-Bioremedierea solurilor din arealul petrolier-

Student:Donu Daniel Apostu Claudia Mihalache Violeta Varga CtlinaGrupa: 742

CUPRINSCapitolul 1: Introducere

1.1 Biodegradareapoluanilordetipulhidrocarburisubaciuneamicroorganismelor1.2 Procesele de biodegradare a hidrocarburilor sub aciunea microorganismelor1.3 Bioremedierea cu ajutorul comunitilor microbiene1.4 Condiiile de aplicare a bioremedierii hidrocarburilor in situ Capitolul 2: Bioremedierea solurilor contaminate cu hidrocarburi2.1Condiiile de baz ale bioremedierii2.2 Metode de tratare a solurilor contaminate cu hidrocarburi2.3 Principiile proceselor de bioremediere a solurilor contaminate cu hidrocarburi2.4 Factori care afecteaz biodegradarea solurilor poluate cu hidrocarburi2.5 Condiiile de baz ale bioremedierii

Bibliografie

Bioremedierea solurilor din arealul petrolier

Capitolul 1: Introducere

Hidrocarburile sunt un grup de compui ce conin H i C. Reprezint cel mai importantgrup de substane chimice datorit abundenei lor, importanei industriale, folosirii lor ca surs primar de energie, dar i datorit toxicitii.Hidrocarburile petroliere sunt substane chimice naturale folosite de ctre om pentru omulime de activiti, incluznd carburani pentru vehicule i nclzirea locuinelor. Gazul natural, petrolul brut, smoala i asfaltul sunt tipuri de hidrocarburi petroliere ce conin n proporii diferite: - alcani (metan, etan, propan); - hidrocarburi aromatice (ex. benzen, toluen, etilbenzen i xilen, grup cunoscut sub nume-le de BTEX); - hidrocarburi policiclice aromatice (PAH, ex. naftalen, fenantren, antracen, benzo(a)pyren) (Frick i colab, 1999).Poluarea cu hidrocarburi este cauzat de erupii, accidente in timpul procesului de extrac-ie i transport, accidente asupra conductelor de transport a produselor finite (benzin i motorin), etc.n funcie de direcia de deplasare a poluantului, pot fi identificate trei tipuri de poluare: - poluare descendent, produs de erupii, deversarea din careul sondei, spargerea conducte-lor i bazinelor de stocare, etc.; - poluare ascendent, produs de ridicarea nivelului apei freatice ncrcat cu hidrocarburi; - poluare suprapus, provocat de amestecul celor dou forme de poluare prezentate.Hidrocarburile formeaz un film impermeabil la suprafaa solului, care impiedic circula-ia apei i schimbul de gaze, provocnd sufocarea rdcinilor i favoriznd procesele de re-ducere. Pe msur ce mediul devine mai anaerob, numrul i activitatea metabolic a bacte-riilor se reduce. Existena hidrocarburilor n solurile cultivate afecteaz germinaia semine-lor, creterea plantelor i producia. La contact, hidrocarburile pot penetra seminele i pot omor embrionul ori afecta germinaia prin reducerea fluxului de ap ctre semine ori prin descreterea oxigenului necesar pentru germinare.Deoarece petrolul este bogat n carbon, raportul C:N din sol crete, avnd o influennegativ asupra activitii microbiologice i nutriiei plantelor cu azot (Overcash i Pal, 1979).O sever salinizare a solului poate avea loc acolo unde apare poluarea cu hidrocarburi i ap srat; cretere alarmant a sodiului schimbabil poate fi nregistrat. Cercetrile au evideniat c, n condiii climatice normale, fr irigaii, ar trebui 5-10 ani pentru a putea ndeprta din sol elementele poluante.n ultimele decenii au fost instalate sute de mii de bazine de stocare subterane (i bazine destocare la suprafaa solului) coninnd produse petroliere i substane chimice periculoase. Multe din aceste bazine au fost abandonate ori i-au depit perioada de via activ i sunt prsite, constituind un risc serios pentru aprovizionarea cu ap de suprafa i subteran, dar i pentru bunstarea i sntatea public. La sfritul anului 1996, in Romnia, 45,1% din populaie tria n zona rural. Pentru acetia, aprovizionarea cu ap potabil se fcea din freaticul superficial. Mici cantiti de benzin scurs din tancurile petroliere subterane sau de suprafa pot contamina milioane de litri de apfreatic potabil cu substane considerate a fi cancerigene, cum este benzenul.Benzina, exceptnd componenii care conin sulf, oxigen i azot, este un amestec de hidrocarburi. n orice benzin comercial exist mai mult de 100 de hidrocarburi diferite n proporii variate. Compuii aromatici (benzen i toluen), alcanii (n-hexan) i alte molecule cu mai mult de 8 atomi de carbon sunt componentele principale ale benzinei.Hidrocarburile aromatice ca benzenul i toluenul au coeficieni de partiie aer-ap mici i vor tinde s se repartizeze n faza apoas. Alcanii ca n-hexanul au coeficieni de partiie aer-ap mari, determinnd repartiia lor n aer. Ciclohexanul i 1-hexanul reprezint hidrocarburile cu coeficieni de partiie intermediari.n Ordinul Ministrului Apelor, Pdurilor i Proteciei Mediului nr.756 din 3 noiembrie 1997 pentru aprobarea Reglementrii privind evaluarea polurii mediului, sunt prezentate ca valori ghid pentru coninutul total de hidrocarburi petroliere n solurmtoarele: valori normale: mai puin de 100 mg/kg; valori de alert pentru soluri sensibile: 200 mg/kg; valori de alert pentru soluri mai puin sensibile: 1.000 mg/kg; valori de intervenie pentru soluri sensibile: 500 mg/kg; valori de intervenie pentru soluri mai puin sensibile: 2.000 mg/kg.Solurile sensibile includ toate solurile din zonele rezideniale i recreaionale, solurile folosite pentru scopuri agricole i solurile din zonele nedezvoltate.Solurile mai puin sensibile includ toate solurile cu folosin comercial i industrial i suprafeele de teren care vor cpta o astfel de folosin n viitorul apropiat.Estimarea intensitii gradului de ncrcare a solului cu petrol (dup Toti i colab., 1999) este urmtorul: sub 0,1%: extrem de slab ncrcat; 0,1-0,2%: foarte slab ncrcat; 0,2-0,4%: slab ncrcat; 0,4-0,5%: slab-moderat ncrcat; 0,5-1,0%: moderat ncrcat; 1,0-5,0%: puternic ncrcat; 5,0-10,0%: foarte puternic ncrcat; peste 10,0%: excesiv ncrcat.[1]

1.1: BiodegradareapoluanilordetipulhidrocarburisubaciuneamicroorganismelorProducia la scar larg, procesarea i utilizarea chimicalelor au dus la grave contaminri a suprafeei solului i subsolului cu o gam larg dehidrocarburi periculoase i toxice. Astfel de hidrocarburi, sintetizate n cantiti mari, sunt: bifenolii-policlorurai (PCB), tricloretilen (TCE) i alii, care difer foarte mult de compuii organici naturali prin structura chimic, i sunt denumite substane xenobionte datorit faptului c nu pot fi biodegradate uor; hidrocarburile aromatice policiclice (PAH), care sunt de asemenea toxice i datorit masei moleculare mari (cu patru sau mai multe cicluri aromatice n structur) sunt nebio-degradabile sau greu biodegradabile. Hidrocarburile aromatice policiclice (PAH), produse din combustia incompleta materialelor organice naturale i a hidrocarburilor, apar n solca rezultat al incendiilor naturale din pduri. Intensificarea proceselor industriale produc-toare de energie, inevitabila producere de reziduuri i produse secundare ca PAH, au con-dus la serioase contaminri ale solului n zonele industriale.Cercetarile actuale (dup DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Braunschweig, Germany) precizeaz numeroase specii de microorganisme care pot degrada TCE, PCB, PAH[1]:Bacterii:Trichloroethylena (TCE): Desulfitobacterium hafniense, Burkholderia cepacia Burkholderia kururiensis, Desulfuromonas chloroethenica, Janibacter terrae. Pseudomonas putida, Rhodococcus ruber, Wautersia numazuensis.Biphenyl: Burkholderia xenovorans, Pseudomonas pseudoalcaligenes, Cupriavidus necator, Rhodococcus opacus, Rhodococcus ruber, Novosphingobium aromaticivorans, Sphingomonas sp., Novosphingobium stygium ,Novosphingobium subterraneum , Sphingobium yanoikuyae, Thamnostylum piriforme,Biphenyli: Yarrowia lipolytica. PAH :Mycobacterium vanbaalenii. Fungi:PAH : Coriolopsis floccosa, Dichomitus squalens, Fomitopsis spraguei, Ganoderma lucidum, Irpex lacteus, Lentinus crinitus, Lentinus sp., Oligoporus sp. , Phanerochaete chrysosporium, Phellinus gilvus, Pleurotus eryngii ,Stropharia rugosoannulata, Trametes villosa , Trichaptum byssogenus[2].

