Mikrobit torjunta-aineiden hajottamisessa pintamaassa, pohjavedessä ja raakaveden puhdistamisessa
Kehittämisrahaston rahoitusosuus: 8000 €
Rahoituspäätös tehty: 2009-10-15
Hakijan toimittamat tiedot
| Hankkeen nimi | Mikrobit torjunta-aineiden hajottamisessa pintamaassa, pohjavedessä ja raakaveden puhdistamisessa |
| Yhteyshenkilön nimi | Kaisa Kerminen |
| Toteuttajaorganisaatio | Helsingin yliopisto/Kaisa Kerminen |
| Hankkeen muut toteuttajat | |
| Hankkeen koko budjetti (sis alv) | 125 500,00 € |
| Hankkeen aikataulu | 2009-2017 |
| Hankkeen aihepiiri | Talousveden hankinta ja käsittely |
| Tavoitteet | Väitöskirjatyön tavoitteina oli: • Määrittää atratsiinin ja terbutryynin puoliintumisajat suomalaisessa pintamaassa sekä hajoamiseen vaikuttavia tekijöitä (osajulkaisu I). • Kehittää bioteknisiä torjunta-aineita hajottavia hajotusreaktoreita, joissa pyritään edistämään hajoamista kemiallisella (osajulkaisut II & IV) ja fysikaalisella käsittelyllä (osajulkaisu III). Tutkimuksen perimmäisenä tavoitteena on kehittää menetelmiä torjunta-aineilla pilaantuneen pohjaveden puhdistamiseksi. |
| Toteutus | Rikkakasvien torjunta-aineiden, atratsiinin ja terbutryynin, hajoamista tutkittiin viidessä boreaaliselta vyöhykkeeltä peräisin olevassa pintamaassa (15 g/pullo). Kokeessa tutkittiin hapen, mikrobien ja maan ominaisuuksien vaikutusta hajoamiseen. Tutkimuksia jatkettiin sedimentti-vesiseoksissa (15 g sedimenttiä + 50 ml vettä) sekä pilot-mittakaavan sedimenttipylväissä. Sedimentit olivat pohjavesialueelta, joka on pilaantunut atratsiinilla, desetyyliatratsiinilla (DEA), simatsiinilla ja 2,6-diklorobenzamidilla (BAM). Tavoitteena oli edistää torjunta-aineiden kemiallista tai mikrobiologista hajoamista fysikaalisella, kemiallisella tai mikrobiologisella käsittelyllä. Fysikaalinen käsittely oli kerran tai kahdesti päivässä toistettu sonikointi, joka kesti 0, 5, 10, 20 tai 30 minuuttia (43 kHz, 320 W). Kemialliset lähestymistavat sisälsivät seuraavien aineiden lisäämisen: pinta-aktiivinen aine metyyli-ß-syklodekstriini (0,5 %), nollavalenssisen raudan ja orgaanisen aineksen seos (EHC®) (1 ja 2 %), ja orgaaninen aines eli turve (5 %) tai komposti-turvehiekka -seos (CPS) (5 ja 15 %). Mikrobiologista näkökulmaa edusti mikrobiologinen hajoaminen sedimentin omien mikrobien toimesta verrattuna steriilikontrolleihin sekä bioaugmentaatio Pseudomonas ADP kannalla. |
| Tulokset | Mikrobit tehostivat atratsiinin ja terbutryynin hajoamista pintamaissa puoliintumisaikojen ollessa 57 - 181 päivää atratsiinilla ja 70 - 291 päivää terbutryynillä. Atratsiini hajosi myös kemiallisesti neljässä maassa, jolloin puoliintumisajat olivat 120 – 183 päivää. Hapella ei ollut yleistä vaikutusta atratsiinin puoliintumisaikoihin, kun taas terbutryyni hajosi vain hapellisissa olosuhteissa. Maassa, jossa hajoaminen oli heikointa, oli vähiten orgaanista ainetta, typpeä, ammoniumia, nitraattia ja nitriittiä. Sonikointi ei laskenut atratsiinipitoisuuksia verrattuna sonikoimattomiin sedimentti-vesiseoksiin ja steriloituihin sedimentti-vesiseoksiin, vaikka mikrobiologisesta hajoamisesta ja sonikoinnin aiheuttamasta kemiallisesta hajoamisesta oli viitteitä. Pinta-aktiivisen aineen lisääminen ei stimuloinut mikrobiologista hajoamista sedimentin omien mikrobien toimesta ja Pseudomonas ADP hajotti atratsiinia myös ilman pinta-aktiivista ainetta. EHC® edisti atratsiinipitoisuuksien laskua kemiallisesti hapellisissa olosuhteissa. EHC® sedimenttipylväissä puhdisti atratsiinilla, DEA:lla ja BAM:lla pilaantunutta pohjavettä verrattuna pylväisiin ilman EHC®:ta, mutta vaikutus kesti vain noin kuukauden. Turve ja CPS tehostivat atratsiinin ja simatsiinin pitoisuuksien laskua kemiallisesti hapesta riippumatta. Turve laski myös heksatsinonin pitoisuuksia. Vain pieniä jäämiä atratsiinia, simatsiinia ja heksazinonia pystyttiin eristämään sedimentistä ja turpeesta, mikä viittaa siihen, että pitoisuuden lasku on johtunut kemiallisesta hajoamisesta ja/tai eristämättömissä olevien sitoutuneiden jäämien muodostumisesta. Tiivistettynä, turpeen, CPS:n ja Pseudomonas ADP:n lisäämiset olivat parhaat lähestymistavat torjunta-ainepitoisuuksien laskemiseksi. Myös EHC® voi olla käytännöllinen pienten torjunta-ainepitoisuuksien (bio)puhdistuksessa, mieluiten hapen läsnä ollessa. On kuitenkin tutkittava lisää turpeen, CPS:n ja EHC®:n käytettävyyttä (bio)puhdistuksessa, jotta vältytään mahdollisilta orgaanisen aineksen lisäämisen haitallisilta vaikutuksilta veden laadulle. Julkaistut tulokset: Kerminen, K., Salovaara, V. & Kontro, M. H. 2017. A zero-valent iron and organic matter mixture enhances herbicide and herbicide degradation product removal in subsurface waters. Journal of Environmental Sciences 57: 411-417, http://dx.doi.org/10.1016/j.jes.2016.12.013. Kerminen, K. & Kontro, M. H. 2017. Sonication effects on atrazine dissipation in vadose zone sediment slurries. Environments 4(1):18, doi:10.3390/environments4010018. Kerminen, K., Le Moël, R., Harju, V. A., & Kontro, M. H. 2018. Influence of organic matter, nutrients, and cyclodextrin on microbial and chemical herbicide and degradate dissipation in subsurface sediment slurries. Science of the Total Environment. 618: 1449-1458. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.09.302 |
| Tietoa hankkeesta muualla internetissä |
https://helda.helsinki.fi/handle/10138/195055; https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.09.302; http://www.mdpi.com/2076-3298/4/1/18; http://dx.doi.org/10.1016/j.jes.2016.12.013 |
| Loppuraportti (julkinen) | |
| Yhteenvetokalvot ja tiedote (julkiset) |