Jak pozbyć się TCE z wody gruntowej?
Izabela Klauza | 2008-03-05
Skuteczna metoda oczyszczania wody wcale nie musi wymagać drogich i skomplikowanych technologii. Dobrym rozwiązaniem w tej dziedzinie jest wykorzystanie naturalnych zasobów. W tym przypadku jest to użycie bakterii rozkładających TCE - substancji zanieczyszczającej wody gruntowe.
TCE- 1,1,1-trójchloroeten jest substancją chemiczną, która wraz z benzopirenem i acetonem zaliczana jest do organicznych toksyn, stanowiących zagrożenie dla człowieka. Według Superfund Health Risk Technical Support Center oraz danych zamieszczonych w bazie RAIS (ang. RFID Analytics and Integration Services) toksyczne stężenie TCE dla człowieka wynosi 1 mg/kg. Gdy stężenie TCE przekroczy swój krytyczny poziom w wodzie, staje się ona niebezpieczna, taka sytuacja miała miejsce w okolicach Greater Phoenix, gminy Paradise Valley i Scottsdale (USA).
TCE jest powszechnie używany jako dodatek do przemysłowych środków czyszczących. Powodem przedostania się TCE do wody gruntowej jest nieodpowiednie przechowywanie, składowanie oraz transport TCE. Zatrucie trójchloroetenem może wywołać uszkodzenia wątroby, zaburzenia w układzie nerwowym, przypuszcza się nawet, że należy do związków wpływających na rozwój nowotworu (karcinogen).
W roku 2002 Bruce Rittmann, dyrektor Instytutu Biodesign Center for Environmental Biotechnology, opatentował metodę, w której użył “dóbr natury” w celu usunięcia z wody składników szkodliwych. Tzw. reaktor membranowy, a na membranie biofilm mikroorganizmów miał za zadanie rozkładać związki toksyczne znajdujące się w przepływającej przez reaktor wodzie. Biofilm jest to kolonia bakterii, które tworzą zwartą strukturę, dzięki występujących w bakteryjnej macierzy zewnątrzkomórkowej substancji (polimerów) wykazujących zdolność do adhezji. Bakteriami, które mogą tworzyć taki biofilm są m.in.: Staphylococcus epidermidis, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli. Wykorzystując taką zdolność mikroorganizmów, po utworzeniu odpowiedniego reaktora membranowego można w wydajny, a co najważniejsze naturalny, sposób rozkładać substancje w roztworze przepływającym przez reaktor.
Należy jedynie odpowiednio dobrać rodzaj mikroorganizmów, który będzie w stanie wykorzystać szkodliwe dla człowieka substancje na własne potrzeby, tym samym przekształcać toksyny w niegroźne związki. W przypadku trójchloroetenu takimi mikroorganizmami okazały się bakterie dehalogeneratory (ang. dehalogenerators) np. Dehalococcoides ethenogenes. Tego typu mikroorganizmy są w stanie przeprowadzić następujące reakcje (w cyklu dehalogenacja redukcyjna, ang. reductive dehalogenitation):
* TCE → 1,2-Dichloroeten (DCE), gdy w środowisku jest również obecny tetrachloroeten- PCE, reakcja przebiega następująco: PCE → TCE →1,2-DCE
* 1,2-DCE → chlorek winylu (CV) → eten, niegroźny dla środowiska.
Dla dehalococcoides TCE jest tym, czym dla człowieka tlen do oddychania. Na tej podstawie została zaprojektowana membrana z biofilmem, użyta w reaktorze, który następnie posłuży jako „eliminator” TCE z wody gruntowej. Dehalococcoides wymagają do przeprowadzenia reakcji rozkładu TCE wodoru i elektronów. Membrana z biofilmem ma być utworzona w taki sposób, że wodór będzie dostarczany bakteriom przez cieniutkie rurki, na których po pewnym czasie powstanie biofilm.
Przeszkodą oraz niepowodzeniem projektu może stać się fakt, że niektóre dehalogeneratory nie zawsze przeprowadzają reakcję rozkładu TCE do końca, czyli do etenu. Często poprzestają na produkcji chlorku winylu, który jest powszechnie znanym karcinogenem. Ryzykiem bioreaktora jest to, że może on „produkować” jeszcze bardziej szkodliwe związki (CV) niż same substraty (TCE). Należy zatem w bardzo ostrożny sposób przeprowadzić selekcję klonów dehalogeneratorów, które będą tworzyć biofilm w bioreaktorze membranowym używanym do oczyszczania z TCE wód gruntowych.
Źródło:
Nature*s helpers: Using microorganisms to remove TCE from water; Joe Caspermeyer; 28.02.2008. Na podstawie artykułu zawartego w Environmental Science & Technology