Produsele chimice organiceAcumularea n mediu, n special n sol, a produselor chimice organice, are un impact deosebit datorit toxicitii lor, inclusiv aciunea cancerigen, dar i datorit capacitii de a se acumula n sistemele vii.O mare varietate de produse chimice industriale pe baz de azot, se produc pentru indus-tria petrolier, cea a coloranilor, polimerilor, pesticidelor, explozivilor i medicamentelor.Principalele grupe de chimicale sunt reprezentate de substane nitro-aromatice, esteri cu azot i heterocicluri ce conin azot. Multe din aceste chimicale sunt toxice i duntoare omului, fiind clasate ca i substane periculoase de ctre Agenia de ProteciaMediului din SUA.

1.2: Procesele de biodegradare a hidrocarburilor sub aciunea microorganismelorInteresul pentru bioremedierea solurilor i apelor poluate a crescut n ultimii douzeci de ani, n primul rnd datorit faptului c s-a descoperit c microorganismele sunt capabile s descompun compuii xenobiotici care pn acum s-au considerat a fi rezisteni n faa proceselor biologice ce au loc n sol.Degradarea compuilor organici contaminani poate fi realizat i n cadrul proceselor chimice i fizice, dar, bioremedierea este considerat o metod mai sigur i mai puin costisitoare pentru ndeprtarea contaminanilor periculoi i producerea de substane secundare netoxice (Providenti et al., 1993; Ward et al., 2003/ Raport RESOLMET, 32161/2008)[3].Microorganismele au un prim rol catalitic n bioremediere, cunotinele legate de transformrile din cadrul comunitilor microbiene sunt in continu dezvoltare n procesul de elaborare a tehnologiilor avansate de bioremediere (Iwamoto i Nasu, 2001; Dua et al., 2002, citai in Raport RESOLMET, 32161 / 2008)[4].Poluanii din mediu sunt un rezultat al contaminrii directe produse de centreleindustria-le n cretere, aplicarea pesticidelor, erbicidelor i insecticidelor, i al contaminrii indirecte rezultate din transportul atmosferic pe distane mari ce contribuie la distribuirea contaminan-ilor persisteni ca bifenolii policlorinai (PCB polyclorinated biphenyls) n jurul pmn-tului.Caracteristicile poluanilor, condiiile de mediu, tipul vegetaiei i solului, precum i apropierea de surs, creaz un complex de condiii ce influeneaz circuitul poluanilor.Solurile reprezint rezervoare cheie pentru poluanii din mediu, depozitarea i persistena poluanilor n sol fiind dependente de o serie de factori: de schimburile atmosferice, de formarea reziduurilor de grani, de ngroparea poluanilor i de biodegra-darea lor.Biodegradarea implic desfacerea compuilor organici prin: intermediul biotransformrii n metabolii mai puin compleci; mineralizarea n minerale anorganice, H2O, CO2 (aerob) sau CH4 (anaerob).Att bacteriile ct i fungii au fost intens studiai pentru capacitatea de a degrada o gam larg de poluani ai mediului, inclusiv hidrocarburi aromatice policiclice, hidrocarburi halo-genate i compui nitroaromatici.Enzimele/lanurile biochimice necesare pentru studiile iniiale ale transformrii sunt ade-sea specifice pentru anumii contaminani ai mediului, transformndu-i n metabolii care pot fi asimilai n mai multe lanuri principale desfurate de bacterii.Gradul i rata biodegradrii depind de mai muli factori cum ar fi pH-ul, tempera-tura, oxigenul, populaiile microbiene, gradul de aclimatizare, accesibilitatea la nutria-eni, structura chimic a compuilor, proprietile de transport celular i degradarea chimic pe medii de cultur.Unele substane chimice noi, nedegradabile, care arareori apar n natur, pot fi transfor-mate incomplet, deoarece lipsesc cile microorganismelor pentru degradarea lor complet. ntruct microorganismele nu au lanuri metabolice pentru mineralizarea anumitor chimicale sintetice noi, au totui capacitatea de a dezvolta n timp astfel de sisteme catabolice.n procesele de bioremediere, se ntlnete des ca obiectiv folosirea tehnologiilor micro-biene pentru a accelera rata de descompunere a poluanilor.Muli contaminani ai solului se gsesc n condiii anaerobe.Cu civa ani n urm, prin observaiile asupra declorinrii anaerobe n timp a PCB (bifenoli-policlorurai) din sedimentele Rului Hudson, s-a demonstrat c microorga-nismmele pot transforma contaminanii n condiii anaerobe.La sfritul anilor 80, s-a artat clar c hidrocarburile pot fi degradate i n absena oxi-genului. Acest sistem anaerob de degradare, necesit prezena unor acceptori de electroni terminali precum fierul (III), oxidul de mangan sau azotat, pentru a nlocui funcia de acceptor de electroni a oxigenului, din sistemele aerobe.Sunt foarte intense cercetrile legate de mecanismele catalitice ce faciliteaz catabolis-mul anaerob al poluanilor. Procesele anaerobe sunt foarte eficiente pentru ndeprtarea atomilor clorinai din PCB i n degradarea altor contaminani halogenai.Incapacitatea microorganismelor de a mineraliza unii contaminani specifici i capacitatea lor de a-i transforma parial este o dovad c aceste organisme necesit alte substraturi pentru cretere. n astfel de situaii, contaminanii sunt transformai, ca exemplu, n cometabolism. Gama larg de structuri pentru moleculele de PAH- hidrocarburi aromatice policiclice necesit ca microorganismele degradatoare s posede o gam de enzime capabile s accepte PAH ca i substrat, sau s posede un numr mic de enzime care s fie specifice fa de substraturile cu PAH. n timp, ntr-un anumit sistem particular de bioremediere, unele dintre hidrocarburile aromatice policiclice (PAH) pot s nu se transfor-me deloc sau pot fi doar parialcatabolizate pn la produifinali.Procesele aerobe i anaerobe cometabole particip de asemenea la degradarea compu-ilor organici halogenai.Dei mecanismele degradrii aerobe a contaminanilor chimici sintetici pe baz de azot nu au fost complet elucidate, multe cercetri se desfoar pentru a determina mecanismele degradative implicate. Tipurile de reacii catalitice participative cuprind dezaminri, nitro-reduceri, N-dezalchilri, deesterificri, declorinri i hidrolize. n primele etape ale catabo-lismului sunt mult implicate monooxigenazele i dioxigenazele, nitroreductazele i estera-zele (Raport RESOLMET, 32161 / 2008)[5].Biotehnologiile joac un important rol n desfurarea proceselor de tratare a solurilor contaminate. Ca n cazul oricrui proces microbian, optimizarea condiiilor de mediu n cadrul bioremedierii reprezint un obiectiv important ntruct activitile microbiologic, fiziologic i biochimic sunt dirijate ctre biodegradarea contaminailor int.Factorii de mediu care influeneaz creterea i bioactivitatea microbian, includ coninutul de umiditate, temperatura, pH-ul, tipul de sol, concentraia contaminanilor i oxigenul n procesele aerobe sau potenialul redox n degradrile anaerobe.Modificrile acestor parametri dincolo de valorile optime pot modifica rata de cretere microbian precum i substraturile vizate i pot determina ncetarea prematur i nereuita procesului de bioremediere.Potenialul de biodegradare poate fi de asemenea limitat de ctre toxicitatea poluanilor. Unele specii pot s-i elaboreze sisteme de aprare celular, ceea ce le permite s tolereze concentraiile mari de contaminani toxici.Deoarece majoritatea proceselor de bioremediere se bazeaz pe activitatea comunitilor microbiene complexe, se impune aflarea ct mai multor aspecte despre rolul interactiv i interdependent jucat de speciile individuale la nivelul acestor comuniti.(Raport RESOLMET, 32161 / 2008)[6].

