Studiu privind bioremedierea solurilor contaminate

8/11/2019 Studiu privind bioremedierea solurilor contaminate

1/6

Ecoterra - Journal of Environmental www.ecoterra-online.roResearch and Protection, 2012, no. 31.

68

ECOTERRAJournal of Environmental Research and Protection

Studiu privind bioremedierea solurilorcontaminate cu hidrocarburi petroliereAdrian F. Potra, Valer Micle, Cosmina S. Bbu

Universitatea Tehnic din Cluj -Napoca, Facultatea de Ingineria Materia lelor i a Mediului,Cluj-Napoca, Romnia. Autor corespondent: A. F. Potra, [email protected]

Abstract : Study regarding the bioremediation of oil hydrocarbons polluted soils . Thebioremediation of the soils which were contamined with oil hydrocarbons constitutes an activepreoccupation on the national and international level as well. In the fisrt part of this paper is presentedthe situation of soils from Romania regarding their pollution with oil hydrocarbons. In the second part areenumerated the most important bioremediation technologies and the most important factors which caninfluence the treatment of oil hydrocarbons polluted soils. This study has as a goal the establishment ofthe most proper bioremediation method of each type of soil. Key Words : oil hydrocarbons, bioremediation, microorganisms, polluted soil.

Introducere . Poluarea solului cu hidrocarburi din petrol mpiedic desfurareaproceselor de infiltrare a apei n sol, circulaia sa i schimburile de substane gazoase cuatmosfera. Pe solurile grav poluate nu se mai dezvolt niciun fel de vegetaie, fiindperturbat i activitatea microorganismelor din sol.

Procesul de bioremediere reprezint n general, transformarea compuilor organicipoluani, prin activitatea microorganismelor, n substane anorganice inofensive cum ar fiCO

2 i ap. n esen tehnologia remedierii const n ac celerarea proceselor de degradare

natural prin alimentarea zonelor poluate cu oxigen sau ali electroni acceptori, nutrieni(azot i fosfor) i n unel e cazuri chiar cu microorganisme.

Bioremedierea reprezint o modalitate economic i sigur pentru decontaminareasolurilor poluate cu hidrocarburi petroliere i compui organici. Procesul de bioremediereutilizeaz microorganisme i biostimuleni benefici pentru descompunereacontaminanilor i transformarea acestora n produse secundare nepericuloase [1, 2, 3].

Zone din Romnia afectate de poluarea cu hidrocarburi petroliere . Pe plannaional, predomin poluarea cu iei asociat cu cea a apelor srate provenite de lasondele de extracie a petrolului [4]. Prin acest tip de poluare este dereglat echilibrulecologic al solului i apelor freatice pe o suprafa de 2654 ha dintre care, puternic -excesiv 1205 ha. Procesele fizice care au loc datorit activitii de extracie a petroluluiconstau n deranjarea stratului fertil de sol, n cadrul parcurilor de exploatare (suprafeeexcavate, reea de transport rutier, reea electric, conducte sub presiune i cabluri

ngropate sau la suprafaa solului etc.). Toate acestea au ca efect tasarea solului, apariiamodificrilor de configuraie a terenului datorate excavrii i, n final, reducereasuprafeelor productive agricole sau silvice.

Procesele chimice sunt determinate de tipul de poluare:- poluarea cu pe trol, sau cu petrol i ap srat (mixt); - poluare ascendent, descendent i suprapus. Pe plan naional, predomin poluarea ascendent, care se datoreaz, n general,

spargerii unor conducte sub presiune, scurgerile din acestea putnd ajunge n pnzapedofreatic. Capacitatea de reinere n sol a produselor petroliere depinde de coninutulde argil, acestea putndu -se infiltra, n general, pn la 70 -80 cm i chiar mai mult,

ngreund procesul de depoluare. Un indicator important, care ilustreaz rei nereaacestor produse n sol, l constituie raportul carbon/azot (C/N). n cele 5 judee


2/6


69

inventariate (Bacu, Covasna, Gorj, Prahova i Timi) sunt afectate 751 ha, dintre care,puternic- excesiv sunt afectate 278 ha. n Tabelul 1 este prezentat suprafaa de solpoluat cu hidrocarburi petroliere pe teritoriul Romniei precum i gradul de poluare aacestora.

