Articles /

BTEX: En alvorlig grundvandsforurening

INDLEDNING

En betydelig mængde benzin kommer ud i miljøet som følge af lækager fra underjordiske lagertanke, utilsigtede udslip eller uhensigtsmæssig bortskaffelse af affald (Bowlen og Kosson, 1995). Når benzin kommer i kontakt med vand, udgør benzen, toluen, ethylbenzen og xylenisomerer (BTEX) op til 90 % af de benzinkomponenter, der findes i den vandopløselige fraktion (Saeed og Al-Mutairi, 1999). Derfor er disse kemikalier nogle af de mest almindelige forurenende stoffer, der findes i drikkevand. BTEX er giftige for mennesker, og det er af særlig interesse at fjerne dem fra forurenede miljøer (Mehlman, 1992). BTEX er ikke et enkelt kemikalie, men er en gruppe af følgende kemiske forbindelser: Benzen, toluen, ethylbenzen og xylener. BTEX består af naturligt forekommende kemikalier, der hovedsagelig findes i olieprodukter som f.eks. benzin. Ud over benzin kan BTEX findes i mange af de almindelige husholdningsprodukter, som vi bruger hver dag. BTEX tilhører en klasse af kemikalier, der er kendt som flygtige organiske forbindelser (VOC’er)

Sigtet med denne undersøgelse er at give oplysninger og en visuel forståelse af BTEX-forurenende stoffer og deres egenskaber, hvordan de kan fjernes fra grundvandet ved hjælp af bioremediering. Stammen 2479 blev isoleret fra jorden i et industrielt område i Rajbandh (Vestbengalen, Indien), hvor der er mange polychlorerede carbonhydrider (herunder TCE)

Sammensætning af BTEX: BTEX-gruppen af forurenende stoffer består af benzen, ethylbenzen, toluen og tre isomerer af xylen. Disse organiske kemikalier udgør en betydelig procentdel af olieprodukterne (fig. 1).
Figur. 1: Procentdelen (vægt) af BTEX-komponenterne i benzin

Tabel 1: De fysisk-kemiske egenskaber ved BTEX

– – Benzen kan findes i benzin og i produkter som f.eks. syntetisk gummi, plast, nylon, insekticider, maling, farvestoffer, harpikslim, møbelvoks, rengøringsmidler og kosmetik
– Biludstødning og industrielle emissioner tegner sig for ca. 20 % af den samlede eksponering for benzen i hele landet. Benzen kan også findes i cigaretrøg. Omkring 50 % af den samlede landsdækkende eksponering for benzen skyldes tobaksrygning
– Toluen forekommer naturligt som en bestanddel af mange olieprodukter. Toluen anvendes som opløsningsmiddel til maling, belægninger, gummi, olier og harpikser
– Ethylbenzen anvendes hovedsagelig som tilsætningsstof til benzin og flybrændstof. Det kan også forekomme i forbrugerprodukter som f.eks. maling, blæk, plastik og pesticider

– Xylen er et medlem af BTEX-gruppen af forurenende stoffer. Ortho-xylen er den eneste naturligt forekommende form af xylen; de to andre former er menneskeskabte. Xylener er farveløse væsker, der anvendes i benzin og som opløsningsmiddel i trykkeri-, gummi- og læderindustrien

Fysisk-kemiske egenskaber: De fysisk-kemiske egenskaber for BTEX er vist i tabel 1.

Forurenende egenskaber:

– Molekylvægt:

: Forbindelsens molekylvægt måles i g mol-1. Generelt gælder, at jo højere molekylvægt, jo mindre opløseligt i vand. Molekylvægten har også indflydelse på en forbindelses massefylde
– Vandopløselighed: Opløselighed er en måling af den maksimale koncentration af et kemikalie, der opløses i rent vand ved en bestemt temperatur, målt i mg L-1. Vandopløselighed har stor betydning for kemikaliernes bevægelse og fordeling gennem jord og grundvand
– Polaritet: Benzen er upolær på grund af sin næsten neutrale ladning. Det er ikke så upolært som de andre forurenende stoffer i BTEX-gruppen og har evnen til at opløses i vand
– Specifik massefylde: Densiteten måles som tørvægt pr. rumfang (kg m-3). Forureningernes massefylde påvirker den organiske forbindelses evne til at flyde på vand
– Octanol-vandfordelingskoefficient: Det er forholdet mellem koncentrationen af et opløst stof i et tofasesystem ved ligevægt. Efter at et kemikalie er blevet blandet i en oktanol- og vandopløsning, får systemet lov til at nå ligevægt. Dette er også en måling af et organisk stofs hydrofobicitet. Jo mere hydrofobt, jo mere vil forureningsstoffet adsorbere til jorden og have en lav opløselighed
– Henry’s lovkonstant: Den beskriver om kemikaliernes bevægelse fra vand til luft og også fra luft til vand. Høje værdier betyder, at kemikaliet vil bevæge sig mere mod gasfasen, hvorimod lave værdier vil forblive i vandfasen (tabel 1)

Bekæmpelse og virkninger af BTEX: Eksponering for BTEX kan ske ved enten at drikke forurenet vand (indtagelse), ved at indånde forurenet luft fra pumpegas eller fra vandet via brusebad eller tøjvask (indånding) eller fra spild på huden.

Akut (kortvarig) eksponering for benzin og dets bestanddele benzen, toluen og xylener er blevet forbundet med hud- og sanseirritation, problemer med centralnervesystemet-CNS (træthed, svimmelhed, hovedpine, tab af koordination) og virkninger på åndedrætsorganerne (irritation af øjne og næse). Ud over hud-, sanse- og CNS-problemer kan langvarig eksponering for disse forbindelser også påvirke nyrerne, leveren og blodsystemet.