1.3: Bioremedierea cu ajutorul comunitilor microbiene

Printre tehnologiile de remediere a solului disponibile pentru decontaminarea i detoxi-fierea solurilor contaminate de hidrocarburi, bioremedierea este una dintre cele mai sigure din punct de vedere al impactului de mediu i al costurilor de aplicare.Microorganismele i-au dezvoltat o varietate de ci biochimice pentru a degrada sau detoxifia hidrocarburile. Hidrolazele i oxigenazele sunt clasele cele mai importante dintre enzime, care sunt rspunztoare pentru catalizarea reaciilor de biotransformare. Hidrolazele (hidrolaze, esteraze, amidaze) nu necesit factori i sunt stabile la o variaie mare de pH i temperatur.Deoarece comunitile microbiene joac un rol important n ciclurile biogeochimice, este esenial analiza structurii comunitilor microbiene i modificrile ce apar pe parcursul procesului de bioremediere.Este necesar cercetarea pentru caracterizarea rolului jucat de organismele ce metabolizeaz hidrocarburile n degradarea substraturilor petroliere prezente n solurile contaminate cu hidrocarburi.n caracterizarea comunitilor microbiene se folosesc att metode culturale ct i cele independente de cultivare. Schimbrile n timp i spaiale din comunitile microbiene pe parcursul bioremedierii se pot determina folosind metode moleculare complexe (Stapleton et al., 1998; Van Elsas et al., 1998; Widada et al., 2002, citai in Raport RESOLMET, 32161/2008)[7].Recentele descoperiri din tehnicile moleculare, combinate cu informaiile genomice, aduc ajutor microbiologilor n aflarea misterelor legate de diversele roluri pe care le au microor-ganismele n cadrul comunitilor. Genele pentru catabolism au capacitatea de a se rspndi cu o mare frecven n cadrul comunitilor microbiene (Top i Springael, 2003; Van der Meer i Senchilo, 2003, citai in Raport RESOLMET, 32161/2008)[7].La nceputul secolului trecut, cercetrile erau orientate spre mbunttirea fertilitiisolului i creterii produciei agricole. Pn n anii 50, s-au studiat diferite tipuri de micro-organisme (fixatoare de azot, nitrificatoare, sulfo-oxidatoare etc) i relaiile dintre acestea i nutriia plantelor. n anii 60, cercetrile s-au axat pe corelaiile dintre transformrile solului, populaiile microbiene i activitile enzimatice pentru sporirea fertilitii solului.n anii 70, investigaiile au avut n plan rezolvarea problemelor cu privire la asigurareahranei (inocularea solului cu bacterii fixatoare de azot din genul Azospirillum fiind primul pas important n acest sens).Dup anii 70, a avut loc n microbiologia solului un salt de la aplicarea acestei tiine nagricultur, la folosirea microorganismelor n decontaminarea mediului poluat. Dup anii 80, bioremedierea solurilor devine din ce n ce mai important. ncepnd cu anii 80, s-au realizat primele experimente de laborator n care s-a folosit inocularea cu tulpini de micro-organisme cu abiliti degradative ale compuilor organici. Pornind de la activitile degra-dative ale microorganismelor au fost elaborate numeroase tehnologii de depoluare, care sunt cuprinse generic n termenul de bioremediere (Alexander, 1994, citat n Raport RESOLMET, 32161/2008)[8].Microorganismele capabile s degradeze substanele xenobiotice sunt prezente, n general,n respectivele medii poluate, ns biodegradarea natural are loc cu rate foarte sczute.De aceea, s-au elaborat diverse tehnologii de bioremediere care presupun: cunoaterea cilor de optimizare a condiiilor biodegradrii; cunoaterea comportrii i efectelor substanelor chimice introduse n sol asupra ecosiste-mului; selectarea unor microorganisme cu abiliti degradative superioare. Cercetri privind identificarea i caracterizarea bacteriilor i fungilor ce prolifereaz nsolurile poluate cu petrol i apa srat au fost efectuate de Toti si colab. (1989, 1991, 1992, 1999, citai n Raport RESOLMET, 32161/2008)[9].S-au identificat principalele bacterii ce contribuie la degradarea petrolului (specii alegenurilor Pseudomonas, Flavobacterium, Corynebacterium etc), bacterii care se ntlnesc i n zcmintele de iei. De asemenea, s-au stabilit unele condiii n care aceste bacterii prolifereaz sau dispar imodul cum pot fi stimulate. S-au efectuat i studii asupra plantelor pionier ce se instaleaz pe terenurile poluate iasupra speciilor cultivate ce pot fi folosite n cursul ameliorrii. S-a efectuat un studiu amplu de caracterizare a distribuiei cantitative i calitative abacteriilor heterotrofe i fungilor filamentoi n solurile afectate de poluare din teritoriiapartinnd schelelor de extractie a ieiului de pe ntreg teritoriul Romniei (Voiculescu Anca i colab., 2001). n sol, desi reprezint o fraciune minuscul din greutatea total (0,35%), microorganism-mele au o importan esenial, fiind elementul activ, efectorul funciilor de fertilitate a solului (Eliade i colab., 1983, citai n Raport RESOLMET, 32161/2008)[10]. Activitatea microorganismelor din sol este influenat de prezena microhabitatelor, detipul de sol, de structura i textura acestuia, de asigurarea cu substane organice i nutrieni ide factorii de mediu. n funcie de multitudinea de factori care acioneaz, activitateamicroorganismelor este variabil, att din punct de vedere biologic (alternana fazelor vegetative cu fazele de laten), ct i din punct de vedere al activitii metabolice i de nutriie.Numeroase microorganisme din sol au capacitatea de a utiliza hidrocarburile gazoase,solide i lichide din seria alifatic si aromatic drept unic surs de carbon i energie,des-compunndu-le la compui cu greutate molecular mai mic, sau chiar la dioxid de carboni ap.Rspndite larg n mediile naturale, i uneori semnificative numeric, microorganismeleactive atac diferii compui, ca: petrolul, kerosenul, uleiurile minerale, parafina, gazul deiluminat, gazele de sond, cauciucul natural i sintetic, uleiurile de rcire, suprafeeleasfaltate, conductele subterane i cablurile electrice protejate de coroziune cu ajutorulmaterialelor impregnate cu parafin, elastomeri sau diferii derivai ai hidrocarburilor.Primele observaii asupra acestui proces de a degrada hidrocarburile dateaz din anul 1895, cnd Miyoshi (Geamanu, 2002) a observat c straturile subiri de parafin (considerat biologic inert) sunt ptrunse de hifele de Bothrytis cinerea.Ulterior, s-a demonstrat c mai multi microfungi din sol, inclusiv Penicillium glaucum pot ataca parafina, descompunnd-o si utiliznd-o ca unic sursa de carbon i energie.Importana fenomenului n natur a fost semnalat pe baza frecvenei ridicate a micro-organismelor active n sol i a incapacitii de acumulare a unor hidrocarburi sintetizate de plante sau unor ceruri produse de insecte.Capacitatea de a degrada hidrocarburile este larg raspndit n lumea microorganismelor, fiind ntlnit la bacterii (inclusiv actinomicete), la levuri, la fungii filamentoi, la alge.Prezente n sol, n apele dulci i marine i n unele sedimente, ntr-o gam larg de condiii de mediu, aceste microorganisme au capacitatea de a sintetiza un spectru larg de enzime care asigur degradarea hidrocarburilor individuale i potenialul de ndeprtare sau de conversie a ieiului din mediu.n timp ce n ecosistemele nepoluate numrul microorganismelor care utilizeaz hidro-carburile poate reprezenta doar 0,1% din total, n cele poluate poate ajunge pna la 100% din numarul microorganismelor viabile. Aceasta se datoreaz faptului c n mediile cu niveluri nalte de poluare are loc modificarea compoziiei n specii microbiene prin eliminareaacelo-ra sensibile la poluant.n ultimele trei decenii s-au identificat peste 200 de specii de microorganisme capabile s metabolizeze hidrocarburile, microorganisme care au fost numite hidrocarbonoclastice.n urma analizrii microbiologice a probelor de soluri poluate cu iei unele n concentraii excesive (>30%), au fost izolate tulpini bacteriene cu o nalt rat de supravieuire n aceste condiii severe de poluare. Tulpinile bacteriene au fost multiplicate, izolate i purificate prin cultivarea diluiilor zecimale succesive de sol pe medii nutritive solidificate.

1.4: Condiiile de aplicare a bioremedierii hidrocarburilor in situBioremedierea in situfa de celelalte tehnici de remediere este n mai mare msur dependent de condiiile locale i de proprietile solului. Astfel, factorii care joac un rol important n proiectarea cu succes a unui sistem de bioremediere cuprind: structura chimic a poluanilor suplimente naturale de macro/micronutrieni, disponibilitatea acceptorilor, prezena unor bacterii indigene capabile s degradeze poluanii i caracteristicile subsolului.

Structura chimic a poluanilorBiodegradabilitatea produilor petrolierieste dependent de structura chimic a diferitelor componente. Astfel, cu ct hidrocarburile petroliere sunt mai solubile cu att ele sunt mai biodegradabile. Hidrocarburile cu viscozitate mare sunt mai puin biodegradabile din cauza dificultilor fizice n stabilirea contactului ntre poluani i microorganisme, sau ntre nutrieni i acceptori. Exemplu: Gazolinacare are o solubilitate ntre 50 i 100 ppm i o viscozitate cuprins ntre 0,5 i 0,6 cSt; este considerat mult mai uor biodegradabil dect motorina, care are o solubilitate de 1 ppm i o viscozitate cuprins ntre 40 i 600 cSt.Structurile chimice simple sunt mai uor de degradat dect structurile ramificatecare se degradeaz mai lent. Degradarea hidrocarburilor de ctre microorganisme este n general atribuit bacteriilor, ns i ciupercile indigene pot realiza acest lucru.Pentru degradarea complet a hidrocarburilor uoare, sunt necesare mai multe specii de bacterii. Populaiile indigene de bacterii prezente n sol conin amestecul necesar de bacterii pentru a face posibil degradarea. n cazul hidrocarburilor mai grele, se adaug preparate comerciale pentru suplimentarea populaiei de bacterii native.

Bacterii i fungi consumatoare de hidrocarburi izolate din sol(dup Raport RESOLMET, 32161/2008)[9]

BACTERIIAchromobactersp.

Acinetobactersp.

Aerobacteraerogenes

Agrobacterium tumefaciens

Alcaligenesdinitrificans

Alcaligeneseutrophus

Alcaligenesxylosoxidans

Arthrobactersp.

