IL BIORISANAMENTO

IL BIORISANAMENTO

COS’È IL BIORISANAMENTO?

È un insieme di tecnologie che utilizza il potenziale metabolico dei

microrganismi al fine di decontaminare ambienti inquinati.

Esso si basa sulle capacità microbiche di biodegradare composti

inquinanti e così detossificare l’ambiente.

Viene definito

biorisanamento ogni

processo che impiega

microrganismi, funghi,

piante o enzimi per

eliminare inquinanti

IL BIORISANAMENTO

«la conseguenza di un’azione umana capace di modificare le proprietà delle condizioni o la disponibilità o qualità delle risorse in un determinato intervallo di spazio e di tempo».

La produzione su vasta scala di una varietà di composti chimici sta causando il deterioramento della qualità ambientale. L’accumulo eccessivo di questi composti, naturali e

non, nell’ambiente interferisce con la

vita in ogni ecosistema: suoli, acque freatiche, sedimenti, acque superficiali e aria. Ca, N a, Mg , Al, Fe Hg, C l, Pb, Amian to Fosfati, Nitrati, As Le principali conseguenze dell’inquinamento ambientale ricadono ovviamente sugli equilibri degli ecosistemi e sulla biodiversità. L’inquinamento riduce il numero di specie animali, vegetali e microbiche, rendendo il sito sempre più vulnerabile alle esposizioni di altre pressioni sia antropiche sia naturali.

H2SO4,

HNO3, CO IPA,

benzeni, PM

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L’inquinamento ha anche naturalmente effetti sulla salute umana, in maniera diretta o tramite la catena agro-alimentare. I composti inquinanti infatti si accumulano nelle reti trofiche.

Per bioaccumulo si intende processo attraverso cui sostanze tossiche si accumulano all'interno di un organismo, in concentrazioni superiori a quelle riscontrate nell'ambiente circostante. Ciò porta a

biomagnificazione: processo per cui il

bioaccumulo aumenta di concentrazione man mano che si sale al livello trofico successivo.

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BIODEGRADAZIONE e COMPOSTI

INQUINANTI RECALCITRANTI

Per biodegradabilità si intende l’attitudine di una sostanza a subire una degradazione a composti organici semplici. Se la sostanza viene completamente degradata i prodotti ultimi saranno H₂O, CO₂ e composti organici che rientrano nei cicli degli elementi (mineralizzazione). La maggioranza degli eventi di biodegradazione avviene ad opera di

microrganismi.

Il termine recalcitranza si riferisce invece all’attitudine di un composto a mantenere inalterate nel tempo le sue caratteristiche chimico-fisiche, permettendogli di persistere nell’ambiente per lunghissimi tempi. Spesso queste sostanze non vengono minimamente intaccate dai microrganismi.

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BIODEGRADAZIONE e COMPOSTI INQUINANTI

RECALCITRANTI

I microrganismi hanno ruoli fondamentali nel mantenimento dei cicli ecologici degli elementi. Quasi tutti i cicli biogeochimici sono guidati dalla popolazione microbica indigena nel suolo, che reintegra gli elementi chimici nell'ambiente a partire da molecole organiche (i nutrienti). L’inquinamento interferisce con gli equilibri dei cicli e ciò porta a conseguenze serie per tutti gli ecosistemi

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BIODEGRADAZIONE e COMPOSTI INQUINANTI

RECALCITRANTI

I composti recalcitranti sono anche definiti XENOBIOTICI. Essi sono composti di norma non naturali e possono avere struttura simile o del tutto diversa dai composti naturali. Hanno in genere natura lipofila.

Diossine Pesticidi_Endosulfan Idrocarburi _policiclici aromatici Idrocarburi aromatici alogenati & Composti sintetici azotati & Composti organici volatili &

Secondo una classifica elaborata dall’EPA (Environmental Protection Agency) tra i composti più pericolosi che si possono trovare nell’ambiente sono elencati 31 cloroalifatici, 26 pesticidi, 17 idrocarburi policiclici aromatici (IPA), 15 composti cloroaromatici, 13 composti aromatici semplici, 13 composti azotati e 13 metalli pesanti.

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GLI XENOBIOTICI: QUALI SONO?

• Mutageni, allergeni o cancerogeni

• Assorbimento nel terreno e assimilazione nelle piante • Deposizione nelle acque sotterranee e falde acquifere • Biomagnificazione nella catena alimentare

Solo pochi microrganismi possiedono le attività enzimatiche in grado di riconoscere e degradare questi composti, la cui degradazione è tuttavia molto lenta o spesso inesistente nei siti inquinati. In alcuni casi i composti xenobiotici possono essere degradati esclusivamente in co-metabolismo e con bassissima resa.

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GLI XENOBIOTICI: QUALI SONO?

Molecole inorganiche: metalli pesanti (Cr, Cu, Co, Cd, Cl, F, Hg, Mn, Ni, As, Pb, Zn, Bi, Se)

Molecole organiche: idrocarburi alifatici (derivati del petrolio e cloroalifatici) o aromatici (PCB,

IPA). Composti idrocarburici volatili (benzene, toluene, xilene, fenolici e azotati). Pesticidi o erbicidi (ditiocarbammidi, tioftalmidi, benzimidazoli e dicarbossimidi). Composti alogenati.