Tabelul 1Suprafaa i gradul de poluare cu hidrocarburi petroliere [5]

Suprafaa (ha) i gradul de afectare Soluri afectateslab moderat puternic foarte excesiv Total

Hidrocarburi petroliere - 473 248 5 25 751

La nivel naional mai sunt identificate urmtoarele situri contaminate:- industria extractiv - 170 de situri contaminate cu o suprafa total de 2725,46

hectare;- industria petrolie r (incluznd zone de extracie, separatoare, conducte de

transport, uniti prelucrtoare, depozite, batale de deeuri petroliere, staii PECO etc.) 232 de situri contaminate cu o suprafa total de 2664,78 hectare .

Cele mai afectate zone de la noi di n ar de poluarea cu petrol i ap sratdatorat exploatrilor petroliere sunt Borzeti, Oneti, Ploieti, iar cele mai marisuprafee se ntlnesc n judeele Teleorman, Brila, Bihor, Dolj, Dmbovia, Giurgiu iGorj.

Studiu asupra procedeelor de depoluare . Printre tehnologiile variate de remediere asolului disponibile astzi pentru decontaminarea i detoxifierea solurilor contaminate dehidrocarburi, se pare c bioremedierea este una dintre cele mai sigure din punct devedere al impactului de mediu i al costurilor de aplicare.

Condi i i l e d e a p l i ca r e a b i o r e m e d i e r i i . Eficiena metodelor biologice de decontaminaredepinde de numeroi factori, neexistnd un procedeu standard care s garantezesuccesul n orice condiii. Factorii care influeneaz bi oremedierea solurilor poluate cuhidrocarburi sunt factorii chimici, fizici si biologici.

Microbiologia solului. Bacteriile ocup un prim loc n procesele de bioremediere dar seutilizeaz i ciuperci, levuri, alge etc. De cele mai multe ori microflora autohton zoneipoluate poate constituii baza de microorganisme necesare n decontaminare [8].

Populaiile microbiene din siturile contaminate sunt capabile s degradezehidrocarburi, solveni clorurai, fenoli, PCB (bifenil policlorurai) i diferite pestic ide.Bacteriile nu pot degrada toi contaminanii, ori ele i pot degrada prea lent. i uniicontaminani degradabili pot s nu fie accesibili pentru microorganisme deoarece, spreexemplu, ei sunt prea strns legai de particulele solului [9].

Pentru degra darea complet a hidrocarburilor uoare, sunt necesare mai multespecii de bacterii. Populaiile indigene de bacterii prezente n sol conin amestecul necesarde bacterii pentru a face posibil degradarea. n cazul hidrocarburilor mai grele, seadaug preparate comerciale de bacterii pentru suplimentarea populaiei de bacteriinative.

Pentru biodegradarea hidrocarburilor petroliere se utilizeaz speciile naturale,existente n sol, de tipul Arthrobacter, Achromobacter, Novocardia, Pseudomonas,Flavobacterium etc. [1].

Chimia solului. Concentraiile de elemente nutritive (NPK) i oxigen reprezint ntotdeauna un punct cheie n fezabilitatea unei operaii de biodecontaminare. Aportul deoxigen n sol accelereaz procesul de biodegradare a poluanilor organici .

Solul ofer numeroase elemente chimice necesare dezvoltrii vegetaiei, unelefiind considerate elemente nutritive.

Nutrienii sunt elementele chimice necesare bunei dezvoltri a microorganismelor,care pot fi clasificai n micronutrieni (fier ul, cobaltul, nichelul i borul) i macronutrieni(azotul, fosforul, calciul, magneziul) [6]. Pentru o dezvoltare i o reproducere optim a


3/6


70

microorganismelor implicate n procesul de bioremediere trebuie ca la nivelul solului sfie disponibile cantiti suficiente de nutrieni, iar acetia s fie n formele i concentraiilespecifice fiecrui proces [7].

Nivelele de azot i fosfor cerute pentru cretere sunt estimate pe baza necesaruluibiomasei bacteriene i concentraiei de hidrocarburi. n determinarea rapo rturilorcarbon:azot:fosfor (C:N:P) i coninutului de ap, raportul C:N:P de 300:10:1 pare a fiadecvat, deoarece aproximativ o treime din hidrocarburi sunt convertite n mas celulari dou treimi n bioxid de carbon [6].

