|
|
Tehnici de depoluare si bioremediere a solului-in situ
Resursele naturale regenerabile sunt constituite din apa, aer, sol , flora, fauna, energie solara, eoliana si a mareelor, . . . "
"Factorul principal care transforma, aproape total sau ireversibil, resursele naturale regenerabile in resurse neregenerabile este poluarea. Atunci cand una dintre resursele regenerabile este grav afectata de catre poluare, se poate considera ca s-a produs degradarea mediului inconjurator , avand consecinte pe termen lung, greu sau imposibil de evaluat si corectat"
Introducere
In prezent, si in Romania, gospodarirea si asigurarea unor conditii de calitate bune a solurilor, a devenit o problema majora in contextul alinierii tarii noastre la standardele si cerintele impuse pe plan mondial in ceea ce priveste protectia mediului si a resurselor naturale. Asigurarea protectiei calitatii solurilor, ca mijloc de crestere a resurselor de sol, cat si pentru protectia mediului inconjurator, prevede printre altele utilizarea unor procedee si tehnologii de depoluare menite sa neutralizeze sau sa blocheze fluxul de poluanti si care sa asigure eficienta dorita si aplicarea legislatiei privind protectia calitatii solului.
Metodele conventionale de depoluare a solurilor contaminate cu produse petroliere se aplica cu succes la scara internationala, insa majoritatea acestora prezinta urmatoarele inconveniente: generarea unor efluenti lichizi sau gazosi ce necesita o tratare/depozitare suplimentara, perioade mari de operare, dificultati de monitorizare si control, costuri ridicate de capital si operare. Dezavantajele mentionate, corespunzatoare tehnologiilor respective, conduc la limitarea sau chiar imposibilitatea aplicarii acestor tehnici de depoluare la nivel national, in conditiile economice actuale ale Romaniei.
Pe plan mondial se observa tendinta de dezvoltare a unor metode simple, rapide, ieftine si eficiente, care sa asigure prin aplicarea lor in-situ blocarea migrarii poluantilor din zona deversarii de produs petrolier in subteran sau alte zone invecinate, distrugerea poluantilor si refacerea cadrului natural.
Notiunea de calitate a solurilor
In general ideea de calitate a solului variaza in functie de modul de abordare care poarta amprenta gradului de instruire si calificare a celor implicati. Astfel:
Pentru agricultori calitatea se refera in special la productivitate, exploatare, profit, grad de conservare a fertilitatii;
Pentru silvicultori, calitatea include suport, biodiversitate, capacitate de rezistenta;
Pentru naturalisti sau geografi calitatea solului inseamna in primul rand capacitatea lui de a se integra armonios in peisajul geografic;
Pentru cei care se ocupa cu problema de mediu, calitatea solului integreaza o serie de de caracteristici cum ar fi capacitatea de a-si indeplini functiile in cadrul ecosistemului sau geosistemului, potential in mentinerea biodiversitatii precum si a calitatiiapei, aerului, ciclul nutrientilor .
Solul nu este doar cea mai importanta resursa a omenirii, dar este totodata si cea mai putin inteleasa si mai complexa, fiind acea componenta a biosferei situata la suprafata scoartei terestre, in care se desfasoara procese chimice si biologice complexe si in care s-a stabilit, pe parcursul unor perioade indelungate de evolutie, un anumit echilibru ecologic.
Formarea si evolutia solurilor este un proces complex, care se desfasoara in timp, sub actiunea factorilor pedogenetici naturali si a influentelor antropice.
Factorii naturali care determina calitatea solurilor sunt: relieful, litologia, clima, vegetatia si timpul.
Factorii antropici sunt factorii care au modificat si modifica sensibil si rapid calitatea
solurilor.
Calitatea solului rezulta din interactiunile complexe intre elementele componente ale acestuia si poate fi influentata puternic de interventiile defavorabile si practicile agricole neadaptate la conditiile de mediu, de introducerea in sol de compusi mai mult sau mai putin toxici, de acumularea de produse toxice provenind din activitati industriale si urbane.Calitatea solurilor este determinata in principal de proprietatile acestora.
