BTEX : A Serious Ground-water Contaminant
INTRODUCTION
Spora ilość benzyny dostaje się do środowiska w wyniku wycieków z podziemnych zbiorników magazynowych, przypadkowych rozlewów lub niewłaściwych praktyk usuwania odpadów (Bowlen i Kosson, 1995). Gdy benzyna ma kontakt z wodą, benzen, toluen, etylobenzen i izomery ksylenu (BTEX) stanowią aż 90% składników benzyny, które znajdują się we frakcji rozpuszczalnej w wodzie (Saeed i Al-Mutairi, 1999). W konsekwencji te związki chemiczne są jednymi z najczęstszych zanieczyszczeń występujących w wodzie pitnej. BTEX są toksyczne dla ludzi i ich usuwanie z zanieczyszczonego środowiska jest przedmiotem szczególnego zainteresowania (Mehlman, 1992). BTEX nie jest jednym związkiem chemicznym, ale grupą następujących związków chemicznych: Benzenu, Toluenu, Etylobenzenu i Ksylenów. BTEX składają się z naturalnie występujących związków chemicznych, które znajdują się głównie w produktach ropopochodnych, takich jak benzyna. Poza benzyną, BTEX można znaleźć w wielu produktach gospodarstwa domowego, których używamy na co dzień. BTEX należą do klasy związków chemicznych znanych jako lotne związki organiczne (VOCs).
Celem tego badania jest dostarczenie informacji i wizualne zrozumienie zanieczyszczeń BTEX i ich właściwości, jak mogą one być usunięte z wód gruntowych poprzez bioremediację. Szczep 2479 został wyizolowany z gleby z pasa przemysłowego, znajdującego się w Rajbandh (Bengal Zachodni, Indie), gdzie stosowanie polichlorowanych węglowodorów (w tym TCE) jest obfite
Skład BTEX: Grupa zanieczyszczeń BTEX składa się z benzenu, etylobenzenu, toluenu i trzech izomerów ksylenu. Te organiczne związki chemiczne stanowią znaczny procent produktów naftowych (Rys. 1).
| Fig. 1: | Procentowy (wagowy) udział składników BTEX w benzynie |
| Tabela 1: | Właściwości fizykochemiczne BTEX |
| – | Benzen można znaleźć w benzynie oraz w produktach takich jak kauczuk syntetyczny, tworzywa sztuczne, nylon, środki owadobójcze, farby, barwniki, żywice- kleje, wosk meblowy, detergenty i kosmetyki |
| – | Spaliny samochodowe i emisje przemysłowe stanowią około 20% całkowitej krajowej ekspozycji na benzen. Benzen można również znaleźć w dymie papierosowym. Około 50% całego krajowego narażenia na benzen wynika z palenia tytoniu |
| – | Toluen występuje naturalnie jako składnik wielu produktów naftowych. Toluen jest stosowany jako rozpuszczalnik do farb, powłok, gum, olejów i żywic |
| – | Etylobenzen jest stosowany głównie jako dodatek do benzyny i paliwa lotniczego. Może być również obecny w produktach konsumpcyjnych, takich jak farby, tusze, tworzywa sztuczne i pestycydy |
| – | Ksylen jest członkiem grupy zanieczyszczeń BTEX. Orto-ksylen jest jedyną naturalnie występującą formą ksylenu; pozostałe dwie formy są wytworzone przez człowieka. Ksyleny są bezbarwnymi cieczami, stosowanymi w benzynie oraz jako rozpuszczalnik w przemyśle drukarskim, gumowym i skórzanym |
Właściwości fizykochemiczne: Właściwości fizykochemiczne BTEX przedstawiono w tabeli 1.
