power point tehnici de bioremediere a solului poluat cu pops-perticide organoclorurate

7/28/2019 Power Point Tehnici de bioremediere a solului poluat cu POPs-perticide organoclorurate

1/27

Tehnici de bioremediere a solului poluat cu POPs-perticideorganoclorurateDisciplina:Cinetica si bioreactoare


2/27

CuprinsI.IntroducereI.1.Date generale privind incidenta POPs in mediu siefectele acestoraI.2.Efectul POPs asupra sanatatii umane

II.Biotehnologiile aplicate in remedierea solurilorpoluate cu POPsII.1.Tehnologiile de bioremediere ex situII.2.Tehnologiile de biormediere in situ


3/27

Biore amedierea aerobaIII.2. Bioremedierea anaerobaIII.3. Izolarea consortiului de microorganisme caredegradeaza POPs din mediile naturaleIII.4. Degradarea microbiana a POPsIII.5. Biotehnologiile aplicate in remedierea solurilor poluatecu POPsIII.5.1. Bioremedierea anaeroba utilizand sange deshidratat

pentru indepartarea toxafenului din sol si sedimenteIII.5.2. Tehnologiile de tratare secventiala anaerob-aeroba -tehnologia DARAMENDIII. 5.3. Tehnologia XENOREMIII. 5.4. Fitoremedierea sau fitotehnologiaIII.5.5. Landfarming-ulIII.5.6. Compostarea


4/27

I.IntrducerePoluantii organici persistenti sunt substante chimice cuurmatoarele caracteristici: sunt toxice si pot avea efecte adverse pentru sanatatea

umana si a animalelor; sunt substante stabile chimic si, ca atare, persistente in

mediu; sunt lipofile (prezinta afinitate pentru grasimi) si usor

solubile in grasimi; se acumuleaza, ducand la cresterea concentratiei in corpul

organismelor vii pe masura ce inainteaza in lantul trofic;

pot fi antrenate pe distante lungi, putand fi localizatedeparte de locul de origine.


5/27

Pesticidele remanente in sol se gasesc in primii 12 cm,undeexista cea mai mare parte a florei si faunei, situatie care creazaastfel conditii pentru interactia pesticidului cu partea biologica a

solului;

Unii poluanti organici pot fi convertiti la metaboliti chiarmai persistenti si mai toxici decat compusul initial,(Ex. cumeste cazul conversiei DDT la DDE);

Pesticidele interactioneaza in sol cu oxigenul, apa si lumina(fotooxidarea) dar si cu microorganismele ca bacteriile sifungii, principalele responsabile pentru biodegradare.


6/27

I.2. Efectele POPs asupra sanatatii umane

Toxicitatea crescuta a POPs se manifesta prin o serie deafectiuni grave la om: cancer, alergii cronice sihipersensibilitate, afectiuni ale sistemului nervos central sisistemului nervos periferic, afectiuni ale sistemuluireproducator si dereglarea sistemului imunitar;

Efectele negative ale POPs asupra sanatatii se transmit de lao generatie la alta pe perioade lungi;

EPA a realizat o lista cu pesticidele cu efecte cancerigene laom, incluzand: aldrin, dieldrin, clordan, DDT, heptaclor,HCB(heptaclorbenzenul, toxafen si PCB(bifeniliipoliclorurati);


7/27

BIOREMEDIEREA SOLURILOR POLUATE CU POPs Microorganismele metabolizeaza poluantii din mediu prin

procese oxidative sau reducatoare (Lakshmi, 2009). Bioremedierea se refera la intensificarea proceselor

naturale prin adaugarea de microorganisme in sol,bioaugmentare, sau prin crearea de conditii favorabile

si/sau amendamente (oxigen, umiditate si nutrienti) pentrustimularea cresterii microorganismelor din sol -biostimulare(US EPA, 2000).

Dupa natura acceptorului final de electroni rezultati din

oxidarea substratului, bioremedierea poate fi aeroba sauanaeroba.

Bioremedierea poate fi realizata in conditii in situsau exsitu(Rockne 2003).


