Svårt förorenade områden – kända som Superfund-webbplatser – är över 1 000 bara i USA. En kraftfull teknik som använder mikrobiellt liv för att städa upp platser som är förorenade med två klorerade kemikalier, TCE och perklorat, beskrivs i ny forskning. Kredit:Arizona State University
Över hela Amerika, platser för farligt avfall utgör ett ständigt hot mot människors och miljöns hälsa. De allvarligaste fallen är kända som Superfund-webbplatser, varav över tusen finns för närvarande. Cirka 50 miljoner amerikaner bor inom tre miles från en av dessa zoner, potentiellt placera dem i ökad risk för cancer och andra allvarliga sjukdomar.
Även om sanering av sådana platser är en folkhälsoprioritet, de tekniska utmaningarna är skrämmande. Särskilt oroande är ett par klorerade kemikalier som kallas TCE och perklorat. TCE användes flitigt som avfettningsmedel och perklorat används vid tillverkning av drivmedel. På grund av det utbredda beroendet av dessa kemikalier i det förflutna och deras felaktiga kassering, de har ofta hittat in i miljön, utgör betydande risker för människors hälsa och omgivande ekosystem.
Bioremediering för att avlägsna dessa mycket giftiga kemikalier, speciellt när de finns i blandningar, har länge varit en utmaning för forskare. Klorerade kemikalier finns envist kvar i miljön, ibland förorenar dricksvattensystemen.
I en ny studie, forskare vid Biodesign Swette Center for Environmental Biotechnology utforskade nya sätt att befria miljön från dessa samtidigt förekommande giftiga kemikalier. För att åstadkomma detta, Fe 0 i kombination med mikrobiella kulturer innehållande en ovanlig mikrob känd som Dehalococcoides mccartyi tillsattes jord- och grundvattenprover från en förorenad Superfund-plats i Goodyear, Arizona. Den förorenade platsen hade tidigare varit involverad i försvars- och flygtillverkning.
Forskarna beskriver hur Dehalococcoides-bakterier kan agera i synergi med Fe 0 , känt som nollvärt järn. Den nya studien beskriver de förhållanden under vilka Fe 0 , Dehalococcoides, och andra bakterier kan effektivt omvandla TCE och perklorat till godartade eller mindre giftiga slutprodukter av mikrobiell biologisk nedbrytning, (t.ex., eten).
Studien visas i det aktuella numret av tidskriften Miljövetenskap och teknik .
Kritiskt, tekniken förhindrar att TCE-nedbrytningsreaktionen avstannar mitt i processen. När detta händer, ett par kemikalier, cis-DCE och vinylklorid produceras, istället för eten. Detta skulle vara dåliga nyheter för miljön, eftersom vinylklorid är erkänt som ett mycket potent cancerframkallande ämne.
Istället, genom att använda låga koncentrationer av åldrad Fe 0 tillsammans med Dehalococcoides, en fullständig reduktion av TCE och perklorat till ofarliga eten- och kloridjoner uppnåddes. Studien visade också att höga koncentrationer av Fe 0 hämmade TCE- och perkloratreduktion medan järnhaltigt järn (Fe 2 + ), en oxidationsprodukt av Fe 0 , avsevärt bromsade TCE-reduktionsreaktionen på eten.
"Vanligtvis, förorenade miljöer innehåller mer än en giftig förorening, än, vi har begränsad information för att hantera miljöer med flera föroreningar, " säger Srivatsan Mohana Rangan, huvudförfattare till den nya studien. "Synergierna mellan mikrobiologiska och abiotiska reaktioner kan hjälpa till att uppnå framgångsrik sanering av flera föroreningar samtidigt inom en kortare tidsram. Vår studie med användning av mikrobiella kulturer med en kemisk reduktionsmedel, nollvärt järn, visar scenarier för framgångsrik sanering av TCE och perklorat, men understryker också scenarier som kan förvärra miljöföroreningar, genom att generera cancerframkallande kemikalier."
"Vi hoppas att den här studien kommer att hjälpa till att informera om avhjälpande design på Phoenix Goodyear Airport North Superfund Site och andra förorenade miljöer där kemiska reduktionsmedel som Fe 0 används för att främja långvariga och varaktiga mikrobiella aktiviteter i marken och grundvattnet, " säger Anca Delgado, medförfattare till den nya studien. (Förutom hennes Biodesign-utnämning, Delgado är biträdande professor vid ASU:s School of Sustainable Engineering and the Built Environment.)
Forskningsresultaten banar väg för avancerade mikrobiella lösningar för att ta itu med kontaminering av klorerade kemikalier på Superfunds platser över hela landet.
