Biorisanamento: vantaggi, svantaggi e caratteristiche

Il biorisanamento รจ una tecnologia di bonifica ambientale basata sul metabolismo microbico di determinati batteri in grado di biodegradare o detossificare sostanze inquinanti.

In particolare, sono identificati come inquinanti le sostanza estranee che causano alterazioni degli equilibri biologici e chimici in determinati siti (come, ad esempio il suolo). Specificamente, l’inquinante puรฒ essere diretto, come il rilascio di sostanze nell’ambiente oppure indiretto, come le piogge acide o il rilascio di metaboliti secondari dei microorganismi.

Tra gli inquinanti di grande interesse ambientale per la salute dell’uomo ricordiamo i composti inorganici (metalli pesanti) ed i composti organici (POPs).

In particolare, i metalli pesanti possono essere estremamente tossici anche a basse concentrazioni e possono essere rilasciati o da sorgenti naturali (vulcani, suolo) oppure da attivitร  antropiche (acciaierie, attivitร  minerarie). I piรน pericolosi sono: cadmio, piombo, mercurio e alluminio.

Invece, i POPs (persistent organic polluttants) sono un gruppo abbastanza vario di sostanze chimiche estremamente tossiche, persistenti, difficilmente degradabili e bioaccumulabili nei tessuti degli organismi viventi. Inoltre, essi sono facilmente trasportabili dalle masse d’aria.

I POPs piรน famosi sono quelli utilizzati per il trattamento del legno, oppure il DDT e al loro interno troviamo diossine o idrocarburi policiclici aromatici che rilasciati nell’ambiente possono accumularsi negli organismi viventi, sviluppando tumori ed altre patologie rare.

Vantaggi e svantaggi del biorisanamento

Vantaggi

  • Puรฒ essere un processo naturale ed eticamente accettato;
  • i microorganismi in grado di degradare un contaminante crescono quando il contaminante รจ presente;
  • rende possibile la completa distruzione degli inquinanti;
  • puรฒ essere condotto sul posto senza causare interruzioni delle normali attivitร ;
  • non utilizza sostanze chimiche pericolose;
  • รจ molto ecosostenibile e semplice.

Svantaggi

  • Molto costoso;
  • limitato, non tutti i composti sono biodegradabili;
  • i prodotti della biodegradazione possono essere piรน persistenti o tossici dell’elemento tossico stesso;
  • i processi biologici sono altamente specifici e hanno bisogno di determinate condizioni per avvenire;
  • spesso richiede piรน tempo rispetto ad altri trattamenti come l’incenerimento.

Biorisanamento in situ

Questa tecnica prevede un biorisanamento sul campo, cioรจ tutte le metodiche vengono attuate sul territorio stesso, senza prelevarlo e portarlo altrove.

Nello specifico, se ne distinguono due tipologie: biorisanamento in situ intrinseco ed enhanced.

Biorisanamento intrinseco

Anche detto attenuazione naturale, รจ un processo osservato nell’ambiente per cui la concentrazione di un contaminante diminuisce naturalmente senza l’intervento umano.

In particolare, questo processo viene generalmente attuato da diversi consorzi microbici che operano in successione nel tempo. Specificamente, affinchรฉ sia efficiente รจ necessario che gli enzimi prodotti dai batteri possano legare l’inquinante e convertirlo in prodotti innocui.

Sono molteplici i gruppi microbici che rientrano in questo processo. Tra i maggiori, ricordiamo:

  • Aerobi come pseudomonas, alcaligenes, sphingomonas, rhodococcus e mycobacterium. Molti di essi usano il contaminante come fonte di energia e carbonio. Inoltre, parecchi sfruttano il cometabolismo, cioรจ si servono di due substrati: uno primario che serve a ricavare energia, e uno secondario che รจ il contaminante utilizzato per ossidare il substrato primario. Ancora, i batteri metilotrofi usano il metano come fonte di energia grazie all’enzima metano monossigenasi;
  • Anaerobi come enterobacter in grado di decontaminare ambienti in cui sono presenti idrocarburi alifatici e aromatici poichรฉ li utilizza come accettori finali degli elettroni nella respirazione anaerobia;
  • Funghi come, ad esempio, phanaerochaete chrysosporium che รจ capace di degradare molti inquinanti persistenti;
  • Piante in questo caso, parliamo di phytoremediation. Infatti, le piante sono in grado di immagazzinare ed eliminare sostanze inquinanti.

Enhanced

Il biorisanamento in situ cosiddetto enhanced, puรฒ essere distinto in due tipi di processi: bioagumentation e biostimulation.

Bioagumentation

Questo รจ il processo di bioaumento che viene attuato in quanto molto spesso le popolazioni microbiche non sono adatte a degradare un particolare inquinante, quindi si procede all’aggiunta di altri tipi di microorganismi dall’esterno (specie esogene) che aumentano la velocitร  di biodegradazione.

