BTEX : un contaminant grav al apelor subterane
INTRODUCERE
O cantitate considerabilă de benzină pătrunde în mediul înconjurător ca urmare a scurgerilor din rezervoarele de depozitare subterană, a deversărilor accidentale sau a practicilor necorespunzătoare de eliminare a deșeurilor (Bowlen și Kosson, 1995). Atunci când benzina intră în contact cu apa, benzenul, toluenul, etilbenzenul și izomerii de xilen (BTEX) reprezintă până la 90% din componentele benzinei care se găsesc în fracțiunea solubilă în apă (Saeed și Al-Mutairi, 1999). În consecință, aceste substanțe chimice sunt unii dintre cei mai comuni contaminanți care se găsesc în apa potabilă. BTEX sunt toxice pentru oameni, iar eliminarea lor din mediile poluate prezintă un interes deosebit (Mehlman, 1992). BTEX nu reprezintă o singură substanță chimică, ci sunt un grup de următorii compuși chimici: Benzen, Toluen, Etilbenzen și Xileni. BTEX sunt alcătuite din substanțe chimice care apar în mod natural și care se găsesc în principal în produsele petroliere, cum ar fi benzina. În afară de benzină, BTEX pot fi găsite în multe dintre produsele de uz casnic obișnuite pe care le folosim zilnic. BTEX fac parte dintr-o clasă de substanțe chimice cunoscute sub numele de compuși organici volatili (COV).
Scopul acestui studiu este de a oferi informații și o înțelegere vizuală a contaminanților BTEX și a caracteristicilor acestora, cum ar putea fi eliminați din apele subterane prin bioremediere. Tulpina 2479 a fost izolată din solul centurii industriale, situată la Rajbandh (Bengalul de Vest, India), unde utilizarea hidrocarburilor policlorurate (inclusiv TCE) este abundentă
Compoziția BTEX: Grupul de contaminanți BTEX este format din benzen, etilbenzen, toluen și trei izomeri ai xilenei. Aceste substanțe chimice organice alcătuiesc un procent semnificativ din produsele petroliere (Fig. 1).
| Fig. 1: | Procentul (greutatea) de componente BTEX din benzină |
| Tabelul 1: | Proprietățile fizico-chimice ale BTEX |
| – | Benzenul poate fi găsit în benzină și în produse cum ar fi cauciucul sintetic, materialele plastice, nailon, insecticide, vopsele, coloranți, rășini-lipici, ceară pentru mobilă, detergenți și produse cosmetice |
| – | Gazele de eșapament auto și emisiile industriale reprezintă aproximativ 20% din expunerea totală la benzen la nivel național. Benzenul se poate găsi, de asemenea, în fumul de țigară. Aproximativ 50% din întreaga expunere la benzen la nivel național rezultă din fumatul tutunului |
| – | Toluenul apare în mod natural ca o componentă a multor produse petroliere. Toluenul este utilizat ca solvent pentru vopsele, acoperiri, gume, uleiuri și rășini |
| – | Etilbenzenul este utilizat în principal ca aditiv pentru benzină și combustibil pentru aviație. De asemenea, poate fi prezent în produse de consum, cum ar fi vopselele, cernelurile, materialele plastice și pesticidele |
| – | Xilenul este un membru al grupului de poluanți BTEX. Orto-xilena este singura formă de xilenă care apare în mod natural;celelalte două forme sunt produse de om. Xilenii sunt lichide incolore, utilizate în benzină și ca solvent în industria tipografică, a cauciucului și a pielăriei |
Proprietăți fizico-chimice: Proprietățile fizico-chimice ale BTEX sunt prezentate în tabelul 1.
