Il biorisanamento dei suoli (bioremediation)

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Mauro Icardi

L’uso di microorganismi come ausilio per il ripristino di situazioni di inquinamento ambientale è una tecnica ormai acquisita nel campo del trattamento delle acque reflue, ma si applica anche in quello del recupero dei suoli contaminati.
I suoli formano una sistema ecologico complesso, nel quale solidi, liquidi, gas, organismi viventi interagiscono tra loro, con l’atmosfera e l’acqua. I suoli hanno tempi di formazioni misurabili in migliaia di anni, ma una scorretta gestione può ridurne la fertilità, causare un inquinamento diffuso e ridurre la biodiversità.
Gli esseri viventi presenti nel suolo sono fondamentali anche per il corretto funzionamento dei cicli biogeochimici.

suolo

Le tecniche di biorisanamento utilizzano le piante ed i microrganismi ad esse associati per rimuovere, trasformare o bioaccumulare sostanze tossiche, compresi idrocarburi , solventi clorurati, pesticidi, percolati di discarica.
Se questi contaminanti sono presenti in quantità elevate è necessario un pretrattamento. Altra condizione necessaria è che i contaminanti da rimuovere siano fisicamente e chimicamente accessibili (biodisponibili).
La frazione biodisponibile è spesso considerata un valore statico, mentre in realtà può variare nel tempo a seconda delle specie chimiche ed al variare di alcuni fattori ambientali, ad esempio il valore di pH.
Il biorisanamento è quindi la tecnica che utilizza batteri, funghi, alghe e piante per eliminare o stabilizzare inquinanti in siti degradati.
L’utilizzo di microrganismi può essere effettuato per la decontaminazione da composti organici, per la valutazione della tossicità quando sono utilizzati anche come biosensori, e la trasformazione o la decomposizione di contaminanti con velocità di reazione elevate.
La detossificazione può avvenire con meccanismi di reazione redox, per precipitazione chimica o volatilizzazione. I microrganismi sono in grado di produrre enzimi ossidativi in grado di mineralizzare composti policiclici aromatici e fenoli.

Nomenc1

La capacità di biodegradare gli idrocarburi per esempio è dovuta alla produzione da parte dei microrganismi di sostanze cha agiscono come surfattanti ionici. Tali sostanze sono riversate all’esterno della cellula, in modo da creare delle emulsioni acqua idrocarburi permeabili rispetto alla parete cellulare. Quando una quantità sufficiente di ossigeno è presente nel suolo i microrganismi aerobi ossidano gli idrocarburi producendo CO2 e H2O. Qui si nota già una differenza rispetto a quanto avviene nel trattamento delle acque, dove gli idrocarburi ricoprendo con una patina superficiale la superficie della vasca di ossidazione impedirebbero gli scambi gassosi e quindi il metabolismo batterico.
Anche nel caso del trattamento del suolo però sono ovviamente necessarie condizioni chimico fisiche adeguate al metabolismo batterico come temperatura, pH, potenziale redox e coefficiente di permeabilità del suolo.
In generale sono più facilmente biodegradabili gli idrocarburi con un numero di atomi di carbonio < 20, mentre si considerano difficilmente biodegradabili o recalcitranti quelli con numero di atomi di carbonio > 20.
Nel caso di bioremediation batterica i microrganismi non costituiscono una soluzione permanente : alla fine è necessaria una rimozione della biomassa contaminata che deve essere smaltita in modo appropriato.
Il secondo filone di questo tipo di tecniche è quello della fitorisanamento (phytoremediation), cioè l’utilizzo di piante particolarmente adatte a crescere su terreni contamiinati. La tecnologia prene origine dal concetto che una pianta si può considerare una pompa ad energia solare (Gabbrielli 1998) capace di estrarre e concentrare particolari sostanze dall’ambiente. I contaminanti possono essere stabilizzati, decomposti direttamente nel suolo, oppure assorbiti dalle radici e traslocati ed immagazzinati negli organi aerei delle piante. Se i contaminanti sono poco al di sopra dei limiti di legge è una tecnica molto appropriata. In caso contrario si devono prevedere più cicli colturali, o in alternativa la messa in sicurezza del sito.
Rispetto alle tecniche di biorisanamento che fanno uso di batteri e prevedono un successivo smaltimento in discarica dei terreni contaminati la riduzione dei volumi smaltiti può essere inferiore di un fattore 10.
I fattori che influenzano il processo di fitorisanamento sono in alcuni casi simili a quelli per il birisanamento (pH del terreno, % di sostanza organica e umidità del suolo.) Altri invece sono specifici (tipo di sistema radicale, tipi di enzimi prodotti dalla pianta).
I tipi di decontaminazione che le piante possono svolgere sono:
Fitoflitrazione: assorbimento di sostanze da parte delle radici o di piante acquatiche che crescono in acque sufficientemente areate. I meccanismi di questa tecnica sono diversi a seconda dei contaminanti. Tra questi troviamo la precipitazione e la deposizione sulla parete cellulare.
Fitostabilizzazione: riduce la biodisponibilità delle sostanze inquinanti attraverso meccanismi quali la modificazione del pH , del contenuto di umidità del suolo, e ancora con la precipitazione di alcuni contaminanti.
Fitovolatilizzazione: il meccanismo si basa sull’estrazione delle sostanze inquinanti dal suolo che le piante riescono a metilare rendendole volatili e disperdendole in atmosfera attraverso l’apparato fogliare.
Fitodegradazione: uso delle piante e dei microrganismi ad esse associati in simbiosi per degradare i contaminanti organici. Le piante possono creare le condizioni ideali per la crescita di funghi e batteri tramite la creazione di zone aerobiche e la produzione di essudati. Questa associazione permette di creare le condizioni ideali per la degradazione biologica degli inquinanti.
Fitoestrazione: consiste nell’uso di di piante iperaccumulatrici in associazione con ammendanti appropriati per trasportare e concentrare principalmente di tipo metallico (nichel, zinco,rame,cromo) nelle parti aeree che sono poi raccolte con metodi agricoli tradizionali. Queste piante possiedono un apparato radicale piuttosto esteso e concentrano grandi quantità di metalli nelle parti aeree. I meccanismi si basano sulla produzione di molecole chelanti tipo le fitochelatine, acidificazione e solubilizzazione.
Fitopompaggio: questa tecnica è affine a quella della fitodepurazione. In questo caso le piante sono utilizzate come pompe in grado di sottrarre i contaminanti dalle acque aspirandone grandi volumi. Una pianta come il salice è in grado coinvolgere nell’evapotraspirazione fino a 200 litri di acqua al gorno,e questo può essere efficace per esempio nel risanamento degli acquiferi.

