Pericolosi contaminanti nelle acque: niente panico, ci pensano i batteri!

I cloroeteni (come il tetracloroetene, PCE, e il tricloroetene, TCE), così come i cloroetani, si riscontrano spesso come pericolosi contaminanti nell’acqua di falda in seguito al largo uso di queste molecole come solventi, sgrassanti per metalli e a processi di produzione di PVC. Utilizzati per anni in vari settori industriali, a seguito di impieghi e procedure di smaltimento non appropriate, questi contaminanti rappresentano un problema emergente poiché per molti di essi è noto il potere cancerogeno o potenzialmente cancerogeno.

Sebbene questi contaminanti tendano a formare fasi separate sugli strati impermeabili di acquiferi (DNAPL), la loro biodegradazione è possibile in presenza di opportune condizioni ambientali e microrganismi specializzati. Tipicamente, la velocità di biodegradazione di questi composti è correlata al numero di atomi di cloro presenti sulla molecola stessa: nel caso della biodegradazione aerobica la velocità di degradazione diminuisce all’aumentare del numero di atomi di cloro sulla molecola, al contrario in condizioni anaerobiche aumenta all’aumentare del numero di atomi di cloro sulla molecola. Nel caso, quindi, di PCE e TCE la degradazione anaerobica riduttiva si è dimostrata essere la strategia più efficace per la bioremediation di un sito contaminato da questi solventi clorurati.

Il PCE risulta essere recalcitrante alla biodegradazione aerobica (ossidazione), mentre può essere ridotto in condizioni anaerobiche; il tetracloroetene, quindi, può essere utilizzato come accettore di elettroni e, contestualmente, questo processo può essere accoppiato alla crescita di specifici batteri in grado di degradare il contaminante (ad esempio, Dehalobacter restrictus e Dehalococcoides spp., Fig. 1). Per poter avvenire, la declorazione riduttiva del PCE necessita della presenza di elettroni che vengono donati da substrati carboniosi che devono essere opportunamente selezionati; tra questi si ricordano lattato, butirrato, benzoato, metanolo, che si sono dimostrati ottimi donatori di elettroni per la riduzione dei solventi clorurati. Nella maggior parte dei casi, infatti, l’idrogeno molecolare prodotto dalla fermentazione anaerobica di tali composti è l’effettivo donatore di elettroni utilizzato dai microrganismi decloranti che “respirano” i solventi clorurati (si parla, infatti, di “Dehalorespiration”).

Figura 1: Micrografie elettroniche di Dehalococcoides mccartyi, batterio capace di ridurre il PCE in etilene

Da qualche anno, oramai, si parla di una tecnologia di bioremediation dal nome RABITT (Reductive Anaerobic Biological In Situ Treatment Technology). Il protocollo di caratterizzazione RABITT valuta se esistono o possono essere stimolate in situ appropriate e specifiche popolazioni batteriche autoctone e/o condizioni idrogeologiche tali da consentire la degradazione biologica dei solventi clorurati partendo dal principio dell’infallibilità microbica. Il sistema di valutazione RABITT consta di tre categorie indipendenti: il profilo del contaminante (ovvero valutazione della formazione di sottoprodotti della biodegradazione), il profilo idrogeochimico (conducibilità idraulica), il profilo geochimico (ovvero valutazione di parametri quali nitrati, ossigeno disciolto, solfuro di idrogeno, solfati, potenziale redox, temperatura, COD, alcalinità, metano e pH). Questo protocollo, in sintesi, consente di ottenere uno score totale per valutare l’applicabilità della declorazione riduttiva e mettere in luce eventuali processi di attenuazione naturale.

Al fine di valutare il potenziale successo del trattamento in situ, sono stati condotti numerosi studi in cui suolo e acqua di falda contaminati sono stati posti in contatto all’interno di bottiglie (microcosmi) in modo da riprodurre le condizioni presenti nella falda o potenzialmente realizzabili con l’aggiunta di ammendamenti di diverso genere (come vitamina B12 o estratto di lievito) o microrganismi dall’esterno per velocizzare la reazione di degradazione. Solitamente, la concentrazione di contaminanti clorurati (PCE, TCE) e dei relativi prodotti di degradazione (dicloroetene ovvero DCE, cloruro di vinile ovvero VC ed Etilene) viene monitorata per un periodo non inferiore ai 6 mesi.

Rossetti e coautori (2008) hanno, ad esempio, osservato come in un microcosmo anaerobico, opportunamente addizionato con butirrato, si possa raggiungere la completa degradazione del 1,1,2,2-tetracloroetano (un intermedio nei processi produttivi di PCE e TCE, che è estremamente tossico ed epatopatico) in etilene con l’ausilio di batteri come Sulfurospirillum e Dehalococcoides spp (già presenti nella popolazione microbica autoctona dei campioni in esame).

Aulenta e coautori (2006) hanno invece studiato il pathway di trasformazione del 1,1,2,2-tetracloroetano in presenza di cloroeteni in un microcosmo anaerobico realizzato con terreno e acqua di falda del sito contaminato da PCE/TCE a Rho (Milano). I risultati dello studio hanno messo in evidenza, dopo 384 giorni di coltivazione e osservazione, degradazioni pari all’85% del 1,1,2,2-tetracloroetano; da un punto di vista pratico, i risultati di questo studio sui microcosmi indicano come l’aggiunta di Dehalococcoides spp. al campione contaminato possa portare ad una completa conversione di una mix di etani clorinati e PCE/TCE in etilene e come l’iniezione di lattato nei pressi della sorgente di contaminazione possa stimolare la rapida riduzione del 1,1,2,2-tetracloroetano in DCE e VC.

Fabrizio Visino

Fonti:

Aulenta F, Potalivo M, Majone M, Papini Petrangeli M, Tandoi V. “Anaerobic bioremediation of groundwater containing a mixture of1,1,2,2-tetrachloroethane and chloroethenes”, Biodegradation (2006) 17: 193–206. DOI 10.1007/s10532-005-4218-7

Rossetti S, Aulenta F, Majone M, Crocetti G, Tandoi V.” Structure analysis and performance of a microbial community from a contaminated aquifer involved in the complete reductive dechlorination of 1,1,2,2-tetrachloroethane to ethene”, Biotechnol Bioeng. 2008 Jun 1;100(2):240-9. doi: 10.1002/bit.21776.

Fennell, DE, Gossett, JM, Zinder, SH 1997Comparison of butyric acid, ethanol, lactic acid, and propionic acid as hydrogen donors for the reductive dechlorination of tetrachloroetheneEnviron. Sci. Technol.31918926

Middeldorp, PJM, Luijten, MLGC, Pas, BA, Eekert, MHA, Kengen, SWM, Schraa, G, Stams, AJM 1999Anaerobic microbial reductive dechlorination of chlorinated ethenesBioremediation J.3151169

 

 

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