BTEX : Súlyos talajvízszennyező
BEVEZETÉS
A benzin jelentős mennyisége kerül a környezetbe földalatti tárolótartályokból történő szivárgás, véletlen kiömlés vagy helytelen hulladékkezelési gyakorlat következtében (Bowlen és Kosson, 1995). Amikor a benzin vízzel érintkezik, a benzol, a toluol, az etilbenzol és a xilol izomerjei (BTEX) teszik ki a vízben oldódó frakcióban található benzinkomponensek 90%-át (Saeed és Al-Mutairi, 1999). Következésképpen ezek a vegyi anyagok az ivóvízben található leggyakoribb szennyező anyagok közé tartoznak. A BTEX-ek mérgezőek az emberre, ezért eltávolításuk a szennyezett környezetből különösen fontos (Mehlman, 1992). A BTEX nem egyetlen vegyi anyag, hanem a következő kémiai vegyületek csoportja: Benzol, toluol, etilbenzol és xilol. A BTEX-eket a természetben előforduló vegyi anyagok alkotják, amelyek főként a kőolajtermékekben, például a benzinben találhatók. A benzin mellett a BTEX-ek számos, általunk naponta használt háztartási termékben is megtalálhatók. A BTEX-ek az illékony szerves vegyületek (VOC) néven ismert vegyi anyagok egy osztályába tartoznak.
A tanulmány célja, hogy információt és szemléletet nyújtson a BTEX-szennyezőkről és jellemzőikről, valamint arról, hogy hogyan lehet őket bioremediációval eltávolítani a talajvízből. A 2479 törzset a Rajbandhban (Nyugat-Bengál, India) található ipari övezet talajából izolálták, ahol a poliklórozott szénhidrogének (köztük a TCE) használata gyakori
A BTEX összetétele: A BTEX szennyezőanyagcsoport a benzolból, etilbenzolból, toluolból és a xilol három izomerjéből áll. Ezek a szerves vegyi anyagok a kőolajtermékek jelentős százalékát teszik ki (1. ábra).
| Ábra. 1: | A benzin BTEX összetevőinek százalékos (tömeg) aránya |
| 1. táblázat: | A BTEX fizikai-kémiai tulajdonságai |
| – | A benzol megtalálható a benzinben és olyan termékekben, mint a szintetikus gumi, műanyag, nejlon, rovarirtók, festékek, színezékek, gyanták-ragasztók, bútorviasz, mosószerek és kozmetikumok |
| – | A benzolnak való teljes országos kitettség mintegy 20%-át az autók kipufogógázai és az ipari kibocsátások teszik ki. A benzol a cigarettafüstben is megtalálható. A teljes országos benzol-expozíció mintegy 50%-a a dohányzásból származik |
| – | A toluol a természetben számos kőolajtermék összetevőjeként fordul elő. A toluol a festékek, bevonatok, gumik, olajok és gyanták oldószereként használatos |
| – | Az etilbenzolt főként benzin és repülőgép-üzemanyag adalékanyagként használják. Fogyasztói termékekben, például festékekben, tintákban, műanyagokban és peszticidekben is előfordulhat |
| – | A xilol a BTEX-szennyezőanyagok csoportjának tagja. Az orto-xilol a xilol egyetlen természetesen előforduló formája;a másik két formája mesterséges. A xilolok színtelen folyadékok, amelyeket benzinben és oldószerként használnak a nyomdaiparban, a gumiiparban és a bőrgyártásban |
Fizikai-kémiai tulajdonságok: A BTEX fizikai-kémiai tulajdonságait az 1. táblázat tartalmazza.