piante spazzine

Le tecniche di bioremediation con l’utilizzo di batteri o piante sono complementari. I batteri sono generalmente più efficaci nella degradazione di inquinanti organici, ma meno nel trattamento di metalli in particolar modo se presenti nel suolo. Le tecnologie di bonifica che prevedono l’escavazione e la sepoltura sono decisamente molto costose e meno praticabili o addirittura inutilizzabili quando il problema è acuto, oppure è diffuso o su una vasta area. I metalli accumulati nelle piante riducono i costi e i volumi destinati allo smaltimento.
E di questi giorni la notizia di una phytoremediation che si sta attivando nei terreni adiacenti all’Ilva di Taranto. Come sempre il titolo è a sensazione, ma la tecnica sta funzionando.
http://www.lastampa.it/2016/06/03/italia/cronache/sar-la-cannabis-a-salvare-taranto-dal-disastro-ambientale-dellilva-IaaHoarIYdv68RBV6SCOsI/pagina.html
Si utilizza la cannabis sativa, nella quale la quantità di THC (Tetraidrocannabinolo ) e a pari allo 0,2% come previsto dalla legge. A maggior ragione sarebbero da evitare titoli sensazionalistici e fuorvianti, ma tant’è nell’informazione scientifica dei quotidiani o nella banalità dei titolisti.
La riflessione andrebbe fatta sulla ormai ubiqua diffusione di inquinanti ambientali (in negativo), e sulle piccole “fabbriche chimiche” che sono microrganismi e piante (in positivo).

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Nonostante le proposte siano state fatte si è aperta la fase di discussione publica ed E’ APERTA LA RACCOLTA DI FIRME PER LA PETIZIONE ALLA IUPAC per dare il nome Levio ad uno dei 4 nuovi elementi:FIRMATE!

https://www.change.org/p/international-union-of-pure-and-applied-chemistry-giving-name-levium-to-one-of-the-4-new-chemical-elements

2 thoughts on “Il biorisanamento dei suoli (bioremediation)

  1. Bella Mauro. Ci sono già tentativi tramite di bioingegneria di amplificare l’attitudine dei microorganismi in modo da aumentarne l’efficienza? Ciao e grazie

  2. Certamente la bioingegneria già da tempo si sta occupando di interventi in questo campo. E continuerà a farlo. Ovviamente questo da il via al solito dibattito pro o contro OGM. Ma credo che il vero problema sia, di fatto la massiccia dispersione di inquinanti ambientali. La bioremediation è una delle soluzioni, ma come ogni tecnica non dovrebbe darci l’idea di poter inquinare liberamente, certi di poter poi rimediare alla nostra disattenzione ambientale con la soluzione “miracolosa”.

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