“Biorisanamento di terreni contaminati da idrocarburi con addizione di substrati organici di poco pregio” Corso in: Bonifica dei siti contaminati – Gestione.

Presentazione sul tema: "“Biorisanamento di terreni contaminati da idrocarburi con addizione di substrati organici di poco pregio” Corso in: Bonifica dei siti contaminati – Gestione."— Transcript della presentazione:

1 “Biorisanamento di terreni contaminati da idrocarburi con addizione di substrati organici di poco pregio” Corso in: Bonifica dei siti contaminati – Gestione degli Impianti di Ingegneria Sanitaria- Ambientale Info autori: prof. Aldo Muntoni, ing. Giorgia De Gioannis (Facoltà di Ingegneria dell’Università di Cagliari)

2 Aspetti generali Insieme di processi degradativi promossi da organismi biologici; Trasformazione dei contaminanti in prodotti più semplici e di natura non pericolosi; Tipologie di trattamento:  In-situ  Ex-situ: Bioreattori, Biopile, etc. Impiego mirato al trattamento di siti contaminati da sostanze biodegradabili.

3 Aspetti generali Impiego di colture batteriche autoctone per la decontaminazione del sito in esame. Fattori d’influenza del processo:  pH;  Temperatura;  Tenore d’ossigeno;  Umidità;  Presenza di sostanze tossiche;  Concentrazione di nutrienti.

4 Aspetti generali Addizione di sostanze ammendanti (ex. sostanze organiche biodegradabili) per favorire il processo di bioremediation. Vantaggi:  Favorire acclimatazione e crescita della biomassa;  Fornire nutrienti (azoto, fosforo, etc.);  Migliorare le caratteristiche strutturali del terreno (porosità, capacità di campo);  Tamponare le condizioni di acidità del pH. Requisiti:  Basso costo;  Semplice reperibilità dei materiali.

5 Caso studio 1 Obiettivo: Degradazione di gasolio per autotrazione mediante l’impiego di substrati biodegradabili di scarso pregio e di facile reperibilità. Materiali:  Suolo contaminato;  Gasolio;  Rifiuto stabilizzato (Rs);  Acque di vegetazione (AdV);  Sansa. Analisi:  Determinazione CO 2;  Determinazione Gasolio residuo.

6 Caso studio 1: Materiali Suolo contaminato:  Suolo dell’area impianti petrolchimici ubicati presso Sarroch (Cagliari)  Prove condotte su materiale vagliato a 2 mm

7 Caso studio 1: Materiali Gasolio per autotrazione:  Prodotto ottenuto dalla distillazione frazionata del petrolio : 250-350°C, 1 atm;  pH=5.2;  Massa volumica=814 g/l Rs:  Prodotto dalla frazione secca residua di rifiuti urbani  Pre-trattamento meccanico biologico

8 Caso studio 1: Materiali Sansa:  Sottoprodotto della spremitura delle olive costituito da bucce, polpa esaurita e frammenti di noccioli; AdV:  Considerevole carico organico;  pH acido;  Sostanze non facilmente biodegradabili (ex. fenoli).

9 Caso studio 1: Metodologie Reattori statici di vetro (T=20°C; Umidità=60% della capacità di campo); Produzione CO 2 :  Adsorbimento CO 2 mediante una soluzione 1M NaOH;  Determinazione mediante titolazione con HCl. Determinazione Gasolio residuo:  Estrazione con miscela acetone:n-esano (1:10);  Lettura del campione estratto al Gascromatografo.

10 Caso studio 1: Risultati (Sansa) Sansa (5 e 20%):  Rapido sviluppo della biomassa;  Maggior apporto di nutrienti (Azoto)  Migliori capacità di campo Sansa (20%):  Maggiore produzione di CO 2 fra il 17° e 50° giorno;  Prevalente degradazione di sansa nei primi 17° giorni.

11 Caso studio 1: Risultati (AdV) AdV:  pH acido inibente dell’attività batterica;  Contenuto di fenoli tossici per i batteri;  Possibile formazione di un substrato oleoso (limitato scambio di nutrienti, ossigeno)

12 Caso studio 1: Risultati (Rs) Rs (grezzo e raffinato):  pH alcalino;  Ambiente favorevole alla crescita microbica;  Presenza residua di sostanza organica biodegradabile;  Elevata capacità di campo. Rs (raffinato):  Maggiore contenuto di SO e nutrienti;  Minor contenuto di metalli;  Granulometria più fine.

13 Caso studio 1: Risultati (Rs) Rs (grezzo e raffinato, 20%):  Maggiore produzione di CO 2 dopo 20 giorni (Rs raffinato);  Maggiore produzione di CO 2 dopo 40 giorni (Rs grezzo);.

14 Caso studio 1: Conclusioni Rimozioni 14 volte superiori al solo terreno contaminato con impiego del 20% di Sansa; Rimozioni 12.5 volte superiori al solo terreno contaminato con impiego del 20% di Rs raffinato; Rimozioni 7.8 volte superiori al solo terreno contaminato con impiego del 20% di Rs grezzo. Percentuale totale rimossa:  97.3% (Sansa 20%);  94.5% (Rs raffinato 20%);  91.9% (Rs grezzo 20%);  10-15% (Frazione volatilizzata o convertita in nuova biomassa).

15 Caso studio 1: Conclusioni Iniziale fase di delay osservata nel degradazione del gasolio compensata da una successiva rimozione rapida (circa 30 giorni) dovuta al raggiungimento di condizioni ottimali di acclimatazione della biomassa.