Szennyező tulajdonságok:
| – | Molekulatömeg: A vegyület molekulatömegét g mol-1-ben mérik. Általában minél nagyobb a molekulatömeg, annál kevésbé oldódik vízben. A molekulatömeg a vegyület sűrűségét is befolyásolja |
| – | Vízoldhatóság: Az oldhatóság egy vegyszer maximális koncentrációjának mérése, amely egy adott hőmérsékleten tiszta vízben oldódik, mg L-1-ben mérve. A vízoldékonyság nagy hatással van a vegyi anyagok mozgására és eloszlására a talajban és a talajvízben |
| – | Polaritás: A benzol közel semleges töltése miatt nem pólusos. Nem annyira nem poláris, mint a BTEX csoportba tartozó többi szennyező anyag, és képes vízben oldódni |
| – | Fajlagos sűrűség: A sűrűséget a térfogatra jutó száraz tömegben (kg m-3) mérik. A szennyező anyagok sűrűsége befolyásolja a szerves vegyületnek a vízen való úszóképességét |
| – | Oktanol-víz megoszlási együttható: Egy oldott anyag koncentrációjának aránya egy kétfázisú rendszerben egyensúlyi állapotban. Miután egy vegyszert oktanolos és vizes oldatba kevertünk, hagyjuk, hogy a rendszer elérje az egyensúlyi állapotot. Ez egyben egy szerves anyag hidrofobicitásának mérőszáma is. Minél hidrofóbabb, annál inkább adszorbeálódik a szennyező anyag a talajhoz, és alacsony az oldhatósága |
| – | Henry-törvény állandósága: A vegyi anyagok vízből levegőbe és levegőből vízbe történő mozgását írja le. A magas értékek azt jelentik, hogy a vegyi anyag inkább a gázfázis felé mozog, míg az alacsony értékek a vizes fázisban maradnak (1. táblázat) |
BTEX expozíció és hatásai: A BTEX-nek való kitettség történhet akár a szennyezett víz ivásával (lenyelés), akár a gáz szivattyúzásából származó szennyezett levegő belégzésével, akár a vízből zuhanyozás vagy mosás útján (belégzés), akár a bőrre került kiömlött anyaggal.
A benzinnek és összetevőinek, a benzolnak, toluolnak és xilolnak való akut (rövid távú) expozíciót bőr- és érzékszervi irritációval, központi idegrendszeri-CNS problémákkal (fáradtság, szédülés, fejfájás, koordinációs zavarok) és a légzőrendszerre gyakorolt hatásokkal (szem- és orrirritáció) hozták összefüggésbe. A bőr-, érzékszervi és CNS-problémákon felül az ezeknek a vegyületeknek való tartós expozíció a vesére, a májra és a vérrendszerre is hatással lehet.
A BTEX-ek bioremediációja: A bioremediáció a szennyezett talaj és talajvíz helyreállításának technikája. Ezzel a technikával a mikroorganizmusok a szerves összetevőket CO2-vé és vízzé bontják le. A lebontási sebesség elősegítése érdekében oxigént és tápanyagokat lehet bejuttatni. Ha semmit sem adnak hozzá, a biológiai lebontást saját lebomlásnak nevezzük. A lebontás az oxigéntől eltérő elektronakceptorok használata mellett is végbemehet. Például a toluol lebomolhat anaerob úton, nitrátot használva elektronakceptorként (Soerensen, 1996).
Az a feltételezés, hogy a BTEX-szennyezés talajban történő bioremediációja az őshonos baktériumpopulációkra támaszkodik; a gombák jelentőségét figyelmen kívül hagyták. A gombák általában ellenállnak a baktériumoknál keményebb környezeti feltételeknek, és fontos szerepet játszhatnak a talajban lévő kőolaj-szénhidrogének lebontásában (Bossert és Bartha, 1984). Ennek ellenére a BTEX-keverékek gombás lebontását csak korlátozott mértékben vizsgálták fehérrothadású gombákkal (Braun-Lullemann és mtsai., 1995; Yadav és Reddy, 1993). A BTEX-ek mineralizálódtak, de nem támogatták a gombák növekedését, amikor egyedüli szén- és energiaforrásként szolgáltatták őket. Az extracelluláris ligninbontó enzimek az aromás szénhidrogének széles skáláját képesek oxidálni, de úgy tűnik, hogy a BTEX lebontásában nem vesznek részt. Az alacsony lebontási sebesség és a további szénforrás szükségessége korlátozza a fehérrothadású gombák bioremediációban való felhasználását. Amikor szénhidrogénbontó mikrobákat használnak a benzinszennyezés bioremediációjára, nagyon valószínűtlen, hogy egyetlen szubsztráttal találkoznak. Először számoltunk be arról, hogy a Bacillus cereus csoportot a TCE (triklór-etilén) biológiai lebontására használták (Mitra és Roy, 2010), és azt is tesztelték, hogy a TCE lebontása fokozható toluol jelenlétében. A BTEX-keverékek baktériumok (Rhodococcus rhodochrous, Arthrobacter sp. Pseudomonas sp.) által történő lebontása során fellépő szubsztrátkölcsönhatásokkal foglalkozó néhány tanulmány is megjelent (Alvarez és Vogel, 1991; Chang et al., 1993), de a gombákra vonatkozó analóg adatok még mindig nagyon ritkák.
