Presentazione di PowerPoint

Cos’è il Fitorisanamento
o Phytoremediation
E’ un set di tecnologie che utilizza le piante, il
loro apparato radicale e i microrganismi che in
esso vivono per degradare, rimuovere o
immobilizzare contaminanti presenti nelle varie
matrici ambientali (suolo, sedimenti, acque
sotterranee, acque superficiali, atmosfera). Il
termine “Phytoremediation” è piuttosto recente
e fu coniato a partire dal 1991
Phytoremediation is the use of green plants to clean-up
contaminated hazardous waste sites.
Phytoremediation is aimed at providing an innovative,
economical, and environmentally-friendly approach to removing
toxic metals from hazardous waste sites
The foundation of phytoremediation is built upon the microbial
community, and the contaminated soil/water environment.
Complex biological, physical, and chemical interactions that
occur within the soil allow for the remediation of contaminated
sites.
Of major importance is the interaction that takes place in the
soil adjacent to the roots, called the rhizosphere. It has been
shown that the rhizosphere contains 10-100 times the number of
microorganisms per gram than unvegetated soil. Plants exudate
from their roots a variety of organic compounds that support the
microbial community and facilitate the uptake of some metals
Meccanismi di fitorisanamento:
Meccanismi coinvolti o Destino
del contaminate
1.Estrazione
2.Concentrazione
3.Degradazione
4.Volatilizzazione
5.Immobilizzazione
6.Una combinazione
Possibili
applicazioni
Contaminanti
Tipologia del
sito
Metalli pesanti
Radionuclidi
Solventi clorurati (TCE, PCE)
BTEX
PCBs
Policiclici aromatici
Nutrienti (N, P)
Pesticidi clorurati
Surfattanti
Contaminazione
del
suolo
limitata entro 1 metro dalla
superficie
Acque di falda entro 10 metri
dalla superficie
Suoli su larghe aree poco o
moderatamente contaminati
Destino di un inquinante organico nel suolo
Detossificazione
Produzione
agricola
Fotodecomposizione
Assorbimento e essudazione
Decomposizione
chimica
Volatilizzazione
Adsorbimento
Degradazione
Biologica
Ossidi
Lisciviazione
Sostanza
organica
Falda
Flusso capillare
• Sites with widespread, low to medium level contamination
within the root zone are the best candidates for
phytoremediative processes.
• High concentrations of contaminants may inhibit plant
growth and thus may limit application on some sites or
some parts of sites.
• Some ecological exposure may occur whenever plants are
used to interact with contaminants from the soil. The fate
of the metals in the biomass is a concern.
• Although some forms of phytoremediation involve
accumulation of metals and require handling of plant
material embedded with metals, most plants do not
accumulate significant levels of organic contaminants
• In addition, even on currently unvegetated sites,
contaminants will be entering the food chain through soil
organisms.
• Accumulation in fruits, seeds, and leaves typically creates
more exposure than accumulation in stems and roots.
Profondità di azione
Enzimi
Resistenza alla
detossificazione
Estrazione
Fitochelatine
Volatilizzazione
Degradazione
Stabilizzazione
Traslocazione
Fertilità
del suolo
FATTORI
del SUOLO
Biomassa
Assorbimento
radicale
Associazione
radice-microbi
Suolo rizosferico
Enzimi
Essudati
Mobilità degli
inquinanti
Microrganismi
Enzimi
Biomassa
attività
Immobilizzazione
Tipi di Fitorisanamento
Rizofiltrazione: adsorbimento, o assorbimento in radici, o
precipitazione su radici di contaminanti presenti in soluzione,
grazie a processi biotici o abiotici. Gli essudati radicali potrebbero
causare la precipitazione di alcuni metalli. E’ una tecnologia di
estrazione e concentrazione nei tessuti radicali. Particolarmente
adatta per colture in idroponico, utile per separare i metalli
dall’acqua.