16 Caso studio 1: Conclusioni Rese inferiori con utilizzo di Rs grezzo per la minore presenza di sostanza organica/maggiore presenza di sostanza organica lentamente biodegradabile. Maggiore contenuto di metalli pesanti nel Rs grezzo. Elevato apporto di azoto e sostanza organica biodegradabile (parametro da controllare per evitare eccessivi consumi di ossigeno) ma minore capacità di campo e controllo del pH con uso di Sanse. Condizioni di acidità (pH=5.5), presenza di fenoli, formazioni di film oleosi osservati con l’utilizzo di AdV e conseguenti rese inferiori per la rimozione di gasolio.

17 “Bioremediation of diesel- contaminated soils: Evaluation of potential in situ techniques by study of bacterial degradation” Info paper: Jose L.R. Gallego, Jorge Loredo, Juan F. Llamas, Fernando Vazquez, Jesus Sanchez, Biodegradation, Vol. 12, pp. 325-335, 2001 Corso in: Bonifica dei siti contaminati – Gestione degli Impianti di Ingegneria Sanitaria- Ambientale

18 Caso studio 2 Obiettivo: Implementazione di una tecnologia in-situ per il trattamento di siti contaminati da diesel. Materiali:  Suolo sabbioso naturale (Oviedo, Spagna);  Diesel commerciale;  Fango attivo. Esperimenti:  Esperimento di controllo ;  Attenuazione;  Biostimulation;  Bioaugmentation;  Determinazione batterica.

19 Caso studio 2: Esperimenti Esperimento di controllo:  Suolo sterilizzato artificialmente contaminato con diesel commerciale (6000 mg/kg);  Determinazione dei processi degradativi naturali in assenza di processi biologici. Attenuazione:  Suolo non sterilizzato artificialmente contaminato con diesel commerciale (6000 mg/kg);  Determinazione dei processi degradativi biologici naturali. Biostimulation:  Aggiunta di nutrienti – fango attivo sterilizzato;  Effetto dell’incremento di degradazione biologica. Bioaugmentation:  Aggiunta di fango attivo non sterilizzato;  Effetto dell’aggiunta di nuova biomassa.

20 Caso studio 2: Esperimenti Bioreattori:  Recipienti in vetro borosilicato;  Tempo totale: 45 giorni;  Campionamento: 5 campioni ogni 15 giorni;  Volume= 3000 cm 3 (40 cm x 25 cm x 3 cm);  Quantità suolo= 2.5 kg  Temperatura= 15-25°C  Periodica aggiunta di 300 ml di acqua distillata e sterilizzata;  Ribaltamento giornaliero del suolo per aerazione.

21 Caso studio 2: Esperimenti

22 Caso studio 2: Analisi Analisi suolo e fango attivo:  Proprietà mineralogiche: Diffrattometria a raggi X  Analisi chimica: Digestione acida con Acqua Regia, analisi multi-elementare con ICP-AES (Spettroscopia di emissione atomica con sorgente al plasma accoppiato induttivamente);  S,C,H,N totali: Analizzatore elementare;  pH e potenziale redox: Norma ISO10390. Analisi chimiche e microbiologiche:  Determinazione idrocarburi: Estrazione Soxhelt 24hr con diclorometano:etanolo (1:1), analisi con gas cromatografo con rivelatore a ionizzazione di fiamma;  Numero di celle microbiche: conta cellulare su vetrino

23 Caso studio 2: Risultati Caratteristiche suolo:  pH=8, Eh= 100 mV;  Composizione mineralogica: Quarzo, calcite, illite, kaolinite, sostanza organica, carbonio;  Trascurabile contenuto di nutrienti;  Metalli pesanti tossici:

24 Caso studio 2: Risultati Degradazione degli idrocarburi (Biostimulation con fango attivo):  Possibile formazione di idrocarburi Leggeri dalla degradazione di idrocarburi pesanti;  Iniziale degradazione degli alcani lineari con maggiore velocità cinetica;  Degradazione in successione di n-alcani, isoalcani e cicloalcani dopo 45 giorni.

25 Caso studio 2: Risultati Degradazione degli idrocarburi (Biostimulation):  Degradazione >90% con aggiunta di nutrienti dopo 45 giorni;  Degradazione pari al 66% con aggiunta di fango attivo dopo 45 giorni;  Correlazione fra la crescita di massa microbica e degradazione degli idrocarburi.

26 Caso studio 2: Approfondimenti Scarsa disponibilità e bassa solubilità degli idrocarburi possono essere fattori che influenzano il processo di biodegradazione. Necessità che la biomassa sia adesa all’interfaccia idrocarburo- acqua tramite interazione idrofobica (dipendenza dalla superficie); Nel processo di degradazione degli idrocarburi la biomassa dedicata produce una varietà di agenti in grado di ridurre tensioni superficiali ed all’interfaccia; Le particelle d’olio possono essere divise dai batteri (emulsificazione) creando nuova superficie disponibile per la crescita microbica; Gli emulsionanti possono desorbire post esaurimento delle particelle d’olio.

27 Caso studio 2: Conclusioni Minori rese ottenute dalla Biostimulation con fango attivo:  Possibile competizione per la degradazione della sostanza organica presente nel fango;  Presenza di azoto lentamente metabolizzabile (maggiore presenza di azoto organico). Biodegradazione mediante Bioaugmentation:  Competizione fra la biomassa aggiunta e quella autoctona;  Necessità per la nuova biomassa di essere trasportata ed aderire alla zona contaminata;  Impiego: presenza di sostanze altamente recalcitranti, insufficiente o inadeguata presenza di biomassa autoctona.