Caracterul integrator al conceptului de calitate a solului rezida in faptul ca aceasta notiune inglobeaza insusiri de prim rang ale solului ca fertilitatea si productivitatea alaturi de alte elemente care se refera la starea de poluare a solului, starea sanitara a solului si pretabilitatea lui pentru anumite folosinte.Ele sunt prezentate in fig.1.Toate aceste componente integrate conceptului respectiv contin elemente cu un anumit potential de cuantificare, capabile de a oferi anumiti indicatori.
Calitatea solului nu poate fi masurata direct deoarece ea este data de o serie de proprietati ale solului rezultate in urma unor procese fizice, chimice, biologice si mineralogice care se desfasoara in mediul edafic. Din aceasta cauza evaluarea calitatii solului se face indirect prin folosirea unor indicatori calitativi si cantitativi care masoara proprietatile semnificative pentru procesele care au loc in sol.
Evaluarea calitatii solului necesita doua aspecte importante:
1. Stabilirea unui sistem de referinta fata de care se poate raporta capacitatea functionala a unui sol. Acest sistem de referinta poate fi constituit dintr-un sol diferit, dar reprezentativ sub aspectul raspandirii in teritoriu sau sub aspectul
semnificatiei agricole, sau dintr-un sol similar aflat sub vegetatie nativa, ori pastrat ca martor.
2. Precizarea scopului in care se face evaluarea sau a conditiilor de functionare, deci in raport cu situatia concreta de utilizare a solului, deoarece aceeasi proprietate a unui sol poate fi buna pentru o anumita folosinta, planta sau management, rea pentru alta folosinta sau indiferenta pentru alte situatii.
|
Pretabilitatea pentru anumite folosinte (agricola,silvica,de constructii etc.) |
|
Calitatea solului |
|
Starea de poluarea: - emisii industriale - pesticide - hidrocarburi - metale grele |
|
Fertilitatea solului: - Parametrii fizici - Parametrii chimici - Parametrii biologici - Parametrii mineralogici - Interactiunile dintre acesti parametrii |
|
Starea sanitara a solului: - Gradul de infestare cu daunatori si agenti patogeni - Gradul de imburuienare |
|
Capacitatea productiva a solului: - Tehnologia aplicata - Planta de cultura - Conditii climatice etc. |
Conceptul de calitate a solului
Indicatorii de calitate a solului pot fi divizati in doua grupe principale:
indicatori descriptivi - sunt la indemana fermierilor sau a unor persoane mai putin avizate;
indicatori analitici sunt preferati de specialisti pentru ca sunt cantitativi.
Atunci cand calitatea solului este afectata profund de contaminanti al caror impact pot dauna nu numai sanatatii solului ci si a intregului ecossitem ea trebuie privita din doua perspective:
Gradul sau masura in care anumite functii ale solului sunt deriorate de catre contaminanti ;
Abilitatea solului de a fixa, detoxifia si degrada contaminantul respectiv.
Mecanismul bioremedierii
Pornind de la activitatile degradative ale microorganismelor au fost elaborate numeroase tehnologii de depoluare, care sunt cuprinse generic in termenul de bioremediere.
Orice compus chimic a carui acumulare in natura devine periculoasa pentru mediu poate fi considerat drept POLUANT, iar inlaturarea lui cu ajutorul microorganismelor poate fi considerata BIOREMEDIERE.
Adoptarea unei decizii privind alegerea unei anume metode de remediere trebuie sa tina seama de urmatoarele etape:
identificarea tuturor poluantilor prezenti in zona;
evaluarea riscului pentru mediu si populatie luand in considerare toti poluantii;
investigarea spectrului hidrodinamic al curgerii subterane;
estimarea volumului poluantilor din zona;
analiza proceselor fizice, chimice sau biochimice de degradare sau atenuare ;
calcularea duratei proceselor de remediere pentru toate metodele propuse;
analiza cost-eficienta pentru toate metodele propuse;
investigarea reactiei sociale pentru metodele propuse;
alegerea si aplicarea metodei de remediere potrivita.