Bacillusbrevis

Bacilluscereus

Bacilluscirculans

Bacilluscoagulans

Bacillusmegaterium

Bacilluspumilis

Bacillussubtilis

Brevibacteriumsp.

Chromobacteriumsp.

Citrobacterfreundii

Clostridium pasteurianum

Clostridiummichiganense

Clostridiumrectum

Corynebacteriumsp.

Cytophagasp.

Erwinasp.

Flavobacteriumsp.

Klebsiellapneumoniae

Micrococcussp.

Mycobacteriumsp.

Nocardiasp.

Proteussp.

Pseudomonasaeruginosa

Pseudomonascepacia

Pseudomonasdiminuta

Pseudomonas melophthara

Pseudomonasputida

Pseudomonasflourescens

Pseudomonasstutzeri

Rhodococeuscorallinus

Rhyzobiumsp.

Sarcinasp.

Serratiamarsescens

Spirillumsp.

Sphingomonas herbicidivorans

Sphingomonas paucimobilis

Streptomycesannomoneus

Vibriosp.

Xanthomonassp.

FUNGIAcremoniumsp.

Aspergillussp.

Aureobasidium sp.

Beauveria sp.

Candida sp.

Chrysosporium sp.

Cladosporium sp.

Cochliobolus sp.

Cyathus bulleri

Cylindrocarpon sp.

Debarymyces sp.

Fusarium sp.

Geotrichum sp.

Gliocladium sp.

Graphium sp.

Humicola sp.

Monila sp.

Mortierella sp.

Paecilomyces sp.

Penicillium sp.

Phanerochaete chrysosporium

Phanerochaete sordida

Phorma sp.

Rhodotorula sp.

Saccharomyces sp.

Scolecobasidium sp.

Sporobolomyces sp.

Sprotrichum sp.

Spicaria sp.

Tolypocladium sp.

Torulopsis sp.

Trametes versicolor

Trichoderma viride

NutrieniiNutrienii sunt elementele chimice necesare bunei dezvoltri a microorganismelor, care pot fi clasificai n micronutrieni i macronutrieni. Pentru o dezvoltare i o reproducere optim a microorganismelor implicate n procesul de bioremediere trebuie ca la nivelul solului s fie disponibile cantiti suficiente de nutrieni, iar acetia s fie n formele i concentraiile specifice fiecrui proces.Macronutrienii necesari populaiilor de bacterii sunt reprezentai de carbon, azot i fosfor, iar raportul optim dintre cei trei compui C:N:P este de 100:10:1.n sol exist cantiti suficiente din cei trei macronutrieni. Astfel, sursele cele mai frecvente de azot sunt amoniacul i srurile nitrate, n timp ce cele mai frecvente surse de fosfor sunt ortofosfaii i tripolifosfaii. Preparatele comerciale de bacterii disponibile pe pia constau n amestecurile de azot, fosfor i enzime, componente de neutralizare i soluii tampon sau surse pure de azot i/sau fosfor.Micronutrienii necesari la nivelul solului pentru o bun desfurare a procesului de bioremediere sunt: sulful, potasiul, sodiul, calciul, magneziul, fierul, manganul, zincul i cuprul.n cazul metabolismului anaerob, pe lng microelementele enumerate anterior sunt necesare cobaltul i nichelul.La nivelul metabolismului aerob, oxigenul molecular (O2) joac rolul acceptorului de electroni. Astfel, pentru transformarea a 453,6 g de hidrocarburi n bioxid de carbon i ap sunt necesare 1360,8 g de oxigen.n procesul de bioremediere anaerob n locul oxigenului se folosesc substitueni ai32acceptorului de electroni, precum: nitrai (NO3-), oxizi de mangan IV (MnO2), oxizi de fier III (Fe(OH)3), sulfai (SO42-) i dioxid de carbon (CO2). Utilizarea unui anumit acceptor depinde de disponibilitatea sa, de prezena altor acceptori i de potenialul oxido-reductor al mediului.Energia produs de microorganismele din metabolismul hidrocarburilor variaz. Astfel, pentru reacii aerobe este utilizat cu precdere oxigenul, deoarece acesta conduce la obinerea unei cantiti mari de energie (Raport RESOLMET, 32161/2008)[9]. Caracteristicile soluluiDintre factorii care condiioneaz buna desfurare a procesului de bioremediere, carac-teristicile solului sunt foarte importante, deoarece exist un control redus asupra condiiilor de sub pmnt. Astfel, acolo unde exist o deficien a acceptorilor sau a nutriaenilor, siste-mul poate fi proiectat astfel nct s ofere aceti factori. Chiar i acolo unde o anumit spe-cie de bacterii implicat n procesul de biodegradare este absent, bacteria poate fi cultiva-t n laborator i introdus n sol proces denumit biocretere - bioaugmentare. Cu toate acestea ns, nu se pot face multe lucruri pentru a compensa condiiile zonei care nu accept procesul de bioremediere sau care nu ofer condiii ideale pentru implementarea unui sistem de biorestaurare.Exist multe proprieti ale solului i parametri ai apelor subterane care influeneaz procesul de bioremediere. Dintre acestea cele mai importante sunt tipul i permeabilitatea solului, distribuia structurii granulare, coninutul hidratant al solului, pH-ul, temperatura, geochimia apelor subterane, adncimea apelor subterane i conductivitatea acestora. Tipul solului este o variabil important n proiectarea procesului de bioremediere. Astfel, solurile noncoezive, precum pietriul i nisipul, sunt mai bune pentru aplicarea bioremedierii dect solurile compacte (dense). Permeabilitatea solului este un factor cheie n succesul procesului de bioremediere, dato-rit facilitrii transportului i distribuiei nutrienilor i acceptorilor. Astfel, cu ct solul este mai permeabil cu att sunt mai bune condiiile pentru aplicarea cu succes a procesului de bioremediere, acest lucru fiind valabil att pentru zona nesaturat (vadoas) ct i pentru cea saturat. Circulaia aerului i apei n sol este influenat de permeabilitatea acestuia. Astfel, n soluri cu permeabilitate mare este facilitat introducerea i deplasarea aerului prin bioven-tilaie i, de asemenea, circulaia i distribuia apelor subterane ntr-o zon saturat. Acest lucru este valabil att pentru bioremedierea in situ ct i pentru cea ex situ. n afar de facilitarea transportului n subteran, permeabilitatea are un rol important i n prevenirea colmatrii acvatice excesive. Procesul de biodegradare nsui reprezint o surs de bioma-s microbian, ceea ce influeneaz procesul de colmatare. Soluia colmatrii este preve-nirea sau evitarea fenomenului de biopoluare la scar larg i precipitarea chimic. Aceste dou procese restricioneaz deplasarea apelor subterane. n aceste condiii, solul trebuie s fie suficient de permeabil, pentru a preveni ca masa microbian s determine colmatarea porilor. n acest sens, cercettorii propun ca siturile s aib o conductivitate hidraulic mai mare de 10-4 cm/s, aceast valoare permind desfurarea bioremedierii in situ cu rezultate bune. Un rol la fel de important ca i permeabilitatea n prevenirea biopolurii l joac distribuia structurii granulare a solului. Studiile n acest domeniu arat c materialele foarte poroase, cu structuri granulare deprtate, sunt mult mai sensibile la biopoluare dect materialele cu porozitate mrit (Raport RESOLMET, 32161/2008)[9]. Biodisponibilitatea poluanilorPentru a se realiza o degradare microbian eficient a contaminanilor chimici, acetia trebuie s fie biodisponibili n faa celulelor responsabile de degradare. Rata de biodegradare a contaminanilor depinde de rata de preluare a contaminanilori de trans-ferul de mas.Biodisponibilitatea contaminanilor din sol este influenat de un numr de factori precum desorbia, difuzia i disoluia.Scderea biodisponibilitii datorat prelungitei contaminriasolului, esterezulta-tul reaciilor de oxidare chimic i a slabei difuziuni chimice a contaminanilor n porii mici care ncorporeaz contaminanii n materia organic.Folosirea bio-surfactanilor sau a altor substane chimice pe parcursul procesului de biodegradare contribuie la creterea biodisponibilitii(Van Hamme et al., 2003, citat in Raport RESOLMET, 32161/2008).Structura molecular a contaminanilor i hidrofobia pot s influeneze de aseme-nea preluarea poluanilor de ctre microorganisme.Celulele microorganismelor pot avea sisteme active sau selective pentru transportarea contaminanilor n celule. Datorit faptului c aceti contaminani au o solubilitate sczut n medii apoase, nelegerea mecanismelor prin care sunt preluate de ctre microorganismele degradatoare i dezvoltarea strategiilor pentru iniierea sau accelerarea accesibilitii, reprezint aspecte importante pentru procesul propriu-zis de bioremediere. Hidrofobia sau slaba solubilitate n ap a hidrocarburilor aromatice policiclice, determin asocierea lor cu compuii hidrofobi din sol, astfel limitnd accesibilitatea lor ctre microorganisme. Astfel, un material fr drenaj este mult mai predispus la bioremediere dect un material bine drenat. Umezeala solului este o proprietate foarte important n sistemele de tratare a zonei nesaturate (vadoase), deoarece microorganismele au nevoie de ap ca suport pentru procesul metabolic. n procesul de bioremediere umiditatea ideal a solului este de 50%.La utilizarea sistemelor de bioventilaieumiditatea solului sufer o diminuare n timp. Elementele chimice n apele subterane.Buna funcionare a sistemului de tratare in situ este influenat n mare msur de prezen-a i concentraia unor elemente chimice n apele subterane, cele mai importante dintre acestea fiind fierul i manganul. n majoritatea sistemelor de ape subterane aflate n condiii anaerobe sau reductoare, fierul i manganul sunt prezente n forme dizolvate sau reduse. Potenialul redox al apelor subterane.Potenialul redox al apelor subterane (Eh), msurat n milivoli este un alt indica-tor al condiiilor aerobe/ anaerobe. Potenialul redox este o mrime a strii de oxidare sau reducere din sistem, astfel c un potenial redox ridicat indic un mediu aerob (condiii oxi-dante), n timp ce un potenial redox sczut indic un mediu anaerob (condiii reductoare). Potenialul redox al apelor subterane poate oferi indicaii asupra tipului reaciei redox care are loc n zona acvatic. Acest lucru este posibil deoarece reaciile redox mediate de bacterii urmeaz o secven specific bazat pe potenialul redox al mediului.Interaciunea microbian cu hidrocarburileInteraciunea microbian cu hidrocarburile a fost un important obiectiv de studiu n ultimii50 de ani. Dei cercetrile iniiale s-au axat pe implicarea microorganismelor n formarea depozitelor de petrol recent studiile s-au redirecionat spre catabolismul microbian al hidrocarburilor. Acest studiu a fost motivat de nevoia crescnd de remediere a mediilor contaminate ca rezultat al dispersrii diferiilor combustibili. naintea anilor 1980, studiile asupra catabolismului microbian al hidrocarburilor s-au desfurat n condiii aerobe, iar degradarea anaerob a hidrocarburilor de ctre microorganisme nu a fost luat n consideraie (RESOLMET, 32161/2008)[9].Benzenul, de exemplu, prezint numeroase utilizri i reprezint unul din cele mai im-portante 20 de substane chimice produse n Statele Unite ale Americii, ceea ce reprezint 35% din producia global. Pe lng adugarea sa n combustibilii ce au la baz petrol, ben-zenul se utilizeaz pentru obinerea diferitelor alte substane chimice, cauciucuri, lubrifiani, detergeni, droguri i pesticide. Surse alternative ca vulcani, incendii forestiere i fum de igar contribuie semnificativ la rspndirea benzenului n mediu.Benzenul este considerat unul din cei mai importani poluani organici n apele subterane(Anderson i Lovley, 1997, citai in Raport RESOLMET, 32161/2008)[11] prezint un factor de risc ridicat pentru sntatea populaiei datorit toxicitii i solubilitii sale ridicate. Este clasat pe locul 5 pe lista prioritilor naionale din Statele Unite ale Americii (NPL = National Priorities List) i s-a gsit n mai mult de 50% din 1428 site-uri ale NPL.Hidrocarburile cu un singur nucleu aromatic, ca: benzenul, toluenul, etilbenzenul, xilenul, cunosute sub numele generic de BTEX, sunt de obicei coninute n benzini sunt substane foarte volatile. Datorit toxicitii i solubilitii lor ridicate, acetia reprezint factori de risc ridicat pentru sntatea populaiei.

