet och fylla det med pärlor, skapar en permeabel reaktiv barriär. En tredje möjlighet är att packa pärlor i reaktorer, en enkel form som nätpåsar, som kan placeras i brunnar.

"Alla förespråkar hållbarhet i den här typen av system:Kan vi bara ha något som fungerar i underjorden utan mycket underhåll?" Sa Semprini. "Jag tror att vi har uppnått det."