Microorganismele capabile sa degradeze substantele xenobiotice sunt prezente, in general, in respectivele medii poluate, insa biodegradarea naturala are loc cu rate foarte scazute. De aceea, s-au elaborat diverse tehnologii de bioremediere care presupun: cunoasterea cailor de optimizare a conditiilor biodegradarii, cunoasterea comportarii si efectelor substantelor chimice introduse in sol asupra ecosistemului selectarea unor microorganisme cu abilitati degradative superioare. S-au identificat principalele bacterii ce contribuie la degradarea petrolului(Pseudomonas, Flavobacterium, Corynebacterium etc), bacterii care se intalnesc si in zacamintele de titei. De asemenea, s-au stabilit unele conditii in care aceste bacterii prolifereaza sau dispar si modul cum pot fi stimulate. S-au efectuat si studii asupra plantelor pionier ce se instaleaza pe terenurile poluate si asupra speciilor cultivate ce pot fi folosite in cursul ameliorarii. S-a efectuat un studiu amplu de caracterizare a distributiei cantitative si calitative a bacteriilor heterotrofe si fungilor filamentosi in solurile afectate de poluare din teritorii apartinand schelelor de extractie a titeiului de pe intreg teritoriul Romaniei.
In sol, desi reprezinta o fractiune minuscula din greutatea totala (0,35%), microorganismele au o importanta esentiala, fiind "motorul functiilor de fertilitate a solului . Activitatea microorganismelor din sol este influentata de prezenta mic nutrienti si de factorii de mediu ,ai habitatelor, de tipul de sol, de structura si textura acestuia, de asigurarea cu substante organice si nutrienti si de factorii de mediu. In functie de multitudinea de factori care actioneaza, activitate microorganismelor este variabila, atat din punct de vedere biologic (alternanta fazelor vegetative cu fazele de latenta), cat si din punct de vedere al activitatii metabolice si de nutritie.
Numeroase microorganisme din sol au capacitatea de a utiliza hidrocarburile gazoase, solide si lichide din seria alifatica si aromatica drept unica sursa de carbon si energie, descompunandu-le la compusi cu greutate moleculara mai mica, sau chiar la dioxid de carbon si apa.
Raspandite larg in mediile naturale, si uneori semnificative numeric, microorganismele active ataca diferiti compusi, ca: titeiul, fractiile usoare albe, uleiurile minerale, parafina, gazele de sonda, cauciucul natural si sintetic, uleiurile de racire, suprafetele asfaltate, conductele subterane si cablurile electrice protejate de coroziune cu ajutorul materialelor impregnate cu parafina, elastomeri sau alte produse petrochimice.
|
|
|
|
|
|
Prezente in sol, in apele dulci si marine si in unele sedimente,intr-o gama larga de conditii de mediu, aceste microorganisme au capacitatea de a sintetiza un spectru larg de enzime care asigura degradarea hidrocarburilor individuale si potentialului de indepartare, sau de conversie a titeiului din mediu.
Deversarea de titei brut in sol are drept rezultat o crestere numerica a populatiilor de bacterii, cu o reducere concomitenta a diversitatii lor, respectiv cu predominanta speciilor care degradeaza hidrocarburile la compusi mai simpli, determinand disparitia lor treptata.
Numarul microorganismelor care degradeaza hidrocarburile creste foarte mult dupa poluare, cu cateva ordine de marime si se mentine ca atare, uneori chiar mai mult de un an.
In sol, dupa contaminare, microfungii care degradeaza hidrocarburile, reprezinta 60-82% din totalul acestui grup, iar bacteriile - 50% din micropopulatia respectiva.
In ultimele trei decenii s-au identificat peste 200 de specii de microorganisme capabile sa metabolizeze hidrocarburile.
In urma analizarii microbiologice a probelor de soluri poluate cu titei unele in concentratii excesive (>30%), au fost izolate tulpini bacteriene cu o inalta rata de supravietuire in aceste conditii severe de poluare.
Majoritatea speciilor izolate apartin genurilor bacteriene cunoscute pentru specii capabile sa biodegradeze hidrocarburi din titei.
Ulterior unele dintre tulpinile izolate au fost testate in laborator pentru evidentierea capacitatii de degradare a hidrocarburilor petroliere de catre microorganisme:
S-a realizat prin insamantarea acestora pe medii minerale la care s-a adaugat titei, drept unica sursa de carbon si energie.
Microorganismele au fost izolate din solul poluat cu titei, prin tehnica inocularii .
