“SITE Demonstration of Slurry-Phase Biodegradation of PAH Contaminated Soil” Corso in: Bonifica dei siti contaminati – Gestione degli Impianti di Ingegneria.

Presentazione sul tema: "“SITE Demonstration of Slurry-Phase Biodegradation of PAH Contaminated Soil” Corso in: Bonifica dei siti contaminati – Gestione degli Impianti di Ingegneria."— Transcript della presentazione:

1 “SITE Demonstration of Slurry-Phase Biodegradation of PAH Contaminated Soil” Corso in: Bonifica dei siti contaminati – Gestione degli Impianti di Ingegneria Sanitaria- Ambientale Info paper: Ronald F. Lewis, Air and Waste, Vol. 43, pp. 503-508, 1993

2 Caso studio 1: Aspetti generali Processo efficiente per il trattamento di suoli:  Caratterizzati da elevata concentrazione di composti organici;  Caratterizzati da presenza di composti oleosi e/o con consistenza simile ai prodotti catramosi; Elevate efficienze nel miscelare contaminanti, nutrienti, biomassa ed ossigeno; Forte miscelazione ed areazione possono garantire la rottura di zolle di terreno e consentire una buona ossigenazione dell’intero volume trattato.

3 Caso studio 1: Aspetti generali Studio a scala pilota condotto all’U.S. EPA Test and Evaluation (T&E) sito nel Gest Street Wastewater Treatment Plant (Cincinnati, Ohio); 5 reattori EIMCO-Biolift™ scala pilota utilizzati per le prove di biodegradazione; Obiettivo:  Valutare l’efficienza di biodegradazione degli IPA;  Determinare le emissioni gassose prodotte dal sistema.

4 Caso studio 1: Materiali Caratteristiche reattori:  Materiale: Acciaio inossidabile;  Volume: 64 litri. Sistemi di agitazione:  Meccanismo a pala: solleva il materiale sedimentato sul fondo;  Sistema a ricircolo di aria;  Girante: mix del volume d’acqua. Sistema di aereazione: diffusori d’aria sul fondo del reattore. Sistema di controllo della temperatura:  Sistema con nastri riscaldanti;  Lettore digitale esterno della temperatura.

5 Caso studio 1: Materiali Campionamenti:  Apertura sullo spazio di testa del reattore;  Tre punti di campionamento lungo la parete (differente granulometria del campione). Suolo:  32% di particelle>0.3 mm (pre-tritatura);  8% di particelle>0.3 mm (post-tritatura).

6 Caso studio 1: Metodi Reattori in parallelo; Rapporto (m/v) pari al 30% di suolo contaminato per ogni reattore; Specie batteriche inoculate (9.3x10 7 per g di suolo): Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas stutzeri, e Alcaligenes specie; Nutrienti:  Azoto ammoniacale: 177 mg/l;  Ortofosfati: 27 mg/l. Tempo totale: 12 settimane Dopo 9 settimane:  Inoculo di nuova biomassa per i reattori 2 e 4;  Inoculo di nuova biomassa e di tensioattivo Tween 80 per i reattori 5 e 6 (5.93 ml per reattore);  Nessun inoculo per il reattore 1.

7 Caso studio 1: Metodologie Campionamento di idrocarburi totali (misurati come metano), sostanze volatili e semi-volatili (SUMMA™ passivated canister e XAD-2 resin tubes).

8 Caso studio 1: Metodologie

9 Caso studio 1: Risultati (Fase solida) Caratterizzazione suolo a T=0:

10 Caso studio 1: Risultati (Fase solida)

11 Maggiore degradazione degli IPA a basso peso molecolare (2-3 anelli) (95.9±1.8%) rispetto agli IPA con alto peso molecolare (da 4 a 6 anelli) (81.6±3.9%) dopo 2 settimane:  Elevata preferenza della biomassa per gli IPA a 2-3 anelli;  Maggiore solubilità e biodisponibilità degli IPA a 2-3 anelli.

12 Caso studio 1: Risultati (Fase solida) Nessun effetto dall’aggiunta di nuovo inoculo e/o Tween 80:

13 Caso studio 1: Risultati (Fase gassosa) Picco di emissione di idrocarburi totali durante il primo giorno e mezzo (0.4 lb/hr) seguito da un rapido decremento; Rapida biodegradazione degli IPA (2-3 anelli) (Semivolatili).

