Les perles qui contiennent des bactéries et un approvisionnement alimentaire à libération lente pour les maintenir peuvent nettoyer les eaux souterraines contaminées pendant des mois, sans entretien, les recherches de l'Oregon State University montrent.

Les billes d'hydrogel, qui ont la consistance d'un bonbon gommeux et sont fabriqués avec un ingrédient utilisé dans les aliments transformés, tenir la promesse d'un nettoyage durable des eaux souterraines contaminées par des composés organiques volatils dangereux et largement utilisés ; de nombreux composés sont répertoriés par les Centers for Disease Control and Prevention comme étant probablement cancérigènes pour l'homme.

À plusieurs endroits à travers le pays, les produits chimiques sont présents à des concentrations qui dépassent de loin les normes étatiques et fédérales pour l'eau potable.

Parmi les contaminants abordés dans l'étude figurent 1, 1, 1-trichloroéthane, cis-1, 2-dichloroéthène, et 1, 4-dioxane—dégraissants couramment utilisés par l'industrie et l'armée. Les produits chimiques peuvent s'infiltrer dans les eaux souterraines à travers des réservoirs de stockage souterrains qui fuient ou par ruissellement, ou simplement en étant jetés au sol comme ils l'étaient dans le passé.

La nouvelle méthode de décontamination, développé grâce à une collaboration entre l'OSU College of Engineering et la North Carolina State University, fonctionne parce que les microbes produisent une enzyme qui oxyde les toxines lorsque les contaminants des eaux souterraines se diffusent dans les billes.

Le résultat est une transformation des contaminants en composés inoffensifs.

"Nous avons créé un processus appelé cométabolisme aérobie à long terme, qui est un clos, passif, système autonome pour l'assainissement des eaux souterraines, " a déclaré Lew Seprini de l'OSU, professeur distingué en génie de l'environnement et chercheur principal de l'étude. "La beauté de ceci est que tout se passe à l'intérieur des perles."

Pratiques actuelles, Seprini explique, demandent que des substrats de croissance gazeux tels que le propane et le méthane soient ajoutés directement au sous-sol. Les substrats nourrissent les microbes indigènes, qui à leur tour produisent des enzymes qui transforment les contaminants en sous-produits non toxiques.

Souvent, cependant, les substrats de croissance rivalisent chimiquement pour ces enzymes cruciales, ce qui inhibe considérablement le processus de transformation.

Le nouveau système élimine cette concurrence, libérant toute l'enzyme pour oxyder les contaminants.

"Nous avons renversé le paradigme en plaçant le bon micro-organisme à l'intérieur de billes d'hydrogel et en lui fournissant une source de nourriture à libération lente, " dit Seprini. " A ma connaissance, c'est la première fois que c'est fait."

L'étude apparaît dans Sciences de l'environnement :processus et impacts .

Seprini et son équipe de recherche ont co-encapsulé la culture bactérienne Rhodococcus rhodochrous et un substrat de croissance à libération lente dans des billes d'hydrogel qu'ils ont produites en laboratoire. Les billes cylindriques, fait de gomme gellane, un ingrédient commun dans les aliments transformés, mesurent 2 millimètres de long.

Au fur et à mesure que les eaux souterraines s'écoulent par les perles, les contaminants diffusent dans les billes, où le substrat à libération lente réagit avec les eaux souterraines pour produire de l'alcool qui soutient la bactérie Rhodococcus. Les bactéries contiennent une enzyme monooxygénase qui transforme les contaminants en composés inoffensifs, y compris le dioxyde de carbone, l'eau et les ions chlorure.

L'eau purifiée et les sous-produits diffusent alors hors des billes et rejoignent le panache d'eau souterraine.

Dans des colonnes d'essai remplies de billes alimentées par un flux continu d'eau contaminée, le système a fonctionné en continu pendant plus de 300 jours (et en comptant) sur le substrat de croissance d'origine.

Seprini a découvert que les billes éliminent plus de 99% des contaminants, et leurs concentrations sont passées de plusieurs centaines de parties par milliard à moins de 1 partie par milliard.

La longévité du système dépendra principalement de la durée de vie des bactéries, qui est un facteur de la durée de vie du substrat de croissance. Cela reste à déterminer.

"C'est une question pour de futures recherches, " a dit Seprini. " Comment faisons-nous des perles qui durent de nombreuses années, ou comment développons-nous des systèmes qui peuvent être facilement remplacés ? »

Les méthodes actuelles de remédiation cométabolique nécessitent des ajouts réguliers de substrats de croissance pour s'assurer que les micro-organismes clés s'épanouissent, et qui nécessite une surveillance régulière du site, ajustements biochimiques et coûts connexes.

La prochaine étape consiste à étendre le système et à mener des études pilotes sur le terrain.

Seprini envisage plusieurs possibilités de déploiement des billes. Une option consiste à mélanger les billes directement dans le matériau souterrain contaminé. Une autre consiste à creuser une tranchée sur le chemin de l'écoulement des eaux souterraines et à la remplir de billes, créant une barrière réactive perméable. Une troisième possibilité consiste à emballer des billes dans des réacteurs, une forme simple étant des sacs en filet, qui peut être placé dans des puits.

« Tout le monde est favorable à la durabilité dans ce type de système :peut-on simplement avoir quelque chose qui fonctionne dans le sous-sol sans trop d'entretien ? » dit Seprini. "Je pense que nous y sommes parvenus."