Bioagumentation
Figura 1 – bioagumentation [credits: semanticscholar.org]

In particolare, questi gruppi microbici aggiunti possono anche costituire OGM, ma non per forza. Tuttavia, questa tecnica puรฒ portare a degli svantaggi a causa dell’instabilitร  genetica dei microorganismi o della bassa vitalitร  dell’ambiente considerato.

Specificamente, il risultato ottimale del biorisanamento dipende dall’interazione tra le popolazioni microbiche originarie e quelle esogene.

Biostimulation

La biostimolazione รจ un processo di manipolazione del sistema al fine di alterarne le condizioni e favorire la degradazione microbica.

Specificamente, esso avviene generalmente tramite l’aggiunta di ossigeno o con la modificazione di parametri come pH, temperatura o anche l’aggiunta di nutrienti utili alla crescita batterica.

Biostimulation e bioagumentation a confronto
Figura 2 – biostimulation e bioagumentation a confronto [credits: researchgate.net]

Queste sostanze possono essere prodotte anche dai batteri stessi. La biostimolazione รจ in genere utilizzata per inquinanti che hanno effetti non troppo elevati ed a basso costo.

In particolare, poichรฉ la maggior parte delle sostanze organiche viene degradata dai batteri aerobi รจ importante che il substrato sia ben areato.

Nello specifico, queste tecnologie sono particolarmente indicate per i suoli contaminati da idrocarburi degradabili con microorganismi aerobi.

Biorisanamento ex situ

Questo รจ un metodo di biorisanamento basato su tecniche in cui il suolo da decontaminare รจ trasferito in un’altra zona e successivamente vengono attuate tutte le metodiche previste per il risanamento biologico.

A tal proposito, sono utilizzate principalmente tre tecniche:

  • Land farming: il terreno contaminato viene scavato e distribuito su un letto preparato e periodicamente lavorato fino a quando gli inquinanti non sono degradati;
  • composting: per cui il suolo contaminato viene combinato con sostanze non pericolose come letame o rifiuti agricoli;
  • biopiles: il terreno viene prelevato e messo in delle pile. Specificamente, esso viene sovrapposto gradualmente e, sempre in maniera graduale, vengono inseriti tubi forati che vi distribuiscono acqua, aria e nutrienti per stimolare le popolazioni batteriche.

Degradazione di idrocarburi

Lo sversamento di petrolio a livello delle coste e del mare causa la distruzione di barriere coralline e di tutta la flora e fauna acquatica.

Nella fattispecie, il petrolio รจ molto pericoloso perchรฉ non ha una composizione chimica definita, รจ un composto oleoso nel quale possiamo trovare vari idrocarburi come alcani (frazione piรน abbondante), cicloalcani e una piccola frazione aromatica.

Alcuni microorganismi sono capaci di biodegradare queste sostanze. In particolare, parliamo di batteri idrocarbonoclastici, tra cui i principali sono: proteobacteria, actinobacteria e firmicutes.

Specificamente, parliamo di batteri generalisiti, tra cui pseudomonas e vibrio, ma anche generalisiti, che sono idrocarbonclastici obbligati (possono usare solo idrocarburi) e sono, ad esempio marinobacter, Cycloclasticus spp e aclanivorax.

Inoltre, molto importante nel processo di biodegradazione sono la temperatura (in mare l’optimum รจ circa 15ยฐC, in acqua dolce circa 25ยฐC e nel suolo fino a 40ยฐC) e la biodisponibilitร  degli idrocarburi.

Giovanna Spinosa

Fonti
  • https://www.microbiologiaitalia.it/batteriologia/biorisanamento-lesercito-microbico-delle-biotecnologieambientali/#:~:text=Cos’%C3%A8%20il%20biorisanamento%20o,naturali%20di%20detossificazione%20dell’ambiente;
  • https://www.torrossa.com/en/resources/an/2442835;
  • https://books.google.it/bookshl=it&lr=&id=WQPGAQAAQBAJ&oi=fnd&pg=PA3&dq=biorisanamento&ots=BX3_e4Vq6f&sig=6E7JdirQ2mGV_MjpV7ypRCan3Lw&redir_esc=y#v=onepage&q=biorisanamento&f=false.
Crediti immagini
  • https://www.researchgate.net/figure/Comparison-between-Bioaugmentation-and-Biostimulation-techniques-adapted-from-84_fig5_344716349;
  • https://www.semanticscholar.org/paper/Bioaugmentation-and-biostimulation%3A-a-potential-for-Tribedi-Goswami/947eafaee31a0a531fa0a4059bc4b6917119a6ae.

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