14 Caso studio 1: Conclusioni Degradazione più elevata del 90% (maggiore degradazione per gli IPA a basso peso molecolare); Pre-trattamenti mirati alla rottura degli IPA ad alto peso molecolare possono migliorare il processo di biodegradazione; Possibilità di usare trattamenti in semi-continuo o con minori tempi di ritenzione; Rapido decremento delle sostanze volatili e semi-volatili dopo pochi giorni di trattamento (Limitata necessità di sistemi per il controllo delle emissioni); Emissioni pari alla fase di carico di impianti a desorbimento termico, inceneritori mobili.

15 “POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS (PAHs) SLURRY PHASE BIOREMEDIATION OF A MANUFACTURING GAS PLANT (MGP) SITE AGED SOIL” Info paper: Sabrina Saponaro, Luca Bonomo, Gianniantonio Petruzzelli, Laura Romele, Meri Barbafieri, Water, Air, and Soil Pollution, Vol. 135, pp. 219-236, 2002 Corso in: Bonifica dei siti contaminati – Gestione degli Impianti di Ingegneria Sanitaria- Ambientale

16 Caso studio 2: Aspetti generali Efficienza di rimozione degli IPA:  Inversamente proporzionale al numero degli anelli aromatici;  Dipendenza dal numero e posizione dei gruppi funzionali e dal grado di saturazione degli anelli;  Accessibilità e biodisponibilità del contaminante (fortemente correlati all’età della contaminazione). Maggiore accessibilità può essere garantita mediante disgregazione delle particelle di suolo contaminato; Granulometria superiore ai 2 mm potrebbe comportare danni al reattore/ una più bassa efficienza di miscelazione (consumi elettrici maggiori).

17 Caso studio 2: Aspetti generali Suolo:  Area di un impianto di produzione di Gas (440 km 2 ) (Milano, Italia); Obiettivi:  Determinazione della cinetica di rimozione degli IPA;  Monitoraggio della dinamica della popolazione microbica;  Determinazione della riduzione di materiale abiotico (competizione con gli IPA per la biodegradazione);  Effetto dell’aggiunta di ammendanti e bioaugmentation;  Effetto della biomassa su idrocarburi non aromatici (es. oli minerali) ;  Analisi qualitativa degli intermedi di reazione.

18 Caso studio 2: Materiali Suolo sabbioso con elevata concentrazione di IPA pesanti e idrocarburi saturi (alcani normali e ramificati); Reattore batch a completa miscelazione in acciaio inossidabile, vetro e teflon:  Miscelazione meccanica a 4 pale in poli-tetrafluoroetilene (PTFE);  Sistema toroidale di areazione in PTFE sul fondo;  Regolatore di flusso per l’immissione d’aria;  Cella termostatica per il controllo della temperatura (22±1°C);  Filtro a carboni attivi (fase gassosa);  Condensatore per il recupero dell’acqua evaporata.

19 Caso studio 2: Materiali

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21 Caso studio 2: Metodi Reattore R1:  0.9 kg di suolo vagliato (d<2 mm) e acqua di fontana;  Rapporto massico solido-liquido =10%;  Tempo di ritenzione: 23 giorni;  Assenza di condensatore (aggiunta di acqua distillata 22°C, 24 ore prima del campionamento);  Mixer= 120 rpm, Flusso d’aria= 7 l/min;  Campionamento= 2/settimana (determinazione biomassa, IPA e intermedi di reazione). Reattore R2:  Aggiunta di cloruro di mercurio (3% m/m su peso secco) (perdita di sostanza abiotica, inibizione della biomassa);  Tempo di ritenzione: 24 giorni.

22 Caso studio 2: Metodi Reattore R3:  Aggiunta di nutrienti (6.39 g NH 4 Cl, 0.33 g K 2 HPO 4 and 0.25 g KH 2 PO 4 ) (C:N:P=100:10:1 m/m);  Aggiunta di inoculo con biomassa autoctona (20 ml, circa 10 10 cellule/ml);  Tempo di ritenzione: 91 giorni;  Presenza di condensatore;  Interruzione mixer e flusso d’aria= 3 l/min (35-77° giorno) (crescita inoculo);  Campionamento= 2/settimana (escluso l’intervallo tra il 35-77° giorno).

