Biologische Sanierung für bestimmte „ewige Chemikalien“ entdeckt

Chemie- und Umweltingenieurwissenschaftler der University of California, Riverside, haben zwei im Boden vorkommende Bakterienarten identifiziert, die eine Klasse hartnäckiger „ewiger Chemikalien“ abbauen, was Hoffnung auf eine kostengünstige biologische Reinigung industrieller Schadstoffe gibt.

Diese Bakterien zerstören eine Untergruppe von Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS), deren chemische Struktur ein oder mehrere Chloratome enthält, berichteten Yujie Men, Assistenzprofessorin am Bourns College of Engineering, und ihre UCR-Kollegen in der Tagebuch Naturwasser.

Für immer gesundheitsschädliche Chemikalien verbleiben aufgrund ihrer ungewöhnlich starken Kohlenstoff-Fluor-Bindungen jahrzehntelang oder viel länger in der Umwelt. Bemerkenswerterweise stellte das UCR-Team fest, dass die Bakterien die Chlor-Kohlenstoff-Bindungen des Schadstoffs spalten, was eine Reaktionskette in Gang setzt, die die chemischen Strukturen für immer zerstört und sie unschädlich macht.

„Wir haben herausgefunden, dass Bakterien zuerst die Kohlenstoff-Chlor-Bindung spalten und dabei instabile Zwischenprodukte erzeugen können“, sagte Men. „Und dann unterliegen diese instabilen Zwischenprodukte einer spontanen Defluorierung, also der Spaltung der Kohlenstoff-Fluor-Bindung.“

Chlorierte PFAS sind eine große Gruppe in der ewigen chemischen Familie von Tausenden von Verbindungen. Dazu gehören verschiedene nicht brennbare Hydraulikflüssigkeiten, die in der Industrie verwendet werden, und Verbindungen, die zur Herstellung chemisch stabiler Filme verwendet werden, die als Feuchtigkeitsbarrieren in verschiedenen Industrie-, Verpackungs- und Elektronikanwendungen dienen.

Die beiden von der Men-Gruppe identifizierten Bakterienarten – Desulfovibrio Aminophilus und Sporomusa sphaeroides – kommen natürlich vor und leben bekanntermaßen in unterirdischen Mikrobiomen, wo das Grundwasser möglicherweise mit PFAS kontaminiert ist. Für beschleunigte Aufräumarbeiten könnte ein kostengünstiger Nährstoff wie Methanol in das Grundwasser injiziert werden, um das Bakterienwachstum zu fördern. Dies würde die Präsenz der Bakterien erheblich erhöhen, um die Schadstoffe effektiver zu zerstören, sagte Men. Wenn die Bakterien noch nicht vorhanden sind, könnte das kontaminierte Wasser mit einer der Bakterienarten beimpft werden.

Der Titel der Arbeit lautet „Erhebliche Defluorierung von Polychlorfluorcarbonsäuren, ausgelöst durch anaerobe mikrobielle hydrolytische Dichlorierung.“ Men ist der korrespondierende Autor und Bosen Jin, ein Absolvent der UCR für Chemie- und Umweltingenieurwesen, ist der Hauptautor. Weitere UCR-Co-Autoren sind Postdoc Jinyu Gao; ehemaliger Postdoktorand Huaqing Liu; ehemalige Doktoranden Shun Che und Yaochun Yu; und außerordentlicher Professor Jinyong Liu.

Die Studie baut auf früheren Arbeiten von Men auf, in denen sie zeigte, dass Mikroben eine hartnäckige Klasse von PFAS namens fluorierte Carbonsäuren abbauen können.

Mikroben werden seit langem zur biologischen Beseitigung von Ölverschmutzungen und anderen industriellen Schadstoffen eingesetzt, darunter das von Men untersuchte industrielle Lösungsmittel Trichlorethylen oder TCE.

Aber was über den Einsatz von Mikroorganismen zur Reinigung von PFAS bekannt ist, steckt noch in den Kinderschuhen, sagte Men. Ihre Entdeckung ist vielversprechend, da biologische Behandlungen, wenn wirksame schadstofffressende Mikroben verfügbar sind, im Allgemeinen kostengünstiger und umweltfreundlicher sind als chemische Behandlungen. Schadstofffressende Mikroben können auch an schwer zugängliche Stellen unter der Erde injiziert werden.

Die neueste PFAS-Studie von Men kommt zu einem Zeitpunkt, zu dem die US-Umweltschutzbehörde neue Vorschriften erlässt, um die Sanierung von mit PFAS kontaminierten Grundwasserstandorten im ganzen Land voranzutreiben, da diese Chemikalien mit einer Vielzahl gesundheitsschädlicher Auswirkungen in Verbindung gebracht werden, darunter Krebs, Nierenerkrankungen und Hormonstörungen .