1

MediuEcologie-Dezvoltare Durabil

Biotehnologii i depoluarea

sistemelor ecologice

(Tehnologii de depoluare biologic. Tehnologii de bioremediere.

Reconstrucie ecologic)

Dana Malschi Note de curs i aplicaii practice Manual n format electronic Universitatea Babe-Bolyai Cluj-Napoca Facultatea de tiina i Ingineria Mediului Specializarea: Ingineria Mediului, Ingineria Sistemelor Biotehnice i Ecologice Editura Bioflux Cluj-Napoca http://www.editura.bioflux.com.ro/carti-2014/ Ediia a II-a / 2014 ISBN 978-606-8191-71-3

MediuBiotehnologie-Dezvoltare Durabil

2

Lector universitar, dr. biolog, Dana Malschi, CS I, Membru asociat al Academiei de tiine Agricole i Silvice Adresa autorului: Universitatea Babe-Bolyai Facultatea de tiina i Ingineria Mediului, Departamentul: Analiza i Ingineria Mediului, Str. Fntnele, nr.30, 400294, Cluj-Napoca. Domiciliul: Str. Dragalina 12 ap.25, 401086,Turda, jud. Cluj. Tel.: 0745 367373, e-mail:danamalschi@yahoo.com

Dana Malschi, 2014

Editura Bioflux, Cluj-Napoca

http://www.editura.bioflux.com.ro/carti-2014/

Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a Romniei

MALSCHI, Dana

Biotehnologii si depoluarea sistemelor ecologice. (Tehnologii de depoluare biologica. Tehnologii de bioremediere. Reconstructie ecologica). Note de curs si aplicatii practice. Manual in format electronic. Facultatea de Stiinta si Ingineria Mediului, Universitatea Babes-Bolyai Cluj-Napoca. EDITURA BIOFLUX, Cluj-Napoca. Editor: Malschi Dana, 2014. - Cluj-Napoca : Bioflux, 2014. -190 p.: tab., pl., graf.; Bibliogr.

ISBN 978-606-8191-71-3

3

Cuvntul autorului n Capitolul 1 sunt abordate: Noiuni de baz privind biotehnologiile aplicate la mediu, depoluarea biologic i bioremedierea ecosistemelor naturale i antropizate. Capitolul 2 Bioremedierea, prezint: Principiile bioremedierii; Tehnologii de bioremediere a solurilor i apelor poluate. Capitolul 3 - Depoluarea biologic, prezint cunotine despre: Biodegradarea substanelor organice din sol; Depoluarea deeurilor i reziduurilor, Epurarea biologic a apelor poluate, uzate industrial etc. Capitolul 4 - Reconstrucia ecosistemelor degradate, cuprinde teme importante de biologie aplicat la mediu, prezint modele bio i eco-tehnologice i exemple privind: Reconstrucia ecologic i recultivarea haldelor de steril; Tehnologii de bioremediere a solurilor tehnogene pe halde de steril minier; Plante utilizate n recultivarea terenurilor degradate; Reconstrucia ecologic n agricultur. Bio si eco-tehnologii aplicate in managementul integrat de combatere a duntorilor. Sistemul ecotehnologic de agricultur cu perdele forestiere de protecie antierozional i environmental n condiiile nclzirii i aridizarii climatice n Transilvania Lucrarea apare n memoria primului Decan al Facultii de tiina Mediului a Universitii Babe-Bolyai, regretatul Profesor Univ. Dr. Iustinian Petrescu, nscriindu-se dezideratului pentru interrelaia MediuBiotehnologie-Dezvoltare Durabil. Manualul este dedicat studenilor i colegilor de la Facultatea de tiina i Ingineria Mediului Cluj, precum i fiicei mele Alexandra, i fiului meu Alexandru, cu multumiri pentru sprijinul acordat.

Lector dr.biolog Dana Malschi

Pasrea miastr I.Viehmann & colab.1963

Ghearul de la Scrioara, Ed. Meridiane, Bucureti.

Manualul este o sintez tematic de bio- i ecotehnologii ambientale, preluat n scop didactic din literatura de specialitate dar i din contribuia proprie de cercetare tiinific n agricultur, necesar studenilor n desfurarea studiilor interdisciplinare de mediu, n cadrul Cercului tiinific Studenesc Ecouniversitaria al Facultii de tiina i Ingineria Mediului. Secia acestui cerc tiinific studenesc denumit Biotehnologii de conservare i utilizare a bioresurselor (reconstrucie ecologic, bioremediere, depoluare biologic) i propune ca obiective nvarea, evaluarea i utilizarea resurselor de biodiversitate pentru protecia, remedierea i durabilitatea calitii mediului, avnd ca emblem i simbol al preocuprilor, o delicat stalagmit de ghea a Ghearului din petera Scrioara, mulumit acordului autorului fotografiei, Prof. Univ. dr. I. Viehmann.

Dana Malschi

Manualul Biotehnologii i depoluarea sistemelor ecologice (Tehnologii de depoluare biologic. Tehnologii de bioremediere. Reconstrucie ecologic). Note de curs i aplicaii practice, Ediia a doua, ofer o baz de cunotine tehnologice de ecologie aplicat, util studenilor n domeniul tiinei i Ingineriei Mediului pentru a nelege i elabora sisteme de management ecologic, tehnologii de depoluare biologic, bioremediere, reabilitare sau reconstrucie ecologic, n scopul conservrii i dezvoltrii durabile a mediului.

4

Introducere. Prezentarea i planificarea cursului i lucrrilor practice

Cursul BIOTEHNOLOGII I DEPOLUAREA SISTEMELOR ECOLOGICE are ca obiectiv general acumularea unor cunotine de baz asupra metodelor de depoluare biologic, de bioremediere a calitii mediului i de reconstrucie ecologic utiliznd factori biotici i resurse de biodiversitate integrai n biotehnologii de depoluare. Aceste cunotine sunt utile specialitilor pentru nelegerea importanei elaborrii strategiilor managementului integrat de mediu, incluznd i metodele biotehnologice, n contextul asigurrii dezvoltrii durabile a vieii.

Obiectivele specifice cursului se refer la: nsuirea cunotinelor teoretice i practice de baz privind depoluarea biologic, bioremedierea mediului, reconstrucia biodiversitii sau refacerea echilibrului biocenotic afectate de factori distructivi, n ecosistemele naturale i antropizate; dobndirea competenelor necesare pentru analiza i evaluarea principalelor cazuri de dezechilibru i disfuncionaliti naturale i antropice, analiza noilor relaii aprute ntre componentele mediului i stabilirea biotehnologiilor de restaurare, depoluare i bioremediere. Din cuprinsul cursului mentionam:

Depoluarea biologic i bioremedierea ecosistemelor naturale i antropizate. Depoluarea biologica prin degradri biotice: biotransformare, biodegradare, biosorpie, bioacumulare.

Biodegradarea substanelor organice din sol n ciclul carbonului: Biodegradarea glucidelor (descompunerea celulolozei, glucozei, amidonului, chitinei, ligninei). Biodegradarea lipidelor. Biodegradarea hidrocarburilor alifatice (metan, etan, propan etc.) i aromatice (benzen, toluen etc). Biodegradarea pesticidelor, bioconcentrarea, bioacumularea DDT-ului n lanul trofic. Biodegradarea substanelor n ciclul azotului: degradarea proteinelor, aminoacizilor, acizilor nucleici, a creatininei, ureei, alcaloizilor, amoniacului) i a altor substane din sol.

Depoluarea deeurilor i reziduurilor. Epurarea biologic a apelor poluate. Epurarea apelor uzate industrial. Bioremedierea biotopurilor i ecosistemelor degradate. Bioremedierea i recultivarea haldelor de steril. Tehnologii de bioremediere a siturilor industriale i urbane degradate.

BIOTEHNOLOGII I DEPOLUAREA SISTEMELOR ECOLOGICE Cuprins: PARTEA I-a. NOTE DE CURS Introducere. Prezentarea i planificarea cursului i lucrrilor practice. Bibliografie...................4 Cap. 1. Noiuni de baz privind biotehnologiile aplicate la mediu, depoluarea biologic i bioremedierea ecosistemelor naturale i antropizate. Sisteme de management integrat de mediu i reabilitarea ecosistemelor.......................................8 Cap. 2. Bioremedierea. Tehnologii de bioremediere a solurilor i apelor poluate. ..................11 Cap. 3. Depoluarea biologic......................................................................................................40 Depoluarea prin biodegradarea substanelor organice din sol.......................................................41 Depoluarea deeurilor i reziduurilor............................................................................................59 Epurarea biologic a apelor poluate. Epurarea apelor uzate industrial.........................................69 Cap. 4. Reconstrucia biotopurilor i ecosistemelor degradate..................................76 Reconstrucia ecologic a haldelor de steril, a zonelor poluate i degradate.........................78 Tehnologii de bioremediere a solurilor tehnogene pe halde de steril de la minele de crbune, fier, plumb, zinc, sulf, etc. ............................................................................................................79 Recultivarea biologic a terenurilor degradate. Plante utilizate n recultivarea terenurilor degradate. Plante ierboase. Arbori i arbuti. .........................................90 Recultivarea depozitelor de deeuri urbane industriale........................................................108 Reconstrucia ecologic n agricultur. Bio si eco-tehnologii agricole aplicate in managementul integrat al duntorilor......................................................................123 Sistemul ecotehnologic de agricultur cu perdele forestiere de protecie antierozional i environmental n condiiile nclzirii i aridizarii climatice n Transilvania.........................139 PARTEA a II-a. NDRUMAR DE LUCRRI PRACTICE .............................................143 Tematica pentru examen .........................................................................................................190

