ITMI981074A1 - Procedimento di bonifica di terreni o fluidi contaminati da composti organici refrattari all'azione biodegradativa di microrganismi - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "PROCEDIMENTO DI BONIFICA DI TERRENI 0 FLUIDI CONTAMINATI DA COMPOSTI ORGANICI REFRATTARI ALL'AZIONE BIODEGRADATIVA DI MICRORGANISMI AUTOCTONI"
La presente invenzione si riferisce a un procedimento di bonifica di terreni o fluidi contaminati da composti organici, in particolare alla bonifica di terreni contaminati da composti organici refrattari all'azione biodegradativa di microrganismi autoctoni.
SFONDO DELL'INVENZIONE
La "Bioremediation", intesa cóme la tecnologia di trattamento in grado di operare l'eliminazione o la riduzione dei contaminanti organici nella matrice suolo, trasformandoli per azione biodegradativa dei microrganismi, è unanimemente ritenuta, ove applicabile, la tecnologia di bonifica più rispettosa dell'ambiente e al più economa nell'uso di risorse energetiche; i costi medi unitari di trattamento sono pari a un decimo dei costi di incenerimento e corrispondono al 25-30% dei costi di smaltimento in discarica controllata e di bonifica per "soil washing" (M.C.Leahy e R.A:Brown "Bioremediation:optimizing results").
Ove applicabile, la bioremediation determina una eliminazione (piuttosto che un trasferimento ad altri comparti ambientali) della contaminazione presente nel terreno; permette di ottemperare così ai criteri guida, generalmente riconosciuti, che privilegiano le tecnologie di intervento di bonifica "in situ" e/o "on site" senza onerosi, dispersivi e poco controllabili trasporti di terreno "off-site" verso piattaforme di trattamento o a discariche.
STATO DELL'ARTE
La bioremediation è un processo di risanamento di acqua, aria e soprattutto terreni contaminati,che utilizza,esaltandoli, i meccanismi di autodepurazione esistenti in natura.
Per quanto versatili possano essere i microrganismi aerobici naturali e autoctoni nel degradare i contaminanti organici del suolo, si è finora ritenuto che molti composti clorurati, quali TCE, PCB,. idrocarburi poliaromatici (PAH) ad alto peso molecolare, nonché una vasta gamma di pesticidi, quali Lindane, e DDT, resistano all'azione biodegradativa dei microrganismi autoctoni e/o attivati e geneticamente manipolati (Chemical Engineering-May 1994, "Bioremediation: optimizing results" e Rapporto Convegno Nazionale "Verso il manuale comunitario per la bonifica dei siti contaminati,Milano 17.01.1995).
Gli esperti sono concordi nel limitare le tecnologie di bonifica del suolo per mezzo di trattamenti biologici ai soli idrocarburi e composti non alogenati, prevedendo, per altri composti organici, trattamenti termici (incenerimento), fisici (estrazione di vapore o "soil flushing") o chimici (dealogenazione o estrazione con fluidi in condizioni supercritiche) in attesa che processi innovativi permettano di degradare efficacemente tali composti refrattari ai trattamenti biologici.
Gli odierni processi di trattamento biologico dei suoli contaminati sono in grado di degradare gli idrocarburi e i composti organici non clorurati attraverso la loro ossidazione. Attraverso una sequenza di passaggi metabolici, i microrganismi già presenti nel suolo e opportunamente attivati ossidano i conposti organici a CO2 e acqua mentre conglobano parte del carbonio liberato nello sviluppo di una nuova biomassa.
Tutti i fattori essenziali per lo sviluppo del metabolismo dei microrganismi devono essere presenti per un efficace trattamento biologico. In primo luogo elementi quali carbonio, ossigeno, azoto e fosforo; a tali elementi si affiancano zolfo, calcio, potassio e magnesio.
Inoltre, anche assumendo che i contaminanti organici siano biodegradabili e che gli idonei microrganismi siano presenti, molti altri fattori giocano un ruolo importante per il successo dell'opera di decontaminazione: le caratteristiche fisico-chimiche del suolo e la distribuzione e quantità degli inquinanti.
