Kralen die bacteriën bevatten en een voedselvoorraad met langzame afgifte om ze in stand te houden, kunnen verontreinigd grondwater maandenlang opruimen, onderhoudsvrij, blijkt uit onderzoek van de Oregon State University.

De hydrogelparels, die de consistentie hebben van gummy candy en zijn gemaakt met een ingrediënt dat wordt gebruikt in bewerkte voedingsmiddelen, houd de belofte in stand voor duurzame sanering van grondwater dat is verontreinigd met gevaarlijke en veelgebruikte vluchtige organische stoffen; veel van de verbindingen worden door de Centers for Disease Control and Prevention vermeld als waarschijnlijk kankerverwekkende stoffen voor de mens.

Op meerdere locaties in het land, de chemicaliën zijn aanwezig in concentraties die de staats- en federale normen voor veilig drinkwater ver overschrijden.

Onder de verontreinigingen die in het onderzoek aan de orde komen, zijn er 1, 1, 1-trichloorethaan, cis-1, 2-dichlooretheen, en 1, 4-dioxaan - ontvetters die vaak worden gebruikt door de industrie en het leger. De chemicaliën kunnen grondwater infiltreren via lekkende ondergrondse opslagtanks of afvoer, of door simpelweg op de grond te worden gedumpt zoals ze in het verleden waren.

De nieuwe ontsmettingsmethode, ontwikkeld door een samenwerking tussen het OSU College of Engineering en de North Carolina State University, werkt omdat de microben een enzym produceren dat de toxines oxideert wanneer grondwaterverontreinigingen in de parels diffunderen.

Het resultaat is een transformatie van de verontreinigingen in onschadelijke verbindingen.

"We hebben een proces gecreëerd dat aëroob cometabolisme op lange termijn wordt genoemd, dat is een gesloten, passief, zelfvoorzienend systeem voor grondwatersanering, " zei Lew Semprini van OSU, onderscheiden hoogleraar milieutechniek en hoofdonderzoeker van de studie. "Het mooie hiervan is dat alles in de kralen gebeurt."

huidige praktijken, Semprini legt uit, pleit ervoor dat gasvormige groeisubstraten zoals propaan en methaan direct aan de ondergrond worden toegevoegd. De substraten voeden inheemse microben, die op hun beurt enzymen produceren die de verontreinigingen omzetten in niet-toxische bijproducten.

Vaak, echter, de groeisubstraten concurreren chemisch om die cruciale enzymen, die het transformatieproces aanzienlijk remt.

Het nieuwe systeem elimineert die concurrentie, het vrijmaken van al het enzym om verontreinigingen te oxideren.

"We hebben het paradigma op zijn kop gezet door het juiste micro-organisme in hydrogelkorrels te plaatsen en het te voorzien van een voedselbron met langzame afgifte, " zei Semprini. "Voor zover ik weet, dit is de eerste keer dat het is gedaan."

De studie verschijnt in Milieuwetenschap:processen en effecten .

Semprini en zijn onderzoeksteam hebben de bacteriecultuur Rhodococcus rhodochrous en een groeisubstraat met langzame afgifte samen ingekapseld in hydrogelparels die ze in het laboratorium hebben geproduceerd. De cilindrische kralen, gemaakt van gellangom, een veelgebruikt ingrediënt in bewerkte voedingsmiddelen, zijn 2 millimeter lang.

Terwijl het grondwater langs de kralen stroomt, de verontreinigingen diffunderen in de kralen, waar het substraat met langzame afgifte reageert met grondwater om alcohol te produceren die de Rhodococcus-bacteriën ondersteunt. De bacteriën bevatten een monooxygenase-enzym dat de verontreinigingen omzet in onschadelijke verbindingen, inclusief kooldioxide, water- en chloride-ionen.

Het gezuiverde water en de bijproducten diffunderen vervolgens uit de kralen en komen weer bij de grondwaterpluim.

In met parels gevulde testkolommen voorzien van een continue stroom verontreinigd water, het systeem heeft meer dan 300 dagen (en dat tellen nog steeds) continu gefunctioneerd op het oorspronkelijke groeisubstraat.

Semprini ontdekte dat de kralen meer dan 99% van de verontreinigingen verwijderen, en hun concentraties daalden van enkele honderden delen per miljard tot minder dan 1 deel per miljard.

De levensduur van het systeem hangt voornamelijk af van hoe lang de bacteriën leven, wat een factor is van hoe lang het groeisubstraat meegaat. Dat moet nog worden bepaald.

"Het is een vraag voor toekomstig onderzoek, " zei Semprini. "Hoe maken we kralen die vele jaren meegaan, of hoe ontwikkelen we systemen die makkelijk te vervangen zijn?"

Huidige cometabolische saneringsmethoden vereisen regelmatige toevoegingen van groeisubstraten om ervoor te zorgen dat belangrijke micro-organismen floreren, en dat vereist regelmatige controle van de site, biochemische aanpassingen en gerelateerde kosten.

De volgende stap is het opschalen van het systeem en het uitvoeren van pilotstudies in het veld.

Semprini ziet verschillende mogelijkheden voor het inzetten van de kralen. Een optie is het rechtstreeks mengen van korrels in verontreinigd ondergrondmateriaal. Een andere is om een ​​greppel te graven in het pad van de grondwaterstroming en deze te vullen met kralen, het creëren van een doorlatende reactieve barrière. Een derde mogelijkheid is het inpakken van kralen in reactoren, een eenvoudige vorm zijn netzakken, die in putten kunnen worden geplaatst.

"Iedereen is voorstander van duurzaamheid in dit soort systemen:kunnen we gewoon iets in de ondergrond laten werken zonder veel onderhoud?" zei Semprini. "Ik denk dat we dat hebben bereikt."