Fizica solului [8]- permeabilitatea solului - cu ct solul este mai permeabil cu att sunt mai bune

condiiile pentru aplicarea cu succes a procesului de bioremediere, acest lucru fiind valabilatt pentru zona nesaturat ct i pentru cea saturat ;

- pH-ul - afecteaz solubilitatea i, prin urmare disponibilitatea componentelor dinsol, care pot afecta activitatea biologic. pH -ul mediului tratat trebuie s fie cuprins ntrevalorile 6 i 8, cu valoarea ideal n jurul valorii 7 ;

- temperatura - afecteaz activitatea microbian din mediul nconjurtor. Rata debiodegradare va ncetini odat cu scderea temperaturii. Solubilitatea contaminanilor deobicei crete odat cu creterea temperaturii; cu toate acestea, unele hidrocarburi suntmai solubile la temperaturi sczute dect la t emperaturi ridicate. Temperatura este unfactor care influeneaz bioactivitatea astfel nct rata de biodegradare a hidrocarburiloraproape se dubleaz, la fiecare variaie de 10 oC peste o temperatur medie cuprins ntre5 i 25 oC;

- umiditatea solului - este o proprietate foarte important n sistemele de tratare azonei nesaturate, deoarece microorganismele au nevoie de ap ca suport pentru procesulmetabolic. n procesul de bioremediere umiditatea ideal a solului este de 50%.

Dintre factorii care co ndiioneaz buna desfurare a procesului de bioremediere,caracteristicile solului sunt foarte importante, deoarece exist un control redus asupracondiiilor din mediul subteran, iar aceste caracteristici sunt prezentate schematic nTabelul 2.

Tabelul 2Condiii de mediu care afecteaz degradarea [10]

Parametru Condiia necesar p entruactivitatea microbian

Valoarea optim pentru poluarea cu motorin

Umiditatea solului Deine 25-28 % din capacitate 3090 %pH-ul solului 5,58,8 6,58,0Coninutul de

oxigenAerobic, umple spaiul porilor cu 10 % 1040 %

Coninutul denutrieni

N i P pentru creterea microbian C:N:P = 300:10:1

Temperatura o C 15-45 2030Contaminanii Nu prea toxici Hidrocarburi 510 % dingreutatea uscat a solului Metalele grele Coninut total de 2000 ppm 700 ppmTipul solului Coninut minim de argil sau nmol

Biodegradabilitatea produselor petroliere este dependent de structura chimic adiferitelor componente. Astfel, cu ct hidrocarburile petroliere sunt mai solubile cu attele sunt mai biodegradabile. n plus, hidrocarburile cu vsco zitate mare sunt mai puinbiodegradabile din cauza dificultilor fizice n stabilirea contactului ntre poluani imicroorganisme, sau ntre nutrieni i acceptori. Structurile chimice simple sunt mai uorde degradat dect structurile ramificate care s e degradeaz mai lent. Degradareahidrocarburilor de ctre microorganisme este n general atribuit bacteriilor, ns i

ciupercile indigene pot realiza acest lucru.


4/6


71

Principalele tehnologii de bioremediere a solurilor contaminate cu hidrocarburi .Tehnicile de bioremediere includ un numr de sisteme ori procese care utilizeazmicroorganismele pentru tratarea solurilor i apelor freatice pentru degradarea oridescompunerea hidrocarburile petroliere (Tabelul 3). B ioremedierea a fost folosit cusucces pent ru controlul contaminrii cu hidrocarburi.

Tabelul 3Tehnologii principale de bioremediere a solurilor contaminate cu hidrocarburi

Tehnologii Avantaje InconvenienteIn situ Biodegradarea

Bioventingul

Biospargingul

Fitoremedierea

Atenuareanatura l

controlat

- ofer posibilitateadepolurii simultane att a

solului ct i a apelorsubterane;

- echipamentele sunt ngeneral uor de amplasat;

- se poate aplica maimultor tipuri de poluani; - poate fi utilizat nasociere cu alte tehnologii

de remediere;- se poate folosi att pentrusituri contaminate de mult

timp ct i pentru celeproaspt contaminate .

- echipamentele presupun oexploatare de specialitate

delicat; - n timpul exploatrii estedificil de apreciat volumul

tratat, configuraia ac estuiai eficiena procesului de

depoluare;- eficiena de ndeprtarepoate varia de la un sit la

altul;- timp lung de tratare

(6 luni-3 ani).

