Bakterier skal rense spildevand for PFAS

Forskere fra Aarhus Universitets Institut for Bio- og Kemiteknologi har fået en bevilling på 7,2 millioner kroner fra Danmarks Frie Forskningsfond til at udvikle en ny metode, hvor bakterier skal hjælpe med at nedbryde PFAS og andre svært nedbrydelige miljøgifte i spildevand.

Projektet skal kombinere ekspertise inden for miljømikrobiologi og vandkemi for at udnytte bakteriers naturlige evne til at producere stærkt reaktive kemiske forbindelser, der kan angribe en række forurenende og problematiske stoffer, herunder PFAS og medicinrester.

"Vi vil udvikle en proces, hvor bakterier producerer de kemiske stoffer, der skal nedbryde forurening, som den traditionelle spildevandsrensning har svært ved at fjerne. PFAS er et vigtigt mål, men vi vil også undersøge, om metoden kan bruges til at nedbryde medicinrester og andre miljøfremmede stoffer," siger professor Barth F. Smets, der leder projektet.

Bakterier skal gøre det kemiske arbejde

PFAS er en stor gruppe menneskeskabte fluorstoffer, som har spredt sig til jord og vandmiljø. Mange af stofferne er ekstremt vanskelige at nedbryde på grund af de stærke kemiske bindinger mellem kulstof og fluor.

I dag kan man fjerne PFAS fra vand med eksempelvis aktivt kul eller membranfiltrering. Men metoderne nedbryder som udgangspunkt ikke stofferne. De samler dem i stedet i filtre eller koncentrerede restprodukter, som efterfølgende skal håndteres.

PFAS er dog langt fra de eneste forurenende stoffer, der udfordrer vores spildevandsrensning. Medicinrester og andre miljøfremmede stoffer kan også passere gennem traditionelle renseprocesser og ende i vandmiljøet.

Forskerne håber derfor, at bakteriernes produktion af reaktive kemiske forbindelser kan gøre det muligt at nedbryde flere forskellige typer forurening i én og samme renseproces.

Når bestemte bakterier omsætter kvælstofforbindelser, producerer de nemlig reaktive ilt- og kvælstofforbindelser, også kaldet ROS og RNS. Disse stærkt reaktive stoffer kan reagere med andre molekyler og ændre deres kemiske struktur.

Professor Barth F. Smets har tidligere dokumenteret, at bakterier producerer disse forbindelser. Samtidig har lektor Zongsu Wei vist, at reaktive kvælstofforbindelser kan nedbryde PFAS-stoffet PFOA i et kemisk system i laboratoriet.

Nu skal forskerne forsøge at kombinere de to processer.

"Vi ved, at bakterier kan producere de reaktive forbindelser, og vi har vist, at forbindelserne kan nedbryde PFOA i et kemisk system. Det bliver vanskeligt at skabe de nødvendige betingelser ved hjælp af bakterier, og det er faktisk projektets største videnskabelige udfordring," siger Zongsu Wei.

Bygger videre på eksisterende renseprocesser

Forskerne vil arbejde med særlige bioreaktorer, hvor bakterier vokser i tynde lag, også kaldet biofilm. Ved at styre bakteriernes adgang til ilt og næringsstoffer vil forskerne undersøge, hvordan de kan få bakterierne til at producere flest mulige reaktive forbindelser.

Målet er at udvikle en proces, hvor bakterierne både fjerner kvælstof, som i sig selv kan forurene vandmiljøet, fra spildevandet og samtidig producerer kemiske forbindelser, der kan nedbryde PFAS og andre miljøfremmede stoffer.

"Vi forsøger ikke at lære bakterierne at spise PFAS eller andre forurenende stoffer. Vi vil i stedet udnytte deres naturlige stofskifte til at producere kemiske forbindelser, som kan angribe stofferne. Det interessante er, at vi bygger videre på biologiske processer, som allerede indgår i spildevandsrensningen," siger Barth F. Smets.

Forskerne vil undersøge, hvor effektivt metoden nedbryder forskellige PFAS-forbindelser og andre prioriterede miljøfremmede stoffer, herunder medicinrester. De vil også kortlægge, hvilke stoffer der dannes under nedbrydningen, for at undersøge, om processen skaber potentielt skadelige restprodukter.

På længere sigt håber forskerne at integrere teknologien i eksisterende rensningsanlæg. Hvis bakterierne kan producere tilstrækkeligt mange reaktive forbindelser som en del af den almindelige biologiske spildevandsrensning, kan metoden potentielt reducere behovet for mere energikrævende kemiske renseprocesser.

"Hvis vi lykkes, kan vi få en ny og mere ressourceeffektiv metode til at nedbryde PFAS og andre svært nedbrydelige miljøgifte. Men først skal vi vise, at bakterierne kan producere tilstrækkeligt mange reaktive forbindelser til, at processen fungerer effektivt," siger Zongsu Wei.