Właściwości skażające:
| – | Waga cząsteczkowa: Masa cząsteczkowa związku jest mierzona w g mol-1. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa masa cząsteczkowa tym mniejsza rozpuszczalność w wodzie. Masa cząsteczkowa wpływa również na gęstość związku |
| – | Rozpuszczalność w wodzie: Rozpuszczalność jest miarą maksymalnego stężenia substancji chemicznej, która rozpuści się w czystej wodzie w określonej temperaturze, mierzona w mg L-1. Rozpuszczalność w wodzie ma ogromny wpływ na przemieszczanie się i dystrybucję substancji chemicznych w glebie i wodach gruntowych |
| – | Polarność: Benzen jest niepolarny ze względu na swój prawie neutralny ładunek. Nie jest tak niepolarny jak inne zanieczyszczenia z grupy BTEX i ma zdolność do rozpuszczania się w wodzie |
| – | Gęstość właściwa: Gęstość jest mierzona jako sucha masa na objętość (kg m-3). Gęstość zanieczyszczeń wpływa na zdolność związków organicznych do unoszenia się na wodzie |
| – | Współczynnik podziału oktanol-woda: Jest to stosunek stężeń substancji rozpuszczonej w układzie dwufazowym w stanie równowagi. Po zmieszaniu substancji chemicznej w roztworze oktanolu i wody, system jest dopuszczony do osiągnięcia równowagi. Jest to również miara hydrofobowości substancji organicznej. Im bardziej hydrofobowy, tym bardziej zanieczyszczenie będzie adsorbować się do gleby i będzie mieć niską rozpuszczalność |
| – | Stała prawa Henry’ego: Opisuje ruch substancji chemicznych z wody do powietrza, a także z powietrza do wody. Wysokie wartości oznaczają, że substancja chemiczna będzie przemieszczać się bardziej w kierunku fazy gazowej, podczas gdy niskie wartości pozostaną w fazie wodnej (Tabela 1) |
Narażenie i skutki działania BTEX: Narażenie na BTEX może wystąpić poprzez picie skażonej wody (spożycie), oddychanie skażonym powietrzem z pompowania gazu lub z wody poprzez prysznic lub pranie (wdychanie) lub z wycieków na skórę.
Ostre (krótkotrwałe) narażenie na benzynę i jej składniki: benzen, toluen i ksyleny było związane z podrażnieniem skóry i narządów zmysłów, problemami z ośrodkowym układem nerwowym-CNS (zmęczenie, zawroty głowy, ból głowy, utrata koordynacji) i wpływem na układ oddechowy (podrażnienie oczu i nosa). Oprócz problemów skórnych, sensorycznych i CNS, długotrwałe narażenie na te związki może również wpływać na nerki, wątrobę i układ krwionośny.
Bioremediacja BTEX: Bioremediacja jest techniką remediacji skażonej gleby i wód gruntowych. Przy użyciu tej techniki mikroorganizmy rozkładają składniki organiczne do CO2 i wody. Tlen i składniki odżywcze mogą być wstrzykiwane w celu zwiększenia tempa degradacji. Jeśli nic nie jest dodawane, biodegradacja jest nazywana samoistną. Degradacja może zachodzić przy użyciu innych akceptorów elektronów niż tlen. Na przykład toluen może ulegać degradacji na drodze beztlenowej z wykorzystaniem azotanu jako akceptora elektronów (Soerensen, 1996).
Założono, że bioremediacja glebowa zanieczyszczeń BTEX opiera się na rodzimych populacjach bakterii; znaczenie grzybów zostało przeoczone. Grzyby na ogół wytrzymują trudniejsze warunki środowiskowe niż bakterie i mogą odgrywać ważną rolę w degradacji węglowodorów ropopochodnych w glebie (Bossert i Bartha, 1984). Niemniej jednak, degradacja mieszanin BTEX przez grzyby była badana tylko w ograniczonym zakresie z wykorzystaniem grzybów białych (Braun-Lullemann i in., 1995; Yadav i Reddy, 1993). BTEX były mineralizowane, ale nie wspomagały wzrostu grzybów, gdy były dostarczane jako jedyne źródło węgla i energii. Pozakomórkowe enzymy rozkładające ligninę są zdolne do utleniania szerokiej gamy węglowodorów aromatycznych, ale wydaje się, że nie biorą udziału w degradacji BTEX. Niskie tempo degradacji i wymóg dodatkowego źródła węgla ograniczają zastosowanie grzybów strzępkowych w bioremediacji. Kiedy mikroorganizmy degradujące węglowodory są wykorzystywane do bioremediacji zanieczyszczeń benzynowych, jest bardzo mało prawdopodobne, że napotykają one jedyny substrat. Pierwsze doniesienie dotyczyło zastosowania bakterii Bacillus cereus do biodegradacji TCE (trichloroetylenu) (Mitra i Roy, 2010), przy czym testowano również, że degradacja TCE może się nasilać w obecności toluenu. Niektóre badania dotyczące interakcji substratów podczas degradacji mieszanin BTEX przez bakterie (Rhodococcus rhodochrous, Arthrobacter sp. Pseudomonas sp.) zostały opublikowane (Alvarez i Vogel, 1991; Chang i in.., 1993), ale analogiczne dane dla grzybów są nadal bardzo skąpe.
