Le perle che contengono batteri e una scorta alimentare a lento rilascio per sostenerli possono ripulire le acque sotterranee contaminate per mesi e mesi, senza manutenzione, mostra una ricerca della Oregon State University.

Le perle di idrogel, che hanno la consistenza di caramelle gommose e sono realizzati con un ingrediente utilizzato negli alimenti trasformati, mantenere la promessa di una pulizia prolungata delle acque sotterranee contaminate da composti organici volatili pericolosi e ampiamente utilizzati; molti dei composti sono elencati dai Centers for Disease Control and Prevention come probabili cancerogeni per l'uomo.

In più sedi in tutto il paese, le sostanze chimiche sono presenti in concentrazioni che superano di gran lunga gli standard statali e federali per l'acqua potabile sicura.

Tra i contaminanti affrontati nello studio ci sono 1, 1, 1-tricloroetano, cis-1, 2-dicloroetene, e 1, 4-diossano:sgrassanti comunemente usati dall'industria e dall'esercito. Le sostanze chimiche possono infiltrarsi nelle acque sotterranee attraverso serbatoi di stoccaggio sotterranei che perdono o ruscellamento, o semplicemente scaricati a terra come in passato.

Il nuovo metodo di decontaminazione, sviluppato attraverso una collaborazione tra l'OSU College of Engineering e la North Carolina State University, funziona perché i microbi producono un enzima che ossida le tossine quando i contaminanti delle acque sotterranee si diffondono nelle perle.

Il risultato è una trasformazione dei contaminanti in composti innocui.

"Abbiamo creato un processo chiamato cometabolismo aerobico a lungo termine, che è un chiuso, passivo, sistema autosufficiente per la bonifica delle acque sotterranee, " ha detto Lew Semprini di OSU, illustre professore di ingegneria ambientale e ricercatore principale dello studio. "La bellezza di questo è che tutto accade all'interno delle perline."

Pratiche attuali, Semprini spiega, richiedono substrati di crescita gassosi come propano e metano da aggiungere direttamente al sottosuolo. I substrati nutrono i microbi indigeni, che a loro volta producono enzimi che trasformano i contaminanti in sottoprodotti non tossici.

Spesso, però, i substrati di crescita competono chimicamente per quegli enzimi cruciali, che inibisce significativamente il processo di trasformazione.

Il nuovo sistema elimina quella concorrenza, liberando tutto l'enzima per ossidare i contaminanti.

"Abbiamo capovolto il paradigma inserendo il microrganismo giusto all'interno di sfere di idrogel e fornendogli una fonte di cibo a lento rilascio, — disse Semprini. — Che io sappia, è la prima volta che viene fatto".

Lo studio appare in Scienze ambientali:processi e impatti .

Semprini e il suo team di ricerca hanno co-incapsulato la coltura di batteri Rhodococcus rhodochrous e un substrato di crescita a lento rilascio all'interno di perline di idrogel che hanno prodotto in laboratorio. Le perle cilindriche, fatto di gomma di gellano, un ingrediente comune negli alimenti trasformati, sono lunghi 2 millimetri.

Mentre le acque sotterranee scorrono dalle perline, i contaminanti si diffondono nelle perline, dove il substrato a lento rilascio reagisce con le acque sotterranee per produrre alcol che sostiene i batteri Rhodococcus. I batteri contengono un enzima monoossigenasi che trasforma i contaminanti in composti innocui, compresa l'anidride carbonica, acqua e ioni cloruro.

L'acqua purificata e i sottoprodotti si diffondono quindi fuori dalle perline e si ricongiungono al pennacchio delle acque sotterranee.

Nelle colonne di prova riempite di sferette alimentate con un flusso continuo di acqua contaminata, il sistema ha funzionato ininterrottamente per più di 300 giorni (e oltre) sul substrato di crescita originale.

Semprini ha scoperto che le perle rimuovono più del 99% dei contaminanti, e le loro concentrazioni sono diminuite da diverse centinaia di parti per miliardo a meno di 1 parte per miliardo.

La longevità del sistema dipenderà principalmente da quanto tempo vivranno i batteri, che è un fattore di quanto tempo dura il substrato di crescita. Questo deve ancora essere determinato.

"È una domanda per la ricerca futura, " disse Semprini. "Come facciamo a fare perline che durano molti anni, o come sviluppiamo sistemi che possono essere facilmente sostituiti?"

Gli attuali metodi di bonifica cometabolica richiedono aggiunte regolari di substrati di crescita per garantire che i microrganismi chiave prosperino, e ciò richiede un monitoraggio regolare del sito, aggiustamenti biochimici e relativi costi.

Il prossimo passo è ampliare il sistema e condurre studi pilota sul campo.

Semprini prevede diverse possibilità per dispiegare le perline. Un'opzione è mescolare le perle direttamente nel materiale del sottosuolo contaminato. Un altro è scavare una trincea nel percorso del flusso delle acque sotterranee e riempirla di perline, creando una barriera reattiva permeabile. Una terza possibilità è impacchettare le perline nei reattori, una forma semplice essendo borse a rete, che può essere collocato nei pozzi.

"Tutti favoriscono la sostenibilità in questo tipo di sistema:possiamo semplicemente avere qualcosa che funziona nel sottosuolo senza molta manutenzione?" ha detto Semprini. "Penso che l'abbiamo raggiunto".