BTEX : Vakava pohjaveden saastuttaja
TOIMENPITEET
Merkittävä määrä bensiiniä pääsee ympäristöön maanalaisten varastosäiliöiden vuotojen, satunnaisten vuotojen tai epäasianmukaisten jätehuoltokäytäntöjen seurauksena (Bowlen ja Kosson, 1995). Kun bensiini joutuu kosketuksiin veden kanssa, bentseeni, tolueeni, etyylibentseeni ja ksyleenin isomeerit (BTEX) muodostavat jopa 90 prosenttia bensiinin aineosista, joita esiintyy vesiliukoisessa fraktiossa (Saeed ja Al-Mutairi, 1999). Näin ollen nämä kemikaalit ovat yleisimpiä juomavedessä esiintyviä epäpuhtauksia. BTEX-yhdisteet ovat myrkyllisiä ihmisille, ja niiden poistaminen saastuneista ympäristöistä on erityisen tärkeää (Mehlman, 1992). BTEX ei ole yksi kemikaali, vaan se on ryhmä seuraavia kemiallisia yhdisteitä: bentseeni, tolueeni, etyylibentseeni ja ksyleenit. BTEX-yhdisteet koostuvat luonnossa esiintyvistä kemikaaleista, joita esiintyy pääasiassa öljytuotteissa, kuten bensiinissä. BTEX-yhdisteitä on bensiinin lisäksi monissa tavallisissa kotitaloustuotteissa, joita käytämme päivittäin. BTEX-yhdisteet kuuluvat kemikaaliluokkaan, joka tunnetaan nimellä haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC-yhdisteet).
Tämän tutkimuksen tarkoituksena on antaa tietoa ja visuaalista ymmärrystä BTEX-saasteista ja niiden ominaisuuksista, miten ne voitaisiin poistaa pohjavedestä bioremediaation avulla. Kanta 2479 eristettiin Rajbandhissa (Länsi-Bengali, Intia) sijaitsevan teollisuusvyöhykkeen maaperästä, jossa polykloorattujen hiilivetyjen (mukaan lukien TCE) käyttö on runsasta
BTEX:n koostumus: BTEX-saasteiden ryhmä koostuu bentseenistä, etyylibentseenistä, tolueenista ja ksyleenin kolmesta isomeeristä. Nämä orgaaniset kemikaalit muodostavat merkittävän osan öljytuotteista (kuva 1).
| Kuva. 1: | Bensiinin BTEX-komponenttien prosenttiosuus (paino) |
| Taulukko 1. Bensiinin BTEX-komponenttien prosenttiosuus (paino): | BTEX-yhdisteiden fysikaalis-kemialliset ominaisuudet |
| – | Bentseeniä esiintyy bensiinissä ja tuotteissa, kuten synteettisessä kumissa, muovissa, nailonissa, hyönteismyrkyt, maalit, väriaineet, hartsiliimat, huonekaluvaha, pesuaineet ja kosmetiikka |
| – | Autojen pakokaasupäästöt ja teollisuuden päästöt aiheuttavat noin 20 % valtakunnallisesta kokonaisaltistuksesta bentseenille. Bentseeniä esiintyy myös tupakansavussa. Noin 50 % koko valtakunnallisesta altistumisesta bentseenille johtuu tupakan poltosta |
| – | Tolueenia esiintyy luonnostaan monien öljytuotteiden ainesosana. Tolueenia käytetään maalien, pinnoitteiden, kumien, öljyjen ja hartsien liuottimena |
| – | Etyylibentseeniä käytetään lähinnä bensiinin ja lentopolttoaineen lisäaineena. Sitä voi esiintyä myös kuluttajatuotteissa, kuten maaleissa, musteissa, muoveissa ja torjunta-aineissa |
| – | Ksyleeni kuuluu BTEX-päästöjen ryhmään. Orto-ksyleeni on ksyleenin ainoa luonnossa esiintyvä muoto;kaksi muuta muotoa ovat ihmisen valmistamia. Ksyleenit ovat värittömiä nesteitä, joita käytetään bensiinissä ja liuottimena paino-, kumi- ja nahkateollisuudessa |
Fysikaalis-kemialliset ominaisuudet: BTEX:ien fysikaalis-kemialliset ominaisuudet on esitetty taulukossa 1.
