BTEX: en allvarlig förorening av grundvattnet
INLEDNING
En avsevärd mängd bensin hamnar i miljön genom läckage från underjordiska lagringstankar, oavsiktliga utsläpp eller olämplig avfallshantering (Bowlen och Kosson, 1995). När bensin kommer i kontakt med vatten utgör bensen, toluen, etylbensen och xylenisomerer (BTEX) så mycket som 90 % av de bensinkomponenter som finns i den vattenlösliga fraktionen (Saeed och Al-Mutairi, 1999). Följaktligen är dessa kemikalier några av de vanligaste föroreningarna i dricksvatten. BTEX är giftiga för människor och deras avlägsnande från förorenade miljöer är av särskilt intresse (Mehlman, 1992). BTEX är inte en enda kemikalie utan en grupp av följande kemiska föreningar: Bensen, toluen, etylbensen och xylener. BTEX består av naturligt förekommande kemikalier som främst finns i petroleumprodukter som bensin. Förutom i bensin finns BTEX i många av de vanliga hushållsprodukter som vi använder varje dag. BTEX ingår i en klass av kemikalier som kallas flyktiga organiska föreningar (VOC).
Syftet med den här studien är att ge information och en visuell förståelse för BTEX-föroreningar och deras egenskaper hur de kan avlägsnas från grundvattnet genom bioremediering. Stam 2479 isolerades från jorden i ett industriellt område i Rajbandh (Västbengalen, Indien) där användningen av polyklorerade kolväten (inklusive TCE) är riklig
Sammansättning av BTEX: BTEX-gruppen av föroreningar består av bensen, etylbensen, toluen och tre isomerer av xylen. Dessa organiska kemikalier utgör en betydande andel av petroleumprodukterna (fig. 1).
| Fig. 1: | Procentuell andel (vikt) av BTEX-komponenter i bensin |
| Tabell 1: | De fysikalisk-kemiska egenskaperna hos BTEX |
| – | – | Bensen kan hittas i bensin och i produkter som t.ex. syntetgummi, plast, nylon, insekticider, färger, färgämnen, harts-lim, möbelvax, tvättmedel och kosmetika |
| – | Bilavgaser och industriutsläpp står för cirka 20 % av den totala exponeringen för bensen i hela landet. Bensen kan också finnas i cigarettrök. Ungefär 50 % av den totala landsomfattande exponeringen för bensen beror på tobaksrökning |
| – | Toluen förekommer naturligt som en beståndsdel i många petroleumprodukter. Toluen används som lösningsmedel för färger, beläggningar, gummi, oljor och hartser |
| – | Etylbensen används främst som tillsats i bensin och flygbränsle. Det kan också förekomma i konsumentprodukter som färg, bläck, plast och bekämpningsmedel |
| – | Xylen ingår i BTEX-gruppen av föroreningar. Ortho-xylen är den enda naturligt förekommande formen av xylen; de andra två formerna är konstgjorda. Xylener är färglösa vätskor som används i bensin och som lösningsmedel inom tryckeri-, gummi- och läderindustrin |
Fysikalisk-kemiska egenskaper: De fysikalisk-kemiska egenskaperna för BTEX visas i tabell 1.
Föroreningsegenskaper:
| – | Molekylvikt: Föreningens molekylvikt mäts i g mol-1. Generellt gäller att ju högre molekylvikt desto mindre löslig i vatten. Molekylvikten påverkar också densiteten hos en förening |
| – | Vattenlöslighet: Löslighet är ett mått på den högsta koncentrationen av en kemikalie som löser sig i rent vatten vid en viss temperatur, mätt i mg L-1. Vattenlöslighet orsakar stora effekter på kemikaliernas förflyttning och fördelning genom mark och grundvatten |
| – | Polaritet: Bensen är opolär på grund av sin nästan neutrala laddning. Den är inte lika opolär som de andra föroreningarna i BTEX-gruppen och har förmågan att lösa sig i vatten |
| – | Specifik densitet: Densiteten mäts som torrvikt per volym (kg m-3). Föroreningarnas densitet påverkar den organiska föreningens förmåga att flyta på vatten |
| – | Fördelningskoefficient oktanol-vatten: Det är förhållandet mellan koncentrationen av ett löst ämne i ett tvåfasigt system vid jämvikt. Efter att en kemikalie har blandats i en oktanol- och vattenlösning får systemet nå jämvikt. Detta är också ett mått på en organisk substans hydrofobicitet. Ju mer hydrofob ju mer kommer föroreningen att adsorbera till marken och ha en låg löslighet |
| – | Henrys lagkonstant: Den beskriver om kemikaliernas förflyttning från vatten till luft och även från luft till vatten. Höga värden innebär att kemikalien rör sig mer mot gasfasen medan låga värden stannar i vattenfasen (tabell 1) |
Exponering och effekter av BTEX: Exponering för BTEX kan ske antingen genom att man dricker förorenat vatten (intag), genom att man andas in förorenad luft från gaspumpning eller från vatten via dusch eller tvätt (inandning) eller från spill på huden.
Akut (kortvarig) exponering för bensin och dess beståndsdelar bensen, toluen och xylener har förknippats med hud- och känselirritation, problem med centrala nervsystemet-CNS (trötthet, yrsel, huvudvärk, förlust av koordination) och effekter på andningsorganen (irritation av ögon och näsa). Utöver hud-, känsel- och CNS-problem kan långvarig exponering för dessa föreningar även påverka njurar, lever och blodsystem.