5

Coninutul cursului : 14 sptmni, 2 ore/sptmn; CAP. I. Noiuni de baz privind biotehnologiile aplicate la mediu, depoluarea biologic i bioremedierea ecosistemelor naturale i antropizate. Principiile depolurii biologice, bioremedierii i restaurrii ecologice. Analiza ecosistemelor, funcionarea, exploatarea i reabilitarea lor. CAP. II. Bioremedierea. Tehnologii de bioremediere a solurilor i apelor poluate. CAP: III. Depoluare biologic prin degradri biotice: biotransformri, biodegradri. Biodegradarea substanelor organice n ciclul carbonului. Biodegradarea glucidelor (descompunerea celulolozei, glucozei, substanelor pectice, amidonului, chitinei, ligninei etc.), proteinelor, lipidelor. Biodegradarea hidrocarburilor alifatice (metan, etan, propan) i aromatice (benzen, toluen etc) . Biodegradarea pesticidelor. Bioconcentrarea, bioacumularea DDT-ului. Biodegradarea substanelor organice n ciclul azotului: biodegradarea aminoacizilor, acizilor nucleici, a creatininei, ureei, alcaloizilor, din sol i a altor substane cu azot. CAP IV. Reconstrucia biotopurilor i ecosistemelor degradate. Reconstrucia ecologic. Bioremedierea ecosistemelor acvatice (zone umede, ruri, lacuri). Epurarea biologic a apelor. Bioremedierea ecosistemelor terestre (pajiti, fnae, culturi agricole, plantaii, pduri). Metode de depoluare biologic a solurilor. Bioremedierea i recultivarea haldelor de steril, a zonelor degradate. Tehnologii de bioremediere a solurilor tehnogene pe halde de steril de la minele de: crbune, fier, plumb, zinc, sulf, mangan, calcar, argile refractare i bentonitice. Tehnologii de bioremediere a isturilor petroliere i a reziduurilor de la termocentrale. Tehnologii de bioremediere a siturilor industriale i urbane degradate. Bio i ecotehnologii aplicate n agricultur. Coninutul lucrrilor practice: 14 sptmni a 2 ore/sptmn Analiza ecosistemelor. Tehnologii de bioremediere in situ i ex situ pentru soluri i ape poluate. Impactul pesticidelor n agroecosisteme i tehnologia integrat de reducere a polurii i de redresare a echilibrului, biodiversitii. Depoluare biologica. Biodegradarea glucidelor (descompunerea celulolozei, substanelor pectice, amidonului, chitinei, ligninei), lipidelor, proteinelor, aminoacizilor etc.). Analize microbiologice ale solului: grupe ecofiziologice de bacterii. Bioremedierea solurilor. Procese enzimatice n biodegradare. Indicatori bacteriologici i enzimologici de calitate a solului expus tehnologiilor de bioremediere. Rolul microflorei n detoxificarea solului. Biodegradarea compusilor organici sintetici si a pesticidelor. Bioconcentrarea, bioacumularea DDT-ului n lanul trofic. Rolul perdelelor agroforestiere de protecie antierozional n bioremedierea terenurilor agricole deteriorate, n exploataiile agricole zonale i n condiiile nclzirii i aridizrii climatice. Impactul introducerii Organismelor Modificate Genetic (OMG) n agroecosisteme. Metode de realizare a solurilor tehnogene prin depoluare biologic, bioremediere i recultivare. Metode de bioremediere a solurilor tehnogene cu coninut ridicat de metale grele. Competene dobndite prin absolvirea disciplinei:

Cunoaterea i utilizarea adecvata a noiunilor specifice disciplinei, nelegerea importanei, valoarea practic, interdisciplinaritatea domeniului.

Atitudini pozitive, responsabile n protecia i dezvoltrea durabil a mediului. Formarea unor capaciti de management n activitatea practic, de a iniia i conduce un

proiect, de a utiliza metode i tehnici moderne de bioremediere i pentru activiti specifice managementului integrat de mediu cum sunt: - Elaborarea declaraiei pentru autorizarea activitatilor cu impact semnificativ asupra mediului, - Elaborarea de planuri de evaluare preliminar a managementului integrat de mediu, a costurilor de mediu i a necesitilor financiare pentru bioremediere.

6

BIBLIOGRAFIA OBLIGATORIE 1. Berca M., 2006. Planificarea de mediu si gestiunea resurselor naturale. Ed. Ceres, Bucuresti 2. Cristea, V., Simone Denaeyer, 2004. De la biodiversitate la OGM-uri? Colectia universitas seria

biologie, ed. Eikon, Cluj-Napoca. 3. Drgan-Bularda,M., Kiss S., 1986. Microbiologia solului. Univ. Babe-Bolyai, Cluj-Napoca. P.101-

161. 4. Ghidra V. 2004. Ecotoxicologia si monitorizarea principalilor poluanti. Ed. Studia. Cluj-Napoca 5. Iovanca Haiduc, 2006. Chimia verde si poluantii chimici. Ed. Fundatiei pentru studii europene, Cluj-

Napoca 6. Kiss St. tefanic Gh., Daniela Paca, Dragan-Bularda M., Eva Zborovschi, Crian R., 1991.

Enzimologia mediului nconjurtor. Enzimele i fertilitatea solului. Vol. I. Ed. Ceres, Bucureti 7. Kiss Stefan, Daniela Paca, Dragan-Bularda M., 1993. Enzimologia mediului nconjurtor.

Enzimologia solurilor tehnogene. Vol. Ii. Ed. Ceres, Bucureti 8. Man C., Maria Ivan, 1999. Strategii n managementul deeurilor i reziduurilor. Ed. Mesagerul, Cluj 9. Oros V. 2002. Reabilitare ecologica a siturilor degradate industrial. Ed.univ.Transilvania, Brasov 10. 1. Malschi Dana, 2009. Integrated pest management in relation to environmental sustainability.

Part I. Ecological management of wheat pests.course notes and practical applications. Manual online. Faculty of environmental sciences, Babe-Bolyai University, Cluj-Napoca. Bioflux publishing house, Cluj-Napoca, p. 200. Isbn 978-606-92028-3-8. Http://www.editura.bioflux.com.ro/carti-2009/

10. 2. Malschi Dana, 2009. Biotehnologii si depoluarea sistemelor ecologice. (tehnologii de depoluare biologica, tehnologii de bioremediere. Reconstructia ecologica). Note de curs si aplicatii practice. Manual in format electronic facultatea de stiinta mediului, universitatea babes-bolyai cluj-napoca. Editura bioflux, cluj-napoca. P. 200. 978-606-92028-5-2. Http://www.editura.bioflux.com.ro/carti-2009/

10. 3. Malschi Dana, 2011, Caiet de practic pentru laboratorul didactic de biotehnologii, format electronic, http://enviro.ubbcluj.ro/cercetare/laboratoare/laborator de biotehnologii.php/.

Din bibliografia titularului: Malschi Dana, 2007. Mediu-agricultur-dezvoltare durabil i managementul integrat al duntorilor agroecosistemelor cerealiere. Ed. ARGONAUT, 2007. Cluj-Napoca: 186 pg. ISBN 978-973-109-086-3. Malschi Dana, 2008. Mediu-agricultur-dezvoltare durabil. Optimizarea tehnologiilor de management integrat al duntorilor grului n dinamica modificrilor agroecologice din Transilvania. (Environment-agriculture-sustainable development. Optimization of integrated wheat pest management technologies under the dynamics of agroecological changes in Transylvania). Ro/en. Ed. ARGONAUT, Cluj-Napoca, 315 pg. 40 plane color, 14 figuri, 75 tabele. ISBN 978-973-109-115-0. Malschi Dana, 2009. Elemente de biologie, ecofiziologie si microbiologie.(Biocenologie terestra. Biologia solului. Hidrobiologie. Ecosisteme antropizate.) Note de curs si aplicatii practice, Manual in format electronic. Facultatea de Stiinta Mediului, Universitatea Babes-Bolyai Cluj-Napoca. EDITURA BIOFLUX, 634 pg. ISBN 978-606-92028-4-5. http://www.editura.bioflux.com.ro/carti-2009/ Malschi Dana, 2011, Caiet de practic pentru laboratorul didactic de biotehnologii, format electronic, http://enviro.ubbcluj.ro/cercetare/laboratoare/Laborator de biotehnologii.php/ BIBLIOGRAFIE OPIONAL ALVAREZ J.J.Pedro, IELMAN A.Walter, 2007. Bioremediation and natural attennuation. Process fundamentals and mathematical models. Ed. Wiley-interscience. APOSTU S.2006. Organisme modificate genetic (OGM) Folosite n alimentaia i sntatea omului i animalelor. Ed.RISOPRINT, Cluj-Napoca BARBU CONSTANTIN-HORIA, CAMELIA SAND, 2004, Teoria i practica modern a remedierii solurilor poluate cu metale grele, Ed. ,,ALMA MATER, Sibiu. BADEA Elena Marcela, SANDULESCU Daniela, 2001 Biotehnologii vegetale. Ed. Fundatia BIOTECH, Bucureti BADEA Elena Marcela, PUN ION OTIMAN, 2006. Plante modificate genetic n cultur. Impactul agronomic, ecologic i economic. Ed. MIRTON, Timioara,