Saasteominaisuudet:
| – | Molekyylipaino: Yhdisteen molekyylipaino mitataan g-mol-1. Yleensä mitä suurempi molekyylipaino, sitä huonommin se liukenee veteen. Molekyylipaino vaikuttaa myös yhdisteen tiheyteen |
| – | Vesiliukoisuus: Liukoisuus mittaa kemikaalin maksimipitoisuutta, joka liukenee puhtaaseen veteen tietyssä lämpötilassa, mitattuna mg L-1. Vesiliukoisuus aiheuttaa suuria vaikutuksia kemikaalien liikkumiseen ja jakautumiseen maaperässä ja pohjavedessä |
| – | Napaisuus: Bentseeni on pooliton, koska sen varaus on lähes neutraali. Se ei ole yhtä pooliton kuin muut BTEX-ryhmän epäpuhtaudet ja sillä on kyky liueta veteen |
| – | Ominaistiheys: Tiheys mitataan kuivamassana tilavuutta kohti (kg m-3). Epäpuhtauksien tiheys vaikuttaa orgaanisen yhdisteen kykyyn kellua vedessä |
| – | Oktanoli-vesi jakautumiskerroin: Se on liuenneen aineen konsentraation suhde kaksivaiheisessa systeemissä tasapainotilassa. Kun kemikaali on sekoitettu oktanoli- ja vesiliuokseen, järjestelmän annetaan saavuttaa tasapaino. Tämä on myös orgaanisen aineen hydrofobisuuden mittari. Mitä hydrofobisempi, sitä enemmän epäpuhtaus adsorboituu maaperään ja sen liukoisuus on alhainen |
| – | Henryn lakivakio: Se kuvaa noin kemikaalien liikkumista vedestä ilmaan ja myös ilmasta veteen. Korkeat arvot tarkoittavat, että kemikaali siirtyy enemmän kohti kaasufaasiaa, kun taas matalat arvot pysyvät vesifaasissa (taulukko 1) |
Altistuminen ja vaikutukset BTEX:ille: Altistuminen BTEX:ille voi tapahtua joko juomalla saastunutta vettä (nieleminen), hengittämällä saastunutta ilmaa kaasun pumppaamisesta tai vedestä suihkussa käymisen tai peseytymisen välityksellä (sisäänhengittäminen) tai iholle joutuneista roiskeista.
Akuutti (lyhytaikainen) altistuminen bensiinille ja sen komponenteille bentseenille, tolueenille ja ksyleenille on yhdistetty ihon ja aistien ärsytykseen, keskushermosto-CNS-ongelmiin (väsymys, huimaus, päänsärky, koordinaatiokyvyn heikkeneminen) ja vaikutuksiin hengityselimiin (silmien ja nenän ärsytys). Iho-, aisti- ja keskushermosto-ongelmien lisäksi pitkäaikainen altistuminen näille yhdisteille voi vaikuttaa myös munuaisiin, maksaan ja verenkiertoelimistöön.
BTEX-yhdisteiden biokunnostus: Biokunnostus on tekniikka, jolla voidaan kunnostaa saastunutta maaperää ja pohjavettä. Tämän tekniikan avulla mikro-organismit hajottavat orgaaniset komponentit CO2:ksi ja vedeksi. Happea ja ravinteita voidaan ruiskuttaa hajoamisnopeuden edistämiseksi. Jos mitään ei lisätä, biologista hajoamista kutsutaan luontaiseksi hajoamiseksi. Hajoaminen voi tapahtua käyttämällä muita elektroniakseptoreita kuin happea. Esimerkiksi tolueeni voi hajota anaerobista reittiä käyttäen nitraattia elektroniakseptorina (Soerensen, 1996).
On oletettu, että BTEX-saasteiden maaperän bioremediaatio perustuu kotoperäisiin bakteeripopulaatioihin; sienien merkitys on jätetty huomiotta. Sienet kestävät yleensä ankarampia ympäristöolosuhteita kuin bakteerit, ja niillä voisi olla tärkeä rooli öljyhiilivetyjen hajoamisessa maaperässä (Bossert ja Bartha, 1984). BTEX-seosten sienihajoamista on kuitenkin tutkittu vain rajoitetusti valkomätäsienten avulla (Braun-Lullemann et al., 1995; Yadav ja Reddy, 1993). BTEX:t mineralisoituivat, mutta ne eivät tukeneet sienikasvua, kun niitä annettiin ainoana hiilen ja energian lähteenä. Solunulkoiset ligniiniä hajottavat entsyymit pystyvät hapettamaan monenlaisia aromaattisia hiilivetyjä, mutta ne eivät näytä osallistuvan BTEX:ien hajoamiseen. Alhaiset hajoamisnopeudet ja vaatimus lisähiililähteestä rajoittavat valkomätäsienten käyttöä bioremediaatiossa. Kun hiilivetyjä hajottavia mikrobeja käytetään bensiinin aiheuttaman pilaantumisen biokunnostukseen, on hyvin epätodennäköistä, että ne kohtaavat ainoan substraatin. Raportoimme ensimmäisenä, että Bacillus cereus -ryhmää käytetään TCE:n (trikloorieteeni) biohajoamiseen (Mitra ja Roy, 2010), ja testattiin myös, että TCE:n hajoaminen voisi tehostua tolueenin läsnäollessa. Joitakin tutkimuksia, jotka käsittelevät substraattivuorovaikutuksia bakteerien (Rhodococcus rhodochrous, Arthrobacter sp. Pseudomonas sp.) hajottaessa BTEX-seoksia, on julkaistu (Alvarez ja Vogel, 1991; Chang ym, 1993), mutta vastaavaa tietoa sienistä on vielä hyvin vähän.
