Biorisanamento

Schede tecniche - NBSOIL - Resilienza climatica, Rigenerazione del suolo, Ciclo del carbonio e gas serra

Fitodepurazione Purificazione del suolo Decontaminazione Microbiologia Micoremediation Alghe Funghi Batteri

Il processo di biorisanamento

Il biorisanamento è un processo che utilizza organismi viventi, come batteri, funghi o piante (fitorisanamento), per decontaminare il suolo, l'acqua o l'aria inquinati. Questi organismi degradano, neutralizzano o trasformano gli inquinanti in composti meno tossici o innocui per l'ambiente.

Perché decontaminare i suoli?

Con il rapido sviluppo dell'economia globale, lo sfruttamento eccessivo e l'estrazione mineraria delle risorse naturali stanno portando al rilascio costante di metalli pesanti nell'ambiente, in particolare da attività come l'estrazione mineraria e la combustione di combustibili fossili. Questi metalli sono tossici per l'ambiente e per la salute degli ecosistemi, degli animali e degli esseri umani. Secondo la Commissione Europea, si stima che 2,8 milioni di siti europei siano potenzialmente contaminati..

Principali inquinanti

Idrocarburi e metalli (e metalloidi) sono le due principali famiglie di inquinanti che colpiscono i suoli e le falde acquifere in Francia.

Idrocarburi

Contaminano il 61% dei suoli e il 64% delle falde acquifere nei siti inquinati elencati nel database "Basol". Complessivamente, diverse famiglie di idrocarburi (minerali, idrocarburi clorurati, IPA (idrocarburi policiclici aromatici)) sono coinvolte nel 65% dell'inquinamento totale del suolo e delle acque sotterranee.

Metalli e metalloidi

Inquinano il 48% dei suoli e il 44% delle acque sotterranee nei siti inquinati e rappresentano quasi il 25% degli inquinanti presenti nei suoli e nelle acque. Piombo, cromo e rame sono i metalli più frequentemente rilevati. Il piombo è presente nel 17% dei suoli e nel 9% delle acque sotterranee. Cromo e rame sono presenti nel 14% dei suoli e nel 7% delle acque sotterranee. .

Dove si trovano i siti inquinati?

• 
  Superamento dei limiti per i metalli pesanti nei fanghi di depurazione (in verde)
• 
  Superamento delle soglie per cadmio, rame, mercurio e zinco (in rosso)
• 
  Residui di pesticidi in numero di sostanze trovate (rosso scuro: >10; rosso: da 6 a 10; giallo: da 2 a 5; : 1; bianco: 0)

Le mappe interattive dello stesso rapporto sono disponibili qui.

Metodi tradizionali

La bonifica del suolo può essere effettuata tramite:

• Scavo: il terreno contaminato viene scavato (rimosso) e trasportato in centri di trattamento specializzati.
• Contenimento: gli inquinanti vengono isolati o immobilizzati nel terreno per impedirne la dispersione (matrice solida, strato impermeabile). Utilizzato quando lo scavo non è possibile.
• Trattamento termico:
  • Incenerimento: il terreno viene riscaldato a temperature molto elevate per decomporre i composti organici.
  • Desorbimento termico: gli inquinanti volatili vengono riscaldati per evaporare e quindi catturati.
• Lavaggio del terreno: il terreno viene lavato con acqua, solventi o soluzioni chimiche per estrarre gli inquinanti. Le particelle fini o i contaminanti solubili vengono separati mediante agitazione o centrifugazione. Le acque reflue vengono quindi trattate separatamente.
• Estrazione o stabilizzazione chimica: utilizzo di reagenti chimici per solubilizzare o trasformare gli inquinanti ed estrarli dal suolo o renderli meno mobili/tossici. La metà del suolo inquinato viene scavato o immagazzinato in siti specializzati (scavo: 29%; stoccaggio: 19%), ma il 25% di questo suolo viene trattato biologicamente.

Biorisanamento

Esistono diversi tipi di biorisanamento.

Stimolare o aggiungere microrganismi?

Biostimolazione (o biorisanamento intrinseco)

Consiste nell'aumentare l'attività della microflora indigena di un dato ambiente compensando la carenza di un elemento fondamentale per la biodegradazione di un idrocarburo, tramite l'apporto di nutrienti e/o accettori finali di elettroni (ossigeno, nitrato, solfato), come:

• Fertilizzanti minerali idrosolubili per uso agricolo o orticolo composti da azoto e fosforo,
• Substrati solidi a lento rilascio: N e P combinati con un elemento solido di carbonio,
• Substrati oleofili liquidi sviluppati per garantire un apporto di nutrienti il ​​più vicino possibile all'attività batterica (all'interfaccia acqua-idrocarburo).