Toluenuln ceea ce privete biodegradarea toluenului, Geobacter metallireducens a fost primul organism obinut n cultur pur capabil s oxideze anaerob toluenul, transformndu-l complet n CO2, cu reducerea Fe III. Specia a fost incapabil s reduc ali compui BTEX. Primul pas n catabolismul toluenului este adiia de fumarat la gruparea metil a toluenului, cu formare de benzilsuccinat (Fig. 1), reacie realizat de enzima benzilsuccinat sintaz. Benzilsuccinatul liber se ntlnete n bulionul de Thauera aromatica, drept produs intermediar i se consider a fi cel care determin calea genetic pentru catabolismul toluenului.

Fig. 1 Recia de formare a benzilsuccinatului[1]Diferite studii au demonstrat c specii ale genurilor Thauera i Azoarcus degradeaz toluenul. Thauera aromatica i Azoarcus tolulyticus (Raport RESOLMET, 32161/2008).Primele dou microorganisme capabile de degradarea anaerob a benzenului au fost izolate i descrise de Coates et al., 2001, 2002 citai de Raport RESOLMET, 32161/2008); aceste microorganisme sunt nrudite i fac parte din genul Dechloromonas; ele oxideaz benzenul la CO2 n absena O2. Calea biochimic de degradare anaerob a benzenului nu este cunoscut, dar exist idei pentru reaciile iniiale, incluznd o alchilare cu formare de toluen, o hidroxilare cu formare de fenol sau o carboxilare cu formare de benzoat (Fig. 2). Studii anterioare independente, realizate pe sedimente sau pe culturi mbogite, au demonstrat formarea fenolului i benzoatului ca intermediari extracelulari, n timpul procesului de degradare anaerob a benzenului. Degradarea anaerob a etilbenzenului. Doar trei microorganisme au fost descrise ca fiind capabile de acest tip de metabolism (Raport RESOLMET, 32161/2008)[9].Biodegradarea anaerob a celor trei izomeri structurali ai xilenului a fost sudiat n condiii azotat- i sulfat-reductoare. Studii bazate pe sedimente sau culturi mbogite au demonstrat biodegradarea p-xilenului n absena oxigenului, dar nu exist nici o cultur pur care s mineralizeze complet p-xilenul, pn la CO2.De asemenea, au fost izolate diferite microorganisme capabile s mineralizeze complet meta- i orto-xilenul. Multe din aceste microorganisme sunt nrudite una cu cealalt, dar i cu cele care degradeaz toluenul. Reaciile iniiale implicate n oxidarea anaerob a m-xylenul sunt considerate ca fiind similare cu cele care oxideaz toluenul n condiii azotat-reductoare i presupun o adiie iniial de fumarat la una din gruprile metil, cu formare de 3-metilbenzilsuccinat (sau 2- metilbenzilsuccinat, dup caz) care este rapid oxidat la 3-metilbenzoat (sau 2-metilbenzoat, dup caz) (Raport RESOLMET, 32161/2008)[9].Fig. 2 Reacii iniiale de descompunere anaerob a benzenului[1] Valoarea acceptat a concentraiei de benzen din sol este de 1 g/l conform SR ISO 11423/1,2-000, pentru benz(a)piren 0,01 g/l, iar pentru hidrocarburi policiplice aromatice valoarea este de 0,1 g/l conform STAS 6673/62.0,05C7H8 + 0,1NH3+ 0,2O2 + 0,3H2O CxHyOzNt + 0,2CO2C: 70,05 = x + 0,2 x = 0,15H: 0,058 +0,13 + 0,32 = y y =1,3O: 0,22 + 0,31 z + 0,22 z = 0,3N: 0,11 = t t = 0,1 C0,15H1,3O0,3N0,1C1,5H13O3NHidrocarburile alifatice saturate (alcanii) sunt larg rspndite n mediul terestru i marin. Acetia fie sunt produi de organismele vii sau rezult din diferite procese. n comparaie cu numeroase hidrocarburi aromatice, alcanii sunt considerai netoxici, chiar dac cei cu caten scurt se tie c afecteaz membranele biologice. Prima evideniere a procesului de degradare anaerob a alcanilor de ctre o cultur pur s-a realizat cu un microorganism sulf-reductor, nrudit cu specii ale genului Desulfococcus (Raport RESOLMET, 32161/2008)[9]. pH-ul mediuluiProcesul de bioremediere se desfoar n condiii optime pentru un pH cuprins ntre 6 i 8, cu valoarea ideal n jurul valorii 7. n zonele n care activitatea bacterian este intens, exist posibilitatea apariiei unor soluri uor acide, datorate apariiei de componeni acizi intermediari. n plus, dioxidul de carbon, un produs final al metabolismului hidrocarburilor, contribuie la scderea pH-ului deoarece dioxidul de carbon dizolvat formeaz acid carbonic.Majoritatea produilor disponibili n procesul de bioremediere ofer i ageni de neutralizare i soluii tampon. TemperaturaEste un factor care influeneaz bioactivitatea, astfel c rata de biodegradare a hidrocar-burilor aproape se dubleaz, la fiecare variaie de 10C peste o temperatur medie cuprins ntre 5 i 25 C. n plus, temperatura apelor subterane poate afecta disponibilitatea oxi-genului, deoarece acesta este dependent de temperatur, astfel c oxigenul este mai solubil n ap rece dect n ap cald. Un avantaj al bioremediereii in situ este acela c temperatura n subteran rmne aproape constant n timpul anului.Capitolul 2: Bioremedierea solurilor contaminate cu hidrocarburiBioremedierea este o tehnologie modern de tratare a poluanilor care utilizeaz factori biologici (microorganisme) pentru transformarea anumitor substane chimice n forme finale mai puin nocive/periculoase, la modul ideal, CO2 i H2O, sunt netoxice i sunt eliberate n mediu fr a modifica substanial echilibrul ecosistemelor. Bioremedierea se bazeaz pe capacitatea unor compui chimici de a fi biodegradai; conceptul de biodegradare este unanim acceptat ca o nsumare a proceselor de descompunere a unor constitueni naturali sau sintetici, prin activarea unor tulpi de microorganisme specializate avnd drept rezultat produi finali utili sau acceptabili din punct de vedere al impactului asupramediului.n general biodegradarea se referla: monitorizarea procesului natural debiodegradare; accelerarea proceselor de degradare natural prin alimentarea zonelor poluate cu oxigen prin aerare sau oxigenare cu O2, O3, H2O2, sau ali acceptori de electroni, i cu nutrieni necesari factorilor biologici n procesele debiodegradare; adugarea n zonele poluate de microorganisme testate ca avnd eficacitatea n trasformarea poluanilorchimici.Spre deosebire de alte tehnici, prin bioremediere, poluantul este distrus parial sau total, nemaifiind necesar recuperarea i depozitareasa.Metoda biodegradrii in situ conduce la rezultate bune cnd sunt ndeplinite urmtoarele condiii nsol: umiditatea cuprins ntre 25 % i 85%; pH are valori ntre 6,5 i8,5; temperatura este de 15 - 45C.Pentru aplicarea bioremedierii este necesar executarea unor galerii dac zona poluant se gsete aproape de suprafaa terenului, sau a unor puuri de injecie i de extracie cnd aceasta se afl la adncime mai mare. n amonte de zona poluat se introduce apa, nutrienii i oxigenul, iar n aval este extras i recirculat prin puurile de injecie (figura5.9).Curentul de ap realizat prin recircularea apei antreneaz componenii solubili ai poluanilor, iar cei mai puin solubili rmn n subteran i vor fi biodegradai. Apa extras din subteran, n funcie de concentraia compuilor solubili poate fi tratat, sau nu, nainte de a fi evacuat ntr-un emisar de suprafa sau recirculat nsubteran.Bioremedierea este o metod rapid de depoluare datorit ritmului ridicat al transformrilor realizate de microorganismele din sol. Costul aplicrii acestei metode este puternic influenat de cantitatea de substane nutritive necesare i de debitul la care acestea pot fi injectate n subteran. Aplicarea acestei metode mpreun cu alte tehnici (recuperarea poluanilor n faz pur nainte de nceperea bioremedierii, pomparea i tratarea apei poluate Fig. 3 Schema tehnologiei de tratare prinbioremediere[12]

