BTEX : závažný kontaminant podzemních vod
ÚVOD
Značné množství benzinu se dostává do životního prostředí v důsledku úniků z podzemních skladovacích nádrží, náhodných úniků nebo nesprávných postupů při likvidaci odpadu (Bowlen a Kosson, 1995). Při styku benzinu s vodou tvoří benzen, toluen, ethylbenzen a izomery xylenu (BTEX) až 90 % složek benzinu, které se nacházejí ve frakci rozpustné ve vodě (Saeed a Al-Mutairi, 1999). V důsledku toho jsou tyto chemické látky jedněmi z nejčastějších kontaminantů vyskytujících se v pitné vodě. BTEX jsou pro člověka toxické a jejich odstranění ze znečištěného prostředí je předmětem zvláštního zájmu (Mehlman, 1992). BTEX není jedna chemická látka, ale jedná se o skupinu následujících chemických sloučenin: Benzen, toluen, etylbenzen a xyleny. BTEX jsou tvořeny přirozeně se vyskytujícími chemickými látkami, které se nacházejí především v ropných produktech, jako je například benzín. Kromě benzinu se BTEX nacházejí v mnoha běžných výrobcích pro domácnost, které denně používáme. BTEX patří do skupiny chemických látek známých jako těkavé organické sloučeniny (VOC).
Účelem této studie je poskytnout informace a názornou představu o kontaminantech BTEX a jejich vlastnostech, jak by mohly být odstraněny z podzemních vod pomocí bioremediace. Kmen 2479 byl izolován z půdy průmyslového pásu, který se nachází v Rajbandhu (Západní Bengálsko, Indie), kde se hojně používají polychlorované uhlovodíky (včetně TCE)
Složení BTEX: Skupina kontaminantů BTEX se skládá z benzenu, ethylbenzenu, toluenu a tří izomerů xylenu. Tyto organické chemické látky tvoří významný podíl ropných produktů (obr. 1).
| Obr. 1. 1: | Procento (hmotnost) složek BTEX v benzinu |
| Tabulka 1: | Fyzikálně-chemické vlastnosti BTEX |
| – | Benzen se nachází v benzinu a ve výrobcích, jako je syntetický kaučuk, plasty, nylon, insekticidy, barvy, barviva, pryskyřice – lepidla, vosk na nábytek, detergenty a kosmetika |
| – | Výfukové plyny automobilů a průmyslové emise představují přibližně 20 % celkové celostátní expozice benzenu. Benzen lze nalézt také v cigaretovém kouři. Asi 50 % celkové celostátní expozice benzenu je důsledkem kouření tabáku |
| – | Toluen se přirozeně vyskytuje jako součást mnoha ropných produktů. Toluen se používá jako rozpouštědlo pro barvy, nátěrové hmoty, gumy, oleje a pryskyřice |
| – | Ethylbenzen se používá především jako přísada do benzinu a leteckého paliva. Může být také přítomen ve spotřebních výrobcích, jako jsou barvy, inkousty, plasty a pesticidy |
| – | Xylen patří do skupiny BTEX znečišťujících látek. Orto-xylen je jediná přirozeně se vyskytující forma xylenu;ostatní dvě formy jsou uměle vytvořené. Xyleny jsou bezbarvé kapaliny, které se používají v benzinu a jako rozpouštědlo v tiskařském, gumárenském a kožedělném průmyslu |
Fyzikálně-chemické vlastnosti: Fyzikálně-chemické vlastnosti BTEX jsou uvedeny v tabulce 1.
Kontaminační vlastnosti:
| – | Molekulová hmotnost: Molekulová hmotnost sloučeniny se měří v g mol-1. Obecně platí, že čím vyšší molekulová hmotnost, tím méně rozpustná ve vodě. Molekulová hmotnost také ovlivňuje hustotu sloučeniny |
| – | Rozpustnost ve vodě: Rozpustnost je měření maximální koncentrace chemické látky, která se rozpustí v čisté vodě při určité teplotě, měřeno v mg l-1. Rozpustnost ve vodě způsobuje velký vliv na pohyb a distribuci chemických látek v půdě a podzemních vodách |
| – | Polarita: Benzen je nepolární, protože má téměř neutrální náboj. Není tak nepolární jako ostatní kontaminanty ze skupiny BTEX a má schopnost rozpouštět se ve vodě |
| – | Specifická hustota: Hustota se měří jako suchá hmotnost na objem (kg m-3). Hustota kontaminantů ovlivňuje schopnost organické sloučeniny plavat na vodě |
| – | Rozdělovací koeficient oktanol-voda: Je to poměr koncentrace rozpuštěné látky ve dvoufázovém systému v rovnovážném stavu. Po smíchání chemické látky v roztoku oktanolu a vody se systém nechá dosáhnout rovnováhy. Jedná se také o měření hydrofobicity organické látky. Čím je kontaminant hydrofobnější, tím více se adsorbuje na půdu a má nízkou rozpustnost |
| – | Konstanta Henryho zákona: Popisuje o pohybu chemických látek z vody do vzduchu a také ze vzduchu do vody. Vysoké hodnoty znamenají, že chemická látka se bude pohybovat spíše směrem k plynné fázi, kdežto nízké hodnoty zůstanou ve vodné fázi (tabulka 1) |
Expozice a účinky BTEX: K expozici BTEX může dojít buď pitím kontaminované vody (požití), vdechováním kontaminovaného vzduchu z čerpání plynu nebo z vody prostřednictvím sprchování nebo praní (vdechnutí) nebo z rozlití na kůži.
