Presentazione di PowerPoint - Bonifiche siti inquinanti · Il Pb-tetraetile è un composto non-ionico stabile in fase oleosa ma instabile nel suolo umido e, una volta disperso nella

Dall’Emergenza delle Bonifichead una Gestione Consapevole del Territorio

TRENTO, 3 - 4 luglio 2008

© Giovanni Vallini, 07/2008

L’intervento sul sito contaminato ex-SLOI di Trento Nordmediante un approccio di biodegradazione assistita dalla rizosfera

(Rhizosphere Enhanced Phytoremediation)

Giovanni Vallini, Silvia Lampis, Anita Ferrari, Alessia Freddo, Alberto Ferrarese

Università degli Studi di Verona - Dipartimento Scientifico e TecnologicoLaboratori di Biotecnologie Microbiche e Microbiologia Ambientale




Piombo tetraetile (TEL)




Perché stimolare la degradazione microbica del Pb-tetraetile?

Il Pb-tetraetile è un composto non-ionico stabile in fase oleosa ma instabile nel suolo umido e, una volta disperso nella fase acquosa, va incontro a reazioni di dealchilazione chimica e/o biologica. I primi prodotti derivanti dalla dealchilazione del Pb-tetraetile, vale a dire i composti tri- e di- alchilati, sono sostanze ioniche molto stabili, che risultano mobili nella zona satura e causano severi problemi di contaminazione delle falde. Di conseguenza, la possibile completa conversione dei composti organici del piombo a Pb inorganico meno tossico, attraverso la degradazione dei gruppi alchilici seguita da immobilizzazione degli ioni Pb in sali quali PbCO3 e Pb5PO4Cl, riduce grandemente i rischi ambientali.




Quali le condizioni per la degradazione microbicadel Pb-tetraetile nel suolo?

Condizioni ottimali per la trasformazione chimica e biologica dei composti alchilati del piombo a Pb inorganico possono eventualmente consentire la bonifica biologica in situ di aree contaminate. La dealchilazione microbica dei composti organici del Pb è stata descritta sia in studi di laboratorio che in prove di campo. Tuttavia, l’ossidazione biologica richiede un accettore finale di elettroni, preferibilmente l’O2 e - perciò - un ambiente aerobico.




Dinamica delle interazioni tra contaminanti organici e le diverse componenti dell’ecosistema suolo




SITO 1SITO 1

SITO 2SITO 2

SITO 3SITO 3

Idrocarburi: » 100 ppmPb org.: » 50-100 ppmPb inorg.: » 1000-2000 ppm

Concentrazioneelevata di Pb Pb org.: > 100 ppmPb inorg.: » 1000-2000 ppm

Concentrazionebassa di PbHg: > 5 ppm

AREA ex-SLOI: POSTAZIONI DI PRELIEVO DEL TERRENO




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Fase liquida

Colonna dipolicarbonatoriempita con

terrenocontaminato

Pompaperistaltica

Giara distoccaggio

dellasoluzione

circolante

Diffusore di ossigeno

Agitatore

Colonna per saggiodi percolazione down-flow

su carote di terreno contaminatoda Pb-tetraetile




Variety of natural and selected hyperaccumulators, e.g., Thalaspi,

Metals, inorganics, radionuclides

Uptake of contaminants from soil into roots or harvestable shoots

Phytoextraction

Various plants with deep or fibrous root systems

Metals, organicsStabilization of contaminants by binding, holding soils, and/or decreased leaching

Phytostabilization

Grasses, alfalfa, many other species including trees

Organics; e.g., PAHs, petroleum hydrocarbons, TNT, pesticides

Microbial biodegradation in the rhizosphere stimulated by plants

Rhizosphere Biodegradation

Trees and grassesOrganics, including nitroaromatics and chlorinated aliphatics

Sorption, uptake, and transformation of contaminants

Phytotransformation

Types of PlantsContaminantsDescriptionApplication

Metodi di bonifica fito-assistita (1)




Trees for VOCs in groundwater; Brassica, grasses, wetlands plants for Se, Hg in soil/sediments

Volatile organic compounds, Se, Hg

Uptake and volatilization from soil water and groundwater; conversion of Se and Hg to volatile chemical species

Phytovolatilization

Trees such as poplar, plants (e.g., alfalfa) and grasses

Organics, inorganics, wastewater, landfill leachate

Use of plants to retard leaching of hazardous compounds from landfills

Vegetative Caps

Poplar, willow treesInorganics, nutrients, chlorinated solvents

Removal of large volumes of water from aquifers by trees

Hydraulic Control

Aquatic plants, (e.g., duckweed, pennywort) Brassica, sunflower

Metals, radionuclides, hydrophobic organics

Sorption of contaminants from aqueous solutions onto or into roots

Rhizofiltration

Types of PlantsContaminantsDescriptionApplication

Metodi di bonifica fito-assistita (2)




Specie botaniche in grado di accumularePb nei propri tessuti vegetali quando cresciute

su terreni contaminati da forme organicheed inorganiche del piombo:

Ambrosia artemisiifolia L.




Specie botaniche in grado di accumularePb nei propri tessuti vegetali quando cresciute

su terreni contaminati da forme organicheed inorganiche del piombo:Apocynum cannabinum L.