7

BERCA, M., 2005. Teorie i practic n biotehnologii genetice. Ed. Ceres, Bucureti. BOTNARIUC N., VDINEANU A., 1982, Ecologie, Ed. Did. Si Ped., Bucuresti; BURTIC Georgeta, MICU Daniela, NEGREA Corina, ORHA Adina, 2005. Poluanii i mediul nconjurtor. Ed. Politehnic, Timioara. CACHIA-COSMA DORINA, DELIU C., LENUA RAKOSY-TICAN, ARDELEAN A., 2004. Tratat de biotehnologie vegetal. Vol. I. Ed. Dacia, Cluj-Napoca. CRISTEA V., HODISAN I., POP I., EMILIA BECHIS, GROZA G., GALAN P., 1990. Reconstrucia ecologic a haldelor de steril minier. I. Dezvoltarea vegetaiei spontane.n Contribuii botanice, Univ. din Cluj-Napoca, Grdina botanic: 33-38. CRISTEA V., GAFTA D., PEDROTTI F., 2004. Fitosociologie. Ed. Presa Universitar Clujan DENU I., 2000. Reabilitarea ecologic i managementul siturilor degradate de industria minier. Univ.de Nord, Baia-Mare DRGAN-BULARDA, M., 2000. Lucrri practice de Microbiologie general, Univ.Babe-Bolyai. DRGAN-BULARDA MIHAIL, SAMUEL ALINA DORA, 2008, Biotehnologii microbiene, Ed. Universitii din Oradea FODOR DUMITRU, BAICAN GAVRIL, 2001, Impactul industriei miniere asupra mediului, Ed. Infomin, Deva. FABIAN Ana, ONACA Rodica, 1999. Ecologie aplicat. Casa de Ed. SARMIS, Cluj-Napoca. p. 24-69 GAFTA D., AKEROY J. 2006. Nature conservation. Concept and Protection. Ed. Springer. GAVRILESCU MARIA, 2010. Environmental Biotechnology: Achievements, Opportunities and Challenges, Dynamic Biochemistry, Process Biotechnology and Molecular Biology, 4(1)1. In Global Science Books, 2010. On line at: http://www.globalsciencebooks. info/JournalsSup/images/Sample/DBPBMB_4(1)1-36o.pdf GAVRILESCU ELENA, 2006. Evaluarea ecosistemelor acvatice. Ed. SITECH, Craiova. GHIDRA V., SESTRA R., BOTU M., BOTU I., 2004. Biodiversitate i bioconservare. Ed. Academic Pres, Cluj-Napoca. Cap.III: Elementele structurale i factorii de influen ai biodiversitii. p.56-100. VALRIE GURIN, PIERRE MENGER, 2010. Depoluarea solului i a apelor subterane poluate cu compui organici. BRGM, Frana; IHOBE, ara Bascilor. http://www.timisoara-twinning-environment.net/media/dms/File/depollutionROweb.pdf. MORAR R., CUGLEAN I., MUNTEAN I.O., ALMAN I., 2004. Tehnologii de depoluare a mediului. Ed. Dacia MUNTEANU S.L., TIRBAN S. MIRCEA, LUCA E., FIIU A., MUNTEAN L., MUNTEAN S., ALBERT IMRE, 2005. Bazele agriculturii ecologice. Ed. Risoprint, Cluj CARMEN NICOLESCU, 2002. Microbiologia apei i a produselor acvatice. Ed. Cetatea de Scaun, Trgovite. NEAG Gh., 1997. Depoluarea solurilor i apelor subterane. Ed. Crii de tiin, Cluj OROS V., CAMELIA DRGHICI, 2002. Managementul deeurilor. Ed. Univ. Transilvania. Braov. Seria EnvEdu. Cap. Bioremedierea solurilor i apelor, autor ANDREW BALL. p. 129-137. VASILE OROS, 2011, Elemente de ecotoxicologie i teste ecotoxicologice, Editura RIOSOPRINT, Cluj Napoca. OZUNU AL., CARMEN TEODOSIU, 2002. Prevenirea polurii mediului .Ed . Univ. Transilvania Brasov PAMFIL DORU, 1999. Microbiologie. Ed. Genesis, Cluj-Napoca. PAMFIL DORU, 2011. Bioremedierea acviferelor. USAMV.Cluj-Napoca. RNOVEANU P., 2003. Soluii privind refacerea ecologic a terenurilor afectate de exploatri miniere. Lucrrile celei de a XVII-a Conf. Naionale pentru tiina Solului, 25-30 aug.2003, Timioara, Lucrri t. USAMV a Banatului, Timioara. RO V. (eds), 2000. Ghid pentru diseminarea tehnologiilor de mediu, n domeniile ingineriei agricole, transporturilor i energiei. Ed. Roprint. Cluj STOICULESCU C et al., Conservarea i reconstrucia ecologic a ecosistemelor forestiere de lunc sub impactul antropic. Rev. Pd. Bucureti, 102, 2:61-66. STUGREN B., 1994. Ecologie teoretic. Ed. Sarmis, Cluj Napoca. ANCA VOICULESCU, 2003, Efectul diferitelor msuri de bioremediere asupra structurii i dimensiunii comunitilor de bacterii i ciuperci din sol. a XVII-a Conf. Na. tiina Solului, 2003, Lucrri tiinifice USAMV a Banatului, Timioara.

8

PARTEA I-a. NOTE DE CURS

CAPITOLUL 1.

NOIUNI DE BAZ PRIVIND BIOTEHNOLOGIILE APLICATE LA MEDIU,

DEPOLUAREA BIOLOGIC I BIOREMEDIEREA ECOSISTEMELOR Cuprins: Introducere. Biotehnologii aplicate la mediu. Sisteme de management integrat de mediu i reabilitarea ecosistemelor naturale i antropizate. Analiza sistemic n ecologie. Teoria general a sistemelor ca mijloc eficient n cercetarea sistemelor biologice. Introducere

In cadrul tiinelor interdisciplinare, disciplina Biotehnologii si depoluarea sistemelor ecologice are ca obiectiv general acumularea unor cunotine de baz asupra metodelor de remediere a calitii mediului n urma impactului factorilor poluani sau distructivi, utile specialitilor n domeniul ingineriei mediului pentru inelegerea importanei elaborarii strategiilor managementului integrat de mediu, n contextul asigurrii dezvoltrii durabile a vieii pe Pmnt. Prin nsuirea conceptelor, metodelor i tehnologiilor de bioremediere a ecosistemelor naturale sau antropizate, se realizeaz suportul cognitiv pentru proiectarea managementului integrat de mediu, incluznd evaluarea costurilor de mediu, a investiiilor pentru depoluare sau reconstrucie ecologic a sistemelor biotehnice i ecologice.

Obiectivele cursului se refer la nsuirea cunotinelor teoretice i practice de baz privind bioremedierea mediului (depoluarea biologic, reconstrucia biodiversitii sau refacerea echilibrului biocenotic afectate de factori distructivi, n ecosistemele naturale i antropizate); nsuirea metodelor i tehnicilor de refacere i reconstrucie prin bioremediere environmental; dobndirea competenelor necesare pentru analiza i evaluarea principalelor cazuri de dezechilibru i disfuncionaliti naturale i antropice, analiza noilor relaii aprute ntre componentele mediului i stabilirea tehnologiilor specifice de depoluare i bioremediere.

Biotehnologii aplicate la mediu. Sisteme de management integrat de mediu i reabilitarea

ecosistemelor naturale i antropizate Cursul Biotehnologii si depoluarea sistemelor ecologice este elaborat in domeniul

tiinelor biologice interdisciplinare de Ecologia aplicat avnd ca baz cunoaterea elementelor i funciilor sistemelor biologice i ecologice, n scopul evalurii, conservrii i utilizrii capitalului natural. Acesta este constituit din diversitatea sistemelor biologice i ecologice, funcionnd n regim natural, seminatural sau antropizat, i cuprinznd: diversitatea speciilor existente ntr-un habitat (diversitatea taxonomic); diversitatea biocenozelor i a ecosistemelor dintr-o anumit regiune, precum i diversitatea genetic (varietatea genetic a speciilor i populaiilor).

Protejarea i conservarea calitii i biodiversitii sistemelor ecologice este garania pstrrii stabilitii ecosistemelor, tot mai mult ameninate prin distrugerea habitatelor i a speciilor. Activitile privind protejarea i conservarea mediului, a stabilitii sistemelor ecologice, sunt absolut necesare pentru susinerea procesului de dezvoltare durabil, cu care se confrunt societatea contemporan, presupunnd insusirea de cunotine complexe de ecologie i management ecologic. Pentru formarea competenelor n activitile de protecia mediului, se impune parcurgerea unor etape de instruire: nsuirea informaiilor despre lumea vie; investigarea sistemelor biologice; demonstrarea, modelarea principiilor i conceptelor biologice; transferarea, integrarea metodelor de management ecologic.

Termenul management definete exercitarea funciei de planificare, organizare, conducere directa, control, supervizare a oricrui proiect sau activiti industriale sau de afaceri cu asumarea

9

responsabilitii pentru rezultate. Managementul de mediu este un termen generic care descrie procesul complex de abordare a problemelor de mediu (de la identificarea acestora, evaluarea impactului/riscului, formularea programelor care s susin dezvoltarea durabil, implementarea, evaluarea i corectarea lor), necesitnd colaborarea interdisciplinar (tiine naturale, inginereti, sociale, economice, legislaie, planificare) i de cele mai multe ori coordonarea, din punct de vedere al strategiilor, la nivel regional, naional sau internaional (Ozunu, Teodosiu, 2002). Mai ales n ultimele doua decenii, o importan deosebit au cptat stabilirea limitelor ecologice ntre care se poate desfura activitatea economic precum i elaborarea de reglementri naionale i internaionale n acest sens. Problemele globale ale omenirii sunt in strns legatur cu problemele mediului nconjurtor. n dezvoltarea societii apar dezechilibre care duc la poluarea semnificativ a mediului.

Ecologia i dezechilibrele ecologice. Relaiile organismelor vii cu mediul lor de via sunt studiate de ecologie. Mediul n care triete fiecare organism are o component lipsit de via biotopul - care cuprinde substratul i factorii abiotici, i una cu via - biocenoza -, alctuit din totalitatea vieuitoarelor care triesc n acelai biotop. Biotopul i biocenoza formeaz o unitate structural i funcional numit ecosistem. Ecosistemele formeaz complexe de ecosisteme care, n totalitatea lor de pe Terra, alctuiesc ecosfera. ntre cele dou componente ale ecosistemului exist un schimb permanent de materie, energie i informaie.

Echilibrul ecosistemului este asigurat prin funcia de autoreglare, care se realizeaz n interiorul bioceozei, n interiorul biotopului i ntre biocenoz i biotop. Pe baza acestor interrelaii se realizeaz un echilibru relativ stabil al ecosistmului. Interrelaiile dintre componentele ecosistemului determina ca o modificare a unui element s influeneze mediul n ansamblul su, putnd avea drept consecin apariia unor dezechilibre ecologice.

Avnd n vedere efectele catastrofale ale deteriorrii mediului asupra vieii pe Terra, protecia mediului st la baza supravieuirii i dezvoltrii societii umane, prin msurile care se ntreprind deja, privind: Conservarea - resurselor naturale, - a speciilor pe cale de dispariie, a solului, a pdurilor, - utilizarea combaterii biologice a duntorilor, precum i Controlul polurii aerului, apei, solului (Arini, Cristescu, 2006).

Durabilitatea va tinde s devin, n noul mileniu, caracteristica cea mai important a dezvoltrii economice i sociale. Posibilitatea de a asigura dezvoltarea economic, utilizarea raional a materiilor prime, energiei i resurselor naturale i diminuarea impactului activitilor umane asupra mediului, reprezint esena durabilitii acestor activiti.

