Studio della rimozione biologica di composti fenolici da suoli contaminati
Autore
Andrea Chiappa - Università degli Studi di Roma La Sapienza - [1998-99]
Documenti
Abstract
La contaminazione dei suoli rappresenta una parte molto cospicua nel generale stato d’inquinamento del pianeta e riguarda soprattutto i paesi industrializzati che spesso dispongono di vaste estensioni di terreni contaminati che richiedono un intervento di bonifica o messa in sicurezza.
La risoluzione dei più svariati casi d’inquinamento ha richiesto in questi anni sia l’applicazione di tecnologie mediate da altri campi d’utilizzazione, come per esempio quello minerario o geotecnico, sia lo sviluppo di altre tecnologie di nuova concezione.
Tra le tecnologie di nuova concezione, particolarmente interessanti sono quelle biologiche per la capacità di degradare (non rimuovere semplicemente) una vasta gamma d’inquinanti organici a costi contenuti.
Scopo primario di questa tesi è lo studio ed ottimizzazione di un sistema di test chimico fisici e biologici che, unitamente alla conoscenza delle caratteristiche ambientali del sito, consentano da una parte la valutazione della possibilità di decontaminazione per attenuazione naturale del suolo contaminato (intesa come capacità intrinseca del terreno di degradare gli inquinanti presenti e/o di fissarli impedendone la successiva migrazione) e dall’altra la scelta di una opportuna tecnologia di decontaminazione accelerata (in situ, on site, off site).
La ricerca è stata indirizzata alla realizzazione di un procedura standardizzata comprendente un sistema sperimentale per l’esecuzione di test di biotrattabilità e di mobilità. Tale procedura è impostata soprattutto nell’ottica di un impiego in situazioni di emergenza quali ad esempio sversamenti accidentali di prodotti pericolosi, per una valutazione ‘’speditiva’’ dell’intervento di bonifica e di contenimento da adottare. D’altra parte uno strumento di intervento così concepito ben si adatta anche alla valutazione degli interventi da adottare nel caso di situazioni pregresse per le quali venga riscontrato un rischio imminente di propagazione dell’inquinamento.
In particolare in questa tesi ci si è occupati essenzialmente della messa a punto di un sistema sperimentale e delle procedure relative per la valutazione della biotrattabilità di terreni contaminati attraverso un approccio “respirometrico” (ovvero basato su misure di velocità di consumo di ossigeno) nelle diverse possibili condizioni operative.
Si è proceduto nella prima fase alla determinazione delle caratteristiche chimico-fisiche del suolo scelto attraverso una serie di analisi per valutare l’interazione chimico-fisica tra particelle di suolo e inquinante, parametro da cui dipende la sua mobilità. In particolare pH, capacità di scambio, contenuto organico, adsorbimento del suolo verso l’inquinante.
Le prove, isoterme d'Adsorbimento, sono state condotte in batch aggiungendo al suolo la soluzione d'inquinante sotto agitazione. In pratica, si è realizzato in ogni prova un profilo temporale delle velocità di consumo dell’ossigeno e, quale calibrazione del sistema, la misura degli OUR è stata sempre accompagnata dalla misura della concentrazione dell’inquinante in soluzione e nella fase solida,cinetica di rimozione biologica del fenolo, mediante HPLC.
I parametri studiati sono stati:
Presenza o meno dell'agitazione
Rapporto solido/liquido
Composizione della fase liquida (acqua o soluzione salina di nutrienti inorganici)
Concentrazione del contaminante in fase liquida
Presenza incrociata dei due contaminanti
Tempo d'invecchiamento del suolo contaminato
Aggiunta di inoculo esterno (bioaugmentation)
La presenza o meno dell'agitazione insieme con il rapporto solido/liquido ha suddiviso le prove di biodegradabilità in due categorie principali: in sospensione (slurry reactor) o in fase solida (solid phase reactor).
Nelle diverse prove si è sempre osservata una buona corrispondenza tra la degradazione del fenolo misurata analiticamente e la misura dell’OUR.
Nelle prove in “solid phase” si è sempre osservata una velocità di degradazione marcatamente inferiore, con un OUR appena distinguibile da quello del bianco dovuto a metabolismo endogeno nel suolo. In tali condizioni diluite ed in presenza di entrambi i substrati, da una parte non si è osservata inibizione della degradazione del fenolo da parte del TCF ma dall’altra il fenolo non ha esercitato alcuno effetto stimolante (come co-substrato) della degradazione del TCF.