La rizofiltrazione determina un contenimento degli inquinanti che
devono essere rimossi fisicamente, rimuovendo la pianta. E’ adatta
per metalli pesanti e radionuclidi
Tipi di Fitorisanamento
Rizodegradazione, degradazione di un organico contaminante
del suolo attraverso l'attività microbica particolarmente
elevata nella rizosfera. E’ nota anche come degradazione
pianta-assistita, o plant-assisted bioremediation, plant-aided
in situ biodegradation
Tipi di Fitorisanamento
Fitoestrazione: estrazione ed accumulo di contaminanti in
tessuti di piante accumulatrici incluso radici e germoglio. E’
una tecnologia di estrazione e concentrazione in tutti i tessuti della
pianta
Coefficiente di fitoestrazione
Metal (g)/DW shoot (g)/ Metal (g)/ DW soil (g)
Metal
Cr6+
Cd2+
Ni2+
Cu2+
Pb2+
Cr3+
Zn2+
Phytoextraction Coefficient
58
52
31
7
1.7
0.1
17
Tipi di Fitorisanamento
Fitotrasformazione,
degradazione di molecole organiche
complesse in molecole semplici (CO2 e acqua) mediante processi
metabolici/enzimatici che avvengono sia all'interno della pianta che
nella rizosfera.
Fitostabilizzazione,
adsorbimento
e
precipitazione
di
contaminanti (principalmente metalli) con conseguente
riduzione della mobilità e migrazione nelle acque di falda,
nell’aria o nella catena alimentare
1) immobilizzazione dei contaminanti nel suolo attraverso l'assorbimento
e l'accumulo da parte delle radici, l’adsorbimento sulle radici, o
all'interno dell’apparato radicale
2) l'uso di piante e apparati radicali per impedire la migrazione di
contaminanti attraverso l'erosione (vento e acqua), lisciviazione e
dispersione del suolo.
Il pH del terreno può subire delle variazioni grazie alla produzione di
essudati radicali o di CO2. La fitostabilizzazione può cambiare solubilità e
mobilità del metallo
Tipi di Fitorisanamento
Fitovolatilizzazione,
diffusione
e
traspirazione di un contaminante con il
rilascio del contaminante stesso o di un
di un suo derivato, generalmente meno
tossico.
Ruolo delle Piante nella Degradazione di
Contaminanti Organici
Degradazione diretta,
attraverso attività metabolica dei
tessuti vegetali
Degradazione indiretta
a) rilascio di essudati radicali che promuovono l’effetto rizosferico
ed incrementano la degradazione dei contaminanti;
b) rilascio di enzimi associati alle radici, capaci di trasformare gli
inquinanti organici;
c) effetti fisici e chimici delle piante e del loro sistema radicale
sulle condizioni del suolo
L’evapotraspirazione trasferisce
gli idrocarburi volatili dal suolo
all’aria attraverso le piante
Gli idrocarburi possono
essere
degradati
o
accumulati nelle piante
Gli essudati radicali
stimolano la comunità
microbica a degradare
gli idrocarburi
Effetto rizosferico
Le radici possono
adsorbire gli idrocarburi
sulla loro superfice
Frick, Farrell & Germida, 1999
Gli idrocarburi possono
essere trattenuti nella
zona radicale attraverso
l’acqua assorbita
Interazioni tra piante e microrganismi
I microrganismi possono ridurre la fitotossicità dei contaminanti fino
al punto in cui le piante riescono a crescere in condizioni di terreno
sfavorevole stimolando successivamente la degradazione di altri
contaminanti non fitotossici “ (Siciliano & Germida, 1998)
Ai meccanismi di difesa delle piante dai contaminanti si possono
aggiungere le attività microbiche tramite la degradazione esterna
dei contaminanati nella rizosfera.