la suprafaa terenului, barbotarea cu aer, ventilarea mediului subteran) conduce la creterea eficienei soluiei de remediere.Biodegradabilitatea compuilor chimici poluani este foarte important n aplicarea cu succes a bioremedierii in situ. Acest parametru se stabilete prin raportul ntre oxigenul biologic i oxigenul chimic necesar degradrii poluanilor din subteran i trebuie s aib o valoare mai mare de 0,1. Prin bioremedierea in situ se preteaz a fi depoluate zonele afectate de hidrocarburi petroliere (motorin, pentaclorfenolul), solveni (acetone, cetone, alcooli), compui aromatici (benzina, toluenul, fenolul). De asemenea, compuii cu solubilitate mai mare de 1000 mg/l sunt uorbiodegradabili.

2.1: Metode de tratare a solurilor contaminate cu hidrocarburin ultimii ani, o multitudine de metode au fost investigate, dezvoltate i folosite pentru tratarea solurilor contaminate cu reziduuri petroliere:vitrifierea, incinerarea, evacuarea i depunerea selectiv, volatilizarea, ncapsularea, splarea cu diferii solveni, bioremedierea i folosirea straturilor absorbante (Preslo i colab.,1989), atenurea natural monitorizat (Pope and Jones,1999), fitoremedierea (Frick i colab.1999).Aceste metode difer de la una la alta nu numai prin tratamentul folosit ci i prin cantitatea i calitatea produselor petroliere pentru care ele sunt pretabile, prin efectele secundare care pot apare i costuri. Alegerea unei metode de tratare se face n acord cu evaluarea riscului de mediu pentru zona contaminat.Atenuarea natural monitorizatO strategie potenial de remediere a locurilor contaminate o constituie atenuarea natural monitorizat, care n accepiunea Ageniei de Protecie a Mediului din SUA se refer la spri-jinul pe care procesele naturale l ofer pentru atingerea obiectivelor de remediere specifice locului. Pentru a fi considerat o alternativ acceptabil, aceast metod trebuie s realizeze obiectivele remedierii ntr-un timp care este rezonabil prin comparaie cu cel oferit de alte metode mai active (Pope i Jones, 1999). Atenuarea natural monitorizat este ntotdeauna folosit n combinaie cu controlul sursei, care const n ndeprtarea sursei de contaminani ct mai mult posibil. Procesele de atenuare natural includ o varietate de procese fizice, chimice ori biologice, care, n condiii favorabile, acioneaz fr intervenia oamenilor pentru a reduce masa, toxicitatea, volumul lor, concentrarea contaminanilor n sol sau n apa freatic. Atenuarea natural se refer i la metodele de tratare cunoscute sub numele de remediere intrinsec, bioatenuare ori bioremediere intrinsec. Aceste procese includ: biodegradarea, dispersia, diluia, sorbia, volatilizarea i stabilizarea chimic ori biologic, transformarea ori destrucia contaminanilor.Procesele de atenuare natural sunt deseori caracterizate ca distructive i nedistructive. Procesele distructive distrug contaminantul. Procesele nedistructive nu distrug contaminant-tul dar produc o reducere n concentraiile contaminantului. Procesele de atenuare natural pot:reduce masa contaminantului (prin procese distructive cum sunt biodegradarea i tranformrile chimice);reducerea concentraiilor contaminantului (prin diluie simpl ori dispersie); orilegarea contaminantului de particulele solului astfel nct contaminantul nu poate migra prea departe (EPA, 1996).Spre exemplu, apa relativ curat de la suprafaa solului ptrunde n apa freatic superfici-al ncrcat cu poluani i produce diluarea. Sau apa freatic curat curge printr-o zon poluat i produce dispersia poluanilor i mprtierea lor n afara zonei intens poluate reducnd astfel concentraia contaminantului n zona luat n studiu. Adsorbia apare cnd contaminanii sunt fixai de particulele din sol. Hidrocarburile din carburani tind s resping apa, la fel ca i cele mai multe substane petroliere. Cnd ele au posibilitatea s scape din apa freatic se ataeaz de materia organic sau de mineralele argiloase, ceea ce permite contaminanilor s ias din fluxul de ap freatic i s rmn ntr-o zon n care poate fimai uor tratat. Sorbia, ca i diluia i dispersia, reduc concentraia i masa contaminanilor n apa freatic, dar nu distrug contaminanii.n diferite situaii, atenuarea natural constituie o opiune efectiv, ieftin de curire i cea mai bun cale de a rezolva unele probleme de contaminare, chiar dac unii autori o eticheteaz ca fiind lips de aciune. Atenuarea natural este n realitate o abordare activ care se concentreaz pe confirmarea i monitorizarea proceselor de remediere natural mai mult dect pe ncrederea total n tehnologiile inginereti. Hidrocarburile mobile i toxice din carburani scuri din rezervoare sunt candidai buni pentru aplicarea atenurii naturale. Nu numai c este dificil s-i prinzi datorit mobilitii ridicate i adncimii mari la care se afl, dar ei sunt i contaminanii ce pot fi distrui cel mai uor prin biodegradare (US EPA-1996).Oppelt (1999) recomand ca nainte de a decide ce metod de remediere poate fi folosit s se trec prin urmtoarele faze:-identificarea poluanilor prezeni n acel loc;-evaluarea riscului pentru oameni i mediu lund n considerare fiecare dintre poluani;-investigarea vitezei i dispersiei apei freatice;-evaluarea cantitii de poluani localizai n acel loc;-analiza metodelor accesibile de degradare fizic, chimic i biochimic ori de atanuare a poluanilor;-calculul duratei proceselor de remediere pentru fiecare metod n parte;-evaluarea costurilor pentru fiecare metod accesibil;-cercetarea reaciei sociale la metodele propuse;-alegerea i aplicarea celei mai potrivite metode de remediere.