Il rispetto di tutte queste condizioni ha posto una serie insormontabile di limitazioni all'utilizzo e alla diffusione delle tecniche di trattamento biologico di suoli contaminati.
Il limite più grande deriva dalla natura degli inquinanti, ritenendo che, per quanto versatili possano essere i microrganismi autoctoni nel degradare i contaminanti, vi siano molti tra i più significativi composti organici che semplicemente non siano degradabili in tempi ragionevolmente accettabili.
Tra i contaminanti non degradabili vanno compresi i composti organici clorurati, ad esempio TCE, e idrocarburi aromatici alogenati, quali i PCB,gli idrocarburi poliaromatici (PAH) ad alto peso molecolare e molti pesticidi (ad esempio Lindane, DDT, Molinate, Atrazina, Methylparathion,Folpet, Captan,ecc.).
Un eventuale aggiramento di queste intrinseche limitazioni attribuite alla natura degli inquinanti attraverso trattamenti biologici che utilizzano microrganismi superspecializzati o geneticamente manipolati è svantaggioso per due ragioni:
in trattamenti biologici su vasta scala, la naturale competitività di microrganismi autoctoni ha rapidamente il sopravvento sui microrganismi coltivati in laboratorio; infatti la pretesa specializzazione di questi ultimi non fa aggio sulla capacità di diffusione di microrganismi adattati alle specifiche condizioni della matrice suolo;
i microrganismi manipolati, anche se costruiti per aggredire i contaminanti più refrattari, devono essere progettati per sopravvivere fuori dai laboratori o, in alternativa, sono le condizioni della matrice suolo che devono essere adattate alla loro sopravvivenza.
La barriera più forte è tuttavia rappresentata dalle ovvie cautele frapposte da Governi, e Organismi di Controllo che abbisognano di prove e di sicurezze a protezione dei rischi connessi alla salute e all'ambiente ogni volta che si ha a che fare con microrganismi adattati o geneticamente manipolati.
SOMMARIO DELL'INVENZIONE
E' stato ora sorprendentemente trovato che l'utilizzo di innovativi biostimolatori permette di bonificare terreni e fluidi contaminati da composti organici clorurati da parte di microrganismi autoctoni finora incapaci di degradare tali inquinanti.
Pertanto,è un oggetto della presente invenzione un procedimento di bonifica di terreni o fluidi contaminati da composti organici refrattari all'azione biodegradativa di microrganismi autoctoni, caratterizzato dal fatto che a detto terreno vengono aggiunti biostimolatori di detti microrganismi, conprendenti una combinazione di un primo biostimolatore, comprendente un nutriente concentrato noto in commercio con il nome BNB 931, e un secondo biostimolatore, comprendente un concentrato polisaccaridico e un concentrato di microrganismi, detto concentrato saccaridico contenente glucosamina, in particolare una miscela omogenea di poli(N-acetil)-D-glucosammina e poli-D-glucosammina, più in particolare chitina e chitosano.
E' un altro oggetto della presente invenzione l'uso di una associazione di detto primo e detto secondo biostimolatore per la bonifica di terreni o fluidi contaminati da composti organici refrattari all'azione biodegradativa di microrganismi autoctoni.
Questo ed altri oggetti dell'invenzione saranno descritti in dettaglio anche per mezzo di esempi e figure, dove, la Figura rappresenta in forma schematica una realizzazione del procedimento della presente invenzione.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE
Vantaggiosamente, il procedimento secondo la presente invenzione supera gli attuali limiti applicativi nell'uso della bioremediation, estendendo la tecnica di trattamento biologico a casi di suoli contaminati da sostanze organiche refrattarie all'azione dei microrganismi autoctoni; l'estensione della bioremediation a tali casi, che sono i più numerosi e i più pericolosi, è in grado di offrire la soluzione ottimale a tante situazioni di inquinamento ambientale, per siti dismessi, discariche non controllate e terreni accidentalmente contaminati.
