Vigilància ambiental de metil tert-butil èter (mtbe), un additiu de la gasolina, en aigües i sòls

Abstract

[CAT] En els últims anys, s’ha observat una preocupació creixent pels efectes que les emissions de gasos procedents de la gasolina poden provocar tant a nivell ambiental com en la salut de les persones i això s’ha vist reflectit en canvis substancials en la seva composició. La prohibició dels additius plomats, així com la limitació contínua dels compostos aromàtics (sobretot del benzè) han donat lloc a una expansió espectacular arreu del món de l’ús dels additius oxigenats a la gasolina. D’entre aquests additius (principalment èters i alcohols) el més emprat ha estat el metil terciari (tert-) butil èter (MTBE). Però degut a les seves propietats físico-químiques, aquest compost orgànic volàtil (VOC) ha esdevingut un important contaminant de les aigües subterrànies d’arreu del món.

La present tesi doctoral ofereix una visió general i actualitzada de la problemàtica ambiental lligada a la utilització del MTBE com additiu de la gasolina, alhora que desenvolupa tècniques analítiques mitjançant un sistema totalment automatitzat de Purga i Trampa (també anomenat Purga i Captura) unit a un Cromatògraf de Gasos acoblat a un Espectròmetre de Masses (P&T-GC/MS) que permeten conèixer quantitativament i amb precisió la presència a nivells traça del MTBE, els seus principals compostos de degradació, altres additius convencionals com són els hidrocarburs aromàtics (benzè, toluè, etilbenzè i xilens, BTEX), així com els seus possibles substituts (etil tert-butil èter, ETBE; tert-amil metil èter, TAME; i diisopropil èter, DIPE) i altres VOCs d’interès (diciclopentadiè, DCPD i tricloretilè, TCE) als diferents compartiments ambientals (diferents matrius aquoses i sòls), posant un especial èmfasi en l’anàlisi de les aigües subterrànies, més susceptibles d’una elevada contaminació i la qualitat de les quals és de vital importància ja que actuen com a magatzems d’aigua dolça pel consum humà.

A més, en tant que l’avaluació de la biodegradació in situ del MTBE en llocs contaminats requereix de molt més que simples balanços de massa i la mera presència del TBA no és suficient com per provar-ne la relació causa-efecte. S’han realitzat estudis de degradació del MTBE i ETBE mitjançant la utilització de diferents soques bacterianes amb capacitat per alimentar-se d’aquests additius de la gasolina en condicions aeròbiques (microcosmos) per tal d’analitzar-ne els isòtops estables tant del carboni com l’hidrogen (CSIA) obtenint diferents factors de fraccionament isotòpic. Els resultats obtinguts posen en dubte l’existència d’un únic mecanisme de degradació metabòlica en condicions d’aerobiosis (com es creia fins ara) i dificulten la seva aplicació com a indicadors quantitatius dels processos de biodegradació que tenen llocs als llocs contaminats si no es realitzen altre tipus de mesures addicionals.

[EN] In the latest years, the combustion emissions from the vehicles have aroused concern about their potential adverse effects on the environment and the human health. This fact has resulted in a substantial change of the gasoline composition. The ban of the lead additives, as well as the increasing limitation for the use of aromatic hydrocarbons (especially benzene) contributed to a great expansion of the fuel oxygenates worldwide. Among these additives (mainly ethers and alcohols), methyl tertiary (-tert) butyl ether (MTBE) is by far the most commonly used octane enhancer. However, as a result of its physico-chemical properties, MTBE has become one of the most frequently detected volatile organic compounds (VOCs) in groundwater around the world.

The purpose of the present thesis is to provide an updated overview of the MTBE environmental problem, meanwhile an analytical technique, a fully automated purge and trap coupled to gas chromatography – mass spectrometry (P&T-GC/MS) method has been developed and permitted the simultaneous quantitative determination of MTBE, its degradation products, other fuel additives such as the aromatic hydrocarbons or MTBE potential substitutes in different environmental compartments (liquid or solid matrices) at trace levels (sub-ppb). The thesis has been focused mainly in the analysis of drinking water reservoirs such as contaminated groundwater tables around Europe.

However, an inconclusive MTBE mass balance or the mere presence of its intermediate tert-butyl alcohol (TBA) has been found inappropriate for providing evidence for natural attenuation of MTBE in contaminated sites. So, as compound-specific stable isotope analysis (CSIA) has become a promising tool for evaluating in situ degradation, the carbon and hydrogen isotope enrichment factors (εC, εH) of MTBE and ethyl tert-butyl ether (ETBE) upon aerobic degradation were studied with different bacterial isolates. This work demonstrated that highly variable isotope fractionation factors are found under aerobic conditions, which may indicate the use of different mechanisms for degrading fuel oxygenates by different strains. This makes the selection of appropriate isotope enrichment factors for quantitative work difficult and can lead to strong variable fractionation in mixed cultures depending on the dominance of organism actually growing best in the field site.