Ex situ Bioreactor

Biopile

Compostare

Land farming

- ndeprtarea rapid sirelativ complet a

componentelor poluate;- posibilitatea continurii

activitaii pe amplasament; - eficien ridicat dedepoluare, oferit prin

tratare n centralespecializate.

- cost ridicat altransportului;

- necesitatea excavrii ipregtirii solului;

- riscul dispersrii pariale apoluanilor n timpullucrrilor de evacuare, ncrcare, transport i

descrcare;- impunerea unor limite de

concentratii n poluani, nainte de tratare.

Procesul de bioremediere poate fi executat n sit sau n afara acestuia. Procesul in situ este folosit n cazurile n care excavarea este o soluie impracticabil i implic metodeca: biostimularea, bioventilaia, biosparging sau atenuarea natural.

Biostimularea implic aerarea i aplicarea unor micronutrieni i biostimuleniatent select ai. Acest proces este eficient cnd populaiile microbiene indigene, prezente n substrat, sunt ntr- o cantitate suficient de mare pentru degradarea contaminanilor idac aceste microorganisme se pot adapta cu uurin la contaminani strini.

Biospargingul este o tehnic de reabilitare, n care aerul este injectat n zonasaturat pentru a stim ula microorganismele autohtone. Aerul injectat vaporizeazpoluanii reinui n capilarele solului, mobilizndu -i spre suprafa. n drumul lorascendent, polu anii sunt degradai prin intermediul biomasei stimulat prin aerare iaport de nutrieni.

Bioventilaia (bioventing) const n stimularea biodegradrii n situ a poluanilordin sol, furniznd microflorei prezente n sol oxigenul necesar metabolismului bacterian.

Atenuarea natural sau remedierea intrinsec este cea mai simpl modalitate de

bioremediere, ce presupune nici o alt intervenie dect s demonstreze c populaiileindigene exist i pot avea aciune de degardare a poluanilor i s monitor izezerealizarea procesului de degradare.


5/6


72

Pentru bioremedierea ex situ exist diferite tehnologii deja verificate care se pot utilizaatt pentru depoluarea zonei nesaturate ct i a zonei saturate: metoda biopile,metoda land farming, compostare sau tratarea solului n bioreactor.

Metoda biopile const n tratarea biologic a solurilor excavate plasate ngrmad, pe sit sau n afara sitului, cu asigurarea unui control a parametrilor cum sunt:concentraia n oxigen, umiditatea solului, coninutul n nutrieni minerali i nmicroorganisme. Metoda land farming const n depunerea solurilor poluate cu produse organice,adesea de origine petrolier, pe o suprafa pregtit n avans. Depunerea se face ntr -unstrat de grosime redus (civa zeci de centim etri) pe zone bine izolate, pentruprotejarea subsolului de orice risc de infiltrare (de exemplu prin instalarea unei folii dinpolietilen de nalt densitate care poate suporta trecerea utilajelor cultivatoare/deaerare).

Tratarea n bioreactor presupun e introducerea solurilor poluate condiionate subform de nmol, ntr -un reactor, prevzut cu sisteme de agitare i de aerare. Solurileexcavate necesit mai nti o preparare mecanic adecvat: omogenizare, mrunire iclasare volumetric.

Compostarea este procesul prin care materialele reziduale organice sunt

degradate n humus ca produs final. Compostarea implic interaciunea unei varieti demicroorganisme incluznd bacterii, protozoare, actinomicete i ciuperci. Compostareaconst n amestecarea solului excavat cu substane organice (compost) i dispunerea ngrmezi trapezoidale (brazde) distanate n mod regulat pentru a favoriza biodegradarea.

n [11] se recomand ca nainte de a decide ce metod de remediere poate fifolosit s se trec prin urmtoarele faze:

- identificarea poluanilor prezeni n acel loc; - evaluarea riscului pentru oameni i mediu lund n considerare fiecare dintre

poluani; - investigarea vitezei i dispersiei apei freatice; - evaluarea cantitii de poluani localizai n acel loc;- analiza metodelor accesibile de degradare fizic, chimic i biochimic ori de

atenuare a poluanilor; - calculul duratei proceselor de remediere pentru fiecare metod n parte; - evaluarea costurilor pentru fiecare metod accesibil; - cercet area reaciei sociale la metodele propuse; - alegerea i aplicarea celei mai potrivite metode de remediere.

