Các hạt hydrogel có độ quánh của kẹo dẻo và được sản xuất với một thành phần dùng trong thực phẩm chế biến, hứa hẹn sẽ xử lý nước ngầm bị nhiễm các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi nguy hiểm và được sử dụng phổ biến. Nhiều hợp chất được Trung tâm kiểm soát và phòng ngừa dịch bệnh đưa vào danh sách là có khả năng gây ung thư ở người. Tại nhiều địa điểm ở Hoa Kỳ, các hóa chất này xuất hiện với nồng độ vượt xa các tiêu chuẩn của bang và liên bang quy định đối với nước uống an toàn.

Trong số các chất gây ô nhiễm được đề cập trong nghiên cứu có 1,1,1-trichloroethane, cis-1,2-dichloroethene và 1,4-dioxane - chất tẩy dầu mỡ thường được sử dụng bởi ngành công nghiệp và quân đội. Các hóa chất này có thể xâm nhập vào nước ngầm thông qua các bể chứa hoặc dòng chảy ngầm bị rò rỉ hoặc đơn giản là bị đổ trên mặt đất như trong quá khứ.

Phương pháp mới xử lý ô nhiễm do trường Đại học Kỹ thuật thuộc Đại học Oregon và Đại học North Carolina phát triển, hoạt động vì các vi khuẩn sản sinh loại enzyme oxy hóa chất độc khi các chất gây ô nhiễm nước ngầm khuếch tán vào các hạt. Kết quả là các chất gây ô nhiễm được biến đổi thành hợp chất vô hại.

"Chúng tôi đã tạo ra một quá trình gọi là quá trình trao đổi chất hiếu khí lâu dài, là một hệ thống khép kín, thụ động, tự duy trì để xử lý nước ngầm", ông Lew Semprini, giáo sư kỹ thuật môi trường và là nhà nghiên cứu chính cho biết. "Mọi thứ xảy ra bên trong các hạt".

Các phương thức xử lý hiện nay bổ sung các chất tăng trưởng dạng khí như propan và metan trực tiếp vào lớp dưới bề mặt. Các chất nền này nuôi dưỡng các vi khuẩn bản địa, từ đó tạo ra các enzyme biến đổi các chất ô nhiễm thành các sản phẩm phụ không độc hại. Tuy nhiên, thông thường, các chất tăng trưởng cạnh tranh hóa học với các enzyme quan trọng đó gây ức chế đáng kể quá trình biến đổi. Hệ thống mới giúp loại bỏ tình trạng cạnh tranh đó, giải phóng tất cả các enzyme để oxy hóa các chất gây ô nhiễm. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Environmental Science: Processes & Impacts.

Nhóm nghiên cứu đã nuôi cấy vi khuẩn Rhodococcus rhodochular và chất nền phát triển chậm trong hạt hydrogel được tạo ra trong phòng thí nghiệm. Các hạt hình trụ, làm từ kẹo cao su gellan, thành phần phổ biến trong thực phẩm chế biến, dài 2 mm.

Khi nước ngầm chảy qua các hạt, các chất ô nhiễm khuếch tán vào hạt, nơi chất nền giải phóng chậm phản ứng với nước ngầm để tạo ra rượu nuôi dưỡng vi khuẩn Rhodococcus. Các vi khuẩn có chứa một loại enzyme monooxygenase biến đổi các chất gây ô nhiễm thành các hợp chất vô hại, bao gồm các ion CO2, nước và clorua. Sau đó, nước tinh khiết và các sản phẩm phụ khuếch tán ra khỏi các hạt và trở lại khối nước ngầm.

Trong các cột thử nghiệm chứa đầy hạt được cung cấp dòng nước ô nhiễm liên tục, hệ thống hoạt động liền mạch trong hơn 300 ngày trên chất nền tăng trưởng ban đầu. Kết quả là các hạt loại bỏ hơn 99% chất ô nhiễm và nồng độ của chúng giảm từ vài trăm phần tỷ xuống còn dưới 1 phần tỷ.

Tuổi thọ của hệ thống sẽ phụ thuộc chủ yếu vào thời gian sống của vi khuẩn, là một yếu tố quyết định sự tồn tại của chất nền tăng trưởng. Tuy nhiên, điều đó vẫn chưa được xác định. GS. Semprini cho rằng đây là vấn đề cần nghiên cứu trong tương lai.

Các phương pháp xử lý đồng trao đổi chất hiện nay đòi hỏi phải bổ sung thường xuyên các chất tăng trưởng để đảm bảo các vi sinh vật chính phát triển mạnh và cần theo dõi tại chỗ thường xuyên, điều chỉnh sinh hóa và chi phí liên quan.

Bước tiếp theo là mở rộng hệ thống và tiến hành các nghiên cứu thí điểm trong lĩnh vực này. GS. Semprini hình dung một số khả năng ứng dụng hạt mới xử lý ô nhiễm. Thứ nhất là trộn hạt trực tiếp vào vật liệu dưới bề mặt ô nhiễm. Thứ hai là đào rãnh trong dòng chảy của nước ngầm và đổ đầy hạt xuống, tạo ra một hàng rào phản ứng thấm. Khả năng thứ ba là đưa các hạt vào lò phản ứng, một dạng đơn giản là túi lọc, có thể được đặt trong giếng.