Mieszana kultura bakteryjna (Paenibacillus pabulli, Micromonospora sp., Proteus mirabilis, Bacillus pumilus, Burkholderia sp., Xanthomonas sp., Bacillus coagulans, Bacillus stearothermophilus, Bacillus pallidus, Bacillus smithii i Klebsiella pneumonia) został wyizolowany mocno zanieczyszczone miejsce we wschodnim regionie Arabii Saudyjskiej, zdolne do degradacji BTEX skutecznie (Mohamed Arafa, 2003).
Grzyb glebowy Cladophialophora sp. szczep T1 (Prenafeta-Boldu et al., 2002) był zdolny do wzrostu na modelowej, rozpuszczalnej w wodzie frakcji benzyny, która zawierała wszystkie sześć składników BTEX (benzen, toluen, etylobenzen i izomery ksylenu). Benzen nie był metabolizowany, ale alkilowane benzeny (toluen, etylobenzen i ksyleny) były degradowane przez połączenie asymilacji i współmetabolizmu.
Podsumowanie
W niniejszym opracowaniu podsumowano zanieczyszczenia BTEX i ich charakterystykę, które mają być usunięte z wód gruntowych poprzez bioremediację. Ponieważ bioremediacja jest jednym z przyjaznych dla środowiska sposobów degradacji toksycznych substancji chemicznych. Zanieczyszczona BTEX gleba może być siedliskiem mikroorganizmów, które rozkładają BTEX i wykorzystują go jako składnik odżywczy. Używając tej prostej logiki, przeprowadziliśmy badania mikroorganizmów glebowych w glebie obszaru przemysłowego, składowiska Indian Oil Corporation w Rajbandh koło Durgapuru. Nasz izolat, szczep 2479, został wyizolowany z gleby z pasa przemysłowego, znajdującego się w Rajbandh (Bengal Zachodni, Indie), gdzie stosowanie polichlorowanych węglowodorów (w tym TCE) jest powszechne (Dey i Roy, 2009). TCE jest również substancją zanieczyszczającą środowisko, a także rakotwórczą dla wątroby. Powodem, dla którego BTEX-y, dostające się do naszej gleby i systemu wód gruntowych, są uważane za tak poważny problem, jest to, że wszystkie one mają pewne ostre i długotrwałe skutki toksyczne. Wszystkie związki BTEX są ostro toksyczne i mają zauważalny wpływ na zdrowie w wysokich stężeniach. Narażenie na te związki z systemów wód podziemnych jest zazwyczaj minimalne, ale narażenie może być trwałe przez długi okres czasu (skutki długoterminowe). Tak więc, badanie to sugeruje, że narażenie na BTEX z wycieku ropy naftowej jest skorelowane ze zwiększonym ryzykiem wystąpienia skutków zdrowotnych, które wymagają podjęcia odpowiednich działań. W obecnym badaniu kładziemy nacisk na bioremediację BTEX, ponieważ jest ona tańsza i bardziej przyjazna dla środowiska niż inne środki, takie jak ekstrakcja w fazie gazowej, sparging powietrzny, Air Striping itp.
PODZIĘKOWANIA
Autorzy z wdzięcznością przyjmują podziękowania dla Dr. Ashis Kumar Mondal za hojne wsparcie programu. Autorzy są wdzięczni Sri Sushil Kumar Sinha za zapewnienie pomocy technicznej podczas pracy z komputerem.
.
Leave a Reply