Inoculul creat si aplicat ulterior in cadrul unor experimente a fost alcatuit din tulpini deja testate in laborator pentru abilitatea de a degrada hidrocarburi si apartin genurilor:
- Pseudomonas,
- Arthrobacter,
- Mycobacterium,
- Flavobacterium,
- Actinomycet.
Metode de remediere a solurilor poluante
Acest subpunct reprezinta un overview asupra principalelor metode descoperite, folosite si imbunatatite de-a lungul timpului, in incercarile permanente ale oamenilor de stiinta de a gasi solutii pentru decontaminarea solurilor poluate, a carei amploare pune, din ce in ce mai mult, in pericol calitatea mediului inconjurator si impicit viata oamenilor.
In functie de etapele istorice ale dezvoltarii stiintei, principalele ramuri care au propus si chiar au impus metode de remediere ale solurilor poluate au fost fizica si chimia. Toate aceste metode, care vor fi prezentate mai departe, prezinta atat aventaje, cat si dezavantaje majore. Evolutia cunoasterii in domeniul biologiei solului si indeosebi a microbiologiei, a microorganismelor care-l colonizeaza, aceasta implicand deslusirea celor mai importante cai metabolice prin care acestea determina mineralizarea materiei organice ajunse in sol sub diverse forme chimice , unele extrem de complexe, pana la CO2, H2O si substante minerale simple, a venit cu solutia decontaminarii solului cu ajutorul microrganismelor , respectiv bioremedierea.
Ulterior, cercetarile au descoperit principalele grupe de organisme active in biodegradare,pornind de la bacterii,pana la fungi filamentosi si nefilamentosi.
Depoluare prin metode biotehnologice
Folosirea bacteriilor pentru depoluari
Se stie de mult timp ca microorganismele si mai ales bacteriile au capacitatea impresionanta de tratare a substantelor. Pe acest principiu, deja functioneaza de mult timp majoritatea statiilor de epurare a apelor uzate in Europa unde bacteriile glutone digera poluantii ca sa le reduca sau sa le elimine.
Schema de eliminare a poluantilor apelor uzate prin actiunea bacteriilor
Efluentii minieri sunt tratati si acum cu aceste tehnici folosite de ani. S-a constatat de asemenea ca deseurile menajere puse in groapa de gunoi, degaja gaz metan prin activitatea bacteriana anaeroba care poate fi exploatata ca o sursa de energie.
Astazi, bacteriile degradeaza fenolul, hidrocarburile, pesticidele, contribuie la eliminarea arsenicului si a metalelor grele. Alte perspective se vor deschide pentru reducerea impactului de CO2. Astfel, hidrocarburile extrase prin foraj sunt contaminate de CO2 si H2S care trebuie separate prin tehnici costisitoare.
Tehnologia biologica permite tratare « in situ » care limiteaza mult costurile.
Solul adaposteste cantitati fenomenale de microorganisme. Fiecare gram de sol poate contine mii de specii microbiene: bacterii, ciuperci, alge. Doar 5% sunt cunoscute si pot fi izolate si cultivate in laborator. Aceasta biomasa, care se gaseste ca atare pana la 500 m de adancime, poate fi considerata precum o imensa masina de spalat biologica si naturala, capabila de a trata si de a recicla, chiar de a elimina elementele nedorite sau periculoase, precum hidrocarburi le sau metalele grele. Folosind activitatea unor bacterii, este posibil reducerea caracterului periculos al metalelor prin fixare sau, in opozitie, a facilita recuperarea lor.
Pentru a acoperi nevoile energetice, aceste bacterii vor lua drept hrana, compusi organici, minerali sau lumina, pornind astfel procesul de biodegradare. In stare naturala, aceste microorganisme vor reduce impactul poluarii intr-un timp destul de lung. Aici, intervine mana omului astfel incat putem accelera procesul de reabilitarea a terenului.
Asta presupun analize precise: izolarea a familiei de bacterii active si de procesele bacteriene, metodele de implementari si extrapolarea principiului de la scara laboratorii la scara semi-industriala, ultimul popas inainte implementarea unui proces de tratare.