Bioaumento

Consiste nell'aggiunta di microrganismi esogeni a un ambiente caratterizzato dall'assenza o dalla scarsa abbondanza di idrocarbonoclasti batteri. Generalmente vengono implementati spruzzando un liofilizzato reidratato.

Diverse tecniche di biorisanamento

Biopile o Biopile

Principio di una biopile, BRGM, 2023

Si tratta di una tecnica di trattamento ex situ che stimola l'attività di microrganismi aerobici o aerobici facoltativi responsabili della biodegradazione dei contaminanti nei suoli. In sostanza, i suoli contaminati vengono scavati e ammucchiati in pile (biopile), in genere alte da 0,91 a 3,05 m, con larghezza e lunghezza relativamente limitate. La biopile deve essere progettata e gestita in modo da fornire condizioni ottimali di temperatura, umidità, aerazione e nutrienti per promuovere la biodegradazione dei contaminanti interessati. La biodegradazione è generalmente effettuata da microrganismi indigeni, ma a volte può essere necessaria l'aggiunta di microrganismi specifici. L'aggiunta di agenti strutturanti come trucioli di legno e ammendanti può essere necessaria per migliorare la circolazione dell'aria all'interno della cella a biocombustibile e promuovere i processi di biodegradazione..

Bioreattori

Come funziona un bioreattore, BRGM, 2023

La tecnica prevede la miscelazione di terreno inquinato con acqua e vari additivi per sospendere le particelle di terreno nell'acqua e formare una miscela di fanghi. I fanghi risultanti vengono trattati biologicamente in bioreattori e quindi disidratati.. L'obiettivo è aumentare la superficie di contatto tra i contaminanti e i microrganismi responsabili della loro biodegradazione in un ambiente controllato..

Attenuazione naturale

L'attenuazione naturale non è considerata propriamente una tecnica di bonifica, ma piuttosto una "misura di gestione dell'inquinamento". Si svolge senza l'intervento umano diretto (ad eccezione del monitoraggio) e mira a "ridurre la massa, la tossicità, la mobilità, il volume o la concentrazione dei contaminanti". I dispositivi di monitoraggio, principalmente piezometri, consentono di monitorare diversi parametri: concentrazioni di inquinanti, concentrazioni di gas disciolti, concentrazioni di accettori di elettroni, concentrazioni di TOC, conte batteriche, parametri fisico-chimici ed effetto rimbalzo. .

Principio del bioventing, BRGM, 2023

Bioventilazione

Il bioventing consiste nello stimolare i microrganismi indigeni aggiungendo un gas (solitamente aria) per degradare i contaminanti organici (solitamente idrocarburi petroliferi) presenti nel suolo insaturo. L'aria viene spesso iniettata nella zona vadosa (zona insatura), ma in alcuni siti può essere estratta dalla zona vadosa. L'applicazione più comune del bioventing prevede l'introduzione di aria per aumentare la concentrazione di ossigeno oltre il 5% al ​​fine di stimolare la biodegradazione della contaminazione da idrocarburi petroliferi..

Principio del biosparging, BRGM, 2023

Biosparging

Il biosparging prevede la stimolazione della biodegradazione aumentando i livelli di ossigeno disciolto attraverso pozzi di iniezione nel suolo o nell'acqua. L'aria iniettata consente principalmente la crescita della popolazione microbica aerobica, ma facilita anche il contatto tra aria, acqua e falda acquifera, favorendo il desorbimento degli inquinanti. Il biosparging viene spesso confuso con lo sparging; Si parla di biosparging quando la biodegradazione è maggiore della volatilizzazione..

Principio del landfarming, BRGM, 2023

Landfarming

Il principio consiste nello spargere i terreni inquinati su uno strato sottile (30 cm) e su ampie superfici, consentendo l'interazione tra la "matrice inquinata" e l'atmosfera. L'obiettivo è promuovere l'aerazione e quindi la "degradazione aerobica". "Arare" il terreno consente un'aerazione regolare. La biodegradazione può essere favorita dall'aggiunta di integratori alimentari. I terreni inquinati devono essere sparpagliati su "supporti impermeabili" (asfalto, geomembrana, più raramente calcestruzzo) per evitare qualsiasi inquinamento del suolo e delle falde acquifere.

Principi del compostaggio, BRGM, 2023

Compostaggio

Il compostaggio consiste nel mescolare il terreno di scavo con ammendanti organici (compost) e disporli in cumuli trapezoidali regolarmente distanziati (chiamati anche andane) per favorirne la biodegradazione. La materia organica può essere di origine animale o vegetale. Il compost agisce sulla biostimolazione (apporto di nutrienti, carbonio, azoto, ecc.), sulla bioaumentazione (apporto di batteri) e sull'aerazione (apporto di agenti strutturanti ed elementi rigidi che aumentano la porosità)..