Proprietăți contaminante:
| – | Greutate moleculară: Greutatea moleculară a compusului se măsoară în g mol-1. În general, cu cât greutatea moleculară este mai mare, cu atât este mai puțin solubil în apă. Greutatea moleculară influențează, de asemenea, densitatea unui compus |
| – | Solubilitatea în apă: Solubilitatea este măsurarea concentrației maxime a unei substanțe chimice care se va dizolva în apă pură la o anumită temperatură, măsurată în mg L-1. Solubilitatea în apă determină efecte mari asupra mișcării și distribuției substanțelor chimice prin sol și apele subterane |
| – | Polaritate: Benzenul este nepolar din cauza sarcinii sale aproape neutre. Nu este la fel de nepolar ca ceilalți contaminanți din grupul BTEX și are capacitatea de a se dizolva în apă |
| – | Densitate specifică: Densitatea se măsoară ca masă uscată pe volum (kg m-3). Densitatea contaminanților influențează capacitatea compușilor organici de a pluti pe apă |
| – | Coeficientul de repartiție octanol-apă: Este raportul dintre concentrația unei substanțe dizolvate într-un sistem bifazic la echilibru. După ce o substanță chimică a fost amestecată într-o soluție de octanol și apă, sistemul este lăsat să atingă echilibrul. Acesta este, de asemenea, o măsură a hidrofobicității unei substanțe organice. Cu cât este mai hidrofob, cu atât mai mult contaminantul se va adsorbi pe sol și va avea o solubilitate scăzută |
| – | Constanta legii lui Henry: Descrie despre mișcarea substanțelor chimice din apă în aer și, de asemenea, din aer în apă. Valorile ridicate înseamnă că substanța chimică se va deplasa mai mult spre faza gazoasă, în timp ce valorile scăzute vor rămâne în faza apoasă (tabelul 1) |
Expunere și efecte ale BTEX: Expunerea la BTEX poate avea loc fie prin consumul de apă contaminată (ingestie), fie prin respirarea aerului contaminat de la pomparea gazului sau din apă prin duș sau spălare (inhalare), fie prin deversări pe piele.
Expunerea acută (pe termen scurt) la benzină și la componentele sale benzen, toluen și xileni a fost asociată cu iritații ale pielii și senzoriale, probleme ale sistemului nervos central-CNS (oboseală, amețeli, dureri de cap, pierderea coordonării) și efecte asupra sistemului respirator (iritații ale ochilor și nasului). Pe lângă problemele cutanate, senzoriale și ale SNC, expunerea prelungită la acești compuși poate afecta, de asemenea, rinichii, ficatul și sistemul sanguin.
Bioremedierea BTEX: Bioremedierea este o tehnică de remediere a solului și apelor subterane contaminate. Cu ajutorul acestei tehnici, microorganismele degradează componentele organice în CO2 și apă. Oxigenul și nutrienții ar putea fi injectați pentru a promova rata de degradare. În cazul în care nu se adaugă nimic, biodegradarea se numește intrinsecă. Degradarea poate avea loc cu ajutorul unor acceptori de electroni diferiți de oxigen. De exemplu, toluenul se poate degrada printr-o cale anaerobă folosind nitratul ca acceptor de electroni (Soerensen, 1996).
S-a presupus că bioremedierea solului în cazul poluării cu BTEX se bazează pe populațiile bacteriene indigene; importanța ciupercilor a fost neglijată. În general, ciupercile rezistă în condiții de mediu mai dure decât bacteriile și ar putea juca un rol important în degradarea hidrocarburilor petroliere din sol (Bossert și Bartha, 1984). Cu toate acestea, degradarea fungică a amestecurilor de BTEX a fost studiată doar într-o măsură limitată cu ciuperci cu putregai alb (Braun-Lullemann et al., 1995; Yadav și Reddy, 1993). BTEX au fost mineralizate, dar nu au sprijinit creșterea fungilor atunci când au fost furnizate ca sursă unică de carbon și energie. Enzimele extracelulare de degradare a ligninei sunt capabile să oxideze o gamă largă de hidrocarburi aromatice, dar se pare că acestea nu sunt implicate în degradarea BTEX. Ratele scăzute de degradare și cerința unei surse suplimentare de carbon limitează utilizarea ciupercilor cu putregai alb în bioremediere. Atunci când microbii de degradare a hidrocarburilor sunt utilizați pentru bioremedierea poluării cu benzină, este foarte puțin probabil ca aceștia să întâlnească un substrat unic. Am raportat pentru prima dată că grupul Bacillus cereus a fost utilizat în biodegradarea TCE (tricloretilenă) (Mitra și Roy, 2010) și s-a testat, de asemenea, că degradarea TCE ar putea crește în prezența toluenului. Au fost publicate câteva studii care tratează interacțiunile cu substratul în timpul degradării amestecurilor de BTEX de către bacterii (Rhodococcus rhodochrous, Arthrobacter sp. Pseudomonas sp.) (Alvarez și Vogel, 1991; Chang et al., 1993), dar datele analoge pentru ciuperci sunt încă foarte puține.