Akutní (krátkodobá) expozice benzinu a jeho složek benzenu, toluenu a xylenů byla spojena s podrážděním kůže a smyslů, problémy centrálního nervového systému-CNS (únava, závratě, bolesti hlavy, ztráta koordinace) a účinky na dýchací systém (podráždění očí a nosu). Kromě kožních, smyslových a CNS problémů může dlouhodobá expozice těmto sloučeninám ovlivnit také ledviny, játra a krevní systém.
Bioremediace BTEX: Bioremediace je technika sanace kontaminované půdy a podzemních vod. Pomocí této techniky mikroorganismy rozkládají organické složky na CO2 a vodu. Pro podporu rychlosti rozkladu se může vstřikovat kyslík a živiny. Pokud se nic nepřidává, biodegradace se nazývá vlastní. K degradaci může docházet za použití jiných akceptorů elektronů než kyslíku. Například toluen se může rozkládat anaerobní cestou za použití dusičnanů jako akceptoru elektronů (Soerensen, 1996).
Předpokládalo se, že půdní bioremediace znečištění BTEX závisí na autochtonních populacích bakterií; význam hub byl přehlížen. Houby obecně odolávají drsnějším podmínkám prostředí než bakterie a mohly by hrát důležitou roli při rozkladu ropných uhlovodíků v půdě (Bossert a Bartha, 1984). Nicméně houbová degradace směsí BTEX byla studována pouze v omezené míře u hub bílé hniloby (Braun-Lullemann et al., 1995; Yadav a Reddy, 1993). BTEX byly mineralizovány, ale nepodporovaly růst hub, pokud byly dodávány jako jediný zdroj uhlíku a energie. Extracelulární enzymy rozkládající lignin jsou schopny oxidovat širokou škálu aromatických uhlovodíků, ale zdá se, že se nepodílejí na rozkladu BTEX. Nízká rychlost rozkladu a požadavek na další zdroj uhlíku omezují využití hub bílé hniloby při bioremediaci. Pokud se k bioremediaci znečištění benzínem používají mikrobi degradující uhlovodíky, je velmi nepravděpodobné, že by se setkali s jediným substrátem. Jako první uvádíme, že skupina Bacillus cereus byla použita při biodegradaci TCE (trichlorethylenu) (Mitra a Roy, 2010) a bylo také testováno, že degradace TCE se může zvýšit v přítomnosti toluenu. Byly publikovány některé studie zabývající se interakcemi substrátů při rozkladu směsí BTEX bakteriemi (Rhodococcus rhodochrous, Arthrobacter sp. Pseudomonas sp.) (Alvarez a Vogel, 1991; Chang et al., 1993), ale analogických údajů pro houby je zatím velmi málo.
Smíšená bakteriální kultura (Paenibacillus pabulli, Micromonospora sp., Proteus mirabilis, Bacillus pumilus, Burkholderia sp., Xanthomonas sp., Bacillus coagulans, Bacillus stearothermophilus, Bacillus pallidus, Bacillus smithii a Klebsiella pneumonia) byla izolována na silně znečištěném místě ve východní oblasti Saúdské Arábie, schopná účinně rozkládat BTEX (Mohamed Arafa, 2003).
Půdní houba Cladophialophora sp. kmen T1 (Prenafeta-Boldu et al., 2002) byl schopen růstu na modelové ve vodě rozpustné frakci benzínu, která obsahovala všech šest složek BTEX (benzen, toluen, ethylbenzen a izomery xylenu). Benzen nebyl metabolizován, ale alkylované benzeny (toluen, ethylbenzen a xyleny) byly degradovány kombinací asimilace a ko-metabolismu.
ZÁVĚR
Tato studie shrnuje kontaminanty BTEX a jejich vlastnosti a k odstranění z podzemní vody pomocí bioremediace. Protože bioremediace je jedním ze způsobů odbourávání toxických chemických látek šetrných k životnímu prostředí. V půdě kontaminované BTEX se mohou nacházet některé mikroorganismy, které by BTEX rozkládaly a využívaly jako svou živinu. Na základě této jednoduché logiky jsme provedli screening půdních mikroorganismů v půdě průmyslové oblasti, v depu Indické ropné korporace v Rajbandhu u Durgapuru. Náš izolát, kmen 2479, byl izolován z půdy průmyslového pásu, který se nachází v Rajbandhu (Západní Bengálsko, Indie), kde se hojně používají polychlorované uhlovodíky (včetně TCE) (Dey a Roy, 2009). TCE je také polutantem životního prostředí a hepato-karcinogenem. Důvodem, proč jsou BTEX, které se dostávají do našeho půdního a podzemního vodního systému, považovány za tak závažný problém, je to, že všechny mají určité akutní a dlouhodobé toxické účinky. Všechny sloučeniny BTEX jsou akutně toxické a při vysokých koncentracích mají znatelné zdravotní účinky. Expozice těmto sloučeninám ze systémů podzemních vod je obvykle minimální, ale expozice může přetrvávat po dlouhou dobu (dlouhodobé účinky). Tato studie tedy naznačuje, že expozice BTEX z ropné skvrny souvisí se zvýšeným rizikem zdravotních účinků je třeba přijmout vhodná opatření. V této studii klademe důraz na bioremediaci BTEX, protože je levnější a šetrnější k životnímu prostředí než jiné prostředky, jako je extrakce v plynné fázi, Air Sparging, Air Striping atd.
PODĚKOVÁNÍ
Autoři s vděčností děkují Dr. Ashis Kumar Mondalovi za velkorysou podporu programu. Autoři jsou zavázáni Sri Sushilu Kumaru Sinhovi za poskytnutí technické pomoci při práci s počítačem.
Leave a Reply