Riepilogo

Fonte: SelecDEPOL

Tecniche in situ	Inquinanti mirati
Bioventilazione	TPH pesante (tetraidropirano) TPH leggero SCOV (Composti Organici Semi-Volatili) COV (Composti Organici Volatili) COV (Composti Organici Volatili)
Biosparging	TPH pesante TPH leggero SCOV SCOHV (Composti Organici Semi-Volatili) COV COV
Tecniche ex situ	Inquinanti mirati
Biopile o biopile	TPH pesante TPH leggero SCOV SCOHV Esplosivi e composti pirotecnici COV IPA (Idrocarburi Policiclici Aromatici) Pesticidi/Erbicidi PCB (Policlorobifenili) COHV
Bioreattori	TPH pesante TPH leggera SCOV SCOHV Esplosivi e composti pirotecnici COV IPA Metalli/Metalloidi Pesticidi/Erbicidi PCB COHV
Compostaggio	TPH pesante TPH leggera SCOV SCOHV Esplosivi e composti pirotecnici COV IPA Pesticidi/Erbicidi PCB COHV
Agricoltura	TPH pesante TPH leggero SCOV Esplosivi e composti pirotecnici COV IPA Pesticidi/Erbicidi

Applicazione pratica

• Pulizia delle spiagge dopo la fuoriuscita di petrolio della Exxon Valdez: in Alaska, una fuoriuscita di petrolio ha contaminato la costa con circa 41 milioni di litri di petrolio greggio. Gli scienziati hanno aggiunto nutrienti, azoto e fosforo (biostimolazione), per stimolare i batteri naturalmente presenti nell'ambiente e in grado di degradare gli idrocarburi. La biodegradazione degli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) è stata significativa, con una diminuzione che va dal 13% al 70% all'anno. .
• Micoresanamento dei pesticidi nei terreni agricoli: Progetti in Belgio e altrove hanno dimostrato che il micelio di funghi come i funghi ostrica può degradare gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) e i pesticidi, utilizzando enzimi come laccasi e perossidasi. Questi processi trasformano le molecole tossiche in composti innocui, riducendo l'inquinamento fino al 90% nei test pilota.

Benefici e rischi

Benefici

• Soluzione ecologica:
  • Utilizza microrganismi (batteri, funghi), piante o i loro enzimi per trasformare o degradare gli inquinanti in composti non tossici, evitando così l'uso di sostanze chimiche aggressive.
  • Riduce al minimo l'impatto sull'ecosistema circostante rispetto ai metodi tradizionali come l'incenerimento o la discarica.
• Costo relativamente basso:
  • Le tecniche di biorisanamento sono spesso meno costose dei metodi meccanici o chimici, soprattutto su ampie aree o per inquinamenti organici complessi (idrocarburi, solventi).
• Migliora la salute del suolo:
  • Alcuni approcci, come l'aggiunta di materia organica per stimolare i microrganismi, possono migliorare la qualità del suolo e la sua capacità di trattenere acqua e nutrienti. * Flessibilità e Specificità:
  • Adattabile a vari tipi di inquinanti: idrocarburi, metalli pesanti, pesticidi, solventi, ecc. Inoltre, tecniche come la fitodepurazione o la micoremediazione consentono il trattamento di ambienti specifici.
• Maggiore accettabilità sociale rispetto alle soluzioni termiche e chimiche.

Limitazioni e Rischi

• Lunghi Tempi:
  • I processi biologici possono essere lenti e richiedere diversi mesi o addirittura anni per ottenere risultati significativi, il che può essere problematico in caso di emergenza.
• Limitazione agli Inquinanti Biodegradabili:
  • Alcuni inquinanti, come i metalli pesanti o le sostanze chimiche altamente stabili (pesticidi persistenti, PCB), non possono essere degradati, ma solo immobilizzati o parzialmente trasformati. * Dipendenza dalle condizioni ambientali:
  • L'efficacia del biorisanamento dipende fortemente dalle condizioni locali: temperatura, pH, disponibilità di nutrienti e contenuto di ossigeno. Se le condizioni non sono ottimali, il processo potrebbe risultare inefficace.
• Rischio di bioaccumulo:
  • Nel fitorisanamento, le piante possono accumulare metalli pesanti, rendendo necessaria la gestione delle piante contaminate (incenerimento o stoccaggio sicuro).
• Rischio di disseminazione di microrganismi:
  • Le tecniche di bioaumento, che introducono microrganismi specifici, possono portare a squilibri ecologici o impatti imprevisti sulla biodiversità locale.
• Resistenza agli inquinanti:
  • Alcuni contaminanti complessi o misti (ad esempio, idrocarburi pesanti combinati con metalli) possono richiedere approcci combinati, il che aumenta la complessità e i costi. Template:Appendici alla pratica

<riferimenti />