Sekventiell biosorptiv-degradativ sanering av metylenturkiskt från förorenad jord och avloppsvatten med en nyisolerad Bacillus safensis SMAH-biomas: optimering, kinetik, isoterm och termodynamikbedömningar

Varför det är viktigt att rengöra färgat jord

Ljusa syntetiska färgämnen gör våra kläder och lädervaror iögonfallande, men när dessa färger läcker ut i jord och vatten kan de bli kvar i åratal och skada levande organismer. Ett av de vanligaste färgämnena, metylenturkiskt, används i stor utsträckning inom textilier och garvning. Denna studie undersöker en naturbaserad metod för att avlägsna detta envisa färgämne från förorenad jord och bryta ner det, med hjälp av en nyupptäckt stam av ofarliga bakterier istället för dyra kemikalier eller energikrävande maskiner.

Att hitta en hjälpsam mikroorganism

Forskarlaget började med att söka på platser som redan utsatts för stora mängder färgämne—garveriavloppsvatten, slam, läderskrap och en närliggande sjö. Från dessa miljöer isolerade de sexton olika bakteriestammar och testade hur väl varje stamm kunde avlägsna metylenturkiskt från ett flytande medium. En stam stack ut: den avlägsnade cirka 97 procent av färgen inom bara 24 timmar. Genetisk analys visade att denna framstående stam tillhör arten Bacillus safensis. Teamet odlade därefter stora mängder av denna mikroorganism, torkade varsamt cellerna för att bevara deras ytkemi, och använde det resulterande bakteriematerialet—kallat BS-SMAH-B—som ett återanvändbart rengöringsmedel.

Hur bakteriematerialet fångar färgen

För att förstå varför BS-SMAH-B fungerar så bra undersökte forskarna dess yta med flera avbildnings- och analystekniker. Elektronmikroskopbilder avslöjade en grov, porös struktur med många små håligheter, vilket tillsammans ger stor area för färgen att fästa vid. Kemiska analyser visade att bakterieytan är rik på kol, syre och kväve, ordnade i vanliga grupper såsom syror, alkoholer och aminer. Dessa grupper bär negativa laddningar under normala miljöförhållanden, medan metylenturkiskt bär en positiv laddning. Denna laddningsskillnad hjälper till att dra ut färgen ur lösningen och på bakterieytan, ungefär som statisk elektricitet får damm att fastna på en duk. Mätningar av ytladdningen bekräftade detta: biomasen hade en klart negativ elektrisk potential, vilket gynnade attraktion av de positivt laddade färgämnena.

Från färgad jord till renare mark

Efter att ha karaktäriserat materialet testade teamet BS-SMAH-B på jord som avsiktligt förorenats med metylenturkiskt. I laboratoriet undersökte de hur surhetsgrad, bakteriedos, temperatur, salthalt och kontakttid påverkade prestandan. De bästa förhållandena var lätt alkaliska (runt pH 9), med tillräcklig biomas för att erbjuda många bindningsställen och måttlig uppvärmning, vilket tillsammans ökade färgbehandlingen. Under dessa optimerade förhållanden tog systemet upp färg snabbt till en början och saktade sedan ner när bakterieytan blev mättad. Matematiska modeller av denna tidsutveckling indikerade att nyckelsteget involverar att färgen bildar starka kemiska bindningar med bakterieytan snarare än bara att fästa löst. Viktigt är att när samma metod tillämpades på verkliga förorenade jordprover tagna från garveriområden—där andra ämnen konkurrerar om ytorna—avlägsnade bakteriematerialet fortfarande upp till cirka 82 procent av färgen på endast en timme.

Vad händer med den fångade färgen

Studien stannade inte vid enkel fångst av färgen. Bevis från ljusabsorptionsspektroskopi och tidigare arbete med besläktade bakterier tyder på att när metylenturkiskt väl är fäst vid biomasen börjar enzymer som produceras av mikroberna skära sönder färgämnesmolekylerna. Med tiden bleknar den intensiva blå färgen och de stora färgmolekylerna omvandlas till mindre, mycket mindre skadliga fragment, och så småningom till enkla oorganiska former och korta organiska molekyler. Denna tvåstegsverkan—snabb ”biosorption” följt av långsammare biologisk nedbrytning—innebär att färgen inte bara göms utan aktivt monteras ned, vilket minskar risken för att den läcker tillbaka till miljön senare.

En naturinspirerad väg till säkrare jordar

Enkelt uttryckt visar denna forskning att en naturligt förekommande bakteriestam kan fungera som en smart svamp för ett persistenta industrifärgämne: den fångar först metylenturkiskt från jorden och hjälper sedan till att bryta ned det. BS-SMAH-B-materialet är billigt att odla, kräver milda förhållanden och undviker tung kemikalieanvändning som kan skapa nya föroreningsproblem. Även om ytterligare tester utanför laboratoriet behövs, pekar dessa resultat mot praktiska, lågkostnadsbehandlingar som använder levande eller tidigare levande mikrober för att sanera färgade jordar runt garverier och andra färgintensiva industrier, vilket gör mark och vatten säkrare för de omkringliggande samhällena.

Citering: Mahmoud, M.E., Moneer, A.A., Abouelkheir, S.S. et al. Sequential biosorptive-degradative remediation of methylene blue from polluted soil and wastewater by a newly isolated Bacillus safensis SMAH biomass: optimization, kinetics, isotherms and thermodynamics assessments. Sci Rep 16, 8496 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39057-7

Nyckelord: jordbioremediering, metylenturkiskt, bakteriell biosorption, färgförorening, miljösanering