Egy vegyes baktériumkultúra (Paenibacillus pabulli, Micromonospora sp., Proteus mirabilis, Bacillus pumilus, Burkholderia sp., Xanthomonas sp., Bacillus coagulans, Bacillus stearothermophilus, Bacillus pallidus, Bacillus smithii és Klebsiella pneumonia) izolálták Szaúd-Arábia keleti régiójában, amely képes a BTEX hatékony lebontására (Mohamed Arafa, 2003).
A talajgomba Cladophialophora sp. T1 törzs (Prenafeta-Boldu et al., 2002) képes volt növekedni a benzin mind a hat BTEX-komponenst (benzol, toluol, etilbenzol és a xilol izomerjei) tartalmazó vízoldható modellfrakción. A benzol nem metabolizálódott, de az alkilezett benzolok (toluol, etilbenzol és xilolok) az asszimiláció és a ko-metabolizmus kombinációjával lebomlottak.
Összefoglalás
Ez a tanulmány összefoglalja a BTEX-szennyezőanyagokat és azok jellemzőit, valamint a talajvízből bioremediációval eltávolíthatókat. Mivel a bioremediáció a mérgező vegyi anyagok lebontásának egyik környezetbarát eszköze. A BTEX-szennyezett talajban lehetnek olyan mikroorganizmusok, amelyek lebontják a BTEX-et, és azt tápanyagként használják fel. Ezt az egyszerű logikát alkalmazva egy ipari terület, a Durgapur melletti Rajbandhban lévő Indian Oil Corporation depójának talajában lévő talajmikroorganizmusokat vizsgáltuk. Izolátumunkat, a 2479-es törzset a Rajbandhban (Nyugat-Bengál, India) található ipari övezet talajából izoláltuk, ahol a poliklórozott szénhidrogének (köztük a TCE) használata gyakori (Dey és Roy, 2009). A TCE szintén környezetszennyező és hepatokarcinogén anyag. A talaj- és talajvízrendszerünkbe kerülő BTEX-ek azért számítanak ilyen komoly problémának, mert mindegyiknek van valamilyen akut és hosszú távú toxikus hatása. A BTEX valamennyi vegyülete akut mérgező, és magas koncentrációban észrevehető egészségügyi hatásokkal jár. A felszín alatti vízrendszerekből ezeknek a vegyületeknek való kitettség általában minimális, de a kitettség hosszú időn keresztül tartósan fennállhat (hosszú távú hatások). Ez a tanulmány tehát azt sugallja, hogy az olajszennyezésből származó BTEX-expozíció összefügg az egészségügyi hatások fokozott kockázatával, ezért megfelelő intézkedéseket kell hozni. Jelen tanulmányban a BTEX bioremediációjára helyezzük a hangsúlyt, mivel ez olcsóbb és környezetbarátabb, mint más eszközök, mint például a gőzfázisú extrakció, a levegő sparging, a levegő csíkozása stb.
HÁTTALANULMÁNYOK
A szerzők hálásan köszönik Dr. Ashis Kumar Mondalnak a program nagylelkű támogatását. A szerzők köszönettel tartoznak Sri Sushil Kumar Sinha-nak, hogy technikai segítséget nyújtott a számítógépes munka során.
Leave a Reply