Piante e microrganismi hanno co-evoluto strategie mutualmente
benefiche contro le sostanze fitotossiche: I microrganismi
beneficiano degli essudati vegetali mentre le piante beneficiano
della capacità dei microrganismi di degradare sostanze chimiche
nocive. (Walton et al., 1994)
Degradazione di Inquinanti
Organici nella Rizosfera
Inquinante
Pianta
Residui di oli
Riso
Attività di Bacillus sp, isolato dalla
rizosfera di riso, solo in presenza di
essudati radicali
PAH
Erba di prateria
Aumentata scomparsa di PAH in suoli
coltivati
Surfattanti
Grano, Soia,
Aumenti significativi delle velocità iniziali
di mineralizzazione
Petrolio
Leguminose
Numerosi esempi di bonifica di suoli
contaminati da petrolio
Tricloetilene
Pini, Soia
Aumentata degradazione di TCE nel suolo
rizosferico
Pentaclorofenolo Gramigna medicale Aumentata
(Triticum repens)
mineralizzazione
contenenti il vegetale
in
suoli
Piante per il fitorisanamento di
Inquinanti Organici
Agropyron smithii, Bouteloua curtipendula
Buchloe dactyloides, Daucus carota
Festuca arundinacea, Glycine max
Lemma gibba, Lolium multiflorum
Lolium perenne, Medicago sativa
Phaseolus vulgaris, Populus deltoiles
Sorghum bicolor, Secale cereale, Triticum
repens
Influenza dei fattori ambientali
• Tipo di suolo e contenuto di sostanza organica (biodisponibilità
dell’inquinante)
• Contenuto di acqua e disponibilità dell’ossigeno (crescita
piante/microrganismi; respirazione aerobica)
• Temperatura (velocità dei processi)
• Disponibilità adeguata di nutrienti (velocità ed entità della
degradazione)
• Radiazioni solari (caratteristiche molecolari dell’inquinante)
• Weathering (biodisponibilità dell’inquinante)
Vantaggi:
•Utilizzabile con un certo numero di composti organici ed inorganici
•Applicazioni in situ/ex situ
•Le applicazioni in situ diminuiscono il disturbo del suolo che si ha con
metodi chimico-fisici
•Riduce la quantità di materiale da portare a discarica fino al 95%
•Le applicazioni in situ diminuiscono la dispersione di inquinanti via aria e
acqua
•Non richiede equipaggiamenti costosi o personale altamente qualificato
•Basso costo paragonato a metodi convenzionali
•Eco-compatibile ed esteticamente gradevole, in genere ben accetto dal
pubblico
Svantaggi:
•Applicabile a siti con bassa contaminazione superficiale nell’area
accessibile alle radici
•Il processo di fitorimediazione può durare anche alcuni anni
•Il raccolto della biomassa vegetale dopo il processo di fitorimediazione è
considerato un rifiuto speciale
•Le condizioni climatiche possono non essere adatte
•L’introduzione di specie non native può alterare la biodiversità e le
comunità vegetali
•Gli inquinanti possono entrare nella catena alimentare attraverso le piante
usate come cibo da animali ed insetti
•Richiesta di ammendanti per facilitare l’azione delle piante verso inquinanti
saldamente legati a particelle del suolo (agenti chelanti)
Sviluppo di un programma di fitorisanamento
 Identificare l’inquinante e il relativo ambiente inquinato da
recuperare
 Screening di specie vegetali adatte
 Verifica in serra e in prove di campo della specie selezionata, per
identificare le eventuali incapacità disinquinanti
 Studiare i processi
fitorimediazione
base
e
i
meccanismi
coinvolti
nella
 Se richiesto, modificare (ingegnerizzare) le caratteristiche
desiderate della specie selezionata e/o ottimizzare le condizioni del
suolo e le pratiche di coltivazione per sostenere la crescita e
l’accumulo/tolleranza al contaminante
 Provare la tecnologia migliorata
 Valutare i costi ambientali ed economici
Valutazione di un programma di fitorisanamento
Criteri
E’ stato ottenuto il risanamento del sito?
L’inquinamento è stato completamente rimosso?
Il
trattamento ha causato un miglioramento visivo ed estetico
del sito inquinato?
Il trattamento è economicamente competitivo?
Costi di un Processo di Fitorisanamento
Costo stimato di una fitoestrazione:
da 60.000 a 100.000$ per acro
(4046,873 m2) (incluso tutte le fasi
del processo)
Costo stimato per un sito inquinato
da oli, gas, fenoli, composti organici
volatili e semivolatili : 3000 $ per m3
per anno (BP Amoco)