Bioremediering av BTEX: Bioremediering är en teknik för att sanera förorenad jord och förorenat grundvatten. Med hjälp av denna teknik bryter mikroorganismer ned de organiska komponenterna till koldioxid och vatten. Syre och näringsämnen kan injiceras för att främja nedbrytningshastigheten. Om ingenting tillförs kallas den biologiska nedbrytningen för intrinsisk. Nedbrytningen kan ske med hjälp av andra elektronacceptorer än syre. Toluen kan till exempel brytas ned via en anaerob väg med nitrat som elektronacceptor (Soerensen, 1996).
Det har antagits att biologisk sanering av BTEX-föroreningar i marken är beroende av inhemska bakteriepopulationer; svamparnas betydelse har förbisetts. Svampar klarar i allmänhet hårdare miljöförhållanden än bakterier och skulle kunna spela en viktig roll i nedbrytningen av petroleumkolväten i marken (Bossert och Bartha, 1984). Trots detta har svampnedbrytning av BTEX-blandningar endast studerats i begränsad omfattning med vitrotssvampar (Braun-Lullemann et al., 1995; Yadav och Reddy, 1993). BTEX mineraliserades men stödde inte svampens tillväxt när de tillfördes som enda kol- och energikälla. De extracellulära ligninnedbrytande enzymerna kan oxidera ett stort antal aromatiska kolväten, men verkar inte vara inblandade i BTEX-nedbrytningen. De låga nedbrytningshastigheterna och kravet på en extra kolkälla begränsar användningen av vitrötade svampar vid biologisk sanering. När mikrober som bryter ned kolväten används för biologisk sanering av bensinföroreningar är det mycket osannolikt att de stöter på ett enda substrat. Vi rapporterade först att Bacillus cereus-gruppen användes för biologisk nedbrytning av TCE (trikloretylen) (Mitra och Roy, 2010), och det testades också att TCE-nedbrytningen kunde öka i närvaro av toluen. Vissa studier som behandlar substratinteraktioner under nedbrytning av BTEX-blandningar av bakterier (Rhodococcus rhodochrous, Arthrobacter sp. Pseudomonas sp.) har publicerats (Alvarez och Vogel, 1991; Chang et al, 1993), men analoga data för svampar är fortfarande mycket sällsynta.
En blandad bakteriekultur (Paenibacillus pabulli, Micromonospora sp., Proteus mirabilis, Bacillus pumilus, Burkholderia sp., Xanthomonas sp, Bacillus coagulans, Bacillus stearothermophilus, Bacillus pallidus, Bacillus smithii och Klebsiella pneumonia) isolerades från en kraftigt förorenad plats i den östra delen av Saudiarabien och kunde effektivt bryta ned BTEX (Mohamed Arafa, 2003).
Jordsvampen Cladophialophora sp. stam T1 (Prenafeta-Boldu et al, 2002) kunde växa på en vattenlöslig modellfraktion av bensin som innehöll alla sex BTEX-komponenterna (bensen, toluen, etylbensen och xylenisomererna). Bensen metaboliserades inte, men de alkylerade bensenerna (toluen, etylbensen och xylener) bröts ned genom en kombination av assimilering och sammetabolism.
KONKLUSION
Denna studie sammanfattar BTEX-föroreningarna och deras egenskaper och som skall avlägsnas från grundvattnet genom bioremediering. Eftersom bioremediering är ett av de miljövänliga sätten att bryta ned giftiga kemikalier. BTEX-förorenad jord kan hysa vissa mikroorganismer som bryter ner BTEX och använder det som näringsämne. Med hjälp av denna enkla logik screenade vi mikroorganismerna i marken i ett industriområde, Indian Oil Corporations depå i Rajbandh nära Durgapur. Vårt isolat, stam 2479, isolerades från jorden i ett industriområde i Rajbandh (Västbengalen, Indien) där användningen av polyklorerade kolväten (inklusive TCE) är riklig (Dey och Roy, 2009). TCE är också en miljöförorening och även hepatokarcinogen. Anledningen till att BTEX-ämnena, som kommer in i vår jord och vårt grundvattensystem, anses vara ett så allvarligt problem är att de alla har vissa akuta och långsiktiga toxiska effekter. Alla BTEX-föreningar är akut giftiga och har märkbara hälsoeffekter vid höga koncentrationer. Exponeringen för dessa föreningar från grundvattensystemen är vanligtvis minimal, men exponeringen kan vara långvarig (långtidseffekter). Denna studie tyder alltså på att exponering för BTEX från ett oljeutsläpp är korrelerad med en ökad risk för hälsoeffekter och att man måste vidta lämpliga åtgärder. I den här studien lägger vi tonvikten på biologisk sanering av BTEX eftersom det är billigare och mer miljövänligt än andra metoder, t.ex. extraktion i ångfas, luftspjälkning, luftstrippning etc.
NACKMEDDELANDEN
Författarna vill tacksamt tacka dr Ashis Kumar Mondal för att han generöst har stöttat programmet. Författarna är tacksamma mot Sri Sushil Kumar Sinha för det tekniska stödet under datorarbetet.
Leave a Reply