Исследователи из Вашингтонского университета и нескольких небольших компаний провели первый крупномасштабный эксперимент на территории Суперфонда с использованием деревьев тополя, обогащенных пробиотиком — или естественным микробом — для очистки грунтовых вод, загрязненных трихлорэтиленом (TCE), распространенным загрязнителем. обнаруженный в промышленных зонах, вреден для человека при попадании внутрь воды или вдыхании через воздух. Их результаты были опубликованы в финальной версии 11 августа в журнале Environmental Science. Технология.По словам авторов, успешное полевое испытание может изменить правила игры, чтобы быстро и эффективно очистить участки Superfund по всей стране и загрязненные участки за границей с высоким уровнем ТВК.
«Эти результаты открывают дверь», — сказала автор-корреспондент Шэрон Доти, профессор Школы экологических и лесных наук Университета штата Вашингтон. «Нам давно известно об этом процессе из наших лабораторных исследований, но он не использовался на практике, потому что не было никаких полевых результатов. Теперь инженерные компании могут начать использовать это в реальной жизни».
Очистка загрязненных участков, содержащих ТВК и другие загрязнители, может быть дорогостоящей при использовании таких инженерных методов, как выемка грунта или выкачивание токсинов из-под земли. В результате многие сайты остаются без обработки.
Этот новый метод позволяет бороться с загрязненными участками более эффективно, часто с меньшими затратами, способствуя укреплению здоровья человека.Лаборатория Доти работала над поиском лучшего штамма микробов, который мог бы эффективно разрушать TCE и стимулировать рост деревьев.
Джун Вон Кан, бывший аспирант Массачусетского технологического университета, приобрел древесину тополя на территории Среднего Запада, где деревья уже росли на почве, загрязненной ТВК. После измельчения небольших образцов деревьев и выделения более сотни различных микробов каждый штамм затем помещали в колбу, содержащую высокие уровни TCE.Микроб, который в конечном итоге был отобран, удалил почти весь TCE в своей колбе.
У исследователей был явный победитель. «Тополь на старом участке на Среднем Западе был отобран на предмет лучших микробов, помогающих ему выполнять свою работу», — пояснил Доти. «Мы воспользовались процессом естественного отбора. Нам просто нужно было найти лучшие из тех, что уже выбраны растением».Загрязняющий агент TCE широко используется в качестве обезжиривателя и растворителя на промышленных производственных объектах по всей стране. Агентство по охране окружающей среды США называет ТВК одним из наиболее распространенных загрязнителей в почве или воде, и они присутствуют более чем на 1000 участках, которые агентство считает приоритетными для очистки.
TCE — известный канцероген для людей, поражающий печень и даже переносящий токсин кормящим младенцам через грудное молоко матери.Учитывая распространенность и токсичность ТВК, исследователи использовали это химическое вещество для проверки способности пропитанных микробами тополей очищать грунтовые воды в исследовательской зоне Суперфонда Миддлфилд-Эллис-Уисман в Силиконовой долине в Калифорнии после того, как оно впоследствии попало в исследовательский центр НАСА. Парк в Исследовательском центре Эймса НАСА.
В NASA Ames, в сотрудничестве с отделом NASA Ames по окружающей среде, исследователи посадили ряды молодых тополей — некоторые из них были заражены определенным микробом, а другие нет — на поле над известным шлейфом грунтовых вод, загрязненным TCE.Спустя всего год деревья, зараженные микробом, стали крупнее и здоровее, чем тополя без специальной обработки. Спустя три года инокулированные деревья были еще более крепкими, а образец стволов деревьев показал значительно пониженные уровни ТВК внутри деревьев.Когда деревья поглощают и разлагают химические вещества, что называется фиторемедиацией, это часто происходит за счет их собственного здоровья.
Это проявляется в задержке роста, желтых листьях, увядающих коричневых листьях и ветвях, а иногда и в смерти, поскольку загрязняющее вещество препятствует выживанию дерева. Но когда вводится микроб, специально выбранный для борьбы с этим токсином, деревья разрушают TCE — и демонстрируют более устойчивый рост и повышенную выживаемость, очевидные преимущества пробиотика.«Настоящая цель — попытаться улучшить производительность», — сказал соавтор Майкл Блейлок, президент и генеральный директор Edenspace Systems Corporation в Вирджинии. «Если у нас есть что-то, что ускоряет и улучшает производительность и заставляет деревья расти лучше, это действительно то, чего мы пытались достичь в этом проекте».
Кроме того, исследователи обнаружили, что пробы подземных вод, взятые непосредственно ниже по течению от испытательного полигона, показали гораздо более низкие уровни токсина по сравнению с более высокими уровнями при повышении градиента от испытательного полигона. Они также обнаружили доказательства повышенного содержания хлоридов в почве вокруг корней тополя, безвредного, встречающегося в природе элемента и побочного продукта ТВЭ, поскольку он разлагается бактериями внутри деревьев.Ряд организаций проявили интерес к использованию этой технологии, сказал соавтор Джон Фриман, главный научный сотрудник корпорации Intrinsyx Technologies, базирующейся в Исследовательском парке НАСА. А землевладельцы, которым мешают высокие затраты, связанные с традиционными методами очистки, начинают использовать эту технологию.
«Это может оказать огромное влияние на многие унаследованные участки, где есть проблемы с загрязнением грунтовых вод, включая ТВК, и где финансирование в настоящее время менее доступно», — сказал Фриман. «Это определенно большая экономия средств для всех участников. Это действительно беспроигрышная ситуация, потому что это экологично, устойчиво в долгосрочной перспективе, приемлемо для общества и работает на солнечной энергии от самих деревьев».