FitoremediereaCentrul de Analiz a Tehnologiilor de Curire a Apelor Freatice din Statele Unite ale Americii recomand pentru curirea solului i apei poluate cu hidrocarburi fitoremedierea, metod care utilizeaz plantele.Avantajele majore raportate de fitoremediere n comparaie cu tehnologiile de curire tradiionale includ posibilitatea generrii a mai puine reziduuri secundare, asociat cu deranjarea minim a mediului ambiant i abilitatea de a lsa solul pe loc i n condiii folositoare pentru urmtorul tratament. Dezavantajele citate n literatur includ lungimea mare a timpului cerut pentru fitoremediere (de obicei mai multe sezoane de vegetaie), adncimea limitat a apei freatice (90-300 cm) i posibilitatea intrrii contaminantului n lanul alimentar prin consumul plantelor de ctre animale.Un interes particular l prezint faptul c diferite plante mpreun cu microorganismele asociate lor, au fost identificate ca fiind capabile s creasc viteza de ndeprtare a hidrocarburilor petroliere din solul contaminat.n majoritatea studiilor gramineele i leguminoasele au fost semnalate pentru potenialul lor de fitoremediere a locurilor contaminate cu hidrocarburi petroliere. Avantajul acestora l constituie sistemul radicular fibros i puternic dezvoltat, ce exploreaz un volum mare de sol pn la adncimea de 3 m. Acestea prezint o diversitate genetic inerent care le poate da un avantaj n competiia ce apare la instalarea n condiii de sol nefavorabile. n plus leguminoasele ar putea avea un avantaj fa de plantele neleguminoase n procesul de fitoremediere datorit abilitii lor de a fixa azotul, nemaifiind astfel n competiie cu microorganismele i celelalte plante pentru cantitile limitate de azot asimilabil din solul contaminat cu petrol.Cele trei mecanisme primare prin care plantele i microorganismele cur solul i apa freatic poluate cu hidrocarburi petroliere sunt:-degradarea,-nmagazinarea i-transferul hidrocarburilor din sol n atmosfer.Plantele i rdcinile lor pot influena indirect degradarea prin alterarea condiiilor fizice i chimice din sol. Explorarea solului de ctre rdcini ajut n a prinde la un loc, ntr-un contact strns, plantele, microorganismele, elementele nutritive i contaminanii. Plantele ofer solului materie organic, att dup moartea lor ct i n timpul vieii prin pierderea celulelor din vrful rdcinilor i excreiile de mucilagii, substanele gelatinoase fiind un lubrefiant pentru penetrarea rdcinilor prin sol. Materia organic poate reduce bioaccesibili-tatea unor hidrocarburi petroliere, n special a celor ce sunt lipofile i legate de materia organic.n accord cu cercetrile efectuate de Dineen i colab. (1989), succesul bioremedierii solurilor contaminate cu hidrocarburi petroliere depinde de urmtorii 5 factori:-Microbiologia solului. Microorganismele ce degradeaz petrolul vor fi prezente n zonele n care concentraia hidrocarburilor petroliere depete standardele care impun curirea.-Chimia solului. Concentraiile de elemente nutritive (NPK) i oxigen vor fi adecvate meninerii creterii microorganismelor, i, n acelai timp, srurile i metalele grele nu trebuie s fie prezente la nivele toxice.-Fizica solului. Permeabilitatea pentru aer a solului trebuie s fie adecvat pentru a permite o bun micare a oxigenului i azotului n solul afectat i a evita creterea concentraiilor de bioxid de carbon.-Morfologia solului. Stratificaia solului n zonele afectate va fi bine cunoscut pentru a putea proiecta un bun sistem de tratare.-Adncimea apei freatice, direcia i gradientul de curgere a apei freatice, prezena sau absena produselor de flotare i concentraia hidrocarburilor petroliere n apa freatic trebuie s fie cunoscute nainte de implementarea bioremedierii in situ, n scopul evitrii recontami-nrii solului curat de ctre apa freatic.n cazul n care solul este poluat att cu reziduuri de petrol ct i cu ap srat, msurile de bioremediere se mbin cu msuri corespunztoare de desalinizare, respectiv amenajri pentru splarea srurilor pe profilul de sol i captarea apelor de splare ntr-un sistem de drenaj pentru a putea fi epurate nainte de deversarea n emisar.Tratarea cu ajutorul terenului agricolTratarea cu ajutorul terenului agricol este o tehnic de bioremediere, aerob, la suprafaa solului n care:nmolurile din petrol sunt aplicate pe sol orisolul contaminat este mprtiat n strate subiri, variind de la civa milimetri la zeci de centimetri grosime. Straturile de sol contaminat sunt amestecate cu ajutorul frezei pentru a distribui i omogeniza elementele nutritive, umiditatea i microorganismele. Lucrarea periodic a solului cu freza mrete permeabilitatea i aeraia solului. Deci, hidrocarburile grele sunt reduse prin stimularea biodegradrii aerobe, iar constituenii uori ai petrolului sunt volatilizai, deoarece mai mult sol este afnat cu freza. Tratarea cu ajutorul terenului agricol poate fi aplicat numai n zonele cu suprafee mari, n care aceste terenuri pot fi rezervate pentru scopuri neagricole (Fan, Tafuri, 1998).Tratarea cu ajutorul terenului agricol a fost folosit de industria petrolier pentru:tratarea nmolurilor de rafinrie timp de peste 25 de ani;tratarea solurilor contaminate cu produse petroliere grele (gudron, smoal) coninnd hidrocarburi care variaz de la C10 la C35 (Fan i Tafuri, 1998).

2.2: Principiile proceselor de bioremediere a solurilor contaminate cu hidrocarburi

Tehnicile de bioremediere includ un numr de sisteme ori procese care utilizeaz microorganismele pentru tratarea solurilor i apelor freatice pentru degradarea ori descompunerea reziduurilor periculoase, inclusiv hidrocarburile petroliere. Populaiile microbiene din siturile contaminate au fost capabile s degradeze hidrocarburi, solveni clorurai, fenoli, PCB (bifenil policlorurai) i diferite pesticide. i totui, bacteriile nu pot degrada toi contaminanii, sau i pot degrada prea lent. i unii contaminani degradabili pot s nu fie accesibili pentru microorganisme deoarece, spre exemplu, ei sunt prea strns legai de particulele solului (Hart, 1996)[13]. Citnd pe Bouwer, Hart (1996) arat c bioremedierea a fost folosit cu succes pentru controlul contaminrii cu hidrocarburi.Limitele bioremedierii in situ:-procesul poate fi mai lent dect la tehnicile ex situ,-poate fi greu condus-poate ca s nu ofere rezultate bune n solurile argiloase, ori n straturile mai profunde ale solului, acolo unde oxigenul nu poate fi distribuit prin tratamente de suprafa. Sunt frecvent nregistrate dificulti cu controlul fluxului n zona nesaturat. n plus, n cazul tuturor tehnicilor de remediere in situ, subprodusele intermediare pot fi mai mobile i periculoase dect componentele originale (Frick i colab.,1999)[14].Verstraete i Top (1999)[15] atrag atenia asupra heterogenitii solului, sistemul sol prezentnd o mare variabilitate spaial a proprietilor sale, care induce restricii n procesul de bioremediere. Proprietile chimice ce joac un rol important n procesul de adsorbie, cum sunt pH-ul i coninutul de materie organic, prezint o distribuie variabil ridicat. Aceast heterogenitate afecteaz puternic cinetica de adsorbie i echilibrul dintre constitu-enii chimici i substanele xenobiote. Transportul contaminanilor reactivi, care sunt adsor-bii de argil, materia organic a solului, etc. este de asemenea afectat de heterogenitatea proprietilor fizice i chimice ale solului. Este important de notat c datorit modului de formare i dezvoltare a agregatelor structurale ale solului, unii pori sunt n contact cu dinamica mediului ambiant, dar alii sunt inchii. Microorganismele sunt separate spaial i destul de puine. Solul reprezint un mediu ambiant ostil pentru microorganismele selecionate i introduse de om pentru bioremediere, care niciodat nu i poate menine numrul i activitatea celulelor iniiale dac ele nu au un avantaj selectiv.Metoda de decontaminare in situ a apei freatice i solului poluate cu hidrocarburi are trei faze succesive i complementare: decontaminarea hidraulic, drenajul activ cu ajutorul produselor tensioactive i biodegradarea (Moser, 1997)[16]. Recuperarea hidraulic este aplicat cu prioritate pentru partea de petrol uor mobilizabil i poate extrage pn la 26% din petrol.Faza a doua, drenajul activ cu ajutorul produselor tensioactive, se compune din dou pri: una de infiltrare a tensioactivului specific, biodegradabil i netoxic, i recuperarea petrolului i tensioactivului n zona nesaturat cu care ocazie se recupereaz circa 12,5 %petrol i 90% tensioactiv, i a doua parte ce const n tratarea lentilelor de petrol din zona de sprijin orizontal prin injecia de tensioactiv n profunzime, n vederea favorizrii recuperrii corpurilor de impregnare restante.Faza a treia biodegradarea const n reabilitarea prin biodegradare a hidrocarburilor reziduale. Tehnica folosit are n vedere optimizarea aportului de elemente nutritive i de oxigen.