8/27

III.1. Bioremedierea aeroba

In timpul oxidarii aerobe directe, oxigenul accepta electronidin oxidarea substratului iar microorganismele obtinenergia necesara cresterii celulare. Microorganismele nuutilizeaza POPs ca substrate primare, procesul fiinddenumit bioremediere aeroba cometabolica (McClain 2005;

Murthy, 2007).

Bioremedierea aeroba cometabolicaoxideaza accidentalpoluantul cu o enzima sau cofactor produs in timpuloxidarii substratului primar.

Oxidarea poluantului nu elibereaza energia necesaracresterii celulare a microorganismului care realizeazadegradarea cometabolica (McClain 2005).


9/27

III.2. Bioremedierea anaeroba Declorurarea anaeroba reductiva directaeste reactia de

biodegradare prin care bacteriile obtin energia necesaracresterii celulare prin inlocuirea succesiva a unui atom declor din structura pesticidului cu un atom de hidrogen

Declorurarea anaeroba reductiva cometabolicaeste reactiade biodegradare in care un compus organic clorurat estedegradat de o enzima sau cofactor produse in timpulmetabolismului microbian al altui compus.

Biodegradarea compusului clorurat nu produce energiepentru cresterea celulara a microorganismului caremediaza reactia (Fennell 1997, Fairlee, 1997).


10/27

II.1.Tehnologiile de bioremediere ex situinclud utilizareabioreactoarelor(functionand intr-o maniera similara trepteibiologice de tratare a apelor poluate) , biofiltrelor, landfarmingulsi compostarea.o Bioreactoarele sunt vase inchise ermetic in care solul

poluat este amestecat cu apa, amendamente simicroorganisme, iar factorii de mediu ca temperatura, pHulsi oxigenul sunt controlati riguros.

Amestecul care rezulta, sau slurry, este omogenizatcontinuu, permitand un contact optim intre particulele desol poluat si microorganisme.

Sistemul permite tratarea aeroba sau anaeroba a solului.Acest sistem a fost aplicat in SUA pentru tratarea soluluipoluat cu ierbicide, pesticide si alte POPs (EPA, 2005)


11/27

II.2.Tehnologiile de biormediere in situ-includ bioventilarea,biosparging-ul si biostimularea, sistemele de aplicare anutrientilor lichizi in sol precum si metodele de compostareMetodele de tratare in

situ sunt preferatepentru ca necesita un

numar mult mai micde echipamente suntmai ieftine si maiputin invazive (EPA,

2000)Sistem tipic de bioventilare


12/27

III. Izolarea consortiului de microorganisme caredegradeaza POPs din mediile naturale


13/27

III.5.1. Bioremedierea anaeroba utilizand sange animaldeshidratat pentru indepartarea toxafenului din sol sisedimenteAceasta tehnologie consta in biostimulareamicroorganismelor anaerobe pentru indepartarea POPs ca

toxafen din sol si sedimente Sangele deshidratat este adaugat ca amendament impreuna

cu solutii tampon de fosfati( pentru crearea conditiilor

anaerobe in sol, uneori se adauga si amidon) Solul este amestecat cu amendamente si apa in echipamente

speciale sau omogenizatoare (pugmill) Amestecul obtinut este depozitat intr-o celula, fie uscat si

utilizat ca material de umplutura pe sit sau ca sursa de

microorganisme pentru aplicatii ulterioare. Produsii finali de degradare a POPs sunt dioxidul de carbon,

apa si clorurile Bioremedierea anaeroba utilizand sangele animal

deshidratat a fost implementata pentru tratarea deseurilor

poluate cu toxafen in SUA, rezultatele au fost prezentate darnepatentate


14/27

III.5.2.Tehnologiile de tratare secventiala anaerob-aeroba -tehnologia DARAMEND,XENOREM Dintre tehnologiile de tratare

secventiala, cu aplicatii in-situ sauex-situ la scara industriala sementioneaza:

DARAMEND este o tehnologie debioremediere avansata pentrutratarea POPs care implica crearea insol de conditii secventiale anaerob-aeroba. Tehnologia este utilizatapentru tratarea solurilor cu poluare

redusa in pesticide


15/27

Etapele procesului de tratare sunt:

adaugarea unui amendament solid de o anumita granulatie,

Fe zero valent si apa pentru producerea conditiilor anoxice; amestecarea periodica a solului pentru crearea conditiilor

aerobe; repetarea ciclului anoxic-oxic, pana cand obiectivele

remedierii sunt atinse;

adaugarea de la inceput a fierului zero valent stimuleazaconsumul de oxigen din mediu si genereaza conditiireducatoare, iar saturarea porilor solului cu apa impiedicadifuzia oxigenului in matricea solului;

pe masura ce oxigenul existent in sol este consumat, se

creaza conditii reducatoare pentru declorurarea POPs. in etapa anoxica matricea solului este lasata intacta o

perioada de timp, de obicei 1-2 saptamani.


16/27

Tehnologia DARAMEND poate fi aplicata in situsau ex situpana la o adancime de 2 m, adancime pana la careechipamentul de amestecare a solului poate ajunge, sau la o

adancime mai mare, prin amestecarea solului pe sectiuni de2 m. Tehnologia nu se aplica pentru tratarea solului poluat cu

concentratii mari de POPs. Aplicarea tehnologiei a dus laindepartarea toxafenului si DDT-ului din sol dar nu si a

PCB, dioxinelor si furanilor (EPA, 2005).


17/27

Cercetarile de laborator au aratat ca tehnologiaDARAMEND poate fi aplicata si pentru indepartarea HCH in cursul etapei anaerobe se formeaza produsi intermediari

de metabolism, de exemplu clorbenzen, care sunt degradatiulterior in cursul etapei aerobe.

acest proces de biodegradare secventiala a pesticidului esteo solutie pentru indepartarea pana la mineralizare apoluantilor persistenti in sol.


18/27

III.5.3. Tehnologia XENOREM Este o tehnologie de bioremediere ex situutilizata pentru

indepartarea clordanului, DDT-ului, dieldrinului sitoxafenului prin amestecarea solului cu amendamente

organice ca dejectii animaliere si rumegus. Incorporarea amendamentelor in sol cu ajutorul unoromogenizatoare speciale realizeaza si o aerare a solului sistimuleaza activitatea metabolica a microorganismelor.

Pe masura ce oxigenul este consumat de microorganisme

sunt create conditii anaerobe pentru declorurarea POPs.Tehnologia a fost patentata in Canada si aplicata pe scaralarga in SUA pe situl unei fabrici de pesticide poluat cuDDT, DDD, dieldrin, molinat si toxafen.

o Solul poluat a fost intr-o prima etapa excavat, sitat si

amestecat cu dejectii animaliere si rumegus.o Solul amendat a fost apoi compostat, monitorizandu-setemperatura, potentialul redox si umiditatea.

o Dupa 24 de saptamani, valorile de concentratie alepoluantilor au scazut semnificativ, atingandu-se obiectivele

bioremedierii (EPA, 2005).


19/27

III.5.4. Fitoremedierea sau fitotehnologia Fitoremedierea se refer la

capacitatea natural aanumitor plante numitehiperacumulatori labioacumulare, degradaresau s fac contaminaniinofensivi n sol, ap sau aer.(www.sciencedirect.com)

Din punct de vedere alfitoremedierii planta poate ficonsiderata ca fiind un

sistem de pompare si tratarecare poate preveniraspandirea contaminariisolurilor.
http://g/www.sciencedirect.comhttp://g/www.sciencedirect.comhttp://g/www.sciencedirect.comhttp://g/www.sciencedirect.comhttp://g/www.sciencedirect.com


20/27

n ultimii 20 de ani, aceasta tehnologie a devenit tot maipopulara i a fost folosita pentru soluri contaminate cuplumb, uraniu, precum i arsen,pesticidelor.

Este o tehnologie care poate fi aplicata atat poluantilororganici cat si poluantilor anorganici (metale mai ales)prezenti in sol, apa sau aer.