Problemele de mediu datorate impactului deosebit al activitilor umane au tendina de a se globaliza, efectul cumulativ al unor manifestri locale de poluare conducnd la generalizarea acestora (Ozunu, Teodosiu, 2002).

Definirea conceptului de biodiversitate. Diversitatea biologic: taxonomic, genetic, diversitatea biocenozelor i ecosistemelor. Cu ocazia Conferinei Naiunilor Unite pentru Mediu i Dezvoltare (UNCED) desfurat la Rio de Janeiro, n 1992, s-a semnat Convenia asupra Diversitii Biologice (CBD), care definete biodiversitatea ca fiind variabilitatea organismelor vii, de orice origine, inclusiv, ntre altele, ecosistemele terestre, marine i alte ecosisteme acvatice i complexe ecologice din care fac parte, diversitatea n snul speciilor i ntre specii, la fel ca i cea a ecosistemelor (art.2.al CBD citat de Cristea, 2002). Conceptul de biodiversitate este extrem de complex, incluznd n totalitate variabilitatea speciilor i variabilitatea dintre specii, la toate organismele vii plante i animale, n habitatele lor, precum i diversitatea ecosistemelor i a complexelor ecologice de pe Terra. Biodiversitatea este considerat o problem global, fiind integrat n problematica proteciei mediului, abordat ca o component de baz n evoluia i dezvoltarea viitoare a societii umane. Biodiversitatea constituie o bogie a patrimoniului naional i internaional, care are rol fundamental n asigurarea stabilitii i evoluiei ecosistemelor i, evident, a umanitii. (Dup Ghidra V., Sestra R., Botu M., Botu I., 2004).

10

Analiza sistemic n ecologie. Bazele teoretice ale cercetrii ecosistemelor Van Bertalanffy, 1960, a formulat teoria general a sistemelor, dup care sistemul este un

ansamblu de elemente i fenomene aflate n interaciune. Toate sistemele biologice sunt sisteme integrate, organizate n sistem deschis specific prin unele nsuiri caracteristice, prin care pot transforma factorii de mediu n factori proprii, specifici: 1.Caracterul informaional- sistemele recepioneaz, acumuleaz, prelucreaz i transmit reciproc informaiile. 2.Integralitatea- nsuirile sistemului nu se reduc la suma caracteristicilor prilor componente, ci determin caliti noi pe baza interaciunilor, funcionnd ca un tot unitar. 3.Echilibrul dinamic-sau starea staionar se realizeaz prin schimbul permanent de materie, energie i informaie dintre sistem i mediu. 4.Autoreglarea-nsuirea sistemelor de a contracara tendinele interne i externe (de mediu) de dezechilibru i dezorganizare. 5.Programul-sistemele posed program coordonator propriu pentru autoconservare, unul inferior pentru subsisteme, unul superior pentru reproducere i supravieuire. Metodologia de cercetare ecologic. n efectuarea unei cercetri ecologice se pot aplica metode de investigaie respectnd a serie de criterii (Botnariuc, Vdineanu, 1982), care vor permite i realizarea modelului ecologic al studiului:

A. Respectarea unui program de cercetare intensiv pe o durat de minimum 2 ani, care s

includ: 1. prelevarea unui numr de probe ce ar putea s asigure estimarea mrimii populaiilor componente cu o eroare de maxim 20%; 2. o frecven de prelevare a probelor n succesiunea graficului de timp, care s reflecte particularitile ciclurilor de dezvoltare ale speciilor din componena biocenozei; 3. anumite modaliti de prelevare a probelor (randomizat, stratificat randomizat, sistematic etc.) care s reflecte heterogenitatea biotopului. B. nregistrarea n timp i spaiu a principalilor factori abiotici (temperatur umiditate, pH, concentraia metalelor grele, a pesticidelor etc.). C. Determinarea spectrului trofic al fiecrei populaii selectate din componena biocenozei i stabiirea grupelor funcionale i a relaiilor dintre ele. D. Calcularea pe baza datelor empirice rezultate din analiza probelor, a densitii i a abundenei numerice i n biomas. Lund n considerare abundenele numerice > 10% i abundenele n biomas >5%, se stabilete pentru fiecare categorie funcional sau nivel trofic, care sunt populaiile componente dominante. Neglijnd populaiile a cror abunden numeric < 10% i abunden n biomas

11

CAPITOLUL 2. BIOREMEDIEREA

TEHNOLOGII DE BIOREMEDIERE A SOLURILOR SI APELOR

Cuprins: 1. Bioremedierea definiie 2. Avantajele bioremedierii 3. Tehnologii implicate in bioremediere.

Termeni specifici: Biodegradarea. Biostimularea. Bioamplificare. Biorestaurare. Bioremedierea in situ (ISB) Bioremedierea in situ accelerat Atenuarea natural monitorizat Bioremedierea ex situ

4. Aplicarea bioremedierii 5. Bioremedierea hidrocarburilor clorurate utilizarea compusului clorurat in calitate de acceptor de electron, utilizarea compusului clorurat in calitate de donor de electron, prin cometabolism

6. Bioremedierea ca afacere 7. Exemple de aplicare reuita a bioremedierii.

o Scurgerea de itei de la Bemidji, Minnesota o Efluentul de canalizare de la Cape Cod, Massachusetts o Solventi clorurati, New Jersey o Pesticide, Estuarul Golfului San Francisco o Chimicale agricole n zona central o Contaminare cu gazolin, Galloway New Jersey o Contaminare cu creosot, Pensacola, Florida

8. Tehnologii de tratare a solului prin bioremediere: -Tratamente biologice in situ: bioventilarea, bioaugmentarea, fitoremedierea n sol,

-Tratamente biologice ex situ: biopile, composting, cultivarea pmntului 9. Biotehnologii de tratare a apelor subterane:

-Tratamente biologice in situ: bioaugmentare, atenuarea natural controlat, fitoremedierea. -Tratamente biologice a apelor ex situ: bioreactori, mlatini amenajate Bibliografie: ANDREW BALL, 2002. Bioremedierea solurilor si apelor. In. Managementul deeurilor. Cap 5. Rds. V. Oros, Camelia Draghici, Ed. Univ, Transilvania Braov, 2002, p.129-133 CRISTINA ROU, 2006. Bazele chimei mediului: elemente teoretice si aplicatii practice.Ed. Casa Crii de tiin, Cluj-Napoca IOVANCA HAIDUC, 2006. Chimia verde i poluanii chimici.Ed.Fundatiei pentru Studii Europene, ClujNapoca KISS TEFAN, DRAGAN-BULARDA MIHAIL, DANIELA PACA, 1993. Enzimologia mediului nconjurtor. Enzimologia solurilor tehnogene.Vol. II. Ed. CERES, Bucureti.

1. BIOREMEDIEREA DEFINIIE Bioremedierea este neleas, dup definiia general, ca fiind utilizarea organismelor vii

(microorganisme, plante etc.) pentru a ameliora i restaura starea ecologic a unui substrat poluat sau degradat (zon, teren, acvifer etc.) la parametrii de calitate mai buni, favorabili vieii, neduntori, nepoluani sau pentru a-l readuce la starea de mai nainte (Ball, 2002).

Bioremedierea este o tehnologie modern de tratare a poluanilor care utilizeaz factori biologici (microorganisme) pentru transformarea anumitor substane chimice n forme finale mai puin nocive/periculoase, n mod ideal, la CO2 i H2O, care sunt netoxice i sunt eliberate n mediu fr a modifica substanial echilibrul ecosistemelor. Bioremedierea se bazeaz pe capacitatea unor compui chimici de a fi biodegradai.

Conceptul de biodegradare este acceptat ca o nsumare a proceselor de descompunere a unor constitueni naturali sau sintetici, prin activarea unor tulpini de microorganisme specializate avnd drept rezultat produi finali utili sau acceptabili din punct de vedere al impactului asupra mediului (Pamfil, 2011).

12

Exemplu de bioremediere: tratarea biologic a apelor reziduale, a apelor de canalizare prin utilizarea organismelor vii pentru a le readuce la situaia original.

n ultimele decenii, termenul bioremediere este utilizat ntr-un mod mai specific, ce se reflect prin cele dou definiii specifice:

Utilizarea de organisme vii pentru a degrada poluanii mediului, pentru a preveni poluarea sau n procesul de tratare a deeurilor (Atlas,1995);

Aplicarea tratamentelor biologice pentru curirea, decontaminarea i degradarea substanelor periculoase (Cookson, 1995, citat de Ball, 2002).

Bioremedierea se poate aplica in situ (asupra zonei, substratului poluat, pe locul unde a avut loc contaminarea) sau ex situ (in sisteme/instalatii special amenajate, unde se aduce substratul poluat ce urmeaza sa fie tratat prin metode biologice). 2. AVANTAJELE BIOREMEDIERII Soluionarea pe cale biotehnologic a problemelor de poluare, prin metodele de bioremediere in situ , are avantajul c: Procedeele biotehnologice de tratare a efluenilor toxici intr n competiie cu metodele existente sub aspectul eficacitaii i eficienei economice. Metodele biotehnologice de tratare a deeurilor toxice au rolul de a nlocui metodelor actuale de depozitare i detoxificare a noilor compui xenobiotici (realizai de om). Este important ns s se limiteze generarea de deeuri periculoase i nepericuloase, precum i s se utilizeze metodele de reciclare.

Alte avantaje ale bioremedierii fa de alte tehnologii.. (Cookson 1995) Poate fi realizat pe sit (on site") Eliminare permanent a deeurilor (limitarea problemelor de conformare) Pozitiv din punct de vedere al acceptrii publice Perturbare minim a sitului Elimin costurile de transport i pentru conformare Poate fi combinat cu alte tehnologii de tratare

Bioremedierea ofer, n multe cazuri, o soluionare permanent a problemei, i este eficient din punct de vedere al costurilor.

Comparaie intre costurile de bioremediere i costurile metodelor tradiionale utilizate in mod obinuit pentru ndeprtarea poluanilor (costurile sunt in USD/yard cubic)

(Cookson, 1995, citat de Ball, 2002) Metoda Anul I Anul II Anul III

Incinerare 530 Nu Nu Solidificare 115 Nu Nu Ingropare 670 Nu Nu

Desorbie termic 200 Nu Nu Bioremediere 175 27 20

1yd = 0.76455m Bioremedierea ajut la reducerea costurilor pentru tratare prin:

1. Tratarea contaminrii pe loc. 2. Profitarea de procese naturale. 3. Reducerea perturbrii mediului.

necesit un nivel moderat de capital de investiie, prezint siguran pentru mediu, nu genereaza deeuri i sunt autosustenabile.