Bioremediering af BTEX: Bioremediering er en teknik til sanering af forurenet jord og grundvand. Ved hjælp af denne teknik nedbryder mikroorganismer de organiske komponenter til CO2 og vand. Der kan tilføres ilt og næringsstoffer for at fremme nedbrydningshastigheden. Hvis der ikke tilføres noget, kaldes den biologiske nedbrydning for intrinsisk. Nedbrydningen kan ske under anvendelse af andre elektronacceptorer end ilt. F.eks. kan toluen nedbrydes via en anaerob vej med nitrat som elektronacceptor (Soerensen, 1996).

Det er blevet antaget, at jordens bioremediering af BTEX-forurening er afhængig af indfødte bakteriepopulationer; svampenes betydning er blevet overset. Svampe kan generelt modstå hårdere miljøforhold end bakterier og kan spille en vigtig rolle i nedbrydningen af oliekulbrinter i jorden (Bossert og Bartha, 1984). Ikke desto mindre er svampes nedbrydning af BTEX-blandinger kun blevet undersøgt i begrænset omfang med hvidrodssvampe (Braun-Lullemann et al., 1995; Yadav og Reddy, 1993). BTEX blev mineraliseret, men understøttede ikke svampevækst, når de blev tilført som den eneste kulstof- og energikilde. De ekstracellulære ligninnedbrydende enzymer er i stand til at oxidere en lang række aromatiske kulbrinter, men de synes ikke at være involveret i BTEX-nedbrydning. De lave nedbrydningshastigheder og kravet om en ekstra kulstofkilde begrænser anvendelsen af hvidrodede svampe til bioremediering. Når mikrober, der nedbryder kulbrinter, anvendes til bioremediering af benzinforurening, er det meget usandsynligt, at de støder på et eneste substrat. Vi rapporterede først, at Bacillus cereus-gruppen blev anvendt til biologisk nedbrydning af TCE (Trichlorethylen) (Mitra og Roy, 2010), og det blev også testet, at TCE-nedbrydningen kunne øges i tilstedeværelse af toluen. Der er blevet offentliggjort nogle undersøgelser, der omhandler substratinteraktioner under nedbrydning af BTEX-blandinger af bakterier (Rhodococcus rhodochrous, Arthrobacter sp. Pseudomonas sp.) (Alvarez og Vogel, 1991; Chang et al, 1993), men analoge data for svampe er stadig meget sparsomme.

En blandet bakteriekultur (Paenibacillus pabulli, Micromonospora sp., Proteus mirabilis, Bacillus pumilus, Burkholderia sp., Xanthomonas sp., Bacillus coagulans, Bacillus stearothermophilus, Bacillus pallidus, Bacillus smithii og Klebsiella pneumonia) blev isoleret fra et stærkt forurenet sted i den østlige region af Saudi-Arabien, og den er i stand til at nedbryde BTEX effektivt (Mohamed Arafa, 2003).

Bjordsvampen Cladophialophora sp. stamme T1 (Prenafeta-Boldu et al, 2002) var i stand til at vokse på en vandopløselig modelfraktion af benzin, der indeholdt alle seks BTEX-komponenter (benzen, toluen, ethylbenzen og xylenisomerer). Benzen blev ikke metaboliseret, men de alkylerede benzener (toluen, ethylbenzen og xylener) blev nedbrudt ved en kombination af assimilation og co-metabolisme.

KONKLUSION

Denne undersøgelse opsummerer de BTEX-forurenende stoffer og deres egenskaber og til at blive fjernet fra grundvandet gennem bioremediering. Fordi bioremediering er en af de miljøvenlige metoder til nedbrydning af giftige kemikalier. BTEX-forurenet jord kan indeholde nogle mikroorganismer, som kan nedbryde BTEX og bruge det som næringsstof. Ved hjælp af denne enkle logik screenede vi jordmikroorganismerne i jorden i et industriområde, Indian Oil Corporation-depotet i Rajbandh nær Durgapur. Vores isolat, stamme 2479, blev isoleret fra jorden i et industrielt område i Rajbandh (Vestbengalen, Indien), hvor brugen af polychlorerede kulbrinter (herunder TCE) er meget udbredt (Dey og Roy, 2009). TCE er også et miljøforurenende stof og er hepato-carcinogen. Grunden til, at BTEX’erne, der trænger ind i vores jord- og grundvandssystem, betragtes som et så alvorligt problem, er, at de alle har nogle akutte og langsigtede toksiske virkninger. Alle BTEX-forbindelser er akut giftige og har mærkbare sundhedsmæssige virkninger ved høje koncentrationer. Eksponeringen for disse forbindelser fra grundvandssystemer er normalt minimal, men eksponeringen kan være vedvarende over en lang periode (langtidsvirkninger). Så denne undersøgelse tyder på, at eksponering for BTEX fra et olieudslip er forbundet med en øget risiko for sundhedsvirkninger, og at det er nødvendigt at træffe passende foranstaltninger. I den foreliggende undersøgelse lægger vi vægt på bioremediering af BTEX, da det er billigere og mere miljøvenligt end andre metoder som f.eks. dampfaseekstraktion, luftforstøvning, luftstribning osv.

TEKNOLOGIERING

Forfatterne takker Dr. Ashis Kumar Mondal for generøs støtte til programmet. Forfatterne er taknemmelige over for Sri Sushil Kumar Sinha for at yde teknisk bistand under computerarbejdet.

Leave a Reply