In una realizzazione della presente invenzione, i biostimolatori sono costituiti da una serie di prodotti disponibili in commercio con i marchi registrati natrel(<R>), come esempio di primo biostimolatore; pedian L(<R>), come esempio di detto secondo biostimolatore, della ditta Siegfried Agro Ltd, Zofingen, Svizzera.
In un aspetto preferito dell'invenzione, alla combinazione di cui sopra può essere aggiunto un terzo biostimolatore, esemplificato dallo sporex(<R>),della ditta Siegfried Agro Ltd, Zofingen, Svizzera.
Un primo biostimolatore secondo l'invenzione, natrel(<R>), è un substrato altamente concentrato prodotto da materiale grezzo organico della industria alimentare ed è noto in commercio per l'utilizzo come decontaminante di suoli inquinati da idrocarburi. Il nutriente concentrato, noto come BNB 931 è un elemento essenziale del primo biostimolatore.
Un secondo biostimolatore secondo l'invenzione, pedian^ è un inoculante per compost prodotto da un concentrato di polisaccaridi di microrganismi naturalmente presenti nel suolo (funghi e batteri) ed è noto in commercio per il compostaggio di fogliame e scarto di giardini assieme a legno, scarti di cucina, stallatico.
Un terzo biostimolatore secondo l'invenzione, sporex(<R>) è una coltura arricchita di microrganismi naturalmente presenti nel suolo (funghi e batteri) ed è noto in commercio per l'utilizzo come decontaminante di suoli inquinati da idrocarburi.
Dopo una eventuale fase di attività di "site assessment" e accertamento della biodegradabilità dei singoli contaminanti per azione di microrganismi autoctoni presenti nel terreno, eventualmente adattato alle condizioni ottimali per lo sviluppo dei microrganismi stessi, in una prima realizzazione dell'invenzione, il procedimento comprende le seguenti fasi:
il suolo contaminato a profondità, preferibilmente a franco di aratura,viene portato in superficie per il trattamento a bocca di scavo (on-site) o a piattaforma di smaltimento (off-site); il terreno viene miscelato a materiale verde a formare cumuli, una parte viene introdotta nel reattore e addizionata con i biostimolanti secondo l'invenzione, le sostanze nutritive, le colture di microrganismi autoctoni, a dare un inoculante superattivo;
aggiunta dell'inoculante superattivo al resto della massa (suolo contaminato e materiale vegetale);
trattamento dei cumuli secondo il convenzionale compostaggio, ad esempio, e se desiderato, lasciati all'aperto ricoperti di teli traspiranti e impermeabili.
Nel corso del procedimento secondo la presente invenzione può essere opportuno monitorare i parametri funzionali al processo, quali temperatura, umidità, tenore dei contaminanti e dei rispettivi metaboliti, in modo da mantenere le condizioni ottimali del processo aerobico di biodegradazione.
Il risultato finale può essere valutato anche per mezzo di una biovalutazione mediante prove di crescita di diverse specie vegetali.
Vantaggiosamente, il terreno bonificato con il procedimento secondo la presente invenzione può essere riutilizzato in vista di un ripristino del suolo contaminato,anche per usi agricoli.
In una possibile realizzazione dell'invenzione, il suolo contaminato, scavato ed eventualmente vagliato, viene miscelato con materiale composito di origine vegetale. Prove preliminari di laboratorio possono essere utili per indicare la quantità opportuna.
La miscela viene formata in cumuli, dai quali si preleva una parte della massa da attivare in un reattore miscelatore, ad esempio dotato di agitatori a coclea.
L'aggiunta di biostimolanti, sostanze nutritive concentrate e culture di microrganismi autoctoni pre-attivati, trasforma il materiale del miscelatore, mantenuto in condizioni ottimali di umidità e di temperatura, in un inoculo superattivi che viene, dopo un tempo prestabilito, estratto dal bioreattore e distribuito sui cumuli allineati.