Principio della bonifica fito-assistitastimolata dalla rizosfera




Gli enzimi rilasciati con gli essudati radicali ovvero quelli di origine microbica agiscono sui contaminanti organici degradandoli o biotrasformandoli in composti meno tossici




Destino dei contaminanti nel continuum suolo-pianta-atmosfera




Schema della procedura per il confronto dei profili DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) relativi sia alla cenosi batterica di un suolo così come risultante dall’amplificazione del DNA totale estratto direttamente dai campioni di terreno (CB/Cloning Based DGGE) sia a quella risultante dall’amplicazione del DNA estratto dalle colonie dei ceppi microbici coltivabili (CD/Culture Dependent DGGE)




Profili DGGE di campioni di terreno di controllo e di campioni dello stesso terreno contaminato artificialmente con pentaclorofenolo




OTU Nutrient Gruppo filogenetico Taxon attribuito Omologia BLAST (%)

A Stenotrophomonas humi AM403587

-proteobacteria 99%

B Pseudomonas putida DQ833753

-proteobacteria 100%

C Stenotrophomonas sp. DQ984206


D Micrococcus sp. EF 491956

Actinobacteria 100%

E Pseudomonas rimonti EU169177


F Ensifer adhaerens AM922194


G Alcaligenes sp. EU37500


H Pseudomonas sp. DQ377767


L Cupriavidus sp. EF435017

-proteobacteria 99%

N Enterobacter sp. 481480

-proteobacteria 99%

Q Cryseobacterium sp. AY514020

Flavobacteria 97%

S Ensifer adhaerens AM285019


T Brachybacterium DQ643203

Actinobacteria 100%

U Bacillus pumilus EU333893

Firmicutes 100%

AA Stenotrophomonas sp. EU102280


AC Bacillus cereus EU368180

Firmicutes 99%

AD Bacillus sp. DQ358682

Firmicutes 99%

AH Microbacterium hydrocarbonoxydans

AJ698726

Actinobacteria 99%

AI Bacillus sp. DQ14538

Firmicutes 100%

AM Pseudomonas sp. EF491969


AN Pseudomonas chlororaphis EF620458


AP Pseudomonas sp. DQ984204


AQ Bacillus sp. EU182839

Firmicutes 100%

AU Pseudomonas sp. EU195324


AZ Arthrobacter sp. DQ208673

Actinobacteria 100%

Identificazione coltura-dipendente della biodiversità batterica del terreno contaminato da Pb tetraetile nell’insediamento industriale ex-SLOI di Trento Nord

3% Proteobacteria

10%Proteobacteria

8%Actinobacteria

2%Flavobacteria

62%Proteobacteria

15%Firmicutes




1 2 3

Profili DGGE di campioni di terreno provenienti dalle tre differenti stazioni di prelievo all’interno dell’area ex-SLOI (gene target 16S rRNA: regione ipervariabile V3)




No --++++++++Pseudomonas sp.

No --+++++++++Pseudomonas chlororaphis

No --+++++++++Pseudomonas sp.

No ---+++++Stenotrophomonas sp.

No--++++++++Cupriavidus sp.

Sì-++++++++++++Alcaligenes sp.

Sì-+++++++++Stenotrophomonas sp.

Sì--+++++++Stenotrophomonas humi

Formazione di

precipitato

10mM

7mM

5mM

1 mM

CTRCeppo microbico

Determinazione della MIC (Minimum Inhibitory Concentration), sia in assenza (CTR) che in presenza di concentrazioni crescenti di Pb inorganico somministrato come Pb(NO3)2, relativamente ad alcuni ceppi batterici isolati dal terreno dell’area ex-SLOI di Trento-Nord




-++++Pseudomonas sp.

++++++++Pseudomonas chlororaphis

+++++Pseudomonas sp.

+++++++Stenotrophomonas sp.

++++++++Cupriavidus sp.

+++++++++Alcaligenes sp.

+++++++++Stenotrophomonas sp.

++++++++Stenotrophomonas humi

500 ppm

200 ppm

CTRCeppo microbico

Determinazione della MIC (Minimum Inhibitory Concentration), sia in assenza (CTR) che in presenza di concentrazioni crescenti di Pb organico somministrato come TEL (piombo tetraetile),relativamente ad alcuni ceppi batterici isolati dal terreno dell’area ex-SLOI di Trento-Nord




1011114145010002300Lunghezza bp

HgNiCrZn e CdPbResistenza codificata

merAnccAchrBczcDpbrA

-----Pseudomonas sp.

--+--Pseudomonas chlororaphis

-+--+Pseudomonas sp.

-----Stenotrophomonas sp.

+----Cupriavidus sp.

-----Alcaligenes sp.

-+---Stenotrophomonas sp.

-----Stenotrophomonas humi

merAnccAchrBczcDpbrAOTU

Analisi dei genotipi di resistenza ai metalli pesanti in ceppi battericiisolati da terreno contaminato proveniente dall’area ex-SLOI di Trento-Nord




… E quindi uscimmo a riveder le stelle.[Inferno, XXXIV, 139]




GRAZIE PER LA CORTESE ATTENZIONE

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