23 Caso studio 2: Metodi Produzione inoculo:  10 g di suolo in 90 ml di medium sterilizzato (M9);  100 ppm di IPA totale (estrazione dal suolo, essiccamento e dissoluzione in toluene);  Incubazione a 25°C;  Successivi trapianti della coltura in nuovo medium con concentrazione di IPA pari al doppio del precedente (selezione di biomassa con buone attività cataboliche);  Aumento della biomassa acclimatata ai composti aromatici (aggiunta di Na-benzoato 24 prima dell’inoculo).

24 Caso studio 2: Metodi Determinazione popolazione microbica nell’inoculo: numerazione diretta in camera Thoma.  Diluizione con soluzione fisiologica e conta delle cellule in 5 quadrati (0.04 mm 2 /quadrato) ;  Valore medio cella in un quadrato moltiplicato per il fattore di diluizione e 2.5x10 5. Determinazione biomassa autotrofa e IPA degradatori: Most Probable Number (in 2 differenti medium). Determinazione funghi: Conta su piatto in estratto di malt agar (45 g in 1000 ml di acqua distillata e sterilizzata+100 mg/l di cloramfenicolo).

25 Caso studio 2: Risultati Degradazione IPA:  R1: 60-75% di IPA a basso peso molecolare ( naphthalene, acenaphthylene, acenaphthene, fluorene, anthracene, phenanthrene) dopo 23 giorni;  R2: Effettivi IPA leggeri biodegradati pari a 20% (naphthalene, acenaphthene, phenanthrene), 35-40% (acenaphthylene, anthracene), 55% (fluoranthene, pyrene);  R1: 35-50% di composti ad alto peso molecolare;  R2: Significativa perdita abiotica per indeno(1,2,3- c,d)pyrene (25%) e benzo(g,h,i)perylene (25%).

26 Caso studio 2: Risultati Degradazione IPA:  R3: 70-90% di IPA eccetto per fluoranthene e pyrene;  Maggiore rimozione nei primi 10 giorni (R1 e R3);  Nessuna differenza tra R1 e R3 per naphthalene e benz(a)anthracene;  Minore concentrazione nel suolo (es. dibenzo(a,h)anthracene, indeno(1,2,3-cd)pyrene and benzo(g,h,i)perylene) per la maggior presenza di nutrienti in R3;

27 Caso studio 2: Risultati

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29 IPA disciolti:  Minore concentrazione di IPA disciolti rispetto le concentrazioni nel suolo per R1 e 2 (<5% eccetto naphthalene e acenaphthylene);  Tasso di degradazione degli IPA leggeri comparabile con il tasso di rilascio (R1 e R3);  Tasso di degradazione degli IPA pesanti minore del tasso di rilascio (accumulo) (R1);  R3: Iniziale incremento degli IPA pesanti e decremento fino al giorno 34 (interruzione mix);  Concentrazioni finali paragonabili al giorno 34 (R3).

30 Caso studio 2: Risultati

31 Biomassa:  Biomassa eterotrofa circa costante durante il trattamento (R1 e R3);  Picco di crescita fungina dopo 24 ore seguito da un plateau (R1);  Picco di crescita fungina dopo 24 ore seguito da un decremento (R3);  Concentrazioni paragonabili della biomassa degradante gli IPA (basso adattamento della biomassa nell’inoculo).

32 Caso studio 2: Risultati

33 Idrocarburi saturi:  Decremento di idrocarburi saturi sia nella fase solida che liquida (R1);  Leggero aumento di composti ossidati, acido ftalico (degradazione IPA), acidi grassi (R1);  Incremento di prodotti intermedi al termine del trattamento nel reattore R3.

34 Caso studio 2: Risultati Es. composti ossidati (R3): incremento di anthracendione e 2 isomeri del benzanthracenone (ossidazione del benz(a)anthracene and anthracene).

35 Caso studio 2: Conclusioni Nessun aumento di efficienza osservato dall’utilizzo di inoculo:  Basso adattamento della biomassa;  Basso quantitativo aggiunto. Aggiunta di additivi:  Aumento dell’efficienza e della velocità di degradazione degli IPA pesanti;  Nessun effetto per la degradazione degli IPA leggeri. Maggiore tasso di rimozione osservato nei primi 34 giorni (65- 90%); Elevata perdita abiotica nelle prime fasi di trattamento per gli IPA leggeri.