Vi khuẩn có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc giải phóng 'hóa chất mãi mãi' từ phân bón tái chế
Các nhà nghiên cứu của Drexel đang khám phá các con đường mà "hóa chất mãi mãi" PFAS có thể sử dụng để tiếp cận môi trường tự nhiên từ phân bón sinh học. Ảnh: Đại học Drexel
"Hóa chất mãi mãi" có ở khắp mọi nơi—nước, đất, cây trồng, động vật, máu của 97% người Mỹ—các nhà nghiên cứu từ Trường Cao đẳng Kỹ thuật của Đại học Drexel đang cố gắng tìm ra cách chúng đến được đó. Những phát hiện gần đây của họ cho thấy rằng các vi khuẩn giúp phân hủy các vật liệu có thể phân hủy sinh học và các chất thải khác có khả năng đồng lõa trong việc giải phóng các chất per- và polyfluoroalkyl khét tiếng (PFAS) vào môi trường.
Trong một bài báo đăng trên tạp chí Khoa học Môi trường: Quy trình & Tác động, nhóm đã chỉ ra cách PFAS—hóa chất từng được sử dụng rộng rãi trong nước, nhiệt và các sản phẩm chống ố và có liên quan đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng—có thể rò rỉ ra khỏi phân bón được sản xuất từ chất thải tái chế với sự trợ giúp của vi sinh vật phân hủy. Phát hiện này có thể giúp giải thích cách PFAS tích tụ trong đất, cây trồng và nước ngầm ở đất nông nghiệp trên toàn quốc.
"Bởi vì hiện tại không thể loại bỏ PFAS khỏi môi trường, điều quan trọng là phải hiểu mọi thứ chúng ta có thể về cách nó có thể tồn tại và tích lũy rộng rãi như vậy trong thế giới tự nhiên", đồng tác giả Asa Lewis, Ph.D., cho biết. người đứng đầu nghiên cứu với tư cách là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Drexel cùng với các kỹ sư môi trường từ Đại học Temple. "Công việc của chúng tôi cho thấy sự phong hóa của vi sinh vật phù hợp như thế nào với con đường phổ biến PFAS từ chất rắn sinh học."
Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường, khoảng một nửa số chất thải cống rãnh ở Hoa Kỳ—khoảng 4,5 triệu tấn—được xử lý và chuyển thành bùn, được gọi là chất thải rắn sinh học. Khoảng một nửa trong số đó được xử lý thêm để loại bỏ các chất gây ô nhiễm sinh học và hóa học và được chuyển thành sản phẩm phân bón. Trong 50 năm qua, loại phân bón này đã được sử dụng trên khắp đất nước trên đất nông nghiệp, vườn tược và cảnh quan.
Nhưng nghiên cứu vào năm ngoái đã làm dấy lên mối lo ngại về việc sử dụng rộng rãi này khi nó tiết lộ rằng PFAS có thể tồn tại trong phân bón sinh học rắn, bất chấp quá trình xử lý.
"Chúng tôi biết rằng vi khuẩn tồn tại trong bùn rắn sinh học ngay cả sau quá trình xử lý ổn định và với vai trò của chúng trong việc phân hủy các hợp chất hữu cơ, chẳng hạn như chất béo, protein và polysacarit còn sót lại trong chất rắn sinh học, chúng tôi muốn kiểm tra cách vi sinh vật phong hóa những chất này. Christopher Sales, Tiến sĩ, phó giáo sư tại Đại học Kỹ thuật và là đồng tác giả của nghiên cứu cho biết, các hợp chất hữu cơ có thể ảnh hưởng đến khả năng lọc PFAS từ chất rắn sinh học theo thời gian vì các hợp chất PFAS được cho là dính vào các hợp chất này.
Để làm điều đó, nhóm đã thu thập các mẫu chất rắn sinh học đã trải qua một trong ba loại xử lý—phân hủy hiếu khí, phân hủy kỵ khí hoặc ủ phân—tại các cơ sở tái chế và tái sử dụng nước thải. Hàm lượng của từng mẫu đã được thử nghiệm để xác định mức độ ban đầu của chất hữu cơ, protein và lipid cũng như nồng độ PFAS trong các loại chất rắn sinh học khác nhau này. Sau đó, các mẫu này được đặt trong buồng được kiểm soát môi trường trong ba tháng để tìm kiếm các chỉ số về hoạt động của vi sinh vật, đặc biệt là sự phân hủy chất hữu cơ, chất béo và protein, đồng thời tìm hiểu xem hoạt động của vi sinh vật này ảnh hưởng như thế nào đến lượng PFAS sẽ phân chia từ chất rắn sinh học vào nước.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các mẫu có mức hoạt động của vi sinh vật cao nhất cũng thể hiện mức độ phân chia PFAS cao nhất—một dấu hiệu cho thấy bùn rắn sinh học này sẽ dễ bị PFAS lọc hơn.
Kết quả đã chứng minh sự gia tăng phân vùng PFAS này trong ba tháng, đặc biệt là trong 10 ngày đầu tiên của thí nghiệm, có khả năng là do vi khuẩn phân hủy protein và lipid trong chất rắn sinh học, cho phép PFAS lan rộng hoặc phân chia dưới dạng nước. đi qua.
"Công trình này cung cấp bằng chứng cho thấy các quá trình phong hóa do vi sinh vật dẫn đến sự phân hủy chất hữu cơ và polyme sinh học—như được chỉ ra bởi hoạt động của lipase, hoạt động của protease và tốc độ tiêu thụ oxy, cũng như những thay đổi về hàm lượng lipid, protein và chất hữu cơ—có thể ảnh hưởng đến quá trình phân chia PFAS và tăng khả năng lọc trong chất rắn sinh học," các tác giả đã viết.
Nhóm nghiên cứu lưu ý rằng kết quả có thể liên quan đến vi khuẩn trong quá trình lọc PFAS từ chất rắn sinh học sau khi chúng được đưa vào đất liền, nhưng cần nghiên cứu thêm để xác nhận cách chúng được vận chuyển qua đất đến nước bề mặt, như sông hồ, nước ngầm và cách thức chúng tích lũy sinh học trong cây trồng và động vật có thể ăn cỏ ở những nơi sử dụng chất rắn sinh học. Ngoài ra, tốc độ phong hóa chất rắn sinh học trong tự nhiên có thể khác nhiều so với nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của họ khi xem xét vai trò của lượng mưa, bức xạ mặt trời và các rối loạn vật lý tác động đến quá trình phong hóa đất ở ngoài trời.
Nhóm cho rằng để các cơ quan như EPA cung cấp hướng dẫn chính xác về rủi ro PFAS và mức độ ô nhiễm có thể chấp nhận được, hiểu được đường đi của "hóa chất mãi mãi" là thông tin quan trọng.
Lewis cho biết: “Nghiên cứu này cung cấp bằng chứng cho thấy PFAS có thể lọc từ chất rắn sinh học thông qua các phương pháp ổn định khác nhau trong xử lý nước thải. "Và nó cung cấp thêm hỗ trợ rằng quy định hoặc xử lý tiên tiến trong các nhà máy xử lý nước thải là cần thiết để giảm tác động đến môi trường."
