Polybromattujen difenyylieettereiden (PBDE) anaerobinen brominpoisto sedimentissä
Title: | Polybromattujen difenyylieettereiden (PBDE) anaerobinen brominpoisto sedimentissä |
Author(s): | Seppälä, Päivi |
Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Faculty of Biological and Environmental Sciences |
Discipline: | Environmental Ecology |
Language: | Finnish |
Acceptance year: | 2020 |
Abstract: |
Pelkistävässä dehalogenaatiossa halogenoidut yhdisteet toimivat elektronin vastaanottajina hengityksessä tai kometabolisissa reaktioissa. Tällöin halogeeniatomi poistuu korvautuen yleensä vedyllä. Polybromatut difenyylieetterit (PBDEt) ovat pysyviä ja toksisia orgaanisia yhdisteitä, joita on käytetty runsaasti palonestoaineina. Käyttörajoitusten jälkeenkin niitä vapautuu ympäristöön jo valmistetuista tuotteista. PBDE:itä onkin löydetty ympäristöstä yleisesti. Anaerobisissa oloissa kuten sedimentissä ne voivat hajota pelkistävän dehalogenaation kautta.
Saastuneen sedimentin kunnostuksessa tarvitaan tietoa PBDE:iden hajoamiseen vaikuttavista tekijöistä. Tässä työssä tutkittiin kahden PBDE:n, BDE-47:n ja BDE-209:n, anaerobista brominpoistoa sedimentissä mikrokosmoskokein. Sedimenttinäytteet noudettiin Kernaalanjärvestä kahdesta kohtaa, joista toinen edusti puhdasta ja toinen saastunutta, sekä Itämerestä Kymijoen suistosta. Eri käsittelyillä verrattiin näytteenottopaikan lisäksi inkubointilämpötilan vaikutusta hajoamisnopeuteen ja -tuotteisiin, sekä mahdollista abioottista hajotusta autoklavoiduissa kontrolleissa. Näytteet analysoitiin kaasukromatografilla elektronisieppausdetektorilla (GC-µECD). Dehalococcoides- ja yleisbakteerimäärät 16S rRNA -geenikopioina määritettiin qPCR:llä. Hypoteesit olivat, että brominpoisto on nopeampaa ennestään saastuneissa sedimenteissä, lämpimässä ja niissä mikrokosmoksissa, joissa on enemmän Dehalococcoides-suvun bakteereja.
BDE-47:n puoliintumisaika vaihteli välillä 173-7701 viikkoa ja BDE-209:n 28-173 viikkoa. Hajoamisnopeutta eivät selittäneet näytteenottopaikat tai inkubointilämpötila, mutta BDE-47:n hajoaminen oli merkitsevästi hitaampaa autoklavoiduissa. Niissä mikrokosmoksissa, missä BDE-47 poistui eniten, syntyi hajoamistuotteena pääasiassa BDE-8. Kernaalanjärven puhtaan osan mikrokosmoksissa BDE-47 ei vähentynyt. Ilmeisesti sen hajotukseen pystyviä bakteereja ei ole paljoa siellä, missä ei ennestään ole juurikaan organohalogeenisaastumista. BDE-209:n poistuminen autoklavoiduissa mikrokosmoksissa selittynee abioottisella hajoamisella tai sitoutumisella niin, ettei ole uutettavissa. Yleisbakteereja oli inkuboinnin lopussa enemmän BDE-47:n kuin BDE-209:n mikrokosmoksissa. Dehalococcoides-bakteerien osuus oli suurempi BDE-209:n mikrokosmoksissa, huoneenlämmössä säilytetyissä ja ei-autoklavoiduissa. Brominpoisto oli nopeampaa siellä, missä oli alussa enemmän yleisbakteereja tai lopussa Dehalococcoides-suvun bakteereja.
BDE-47 osoittautui pysyvämmäksi kuin luetussa kirjallisuudessa. Hypoteesit sedimentin saastuneisuuden ja inkubointilämpötilan vaikutuksesta eivät saavuttaneet tilastollista merkitsevyyttä, mutta Dehalococcoides-bakteerien tärkeys brominpoistolle todettiin hypoteesin mukaisesti.
In reductive dehalogenation, halogenated compounds act as electron acceptors in respiration or cometabolic reactions. The halogen atom is removed and usually replaced with hydrogen. Polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) are persistent and toxic compounds, which have been extensively used as flame retardants. Even after bans and use restrictions, they are released to the environment from products manufactured earlier. PBDEs have been found ubiquitously in the environment. In anaerobic conditions like in sediments, they can be degraded through reductive dehalogenation.
While remediating contaminated sediments, knowledge is needed about factors affecting the degradation of PBDEs. In the present work, anaerobic debromination of two PBDEs, BDE-47 and BDE-209 in sediment was investigated in microcosms. Sediment samples were taken from the estuary of the Kymijoki River from the Baltic, and from two sites in Lake Kernaalanjärvi, one representing clean and the other contaminated sediment. In addition to sampling site, the effect of incubation temperature on the degradation rate and products was investigated with different treatments, and possible abiotic degradation was examined with autoclaved controls. The samples were analyzed with gas chromatograph with electron capture detector (GC-µECD). The amounts of Dehalococcoides and total bacteria as 16S rRNA gene copies were determined with qPCR. Hypotheses were that debromination is faster in contaminated sediments, in warmer temperature, and in the microcosms with more bacteria of the genus Dehalococcoides.
The half-time of BDE-47 varied from 173 to 7701 weeks, and that of BDE-209 from 28 to 173 weeks. The debromination rate could not be explained with sampling sites or incubation temperature, but the degradation of BDE-47 was significantly slower in autoclaved microcosms. In the microcosms where BDE-47 was removed most, the main debromination product was BDE-8. In the microcosms with sediment from the clean site of Lake Kernaalanjärvi, the amount of BDE-47 did not decrease. Obviously, bacteria capable of degrading it are not abundant in sites with little or no previous contamination with organohalogens. The removal of BDE-209 in autoclaved microcosms is probably explained with abiotic degradation or adsorption so that the compound is not extractable. At the end of incubation, there were more total bacteria in the microcosms with BDE-47 than those with BDE-209. The proportion of Dehalococcoides was greater in the microcosms with BDE-209, those incubated in room temperature, and those not autoclaved. Debromination was faster in the microcosms with more total bacteria in the beginning or Dehalococcoides at the end.
BDE-47 proved to be more persistent than in the literature reviewed. The hypotheses about the effect of the incubation temperature and the contamination of the sediment did not reach statistical significance, but the importance of Dehalococcoides for debromination was established according to the hypothesis.
|
Keyword(s): | pelkistävä dehalogenaatio BDE-47 BDE-209 sedimentti |
Files in this item
Files | Size | Format | View |
---|---|---|---|
Seppala_Paivi_pro_gradu_2020.pdf | 818.5Kb |