Esse si trovano soprattutto in:

Derivati del petrolio, solventi e detergenti industriali, vernici e combustibili, insetticidi,

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GLI XENOBIOTICI: QUALI SONO?

GLI IDROCARBURI ALIFATICI e ALOGENATI

Gli idrocarburi alifatici saturi o insaturi sono in genere i derivati del petrolio. Essi non hanno una elevata tossicità ma sono difficili da biodegradare e permangono a lungo nell’ambiente. Di norma maggiore è la ramificazione minore è la biodegradabilità.

I più pericolosi sono però i composti alifatici alogenati, anch’essi sono scarsamente biodegradabili ma molto tossici e in alcuni casi cancerogeni.

Essi sono tanto più insolubili e recalcitranti quanto maggiore è il grado di alogenazione, e tendono a depositarsi sui fondali o nel suolo e nelle acque sotterranee.

A volte la loro modificazione microbica può portare a composti ancora più tossici: PCE -> Cloruro di vinile

tricloroetilene

Valori soglia (µg/L)

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GLI XENOBIOTICI: QUALI SONO?

GLI IDROCARBURI AROMATICI ALOGENATI

I bifenili policlurati (PCBs), dibenzodiossine policlorurate (PCDDs) e dibenzofurani policlorurati (PCDFs) sono i più diffusi tra questi composti, erano molto usati nell’industria fino agli anni 80.

Essi sono comunemente definiti come DIOSSINE ed hanno una scarsa solubilità in acqua ed un elevato tasso di bioaccumulo nei tessuti adiposi degli organismi. Sono molto tossici e cancerogeni.

Anche in questo caso maggiore tasso di alogenazione coincide con minore biodegradabilità ed essi tendono ad accumularsi in sedimenti, suolo e nelle acque sotterranee.

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GLI XENOBIOTICI: QUALI SONO?

PESTICIDI ED ERBICIDI

Alcuni derivati di cloroalifatici o dei bifenili policlurati (PCBs), dibenzodiossine policlorurate (PCDDs) e dibenzofurani policlorurati (PCDFs) sono pesticidi, insetticidi o erbicidi ampiamente utilizzati fino a pochi anni fa. Tra i pesticidi ci sono anche composti contenenti N e S: dicarbammidi (Metiram) e tioftalmidi (Folpet)

Anche se alcuni di essi non vengono più prodotti possono originarsi dai processi chimici di sintesi relativi ai composti clorurati e dai processi di combustione usati per vari prodotti.

Tra i più comuni c’è il DDT (para-diclorodifeniltricloroetano), usato come insetticida ma bandito a partire dagli anni 80 per il suo alto potere cancerogenico.

I valori ambientali consentiti sono estremamente bassi (ng/kg) DDT

Atrazina

Metiram

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GLI XENOBIOTICI: QUALI SONO?

COMPOSTI ORGANICI VOLATILI

Benzene, Toluene e Xilene (BTXs) sono idrocarburi aromatici definiti anche come composti organici volatili (VOCs). Essi costituiscono pertanto una grossa fetta degli inquinanti dell’aria.

Questi sono composti tossici per la salute come tutti gli idrocarburi aromatici e per l’ambiente.

Si generano da tutti i processi di combustione e nei processi chimici di produzione di detergenti e vernici.

Toluene max 0.1ppm Benzene max 0.003 ppm Xilene max 0.2 ppm

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GLI XENOBIOTICI: QUALI SONO?

IDROCARBURI POLICICLICI AROMATICI (IPA)

Gli IPA sono una classe di idrocarburi tra i maggiori inquinanti ambientali. Sono presenti nei derivati del petrolio e si liberano da processi di combustione e nei processi di lavorazione dell’industria chimica.

Sono composti recalcitranti e scarsamente biodegradabili.

Hanno tossicità accertata in alte dosi a livello del fegato e dei reni. Molti di essi hanno anche attività cancerogenica.

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METABOLISMO MICROBICO E BIORISANAMENTO

I microrganismi posseggono una elevata capacità e versatilità metabolica. La selezione naturale ha permesso la nascita di moltissimi ceppi microbici, aerobi e anaerobi, in grado di utilizzare un’ampia gamma di composti organici e inorganici come fonte di energia – donatori di elettroni (chemiolitotrofi e chemiorganotrofi), e accettori finali di elettroni inorganici diversi dall’O₂.

Caratteristiche

nutrizionali Fonte di C Fonte di energia Fonte di elettroni rappresentativiMicrorganismi FOTOLITOAUTOTROFISMO CO₂ Luce Composto inorganico _{Solfobatteri, cianobatteri} FOTOORGANOETEROTROFISMO C organico o CO₂ Luce Composto organico _{Batteri verdi e purpurei}

CHEMIOLITOAUTOTROFISMO CO₂ Composti inorganici Composto inorganico Batteri ossidanti,

nitrificanti e metanogeni

CHEMIOLITOETEROTROFISMO C organico o CO₂ Composti inorganici Composto inorganico Batteri ossidanti lo zolfo CHEMIORGANOETEROTROFISMO C organico Composti organici Composto organico Maggior parte dei