Nelle prove in “solid phase” (condotte necessariamente ad un rapporto solido/liquido più elevato) si è riscontrata l’inibizione dell’attività endogena.
La risoluzione dei più svariati casi d’inquinamento ha richiesto in questi anni sia l’applicazione di tecnologie mediate da altri campi d’utilizzazione, come per esempio quello minerario o geotecnico, sia lo sviluppo di altre tecnologie di nuova concezione.
Tra le tecnologie di nuova concezione, particolarmente interessanti sono quelle biologiche per la capacità di degradare (non rimuovere semplicemente) una vasta gamma d’inquinanti organici a costi contenuti.
Scopo primario di questa tesi è lo studio ed ottimizzazione di un sistema di test chimico fisici e biologici che, unitamente alla conoscenza delle caratteristiche ambientali del sito, consentano da una parte la valutazione della possibilità di decontaminazione per attenuazione naturale del suolo contaminato (intesa come capacità intrinseca del terreno di degradare gli inquinanti presenti e/o di fissarli impedendone la successiva migrazione) e dall’altra la scelta di una opportuna tecnologia di decontaminazione accelerata (in situ, on site, off site).
La ricerca è stata indirizzata alla realizzazione di un procedura standardizzata comprendente un sistema sperimentale per l’esecuzione di test di biotrattabilità e di mobilità. Tale procedura è impostata soprattutto nell’ottica di un impiego in situazioni di emergenza quali ad esempio sversamenti accidentali di prodotti pericolosi, per una valutazione ‘’speditiva’’ dell’intervento di bonifica e di contenimento da adottare. D’altra parte uno strumento di intervento così concepito ben si adatta anche alla valutazione degli interventi da adottare nel caso di situazioni pregresse per le quali venga riscontrato un rischio imminente di propagazione dell’inquinamento.
In particolare in questa tesi ci si è occupati essenzialmente della messa a punto di un sistema sperimentale e delle procedure relative per la valutazione della biotrattabilità di terreni contaminati attraverso un approccio “respirometrico” (ovvero basato su misure di velocità di consumo di ossigeno) nelle diverse possibili condizioni operative.
Si è proceduto nella prima fase alla determinazione delle caratteristiche chimico-fisiche del suolo scelto attraverso una serie di analisi per valutare l’interazione chimico-fisica tra particelle di suolo e inquinante, parametro da cui dipende la sua mobilità. In particolare pH, capacità di scambio, contenuto organico, adsorbimento del suolo verso l’inquinante.
Le prove, isoterme d'Adsorbimento, sono state condotte in batch aggiungendo al suolo la soluzione d'inquinante sotto agitazione. In pratica, si è realizzato in ogni prova un profilo temporale delle velocità di consumo dell’ossigeno e, quale calibrazione del sistema, la misura degli OUR è stata sempre accompagnata dalla misura della concentrazione dell’inquinante in soluzione e nella fase solida,cinetica di rimozione biologica del fenolo, mediante HPLC.
I parametri studiati sono stati:
Presenza o meno dell'agitazione
Rapporto solido/liquido
Composizione della fase liquida (acqua o soluzione salina di nutrienti inorganici)
Concentrazione del contaminante in fase liquida
Presenza incrociata dei due contaminanti
Tempo d'invecchiamento del suolo contaminato
Aggiunta di inoculo esterno (bioaugmentation)
La presenza o meno dell'agitazione insieme con il rapporto solido/liquido ha suddiviso le prove di biodegradabilità in due categorie principali: in sospensione (slurry reactor) o in fase solida (solid phase reactor).
Nelle diverse prove si è sempre osservata una buona corrispondenza tra la degradazione del fenolo misurata analiticamente e la misura dell’OUR.
Nelle prove in “solid phase” si è sempre osservata una velocità di degradazione marcatamente inferiore, con un OUR appena distinguibile da quello del bianco dovuto a metabolismo endogeno nel suolo. In tali condizioni diluite ed in presenza di entrambi i substrati, da una parte non si è osservata inibizione della degradazione del fenolo da parte del TCF ma dall’altra il fenolo non ha esercitato alcuno effetto stimolante (come co-substrato) della degradazione del TCF.
Nelle prove in “solid phase” (condotte necessariamente ad un rapporto solido/liquido più elevato) si è riscontrata l’inibizione dell’attività endogena.
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