Bakteerien sekaviljelmä (Paenibacillus pabulli, Micromonospora sp., Proteus mirabilis, Bacillus pumilus, Burkholderia sp., Xanthomonas sp., Bacillus coagulans, Bacillus stearothermophilus, Bacillus pallidus, Bacillus smithii ja Klebsiella pneumonia) eristettiin voimakkaasti saastuneelta alueelta Saudi-Arabian itäiseltä alueelta, ja se kykeni hajottamaan BTEX:iä tehokkaasti (Mohamed Arafa, 2003).
Maaperän sieni Cladophialophora sp. kanta T1 (Prenafeta-Boldu et al., 2002) kykeni kasvamaan bensiinin vesiliukoisessa mallifraktiossa, joka sisälsi kaikki kuusi BTEX-komponenttia (bentseeni, tolueeni, etyylibentseeni ja ksyleenin isomeerit). Bentseeni ei metaboloitunut, mutta alkyloidut bentseenit (tolueeni, etyylibentseeni ja ksyleenit) hajosivat assimilaation ja yhteismetabolian yhdistelmällä.
YHTEENVETO
Tässä tutkimuksessa esitetään yhteenveto BTEX-saasteista ja niiden ominaisuuksista sekä niiden poistamisesta pohjavedestä bioremediaation avulla. Koska bioremediaatio on yksi ympäristöystävällisistä tavoista hajottaa myrkyllisiä kemikaaleja. BTEX:n saastuttamassa maaperässä voi olla mikro-organismeja, jotka hajottavat BTEX:ää ja käyttävät sitä ravinteenaan. Tätä yksinkertaista logiikkaa käyttäen seuloimme maaperän mikro-organismit teollisuusalueen maaperästä, Indian Oil Corporationin varikolta Rajbandhissa lähellä Durgapuria. Isolaattimme, kanta 2479, eristettiin Rajbandhissa (Länsi-Bengali, Intia) sijaitsevan teollisuusalueen maaperästä, jossa polykloorattuja hiilivetyjä (mukaan lukien TCE) käytetään runsaasti (Dey ja Roy, 2009). TCE on myös ympäristön saastuttaja ja hepatiittikarsinogeeni. Syy siihen, miksi maaperään ja pohjavesijärjestelmään pääseviä BTEX-yhdisteitä pidetään niin vakavana ongelmana, on se, että niillä kaikilla on joitakin akuutteja ja pitkäaikaisia myrkyllisiä vaikutuksia. Kaikki BTEX-yhdisteet ovat akuutisti myrkyllisiä ja niillä on huomattavia terveysvaikutuksia suurina pitoisuuksina. Altistuminen näille yhdisteille pohjavesijärjestelmistä on yleensä vähäistä, mutta altistuminen voi olla pitkäaikaista (pitkäaikaisvaikutukset). Tämä tutkimus viittaa siis siihen, että altistuminen öljyvuodon aiheuttamille BTEX-yhdisteille korreloi lisääntyneeseen terveysvaikutusten riskiin, joten on ryhdyttävä asianmukaisiin toimenpiteisiin. Tässä tutkimuksessa painotamme BTEX-yhdisteiden bioremediaatiota, koska se on halvempaa ja ympäristöystävällisempää kuin muut keinot, kuten höyryfaasiuutto, Air Sparging, Air Striping jne.
TAUSTAA KIITOKSET
Tekijät kiittävät kiitollisena tohtori Ashis Kumar Mondalia ohjelman anteliaasta tukemisesta. Kirjoittajat ovat kiitollisuudenvelassa Sri Sushil Kumar Sinhalle teknisestä avusta tietokonetyön aikana.
Leave a Reply