O cultură bacteriană mixtă (Paenibacillus pabulli, Micromonospora sp., Proteus mirabilis, Bacillus pumilus, Burkholderia sp., Xanthomonas sp, Bacillus coagulans, Bacillus stearothermophilus, Bacillus pallidus, Bacillus smithii și Klebsiella pneumonia) a fost izolată într-un sit puternic poluat din regiunea estică a Arabiei Saudite, capabilă să degradeze eficient BTEX (Mohamed Arafa, 2003).
Micoza de sol Cladophialophora sp. tulpina T1 (Prenafeta-Boldu et al., 2002) a fost capabilă să se dezvolte pe o fracțiune model solubilă în apă de benzină care conținea toate cele șase componente BTEX (benzen, toluen, etilbenzen și izomerii de xilen). Benzenul nu a fost metabolizat, dar benzenele alchilate (toluen, etilbenzen și xileni) au fost degradate printr-o combinație de asimilare și co-metabolism.
CONCLUZIE
Acest studiu rezumă contaminanții BTEX și caracteristicile lor și care urmează să fie eliminați din apele subterane prin bioremediere. Deoarece bioremedierea este unul dintre mijloacele ecologice de degradare a substanțelor chimice toxice. Solul contaminat cu BTEX poate adăposti unele microorganisme care ar degrada BTEX și l-ar folosi ca nutrient. Folosind această logică simplă, am analizat microorganismele din solul unei zone industriale, depozitul Indian Oil Corporation de la Rajbandh, lângă Durgapur. Tulpina noastră izolată, tulpina 2479, a fost izolată din solul centurii industriale, situată la Rajbandh (Bengalul de Vest, India), unde utilizarea de hidrocarburi policlorurate (inclusiv TCE) este abundentă (Dey și Roy, 2009). TCE este, de asemenea, un poluant al mediului, precum și un hepato-carcinogen. Motivul pentru care BTEX-urile care pătrund în solul și în sistemul nostru de apă subterană sunt considerate o problemă atât de gravă este că toate acestea au efecte toxice acute și pe termen lung. Toți compușii de BTEX sunt acut toxici și au efecte notabile asupra sănătății la concentrații ridicate. Expunerea la acești compuși din sistemele de ape subterane este, de obicei, minimă, dar expunerile pot fi persistente pe o perioadă lungă de timp (efecte pe termen lung). Așadar, acest studiu sugerează că expunerea la BTEX de la o deversare de petrol este corelată cu un risc crescut de efecte asupra sănătății trebuie să se ia măsuri adecvate. În prezentul studiu, punem accentul pe bioremedierea BTEX, deoarece este mai ieftină și mai prietenoasă cu mediul înconjurător decât alte mijloace, cum ar fi extracția în fază de vapori, pulverizarea aerului, stripingul cu aer etc.
RECOMANDĂRI
Autorii îi mulțumesc cu recunoștință Dr. Ashis Kumar Mondal pentru sprijinul generos acordat în cadrul programului. Autorii îi sunt îndatorați lui Sri Sushil Kumar Sinha pentru că a oferit asistență tehnică în timpul lucrului cu calculatorul.
.
Leave a Reply