Concluzii . Eficiena metodelor biologice de decontaminare depinde de numeroiparametri, cei mai importa ni fiind:

- cunoaterea poluanilor existeni i biodegradabilitatea acestora; - alegerea oxidantului i a substantelor nutritive; - caracteristicile mediului supus depolurii; - tipul microorganismelor utilizate. Pentru biodegradarea hidrocarburilor petroliere se utilizeaz speciile naturale,

existente n sol, de tipul Arthrobacter, Achromobacter, Novocardia, Pseudomonas,Flavobacterium etc.

Bioremedierea este foarte eficient pentru solurile contaminte cu hidrocarburi.Metoda este avantajoas din punct de vedere al costurilor n special pentr u solurilecontaminate cu hidrocarburi petroliere, i poate fi uor integrat cu alte metode deremediere. Cu toate acestea, bioremedierea este o tehnologie specific siturilor deaceea este necasar i obligatoriu efectuarea n prealabil a unui studiu de evaluare impactecologic.

Mulumiri . Aceast lucrare a beneficiat de suport financiar prin proiectul "Cretereacalitii studiilor doctorale n tiine inginereti pentru sprijinirea dezvoltrii societiibazate pe cunoatere", contract: POSDRU/107/1.5/S/78534, proiect cofinanat dinFondul Social European prin Programul Operaional Sectorial Dezvoltarea ResurselorUmane 2007-2013.


6/6


73

Bibliografie

[1] Neag G., Culic A., Vermean G., 2001 Soluri i ape subterane poluante. Tehnici dedepoluare. Editura Dacia, Cluj-Napoca.

[2] Neag G., 1997 Depoluarea solurilor i apelor subterane . Editura Casa Crii de tiin, Cluj-Napoca.

[3] Micle V., Neag G., 2009 Procedee i echipamente de depoluarea solului i a apelorsubterane. Editura UTPRESS, Cluj- Napoca.[4] Agenia Naional pentru Protecia Mediului, Capitolul 5 Solul,

http://www.anpm.ro/Mediu/raport_privind_starea_mediului_in_romania.[5] *** Institutul Naional de Cerceta re - Dezvoltare pentru pedologie, Agrochimie i

Protecia Mediului (I.C.P.A.) i Oficiile Judeene de Studii Pedologice i Agrochimice(O.J.S.P.A.) 20042009.

[6] Fan C. Y., Tafuri N. A., 1998 Engineering application of biooxidation processes fortreating petroleum-contaminated soil. In: Remediation of hazardous wastecontaminated soils. Wise D. L., Trantolo D. J. (eds), New York, NY: Marcel Dekker,Inc., pp. 373-401.

[7] Gligor G., 2004 Economia mediului industrial. Editura UTPRESS, Cluj-Napoca.

[8] Marinov A. M., Dumitran G. E., Diminescu M. A., 2007 Monitorizarea apelor subteranei remedierea acviferelor . Editura Politehnica Press, Bucureti .[9] Hart S., 1996 In situ bioremediation: defining the limits. Environ Sci Technol

30(9):398401. [10] Blaga G., Udrescu S., Rusu I., Vasile D., 2005 Pedologie. Editura AcademicPres,

Cluj-Napoca.[11] Oppelt E. T., 1999 Technical Report EPA/600/R-98/154.

Autori:Adrian Florin Potra, Universitatea Tehnic din Cluj -Napoca, Facultatea de Ingineria Materialelor i a Mediului,Bd. Muncii, Nr. 103-105, RO-400641, Cluj-Napoca, Romnia, e-mail: [email protected] Micle, Universitatea Tehnic din Cluj -Napoca, Facultatea de Ingineria Materialelor i a Mediului , Bd.Muncii, Nr. 103-105, RO-400641, Cluj-Napoca, RomniaCosmina Simona Bbu, Universitatea Tehnic din Cluj -Napoca, Facultatea de Ingineria Materialelor i aMediului. Bd. Muncii, Nr. 103-105, RO-400641, Cluj-Napoca, Romnia, e-mail: [email protected];[email protected] se citeaz acest articol :Potra A. F., Micle V., Bbu C. S., 2012 Studiu privind bioremedierea solurilor contaminate cu hidrocarburipetroliere. Ecoterra 31:68-73.

Studiu privind bioremedierea solurilor contaminate

Documents

Transcript of Studiu privind bioremedierea solurilor contaminate