Il materiale viene poi miscelato in modo omogeneo e trattato come un tradizionale compostaggio. Preferibilmente, il materiale viene lasciato all'aperto ma protetto con teli che garantiscono la traspirazione e l'impermeabilità all'acqua.
Il controllo periodico, preferibilmente quotidiano della temperatura dei cumuli, la periodica aerazione meccanica l'eventuale ulteriore inoculo e la correzione dell'umidità permettono la regolare decomposizione dei contaminanti, la cui scomparsa è controllata da analisi eseguite a intervalli regolari fino al raggiungimento degli obiettivi del trattamento di decontaminazione.
Le prove eseguite in un campo con impianti pilota indicano a seconda dei contaminanti presenti e del loro tenore, durate medie di trattamento tra le 12-24 settimane per giungere a seconda dei casi a valori compatibili con il corretto bilancio rischio-beneficio (risk analysis)o con la restituita completa malfunzionalità del sottosuolo.
La compatibilità del materiale ottenuto al termine del trattamento con gli obiettivi viene confermata effettuando test di fitotossicità su specie vegetali particolarmente sensibili, in fase di germinazione e in fase di sviluppo di biomasse, ai residui di contaminanti e dei loro metaboliti nel substrato di cultura.
Nella figura è descritta una tipica realizzazione del procedimento secondo la presente invenzione. E' assolutamente evidente all'esperto del settore che il punto essenziale della presente invenzione è l'utilizzo dei biostimolatori descritti sopra. Pertanto variazioni del procedimento schematizzato in via esemplificativa rientrano comunque nell'ambito della presente invenzione.
Fondamentalmente, il materiale contaminato, quale terreno, fanghi biologici o altro mezzo fluido, viene trattato in modo da ottenere un substrato da inoculo, con tecniche convenzionali di prelievo od opportuno campionamento. Se si ritiene necessario o desiderabile, il materiale contaminato può essere campionato per una analisi preliminare della concentrazione dei contaminanti, in modo da ottimizzare la quantità preferita di additivi biostimolatori.
Il substrato da inoculo è trattato in un opportuno reattore per l'adattamento a rinforzo della popolazione di microrganismi autoctoni. Generalmente il tempo di trattamento può essere compreso tra 24 e 36 ore. La produzione del substrato è condotta con metodi noti, che comprendono, oltre ai biostimolatori dell'invenzione, ad esempio, l'aggiunta di materiale vegetale, una o più colture di microrganismi autoctoni aerobici, sostanze nutritive,preferibilmente concentrate.
Una volta pronto il substrato da inoculo, questo viene scaricato dal reattore e miscelato con il materiale contaminato ed eventualmente ulteriore materiale vegetale.
Il materiale contaminato e inoculato, viene organizzato, ad esempio in cumuli, per il successivo stadio di compostaggio. La fase di compostaggio non richiede alcun particolare accorgimento ed è condotta in modo convenzionale. Durante la fase di compostaggio si possono, ad esempio eseguire operazioni di controllo dei parametri essenziali,quali temperatura, gas, ad esempio ossigeno e/o anidride carbonica, umidità. Possono anche essere eseguite alcune analisi dei contaminanti per seguire la curva di degradazione.
Una volta terminato il procedimento di bonifica, il terreno può essere utilizzato come composto o terreno per ricoltivazioni e ripristino ambientale, arricchimento dei suoli, substrato per la coltivazione di piante ornamentali.
In un'altra realizzazione dell'invenzione, il procedimento di bonifica può essere complementato con la metodologia di decontaminazione con "air sparging" e/o "bioventing", permettendo la biodegradazione in situ dei composti organici refrattari alla bioriduzione.
I seguenti esempi illustrano ulteriormente l'invenzione.
ESEMPIO 1
Prova pilota su terreno contaminato "ad hoc" dai più diffusi pesticidi.
La realizzazione dei cumuli è stata preceduta da attivazione in bioreattore.
La fase di compostaggio è durata 3 mesi.