13

1. Tratarea contaminrii pe loc. Cea mai mare parte a costului este asociat cu tehnologiile traditionale de curire legate de ndeprtarea fizic i depozitarea solurilor contaminate. ntruct bioremedierea poate fi realizat pe loc (in situ") prin adugarea de nutrieni la solurile contaminate, aceasta nu determin costuri de ndeprtare - depozitare.

2. Profitarea de procese naturale. La unele situri, procesele microbiene naturale pot ndeprta contaminantii prezeni, chiar far intervenia omului. n astfel de cazuri unde bioremedierea (atenuarea natural a polurii) este adecvat, se pot realiza reduceri substantiale ale costurilor.

3.Reducerea perturbrii mediului. Bioremedierea reduce la minimum perturbarea sitului comparativ cu tehnologiile conventionale, costurile pentru post-tratare putnd fi substanial diminuate. Bioremedierea este in general mai eficient din punct de vedere al costurilor dect cele dou metode care sunt larg utilizate, respectiv ngroparea sau incinerarea (Ball, 2002).

3. TEHNOLOGII IMPLICATE IN BIOREMEDIERE.

BIODEGRADAREA. BIOSTIMULAREA. BIOAMPLIFICARE. BIORESTAURARE O serie de termeni specifici sunt utilizai pentru a descrie activitatea microorganismelor

i cile prin care ele sunt utilizate n bioremediere: Biodegradarea este ruperea sau fragmentarea unui compus sau a unei substane realizat

de ctre organisme vii, bacterii sau fungi, care pot fi indigene n zona respectiv sau pot fi introduse. Biostimularea este metoda prin care populaiile de microorganisme, naturale sau introduse,

sunt mbuntite prin adaosuri de nutrieni, inginerie sau alte lucrri de pregtire a unei zone. Aceasta mrete viteza proceselor naturale de remediere.

Bioamplificare (bioaugmentation) este metoda prin care sunt adugate organisme vii specifice pe un sit sau pe un material pentru a realiza un anumit efect de bioremediere dorit.

Biorestaurare este restaurarea strii originale sau a unei stri apropiate de cea original prin utilizarea de microorganisme vii.

Tehnologiile de bioremediere se pot aplica pe loc (in situ") sau ex situ (prin transportarea substratului poluat la instalaii speciale de tratare).

Tehnologia utilizat pentru tratarea unui sit poluat este dependent de sit i de poluant. Fiecare tratament de bioremediere este specific n functie de sit. Diferitele tratamente de bioremediere in situ"se leag de un numr de tehnologii:

Bioremedierea in situ (ISB) Bioremedierea in situ accelerat Atenuarea natural monitorizat

BIOREMEDIEREA IN SITU (ISB) este utilizarea de microorganisme pentru a degrada contaminanii pe loc (in situ") n scopul producerii unor compui finali nepericuloi.

Bioremedierea in situ" este aplicat pentru degradarea contaminanilor n solurile saturate i n apele subterane, dar i n zone nesaturate.

Tehnologia a fost dezvoltat ca find mai puin costisitoare, mai eficient fa de metodele standard de pompare i tratare utilizate pentru depoluarea acviferelor i a solurilor contaminate cu solveni clorurali, hidrocarburi petroliere, explozibili, nitrai i metale toxice.

Bioremedierea in situ are avantaje cum ar fi : distrugerea complet a contaminanilor, riscuri mai mici pentru muncitorii de pe sit costuri mai sczute pentru instalaii i operare.

Bioremedierea in situ poate fi clasificat n functie de metabolism sau n funcie de gradul

de intervenie uman. Cele dou tipuri de metabolism sunt metabolismul aerob i metabolismul anaerob. Tipul de metabolism pentru un anumit sistem ISB va fi stabilit ca int n funcie de tipul de contaminani care trebuiesc distrui.

14

Unii contaminani sunt degradai pe cale aerob (de exemplu: hidrocarburile petroliere) alii pe cale anaerob (de exemplu, tetraclorura de carbon), n timp ce ali contaminani pot fi biodegradai att pe cale aerob, ct i pe cale anaerob (de exemplu, tricloretena).

BIOREMEDIEREA IN SITU ACCELERAT

se face prin adugarea de substrat sau nutrieni la un acvifer pentru a stimula creterea unui consoriu de bacterii. Bacteriile int sunt indigene, ns se pot introduce n acvifer i culturi mbogite de bacterii (din alte situri) care sunt deosebit de eficiente n degradarea unui anumit contaminant (bioamplificare).

Bioremedierea in situ" accelerat este utilizat acolo unde se dorete o cretere a vitezei de biotransformare a contaminantului, viteza putnd fi limitat de lipsa nutrienilor necesari, de lipsa donorilor sau acceptorilor de electroni.

Tipul de amendament necesar depinde de metabolismul int i de contaminantul urmrit. Bioremedierea in situ" aerob poate s necesite doar un adaos de oxigen (acceptor de electroni), pe cnd cea anaerob poate s necesite att adaosul de donori de electroni (ex. lactat, benzoat), ct i de acceptori de electroni (ex. nitrat, sulfat). In special solventii clorurai necesit adesea adaos de substrat de carbon pentru a stimula declorurarea reductoare.

Scopul urmrit in tehnologia de bioremediere in situ" accelerat este de a crete cantitatea de biomas in interiorul acviferului contaminat i, prin aceasta, obinerea unei biodegradri eficiente a contaminantului dizolvat si absorbit.

ATENUAREA NATURAL MONITORIZAT Atenuarea natural monitorizat (bioremedierea intrinsec) este o alt metod de aplicare a

bioremedierii in situ. O component a atenurii naturale este utilizarea microorganismelor indigene pentru a degrada contaminanii implicati, far intervenia omului (far adaosuri de nutrieni).

Implementarea atenurii naturale presupune o bun cunoatere a sitului si o monitorizare pe termen lung.

Cunoaterea sitului implic o caracterizare privind extinderea polurii i caracteristicile acviferului. Aceste informaii pot fi apoi utilizate pentru a elabora un model predictiv de transport pentru prevedea pericolul polurii i cnd contaminanii vor afecta receptorii vizai.

Monitorizarea pe termen lung este utilizat pentru a evalua pericolul i transportul contaminanilor in comparatie cu cele previzionate. Modelul de transport poate fi apoi redefinit pentru a obtine predictii mai bune. Procesele de atenuare naturala a poluarii se desfoar n mod normal pe toate siturile ns gradul de eficient al acestora este diferit si depinde de tipurile i concentratiile de contaminani prezenti i de caracteristicile fizice, chimice si biologice ale solului i ale apei subterane.

Procesele de atenuare natural pot reduce riscul potenial pe care-l reprezint contaminanii sitului, aceast diminuare a riscului realizndu-se prin urmtoarele trei ci:

1. Contaminantul poate fi convertit intr-o forma lipsit de toxicitate prin procese distructive: biodegradarea sau transformri abiotice.

2. Nivelele de expunere potential pot fi reduse prin scderea concentraiilor (ca urmare a proceselor distructive sau prin diluie i dispersie).

3. Mobilitatea i biodisponibilitatea contaminantului pot fi reduse prin sorbie pe particulele de sol sau de roc.

Utilizarea pentru un anumit sit a bioremedierii in situ accelerate sau a atenurii naturale va depinde de nsuirile acviferului, de concentraiile contaminantilor chimici, de scopul proiectului de remediere i de aspectele economice ale fiecrei opiuni.

Viteza de degradare a contaminantului este, mai mic n cazul atenurii naturale dect la bioremedierea activ din cauza concentratiei de bacterii care este mult mai mare n bioremedierea accelerat, iar viteza de biodegradare este proportional cu cantitatea de biomas. Astfel,

15

atenuarea natural necesit, de regul, o perioad lung de timp pentru a deveni complet. Bioremedierea in situ accelerat este, de regul, o solutie mai rapid dar necesit investiii mai mari in materiale, echipamente i manoper (Ball, 2002). Avantajele bioremedierii in situ Contaminantii pot fi complet transformati in substante total inofensive (ex. ap, dioxid de carbon, etan). Bioremedierea in situ" accelerat poate realiza o tratare volumetric, prin care se trateaz att partea dizolvat ct i cea sorbit a contaminantului. Durata necesar pentru tratarea prin bioremediere in situ" a polurii situat sub suprafata solului poate s fie adesea, mai rapid dect dac se utilizeaz tehnologiile de pompare-tratare. Bioremedierea in situ" cost adesea mai puin dect alte optiuni de remediere. Aria zonei de tratare la utilizarea bioremedierii poate fi mai mare dect in cazul utilizrii altor tehnologii de remediere, ntruct tratarea urmeaz micarea acviferului i poate atinge zone care, altfel, ar rmne inaccesibile.

Limitri ale bioremedierii in situ" In funcie de particularitatea sitului, unii contaminanti ar putea s nu fie complet transformai in compui inofensivi. Dac in procesul de biotransformare se formeaz produi intermediari, acetia ar putea fi uneori mai toxici sau mai mobili dect compusul parental. Unii contaminanti nu pot fi biodegradati (prezint recalcitran la biodegradare). Dac este aplicat n mod inadecvat, sondele de injectie se pot colmata ca urmare a creterii microbiene intense datorit adaosurilor de nutrienti, donori sau/i acceptori de electroni. Bioremedierea in situ" accelerat este dificil de aplicat n acviferele cu permeabilitate sczut ntruct transportul nutrientilor este limitat. Metalele grele i concentratiile toxice de compui organici pot inhiba activitatea microorganismelor indigene.

Bioremedierea in situ" necesit, in mod normal, o populaie de microorganisme aclimatizate, care nu pot fi dezvoltate pentru deeurile recente sau pentru compuii recalcitrani.