Prezenta unor metale grele in apele freatice este o problema frecventa cu implicari grave asupra sanatatii. Cercetarile in acest domeniu au ajuns la implementarea tratarii prin bacterii sulfo-reductoare. Aceste bacterii transforma sulfatul in sulfuri care precipita metalele grele in ape, putand astfel fi recuperati si eliminati.
Cercetarile au condus la implementarea tratarii cromului si arsenicului: Bacteriile modifica starea de oxidare a metalului precum cromul, care trece din starea Crom 6 poluant solubil, periculos pentru sanatate si cancerigen, la starea Crom 3 putin solubil, putin toxic si chiar la doze mici, necesar sanatatii.
Problematica arsenicului se aseamana: se pot folosi procese bacteriene care transforma Arsenic 3 care este o forma toxica al metalului, la Arsenic 5, care se mai gaseste sub forma naturala si care este mai putin periculos.
Folosirea bacteriilor nu se limiteaza numai la depoluare, ci si la extragerea metalelor valoroase. Aceasta stiinta se cheama Bio-hidrometalurgie. Anumite microorganisme pot degrada minereuri sulfurate principalii constituienti ai metalelor neferoase, favorizand recuperarea metalelor care le contin. Aceasta tehnica a fost implementata in Ouganda pentru minele de Cobalt. Acest proiect a facut parte dintr- un program selectionat si sprijinit de Uniunea Europeana (BioMinE si Bioshale)
Scopul a fost identificarea resurselor minerale care puteau fi valorificate de biotehnologie precum cobaltul, cupru, nichel, argint, prezente in minereurile aflate in Europa Centrala si in Scandinavia.
Bio-hidrometalurgia are in primul rand, un scop industrial: optimizarea recuperarii metalelor cu tehnici mai ieftine si de a exploata zacamintele cu concentratia metalelor mai slabe. Dar, aceasta stiinta are si o ambitie asupra mediului. Intr-adevar, bio-hidrometalurgia evita degajarea dioxidului de sulf, gaz periculos produs in cantitati mari de piro-metalurgie, procedeu de recuperare majoritar folosit astazi.
Exemplu de clasificarea bacteriilor
BIODEPOL (program european) a clasificat bacteriile in functie de tipul de poluare.
Astfel, avem:
|
Bacterii |
Scopul - Finalitate |
|
Bacterii care oxideaza compusi sulfurati: Sulfuri si fier in conditii aeroba (prezenta de oxigen). Ex: Thiobacillus |
|
|
Bacterii oxidante sau reductoare a arsenicului in conditii aeroba sau anaeroba.Ex: Thiobacillus, Rhizoctonia |
|
|
Bacterii heterotrofe care degradeaza compusi organici in conditii aeroba si anaeroba ex: Ralstonia eutropha |
Implementarea procedurilor de depoluare a efluentilor, deseurilor si solurilor. De exemplu, Bio-tratarea nisipurilor de turnatorie contaminate de fenol, Bio-degradare a pesticidelor |
|
Bacterii reducatoare a sulfatilor in conditii anaerobe: Ex Saccharomyces, Rhizopus, Chlorella, Thiobacillus, Zoogloea |
Folosirea tratarii biologice a efluentilor acizi minieri si industriali contaminati de metale grele (Cr) |
|
Bacterii care produc gaz metan si hidrogen |
Degradarea materiilor organice in conditii reducatoare precum bio-tratare a deseurilor organice si recuperarea gazelor energetice |
|
Bacterii care mineralizeaza carbonul sub forma de carbonati |
Fixarea dioxidului de carbon sub forma minerala |
Este important de a folosi un tip de bacterie pentru fiecare caz de Bio-remediere. S-a constatat ca folosirea neadecvata a bacteriilor, poate duce la generarea unor produse mai toxice si mai mobile decat produsele initiale.
Nu numai bacteriile pot fi folosite pentru depoluarea solurilor: sunt si alte microorganisme precum drojdie sau archaeas. Aceste microorganisme sunt eucaryote, adica au un nucleu care contine informatii genetice precum regnului animal. Pot trai in conditii extreme de temperatura si presiune si s-a dovedit ca pot transforma moleculele
Tratarea cu bacterii este insa folosita la ora actuala cel mai mult in cazul poluarii cu hidrocarburi clasice precum benzina si motorina. Tehnica de implementare « Ex-situ » este pilade bio-remediere. Se amesteca bacteriile cu nutriente si se injecteaza prin tevile mari cu o cantitate de aer. Aerul catalizeaza buna dezvoltare a microorganismelor.