2.3: Factori care afecteaz biodegradarea solurilor poluate cu hidrocarburi

Biodegradarea produselor petroliere n sol este influenat de proprietile fizice i chimice ale produselor petroliere i solului, gradul de poluare, condiiile climatice i prezena populaiilor microbiene n sol.Densitatea populatiilor microbieneMicroorganismele capabile s degradeze hidrocarburile sunt distribuite peste tot n natur. n soluri, pentru degradarea hidrocarburilor, sunt importante att ciupercile ct i bacteriile.Paii biochimici importani n fragmentarea hidrocarburilor petroliere sunt oxidarea alcanilor cu catene drepte sau ramificate i desfacerea nucleelor aromatice prin activiti enzimatice. Nici o plant sau animal superior nu sunt cunoscute ca avnd astfel de posibiliti i relativ puine microorganisme posed sistemul enzimatic necesar pentru a realiza aceti pai cruciali (Dineen i colab.,1989).Tipurile actuale i abundena microorganismelor depind de condiiile climatice, vegetaie, sol i tipul de contaminani la care organismele au fost expuse. Biodegradarea rapid a hidrocarburilor petroliere cere prezena unui nivel optim de bacterii n sol.Densitatea nativ a populaiei bacteriene n sol poate fi estimat prin tehnicile de numrare a microbilor care msoar unitile de colonii formate pentru consumarea petrolului sau prin respirometrie, care msoar nivelul de bioxid de carbon eliberat. S-a sugerat c de la 106 la 108 uniti formatoare de colonii pe gramul de sol uscat vor asigura degradarea dorit a hidrocarburilor petroliere. Totui, numai densitatea microbian nu este un indicator direct al activitii bacteriene ori al vitezei de degradare (Fan i Tafuri, 1998).Orizonturile de suprafa ale solurilor, unde exist oxigen i elemente nutritive n concentraii adecvate, conin aproximativ 107-109 microorganisme/g de sol. Dintre acestea, numai aproximativ 0,1-1 % sunt microorganisme care pot degrada petrolul. Dup contactul cu hidrocarburile petroliere, solurile se ajusteaz din punct de vedere microbiologic, astfel nct numrul de bacterii capabile de biodegradare crete de la 106 la 108 (Dineen, 1989).Uneori, hidrocarburile persist chiar n medii care conin specii capabile de biodegradare, deoarece organismele nu au acces la compuii pe care ar putea s-i metabolizeze. Inaccesibilitatea organismelor poate fi rezultatul nemiscibilitii hidrocarburilor cu apa sau adsorbiei lor pe sol. Hidrocarburile sunt puternic adsorbite pe sol, ceea ce le reduce toxicitatea efectiv dar le limiteaz viteza de biodegradare.n cadrul tehnologiei de bioremediere, un rol esenial l au lucrrile solului, care au nu numai rolul de a pregti patul germinativ i de ntreinere a culturilor, ci mai ales pe cel de aerare a solului, de cretere a capacitii de reinere a apei, de reglare a regimului aerohidric, de rupere a peliculei de petrol care mpiedic schimbul de gaze ntre sol i atmosfer, de diluie a poluantului prin amestecarea cu sol nepoluat i reducerea n acest fel a concentraiei poluantului n zona de dezvoltare a sistemului radicular, de cretere a suprafeelor de contact dintre sol i poluant i deci de cretere a suprafeei de atac de ctre microorganisme, de aerare forat n momentul efecturii lucrrilor, etc.Microorganismele din mediul ambiant pot distruge compuii organici prin degradarea lor la compui anorganici. Trei procese de transformare pot apare:1. detoxifierea, incluznd mineralizarea (spre exemplu, conversia complet a compuilor organici in compui anorganici cu ajutorul microorganismelor) i co-metabolismul (spre exemplu, conversia compuilor organici in ali ompui organici);2. activarea, care implic transformarea microbian a compuilor organici n compui toxici ori produse persistente n mediul ambiant natural; i3. difuzia, un proces care produce un produs netoxic care difuzeaz prin procesele de activare (Fan si Tafuri, 1998).[17]

Reacia soluluiUmiditatea i pH-ul solului sunt factori care particip la selecia microorganismelor active n procesul de bioremediere. Activitatea aerob necesit valori pH ntre 6 i 8. Comparativ cu reacia acid, reacia slab alcalin asigur viteze mai mari de biodegradare a hidrocarburilor.Solurile acide vor fi amendate cu carbonat de calciu (piatr de var) sau cu carbonat de calciu i magneziu (dolomit) pentru creterea pH-ului, asigurndu-se astfel i o surs de cationi. Solurile alcaline vor fi amendate cu compui acidifiani, cum ar fi sulfatul de aluminiu, pentru a-i cobor pH-ul pn n domeniul dorit (Fan i Tafuri,1998)[17].Concentraia elementelor nutritiven plus fa de sursa de carbon organic i oxigen, bacteriile aerobe cer elemente nutritive pentru a-i susine creterea i activitatea metabolic. Solul supus bioremedierii poate fi tratat cu macroelemente cum sunt azotul, fosforul, calciul, magneziul, i microelemente cum sunt fierul, cobaltul, nichelul i borul (Fun i Tafuri, 1998)[17].Nivelurile de azot i fosfor cerute pentru cretere sunt estimate pe baza necesarului biomasei bacteriene i concentraiei de hidrocarburi. n determinarea raporturilor carbon:azot:fosfor (C:N:P) i coninutului de ap, raportul C:N:P de 300:10:1 pare a fi adecvat, deoarece aproximativ o treime din hidrocarburi sunt convertite n mas celular i dou treimi n bioxid de carbon (Fan i Tafuri, 1998)[17].Continutul de ap al soluluiPentru a supravieui, microorganismele au nevoie de ap; prea mult ap poate limita fluxul de aer prin sol, reducnd astfel oxigenul accesibil. Domeniul optim al coninutului de ap (20-40 procente de greutate sau 40-80 procente din capacitatea de cmp) pentru un loc dat va depinde de tipul de sol, permeabilitate i saturaia n contaminani (Fan i Tafuri, 1998)[17].

2.4: Condiiile de baz ale bioremedieriin funcie de contaminanii situ-lui, bioremediere poate fi mai sigur i mai puin costisitoare dect soluiile alternative, cum ar fi incinerarea sau depozitarea materialelor contaminate.Metodele de remediere biologice n condiii optime pot fi destul de eficiente dac includ urmtoarele aspecte:existena surselor de nutrieni (cum ar fi azotai, fosfai, surs de carbon, minerale) pentru a sprijini speciile microbiene sau speciile de plante;caracterizarea activitii biologice a situ-lui existent (plante i microbi), precum i descrierea penei;biodisponibilitatea poluantului pentru un tratament eficient;aciditatea/alcalinitate solului pentru a determina nevoia de ngrminte i de aerare;forma chimic a speciilor radioactive;timpul de njumtire a radionuclizilor;specii de plante sau speciile microbiene cele mai potrivite pentru decontaminare situ-lui;conturul penei.Condiiile de baz pentru bioremediere sunt descrise n mod piramidal n figura 1. n ordinea importanei, n primul rnd avem nevoie de prezena unor microorganisme cu capacitatea de a sintetiza enzimele care pot degrada poluanii int. Prin urmare cel de-al doilea nivel al piramidei arat c trebuie s fie prezente sursele de energie adecvate i acceptarea de electroni. Al treilea nivel arat nevoia de umiditate suficient i pH-ul acceptabil, al patrulea nivel reamintete importana de a evita temperaturi extreme i asigurarea disponibilitii de nutrieni anorganici cum ar fi azotul, fosforul i urme de metal. n final la baza piramidei avem trei cerine de mediu care sunt importante pentru durabilitatea bioremedierii: lipsa unor concentraii mari de substane care sunt toxice pentru microorganisme; ndeprtarea metaboliilor pot inhiba activitile specifice microbiene i absena concentraiilor mari de protozoare care acioneaz n calitate de prdtori pe bacteria responsabil pentru degradarea contaminailor.

Universitatea Politehnica Bucuresti

Fig.4 Condiiile de baz ale bioremedierii[18]29

Bibliografie

[1] M. Dana, "Tehnologii avansate de bioremediere," 2014. [Online]. Available: http://enviro.ubbcluj.ro/studenti/cursuri%20suport/malschi%20cursuri/TEHNOLOGII%20AV.%20DE%20BIOREMEDIE%20CURS%20SI%20LUCRARI%20PRACTICE%20MALSCHI%202014.pdf. [Accessed 2015].[2] DSMZ, "Groups of organisms and their applications," DSMZ, [Online]. Available: https://www.dsmz.de/catalogues/catalogue-microorganisms/groups-of-organisms-and-their-applications.html. [Accessed 2015].[3] Ward and Providenti, "Resolment," 1993.[4] Iwamoto, Nasu and Dua, "2001/2002," Resolmet.[5] "Resolmet," 2008.[6] "Resolmet," 2008.[7] Top, Springael, V. d. Meer and Senchilo, "Resolmet," 1998/2002.[8] Alexander, "Resolmet," 1994.[9] Toti, "Resolmet," 1989,1991,1992,1999.[10] Eliade, "Resolmet," 1983.[11] Anderson and Lovley, "Resolmet," 1997.[12] ERPISA;, "TEHNICI DE REMEDIERE," 2010. [Online]. Available: https://rtpime.files.wordpress.com/2010/03/cap-5.pdf.[13] Bouwer and Hart, "Resolmet," 1996.[14] Frick and colab., "Resolmet," 1999.[15] Verstraete and Top, "Resolmet," 1999.[16] Moser, "Resolmet," 1997.[17] Fan and Tafuri, "Resolmet," 1998.[18] I. Spiridon, "Biotehnologii n prevenirea dezastrelor provocate de factori naturali i antropici," in Institutul de Chimie Macromolecular Petru Maior, Iai.

30