Avantaje ale atenurii naturale monitorizate: generarea unui volum mai mic de deeuri, diminuarea potentialului de transfer prin mediu a contaminantilor asociati, in mod normal, de tratamentele ex situ" i un risc diminuat pentru

expunerea fiintelor umane la mediul contaminat. Perturbare mai mica ntruct necesit putine instalatii de suprafat. Posibilitate de aplicare pe ntregul sit sau numai pe o parte a acestuia, in funcie de condiiile sitului i de obiectivele de decontaminare. Poate fi utilizat in combinatie cu alte msuri de remediere (activ), sau n completarea acestora. Costuri de remediere mai sczute dect cele legate de remedierea activ.

Dezavantaje ale atenurii naturale monitorizate Poate necesita o perioad mai lung de timp pentru realizarea obiectivelor de remediere, in comparatie cu remedierea activ. Studierea i caracterizarea sitului poate fi mai complex i mai costisitoare. Toxicitatea produilor de transformare poate fi mai mare dect a compusului parental. In general, va fi necesar o perioad lung de monitorizare. Poate fi necesar asigurarea unui control institutionalizat pentru protectia pe termen lung. Exist posibilitatea unei migrari continue a contaminantului i a transferului su prin mediu. Conditiile hidrologice i geochimice care fac posibil atenuarea natural, se pot modifica in

16

timp, ceea ce ar putea produce o remobilizare a contaminantilor stabilizati anterior, cu impact negativ asupra eficacitii remedierii. Sunt necesare eforturi mai mari in educatia i pregtirea publicului pentru a ctiga acceptarea acestuia pentru atenuarea natural monitorizat (Ball, 2002).

4. APLICAREA BIOREMEDIERII Expansiunea rapid i complexitatea crescnd a industriei chimice din secolul trecut i,

n special n ultimii treizeci de ani, a avut ca rezultat o cantitate crescnd i o complexitate tot mai mare a deeurilor toxice efluente. n acelai timp, din fericire, autoritile n reglementare au acordat o atentie mai mare problemelor de poluare a mediului.

Companiile industriale au devenit mai atente la presiunea reglementrilor politice, sociale i de mediu pentru a preveni deversarea efluenilor n mediul nconjurtor. Implicaiile incidentelor majore de poluare (ca de exemplu pata de petrol Exxon Valdez, dezastrul de la Union-Carbide (Dow) Rhopal, poluarea pe scar larg a fluviului Rin, deteriorarea progresiv a habitatelor acvatice i a pdurilor de conifere din nord-estul SUA, Canada i o parte din Europa sau scprile de materiale radioactive n accidentul de la Cernobl etc.) i publicitatea masiv pe tema problemelor de mediu care au urmat acestora au scos puternic n lumin i au adus n contiinta public potentialele rezultate pe termen lung ale dezastrelor.

Chiar admitnd c politicile de mediu vor face eforturi continue n directia aplicrii presiunilor asupra industriei pentru a reduce producia de deeuri toxice, bioremedierea prezint oportuniti pentru detoxificarea unui domeniu ntreg de eflueni industriali

Bacteriile pot fi adaptate sau modificate pentru a produce anumite enzime care metabolizeaz componentele deeurilor industriale care sunt toxice pentru alte vietuitoare i de asemenea, se pot elabora noi ci de biodegradare a diferitelor deeuri.

Dac managementul deeurilor nsui este o industrie de sine stttoare bine definit, genetica i enzimologia pot foarte bine s o desvreasc prin experiena de inginerie existent n aceste domenii (Ball, 2002).

Astfel se poate concluziona c bioremedierea se poate aplica la un domeniu larg de deeuri chimice.

5. BIOREMEDIEREA HIDROCARBURILOR CLORURATE Hidrocarburile clorurate reprezint unul din grupele cele mai comune de compui care

necesit tehnologii de bioremediere. Hidrocarburile clorurate pot fi supuse biotransformrii prin trei mecanisme: 1.utilizarea compusului clorurat in calitate de acceptor de electron, 2.utilizarea compusului clorurat in calitate de donor de electron, sau 3.prin cometabolism (reacii care nu produc beneficiu microorganismelor). Pe un sit dat se pot realiza unul sau mai multe dintre aceste mecanisme.

1. Reacii ca acceptor de electron Utilizarea compuilor clorurati ca acceptori de electroni a fost demonstrat

n condiii nitrat - i fier- reductoare sau n condiii sulfat - reductoare i metanogene (cu cele mai mari viteze de

biodegradare care afecteaz domeniul hidrocarburilor alifatice clorurate. Aceast modalitate de biotransformare realizeaz dehalogenearea reductiv i necesit o surs adecvat de carbon (donor de electron) pentru creterea microbian. Carbonul donor de electron poate proveni

o din materia organic natural, o din surse antropogene (de ex. contaminarea nsoitoare cu hidrocarburi

petroliere), sau o din introducerea intenionat de carbon organic in interiorul acviferului

(de ex. la bioremedierea in situ" accelerat) (Ball, 2002).

17

2. Reacii ca donor de electron n aceast situaie sursa, hidrocarbura clorurat este utilizat n calitate de substrat primar (donor de electron) i microorganismul obine energia i carbonul organic din aceast hidrocarbur clorurat.

Aceasta se poate realiza in condiii aerobe i n anumite condiii anaerobe. Compuii clorurai mai puin oxidai (ex. clorura de vinil-PVC, DCE, sau 1,2-dicloretan)

sunt mai favorabili pentru a se supune acestui mod de biotransformare. Este de notat c hidrocarburile petroliere sunt biodegradate pe aceast cale deoarece ele

pot fi utilizate in calitate de surs organic de carbon (Ball, 2002).

Not: Terminologia donor/acceptor de electron d o descriere mai explicit, dect termenii dehalogenare reductoare", declorurare direct" i substrat primar". n general, declorurarea reductoare este procesul prin care un atom de clor este ndeprtat din compusul clorurat i este nlocuit cu un atom de hidrogen. Declorurarea direct este de obicei asociat cu hidrocarbura clorurat, care actioneaz ca donor de electron. Substratul primar, de asemenea, se refer de obicei la donorul de electron.

3. Cometabolismul

Atunci cnd o hidrocarbur alifatic hiperclorurat este biodegradat prin cometabolism, degradarea este catalizat de o enzim sau cofactor, produs de ctre organisme pentru alte scopuri. Prin cometabolism:

Microorganismele nu obtin nici un beneficiu cunoscut din degradarea compusului clorurat.

Biotransformarea compusului clorurat poate s fie n acelai timp inhibitoare/vtmtoare pentru microorganisme.

Cometabolismul este cel mai bine cunoscut pentru mediile aerobe, ns el se poate realiza i n condiii anaerobe (Ball, 2002).

6. BIOREMEDIEREA CA AFACERE

n ultimii ani, mai multe companii s-au hotrt s dezvolte i s comercializeze tehnologiile de biodegradare. Existenta unor astfel de companii a devenit acum justificat din punct de vedere economic

datorit creterii explozive a costurilor tehnologiilor traditionale de tratare, datorit rezistentei crescnde a publicului fa de unele tehnologii traditionale

(ncepnd de la cea de la Love Canal pn la planurile incineratoarelor ENSCO din ultimii ani), i

datorit cerinelor tot mai exigente ale reglementrilor. Interesul mediului de afaceri comerciale n utilizarea microorganismelor pentru

detoxificarea efluentilor, solurilor, etc. este reflectat n bioremediere" care a devenit un cuvnt comun n managementul deeurilor.

Companiile care se specializeaz n bioremediere (=tehnologiile de biodegradare) trebuie s dezvolte o integrare viabil a microbiologiei cu sistemele de inginerie. Un exemplu de companie de bioremediere este Envirogen (NJ) care a dezvoltat

microorganisme ce degradeaz PCBs (policlorobifenili) i care au o stabilitate i o supravieuire bun n populaiile de organisme din sol; a dezvoltat bacterii care exist n mod natural i care degradeaz tricloretilena (TCE) n prezena toluenului, un solvent organic toxic care omoar multe alte microorganisme.

Un mare numr de astfel de companii poate fi gsit utiliznd cutare WEB i un cuvnt cheie (cum ar fi bioremediation").

18

Microorganismele au fost aplicate cu succes i pentru ndeprtarea scurgerilor de petrol

de la Exxon Waldez. Unele specii de microorganisme pot utiliza petrolul ca surs de hran i multe dintre acestea produc compui tensioactivi de suprafat, care pot emulsiona petrolul n ap i pot facilita astfel ndeprtarea petrolului. Spre deosebire de surfactantii chimici, emulsificatorul microbian este netoxic i biodegradabil.

S-au utilizat ,,fertilizatori" pentru a mri viteza de cretere a populaiei de bacterii indigene care pot degrada petrolul.

Utilizarea de microorganisme pentru bioremediere nu este limitat la detoxificarea compuilor organici.

n multe cazuri pot fi utilizate microorganisme selectate pentru a diminua toxicitatea cationilor metalelor grele (cum ar fi seleniul) prin convertirea lor n forme mai puin toxice si mai putin solubile. Astfel bioremedierea apei de suprafa cu o contaminare semnificativ de metale grele poate fi realizat (Ball, 2002). 7. EXEMPLE DE APLICARE REUITA A BIOREMEDIERII

In Hanahan, o suburbie linitit a oraului Charleston din Carolina de Sud, n 1975 o scurgere masiv dintr-un depozit militar a deversat aproximativ 5920 m3 de kerosen. Masurile imediate de recuperare i izolare a scurgerii nu au putut s mpiedice anumite patrunderi in solul nisipos permeabil care a atins nivelul apei freatice. Foarte curnd apa din sol a leiat unele substante toxice precum benzenul din solul saturat cu combustibil i le-a transportat inspre zona rezidentiala. Prin 1985 contaminarea atinsese zona rezidential care a fost pus in faa unor probleme serioase de mediu. Indeprtarea solului contaminat era neaplicabil din punct de vedere tehnic, iar indepartarea apei subterane contaminate nu rezolva sursa de contaminare.