Cu toate acestea, un dezavantaj major al fitoremedierii estec acesta necesit un angajament pe termen lung deoareceprocesul este dependent de creterea plantelor, toleranta latoxicitate i capacitate de bioacumulare.


21/27

Mecanismele fitoremedierii sunt:biodegradarea avansata a poluantului de la nivelul rizosfereiprin activitatea rizobiilor (bacterii fixatoare de azot din solcare traiesc in simbioza cu radacinile plantelor);

fitovolatilizarea sau transferul poluantilor in aer printranspiratia plantelor;


22/27

fitoextractia sau fitoacumularea contaminantilor in radacinile plantelor,

transportul si acumularea lor in tulpini si frunze (Joner, 2006);

fitostabilizarea, proces prin care planta sintetizeaza compusi la interfataradacina-sol pentru imobilizarea poluantilor;

controlul hidraulic, prin utilizarea plantelor de talie mare, care printranspiratie mobilizeaza cantitati mari de apa subterana, asigurandastfel controlul penei de poluare (Benimelia, 2008).


23/27

Tehnologia este testata in laborator si pe teren.EX: Un proiect de decontaminare desfasurat in SUA a unuisit avand o suprafata de peste 8000 m2 poluat cu PCB inconcentratie de 225 ppm, s-a finalizat cu indepartarea cu90% a poluantului din sol, in decurs de doi ani, utilizand

dudul rosu.EX: Un alt proiect in desfasurare utilizeaza fitotehnologia cuplante ierboase si plop pentru indepartarea dieldrinului sihexaclorobenzenului din sol.

Fitoremedierea solului poluat cu pesticide (atrazina,

metaclor si trifluralin) utilizand rizobiile din radacinile deKochiasp. s-a finalizat cu degradarea pesticidelor din sol siapa subterana.

Cele mai eficiente in remedierea solului poluat cu DDT,DDD si DDE sunt speciile de dovleac (White 2002, Wang

2003, Mattina 2003 si Zeeb, 2004).


24/27

Tabelul de mai jos arataexemple de utilizare aplantelor in fitoremedierea solurilor contaminate cuDDT si HCH.


25/27

III.5.5. Landfarming-ul

Landfarming-ul este o tehnologie de bioremediere utilizatala scara larga constand in amestecarea mediilor poluate, casol, namol si sedimente cu sol nepoluat, si stimulareamicrobiotei indigene a solului pentru degradarepoluantului din mediu;

Pentru ca in cursul degradarii pesticidului se formeazacompusi volatili, este necesara instalarea unui sistem decaptare si control al emisiilor pe perioada aplicariitehnologiei;

Ulterior, solul tratat poate fi utilizat in agricultura (EPA,2005).


26/27

III.5.6. Compostarea

Tehnologia consta in descompunerea biologica a materiei

organice in conditii controlate de aerobioza, cu mentinereaunei umiditati corespunzatoare.

In contrast cu descompunerea naturala necontrolata a

compusilor organici, temperatura in gramada decompostare poate creste prin autoincalzire la temperaturimezofile (25-40 0C) si termofile (50-70 0C);

Produsul compostarii solului este stabil, cu continut dehumus, si poate fi utilizat ca fertilizator in agricultura, cabiofiltru sau combustibil;


27/27

Diversitatea microbiana poate varia in timpuldiferitelor etapeale compostarii, desi numarul total de microorganisme nu seschimba semnificativ

Obiectivele compostarii suntstabilizarea, reducerea volumuluisi masei, uscarea, eliminarea substantelor fitotoxice si igienizareasolului (EPA, 2005)Daca prin aerare rezulta substante volatile sau compostulcontine substante toxice, compostul este tinut in spatii inchise, cuinstalatii de captare a compusilor volatili.

Desi in unele cazuri este preferata prezenta bacteriilor

termofile care au activitate optima la 50-70oC, prezenta unorsubstante toxice in materialul de compostare impiedica crestereatemperaturii pana la 50oC in gramada de compost (EPA, 2005;

Atkinson, 1997).

power point tehnici de bioremediere a solului poluat cu pops-perticide organoclorurate

Documents