Quantità di terreno 2000 Kg
Tipo di terreno (pH=7,7,T=18 C) limo-sabbioso
Temperatura nel bioreattore 51,5 C
Temperatura nei cumuli minima 44 C massima 61 C biostimolanti utilizzati
natrel (come nutriente concentrato) 0,25 g/kg
pedian 5 g/kg
Di seguito sono riportati gli andamenti di degradazione dei diversi contaminanti (in mg/kg).
ESEMPIO 2
La prova differisce da quella dell'esempio 1 per la-presenza di lindane,ritenuto fra i più refrattari ai trattamenti biologici. Si sono anche monitorati i relativi metaboliti.
La fase di compostaggio è durata 4 mesi.
Quantità di terreno 1000 Kg
Tipo di terreno (pH=7,8,T=12 C) agglomerato-sabbioso Temperatura nel bioreattore 48‘C
Temperatura nei cumuli minima 21 C massima 50 C Biostimolanti utilizzati natrel (come nutriente concentrato) 0,25 g/kg pedian g/kg Di seguito sono riportati gli andamenti di degradazione dei diversi contaminanti (in mg/kg)
Materiale, lindane malathion alnhaHCN_ betaHCN malaoxane Iniziale 500 1000
Reattore dopo
inoculo
(24 ore) 337 1085 2,4 n.n. n.n. Miscelazione
con materiale
"verde" 230 895 1,2 n.n. n.n. Cumuli dopo
10 giorni 4 n.n. n.n. n.n. n.n. Cumuli dopo
4 settimane 2 n.n n.n n.n n.n ESEMPIO 3
Un terreno proveniente da un sito industriale (6000 kg) è stato trattato secondo la presente invenzione.
Di seguito sono riportati gli andamenti di degradazione dei diversi contaminanti (in mg/kg)
Claims (9)
1. Procedimento di bonifica di terreni o fluidi contaminati da composti organici refrattari all'azione biodegradativa di microrganismi autoctoni,caratterizzato dal fatto che a detto terreno vengono aggiunti biostimolatori di detti microrganismi, comprendenti una combinazione di un primo biostimolatore, comprendente un nutriente concentrato noto in commercio con il nome ENB 931,e un secondo biostimolatore,comprendente un concentrato polisaccaridico e un concentrato di microrganismi, detto concentrato saccaridico contenente glucosamina, in particolare una miscela omogenea di poli(N-acetil)-D-glucosammina e poli-D-glucosammina, più in particolare chitina e chitosano.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, nel quale detto primo biostimolatore è il prodotto commerciale natrex^) e detto secondo biostimolatore è il prodotto commerciale pedian(<R>).
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, nel quale detti composti organici sono clorurati.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, nel quale detti composti clorurati sono pesticidi.
5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni 1-4, nel quale viene aggiunto un terzo biostimolatore, che è il prodotto commerciale sporex .
6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni 1-5, comprendente le seguenti fasi:
a) il suolo contaminato a profondità viene portato in superficie per il trattamento a bocca di scavo (on-site) o a piattaforma di smaltimento (off-site); il terreno viene miscelato a materiale verde a formare cumuli, una parte viene introdotta nel· reattore e addizionata con detti biostimolanti, le sostanze nutritive, le colture di microrganismi autoctoni, a dare un inoculante superattivo;
b) aggiunta di detto inoculante superattivo al resto della massa (suolo contaminato e materiale vegetale);
c) trattamento dei cumuli secondo il convenzionale compostaggio.
7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti integrato con la metodologia di decontaminazione con "air sparging" e/o "bioventing".
8. Uso di una combinazione di un primo biostimolatore, comprendente un nutriente concentrato noto in commercio con il nome BNB 931, e un secondo biostimolatore, comprendente un concentrato polisaccaridico e un concentrato di microrganismi, detto concentrato saccaridico contenente glucosamina, in particolare una miscela omogenea di poli(N-acetil)-D-glucosammina e poli-D-glucosammina, più in particolare chitina e chitosano.
9. Uso secondo la 8 °
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