Cum ar fi putut fi oprit apa subteran con tamina t din scurgerea ctre zona rezidenial? O solutie posibil era tehnologia de bioremediere. Studiile efectuate de U.S. Geological Survey (USGS) au artat c microorganismele care sunt prezente n mod natural n sol au consumat in mod activ compuii toxici derivati din combustibil transformndu-i in dioxid de carbon lipsit de periculozitate. Mai mult, aceste studii au aratat ca viteza biotransformrilor a putut fi mult mrit prin adaos de nutrienti. Prin stimularea comunitatii microbiene naturale ca urmare a adaosului de nutrieni, era teoretic posibil sa creasc viteza de biodegradare i prin urmare protejarea zonei rezideniale de viitoarea contaminare.

n 1992 aceast teorie a fost pus in practic de ctre oamenii de tiin. Au fost introdui nutrienti in solurile contaminate prin galerii de infiltrare, apa subteran contaminat a fost scoas printr-o serie de puuri de extracie i a inceput o activitate riguroas de monitorizare a nivelelor de contaminare.

Pe la sfritul anului 1993 contaminarea in zona rezidenial a fost redus cu 75%. n imediata apropiere a galeriilor de infiltraie (sursele de nutrieni), rezultatele au fost chiar mai bune. Apa subteran care nainte continea mai mult de 5000 ppb toluen acum avea un nivel nedetectabil. Bioremedierea a functionat! Succesul proiectului de bioremediere de la Hanahan a fost rezultatul multor ani de eforturi intense ale unui mare numr de oameni de tiint.

La nceputul anilor 1980 se cunoteau puine despre cum interacioneaz deeurile toxice cu hidrosfera. Aceast lips de cunotine a presupus eforturi deosebite pentru remedierea mediului contaminat in cadrul noii legislaii ,,Superfund" (Comprehensive Environmental Response, Compensation, and Liability Act). In faa acestei probleme Congresul a mandatat pe U.S. Geological Survey (USGS) s conduc un program pentru a rezolva aceast lips de cunotinte. Prin acest program, cunoscut sub denumirea The Toxic Substances Hydrology Program" au fost investigate sistematic cele mai importante Categorii de Deeuri pe Situri din Statele Unite. Una dintre principalele revelaii ale acestui program a fost aceea c microorganis- mele din acviferele de mic adncime diminueaz periculozitatea i transportul pentru aproape toate tipurile de substante toxice.

19

Alte exemple de aplicare reuita a bioremedierii:

Scurgerea de itei de la Bemidji, Minnesota. n 1979 o conduct de transport iei s-a spart i a poluat acviferul de dedesubt. USGS studiind situl au constatat c substanele toxice leiate din ieiul crud au fost degradate rapid de ctre populatiile microbiene naturale. In mod semnificativ s-a artat c pata de contaminarea apei subterane i-a oprit extinderea dup numai ctiva ani ntruct viteza de degradare microbian a egalat (a contrabalansat) viteza de leiere a contaminantului. Aceasta a fost primul i cel mai bine documentat exemplu de bioremediere intrinsec n care procesele microbiene care se desfaoar n mod natural remediaz apa subteran contaminat fr interventia omului.

Efluentul de canalizare de la Cape Cod, Massachusetts. Depozitarea reziduurilor de canalizare n fose septice este o practic uzual n Statele Unite. Studiile sistematice pe o pat de efluent de canalizare la Rezervatia Militar din Massachusetts (Otis Air Force Base) au condus la obtinerea pentru prima oar a unor date ale msurtorilor de laborator i de teren cu privire la rapiditatea cu care populaiile microbiene naturale degradeaz poluarea cu nitrati (denitrificare) ntr-un acvifer de mic adncime.

Solventi clorurati, New Jersey. Solventii clorurati sunt contaminanti foarte comuni n zona de nord-est puternic industrializat. Datorit faptului c procesele lor metabolice sunt foarte adaptabile, microorganismele pot utiliza compuii clorurati ca oxidani atunci cnd nu au la dispoziie alti oxidanti. Astfel de transformri, care pot duce la remedierea natural a contaminrii cu solventi a apei subterane, au fost pe larg documentate de ctre USGS la Pacatinny Arsenal, New Jersey.

Pesticide, Estuarul Golfului San Francisco. Contaminarea cu pesticide a rurilor i a fluviilor este un lucru ntlnit peste tot n Statele Unite. Studiile de laborator i de teren n Sacramento River i n San Francisco Bay au artat efectele proceselor biologice i nebiologice n degradarea pesticidelor utilizate n mod obinuit cum ar fi molinat, thiobencarb, carbofuran i metilparation.

Chimicale agricole n zona central. Chimicalele agricole afecteaz din punct de vedere chimic calitatea apei subterane n multe state din vestul mijlociu. Studiile din aceast zon au evidentiat traseul fertilizatorilor cu azot i a pesticidelor n apele subterane i de suprafat. Aceste studii au artat c multi contaminani obinuiti cum ar fi erbicidul atrazina sunt degradai prin procese biologice (degradare microbian) i nebiologice (degradare fotolitic).

Contaminare cu gazolin, Galloway New Jersey. Gazolina este probabil poluantul cel mai obinuit al apei subterane n Statele Unite. Studiile efectuate pe acest sit au demonstrat degradarea microbian rapid a contaminantilor din gazolin i au artat importanta acestor procese n zona nesaturat (zona de deasupra pnzei de ap) n degradarea contaminantilor.

Contaminare cu creosot, Pensacola, Florida. Creosotul i fenolii clorurati au fost larg utilizai pentru tratarea lemnului n Statele Unite. Contaminantii splai i vehiculati n acvifer prin cteva iazuri au fost transportati n directia Golfului Pensacola. Studiile pe acest sit au demonstrat c microorganismele se pot adapta la conditii de substante chimice extrem de nocive i c degradarea microbian a restrns migraia petei de contaminare. Aceste studii au contribuit la fundamentarea tehnic care a facut posibil aplicarea bioremedierii la Hanahan.

20

8. TEHNOLOGII DE TRATARE A SOLULUI PRIN BIOREMEDIERE (Dup : Valrie Gurin, Pierre Menger, 2010. Depoluarea solului i a apelor subterane poluate cu compui organici. BRGM, Frana; IHOBE, ara Bascilor. http://www.timisoara-twinning-environment.net/media/dms/File/depollutionROweb.pdf.) TRATAMENTE BIOLOGICE IN SITU:Bioventilarea, bioaugmentarea, fitoremedierea n sol BIOVENTILAREA

Se introduce oxigen n solurile contaminate nesaturate printr-o circulaie forat a aerului (extracie sau injecie cu aer) pentru a spori concentraia de oxigen i pentru a stimula biodegradarea.

Bioventilarea (Valrie Gurin, Pierre Menger, 2010)

este o tehnologie care stimuleaz biodegradarea natural in situ a oricrui compus degradabil aerob prin furnizarea de oxigen microorganismelor existente n sol.

Fa de extragerea vaporilor cu aspiraie, bioventilarea folosete fluxuri slabe de aer pentru a furniza oxigen suficient doar pentru susinerea activitii microbiene. Oxigenul este cel mai adesea aplicat prin injectare direct n poluanii reziduali din sol.

Pe lng degradarea reziduurilor de carburani adsorbii, componenii volatili sunt biodegradai pe msur ce vaporii circul ncet prin solul

activ biologic. Aplicabilitate. Bioventilarea este o tehnologie pe termen mediu i lung. Curarea poate dura de la cteva luni la civa ani. Tehnicile de bioremediere prin bioventilare au fost folosite cu succes pentru

remedierea solurilor contaminate cu hidrocarburi petroliere, solveni neclorurai, anumite pesticide, conservani ai lemnului i ali compui chimici organici. Bioremedierea poate fi folosit pentru a schimba starea de valen a substanelor anorganice i pentru a cauza

adsorbia, asimilarea, acumularea i concentrarea substanelor anorganice n micro sau macro-organisme. Aceste tehnici de bioremediere sunt promitoare din perspectiva

Rulot de analize

Suflant Controlul emisiilor

Reea de ventilare lateral

Reea de ventilare vertical

21

stabilizrii sau ndeprtrii substanelor anorganice din sol, pe cand biodegradarea nu poate degrada poluanii anorganici.

Limitri. Printre factorii care pot limita cmpul de aplicare i eficiena procedeului de bioventilare se numr: Masa de ap la civa decimetri de suprafa, lentilele de sol saturat sau solurile cu

permeabilitate sczut reduc eficiena bioventilrii. Vaporii se pot aduna n bazine aflate n raza de influen a sondelor de injecie cu aer. Aceast

problem poate fi eliminat prin aspirarea aerului de lng structura. Un grad sczut de umiditate n sol poate limite biodegradarea i eficiena bioventilrii. Este necesar monitorizarea gazelor reziduale la suprafaa solului. Biodegradarea aerob a anumitor compui clorurai nu poate fi eficient dect dac exist

un co-metabolit sau un ciclu aerob. Temperaturile sczute pot ncetini remedierea, dei s-au realizat remedieri de succes i n

medii extrem de reci. Condiionri. O bioventilare de succes se bazeaz pe ndeplinirea a 2 criterii de baz.

n primul rnd, aerul trebuie s ptrund n sol n cantitate suficient pentru a menine condiiile aerobe; iar

n al doilea rnd, microorganismele care degradeaz natural hidrocarburile trebuie s fie prezente n concentraii suficient de mari pentru a atinge procentele de biodegradare adecvate.

Testele iniiale au drept scop att determinarea permeabilitii solului, ct i procentele de respiraie in situ.

Granulaia solului i umiditatea acestuia au o influen important asupra permeabilitii gazelor din sol. Cea mai mare restricie n ceea ce privete permeabilitatea aerului este reprezentat de o umiditate excesiv a solului. Combinaia de pnze acvatice ridicate, umiditate nalt i soluri cu granulaie mic au mpiedicat realizarea cu succes a bioventilrii n anumite locaii.

Printre proprietile solului care au impact asupra activitii microbiene sunt pH-ul, umiditatea i nutrienii de baz (azot i fosfor) i temperatura.

S-a calculat c pH-ul optim din sol pentru activitatea microbian se ncadreaz ntre 6 i 8. Umiditatea optim se stabilete pentru fiecare sol n parte. Prea mult umiditate poate reduce permeabilitatea aerului i descrete capacitatea de

transferare a oxigenului. O umiditate prea sczut va mpiedica activitatea microbian. Mai multe teste de bioventilare au indicat rate de biodegradare cu niveluri ale umiditii

ntre 2% i 5% n funcie de greutate. i totui, n climate extrem de aride, este posibil creterea ratei de biodegradare prin irigaii sau umezirea prin aer injectat.