Se considera ca aceasta procedura trebuie sa dureaza cam 6 luni. Astfel se accelereaza procesul natural care altfel s-ar desfasura in cativa ani . Majoritatea terenurilor depoluate adica 60-70%, poate fi folosite chiar ca pamant agricol. Aceasta metoda este insa limitata in functia de tipul de teren si are dezavantajul ca pamantul trebuie excavat din zona poluata si adus la centru de retratare.
In prima etapa, se face o recoltare a solului pentru analiza la laborator. Apoi, se corecteaza pH solului cu adaugare de P si N. Bacterii se dezvolta optim daca raportul C/N/P este de 100/10/1.
Bacteriile sunt pulverizate sub forma lichida pe suprafata solului sau injectate in sol. Penetrarea lenta a bacteriilor si repetarea acestei manipulari permit degradarea poluantului.
Aceasta metoda are si limitele ei si trebuie tinut cont de anumiti parametri:
Factorii de accelerare a bio-degradarii:
Fata de o metoda fizico-chimica, costul de depoluare este redus de 5 ori.Limitele ei sunt legate de permeabilitatea solului, timpul alocat la remediere si adancimea poluarii. Intr-adevar, exista o limita unde microorganismele pot actiona.
Aceste metode sunt in general evitate, fiindca genereaza costuri enorme de implementare. Insa, au avantajul de a rezolva problema repede si pot fi o solutie atunci cand termenul este mai critic decat bugetul depoluarii.
.Metoda prin excavare:
Se extrage pamant poluat pentru a fi tratat si apoi, se pune la loc. Aceasta metoda este extrem de scumpa datorita transportului si stocarii
Concluzii
Procesele biologice se bazeaza pe actiunea microorganismelor care au capacitatea de a transforma poluantii organici in principal in CO2,apa si biomasa,sau de a imobiliza poluantii prin legare in fractiunea humica a solului.Degradarea se realizeaza,de regula ,in conditii anaerobe.
In practica este necesara, in cele mai multe cazuri, o combinatie a celor mai diverse proceduri si masuri, pentru a atinge scopul decontaminarii.
Procedura cea mai potrivita se determina in decursul cercetarilor etapizate in vederea decontaminarii.
O decontaminare este cea mai eficienta atunci cand sursa de poluanti este complet indepartata sau cand dispersia poluantilor este, pecaposibil,indepartata la sursa.
Dimpotriva, deosebit de anevoioasa si complicata poate fi decontaminarea surselor de poluanti suprapuse sau a coloanelor extinse.
Am prezentat aici tehnicile cele mai recente de decontaminare a solului in situ.Aceste procedee imbina Inceputul "cu Viitorul ,utilizand unele procedee ce dateaza de mii de ani cu tehnologii foarte noi ce ne ajuta sa remediem problemele in cel mai scurt timp,dar acest fapt are si un dezavantaj major:presupune un cost ridicat .Asadar ,cea mai buna alternative ar fi -sa incercam sa nu provocam aceste ''accidente'' in mod voit.
Pascal Brynaert- Tehnici ale biotehnologiei in Franta si Belgia depoluarea solurilor si apelor
|
Politica de confidentialitate |
 .com |
Copyright ©
2024 - Toate drepturile rezervate. Toate documentele au caracter informativ cu scop educational. |
Personaje din literatura |
| Baltagul – caracterizarea personajelor |
| Caracterizare Alexandru Lapusneanul |
| Caracterizarea lui Gavilescu |
| Caracterizarea personajelor negative din basmul |
Tehnica si mecanica |
| Cuplaje - definitii. notatii. exemple. repere istorice. |
| Actionare macara |
| Reprezentarea si cotarea filetelor |
Geografie |
| Turismul pe terra |
| Vulcanii Și mediul |
| Padurile pe terra si industrializarea lemnului |
| Termeni si conditii |
| Contact |
| Creeaza si tu |