Poluanii se degradeaz mai repede prin bioventilare n timpul verii, dar remedierea se poate produce i la temperaturi de 0 C.

Ratele de biodegradare ale hidrocarburilor se estimeaz ntotdeauna pe baza procentelor de utilizare a oxigenului, presupunnd c pierderea de oxigen se datoreaz mineralizrii hidrocarburilor cu ajutorul microbilor.

Oxigenul, ca acceptor final de electroni, folosete nu numai la degradarea materiilor organice, dar i la oxidarea compuilor anorganici

redui de microorganisme care produc energie prin oxidarea chimic. Se pot face i teste de respiraie in situ. Msurarea utilizrii oxigenului ntr-o zon martor nvecinat necontaminat folosete la

stabilirea reaciilor anorganice de oxidare. Atunci cnd se folosete mpreun cu ali indicatori de cretere a activitii microbiene sau biodegradare, testele de respiraie pot furniza cel puin una din direciile convergente n dovezile separate legate de biodegradarea documentat calitativ.

22

Date de performan. Bioventilarea a devenit o tehnologie comun, majoritatea componentelor tehnice fiind deja disponibile. Bioventilarea primete mult atenie legat de remediere din partea comunitii de consultani, mai ales n ceea ce privete folosirea acestei tehnologii mpreun cu aspiraia vaporilor din sol (SVE). Ca i n cazul tuturor tehnologiilor biologice, timpul necesar remedierii unui sit prin bioventilare depinde n mare msur de caracteristicile solului i proprietile chimice ale mediului contaminat.

Costuri. Principalele elemente de cost sunt urmtoarele: Aria de suprafa; conteaz numrul de puuri de injecie/extracie instalate. Numrul de

puuri (i costurile aferente) cresc proporional cu suprafaa. Tipul de sol; tipurile de sol cu coninut de nisip i pietri reduc costurile datorit numrului

mai mic de puuri de injecie / extracie care trebuie instalate. Preuri indicative pentru bioventilare se ncadreaz ntre 25 - 200 Euro pe metru cub de sol.

Costurile pot fi influenate de tipul de sol i de proprietile chimice ale acestuia, tipul i cantitatea de amendamente folosite, tipul i dimensiunea contaminrii.

BIOAUGMENTAREA

Bioaugmentarea este un proces n care microorganismele locale sau inoculate (cum ar fi ciupercile, bacteriile i ali microbi) degradeaz (metabolizeaz) poluanii organici din sol i /sau apele subterane i neutralizeaz efectul lor nociv.Activitatea microbilor care apar pe cale natural este stimulat de soluiile apoase care circul prin solurile contaminate i care sporesc gradul de degradare biologic in situ a poluanilor organici sau imobilizarea celor anorganici. Nutrienii, oxigenul i alte amendamente pot fi folosite pentru creterea bioremedierii i desorbiei poluanilor din materiile subterane (Valrie Gurin, Pierre Menger, 2010).

Bioaugmentarea in proces aerob n prezena unei cantiti suficiente de oxigen (condiii aerobe) i a altor elemente nutritive,

microorganismele vor transforma muli poluani organici n bioxid de carbon, ap i mase de celule microbiene. Bioaugmentarea unui sol implic n mod normal percolarea sau injectarea apelor subterane sau apelor necontaminate amestecate cu nutrieni i saturate cu oxigen dizolvat. Uneori se pot aduga microorganisme aclimatizate (bio-augmentare) i/sau alte surse de oxigen cum ar fi apa oxigenat. Irigarea prin infiltraii cu pulverizare se folosete regulat la solurile contaminate de mic adncime, iar sondele de injecie pentru solurile contaminate adnci. Dei bioremedierea in situ s-a dovedit de succes i n climat rece, temperaturile sczute ncetinesc procesul de remediere. Se pot folosi la solurile contaminate cu temperatur sczut straturi calde care acoper suprafaa solului pentru a crete temperatura acestuia i viteza de degradare.

Acvifer regional

Strat cu permeabilitate redus

Sond de monitorizare

Sond de pompare a apelor subterane

Irigare prin pulverizare

Sonde de re-injectare a apelor subterane

Acvifer local

Suprafaa pnzei freatice

Roca de baz

Sol de umplutur

23

Bioaugmentarea in proces anaerob n absena oxigenului (condiii anaerobe), poluanii organici se vor transforma n metan,

mici cantiti de bioxid de carbon i cantiti infime de hidrogen. n condiii de reducere cu sulfai, sulfatul se transform n sulfur sau sulf elementar, iar n condiii de reducere cu nitrai se produce n final n hidrogen sulfurat.

Poluanii se pot degrada uneori n produse intermediare sau finale mai mult sau mai puin periculoase dect poluantul iniial. De exemplu, TCE (Tricloretilen) se poate biodegrada anaerob n clorura de vinil care este mai persistent i mai toxic. Pentru a evita astfel de probleme, majoritatea proiectelor de bioremediere se fac in situ. Clorura de vinil se poate degrada mai departe n condiii aerobe. Bioaugmentarea este o tehnologie pe termen lung care poate dura ani de zile pentru curarea unei pene poluante.

Aplicabilitate. Tehnicile de bioremediere au fost folosite cu succes la remedierea solurilor, a nmolurilor ; remedierea apelor subterane poluate cu hidrocarburi petroliere, solveni,

conservani ai lemnului i ali produi chimici organici. Bioremedierea este eficient mai ales n remedierea contaminrii reziduale de

nivel sczut legate de ndeprtarea sursei de poluare. Grupurile de poluani care au fost tratate cel mai des sunt PAH, SVOC

nehalogenai (fr PAH), i BTEX (Benzen, Toluen, Etilbenzen, Xilen (volatile organic compounds).

Tipurile de sit contaminat tratate cel mai des au fost poluate prin procese sau prin deeuri rezultate din conservarea lemnului, rafinarea ieiului i refolosire.

Conservarea lemnului implic folosirea creozotului care conine o concentraie mare de PAH i alte SVOC nehalogenai.

n mod similar, rafinarea ieiului i procesele de refolosire se bazeaz n mod frecvent pe BTEX.

Dat fiind c grupurile de poluani cel mai des tratai prin bioremediere sunt SVOC (PAH i alte SVOC nehalogenai), tratarea acestora cu tehnologii bazate pe volatilitate de genul SVE (aspiraia vaporilor din sol) s-ar putea dovedi dificil.

Tratarea prin bioremediere nu necesit n mod frecvent tratament termic, implic puine elemente rentabile ca i cost, cum ar fi nutrienii, i nu genereaz n mod normal reziduuri care cer alte tratamente sau eliminri.

De asemenea, atunci cnd se face in situ, nu necesit excavarea mediului contaminat. Fa de alte tehnologii, bioremedierea este avantajoas ca pre n tratarea SVOC

nehalogenai. Dei bioremedierea nu poate degrada poluanii anorganici, poate n schimb fi folosit

pentru a schimba valena substanelor anorganice i cauza adsorbia, imobilizarea n particule de sol, precipitarea, asimilarea, acumularea i concentrarea de substane anorganice n micro- i macroorganisme. Aceste tehnici se dovedesc promitoare pentru stabilizarea sau ndeprtarea substanelor anorganice din sol.

Limitri. Printre factorii care mpiedic aplicabilitatea i eficiena procesului se numr: Obiectivele legate de curare nu pot fi atinse dac masa de baz a solului mpiedic contactul

poluant microorganism. Circulaia soluiilor apoase prin sol poate crete mobilitatea poluanilor i poate necesita

tratarea pnzei freatice din subteran. Colonizarea preferenial cu microbi poate cauza nfundarea nutrienilor i a sondelor de

injectare a apei. Cile prefereniale de circulare pot reduce mult contactul dintre fluidele injectate i poluani n

toat zona contaminat.

24

Sistemul nu trebuie folosit pentru argila stratificat puternic sau pentru mediile subterane eterogene din cauza limitelor de transfer ale oxigenului (sau a altui acceptor de electroni).

Concentraiile mari de metale grele, de substane organice clorurate puternic, de catene lungi de hidrocarburi sau sruri anorganice pot fi toxice pentru microorganisme.

Bioremedierea ncetinete la temperaturi sczute. Concentraiile de ap oxigenat mai mari de 100-200 ppm n apele subterane mpiedic

activitatea microorganismelor. Un sistem de tratare a suprafeei cum ar fi striparea cu aer sau adsorbia de carbon poate

necesita tratarea apei subterane aspirate nainte de re-injectare sau ndeprtare. Muli din factorii de mai sus pot fi controlai acordndu-se atenie bunelor practici tehnice. Durata tratamentului poate fi de 6 luni pn la 5 ani i depinde de factori specifici sitului

respectiv. Condiionri. Trsturile principale ale poluanilor care trebuie identificate n studiile de

fezabilitate pentru bioaugmentare sunt potenialul de infiltrare (de exemplu solubilitatea apei i coeficientul de sorbia al

solului); reactivitatea chimic a acestora (de exemplu tendina ctre reacii nebiologice cum ar fi

hidroliza, oxidarea i polimerizarea); i, cel mai important, gradul acestora de biodegradare.

Caracteristicile solului de stabilit includ adncimea i zona de ntindere a polurii, concentraia poluanilor, tipul de sol i proprietile acestuia (de exemplu coninutul de substane organice,

textura, pH-ul, permeabilitatea, capacitatea de reinere a apei, coninutul de umiditate, nivelul de nutrieni);

competiia pentru oxigen (de exemplu potenialul redox); prezena sau absena substanelor toxice pentru microorganisme; concentraia de ali acceptori de electroni, nutrieni; i capacitatea microorganismelor din sol de a degrada poluanii.

Testele de fezabilitate se fac pentru a stabili dac bioaugmentarea este realizabil n anumite condiii date i pentru a stabili cadrul temporal al remedierii i parametrii acesteia.

Testarea terenului se poate face pentru a se stabili raza de influen i spaierea sondelor precum i pentru obinerea costurilor preliminare anticipate.

Date de performan. Principalul avantaj al unui proces in situ este faptul c permite tratarea solului fr excavarea i transportarea acestuia, ceea ce nu deranjeaz activitile desfurate pe situl respectiv. Dac bioaugmentarea poate atinge scopul de curare ntr-un interval de timp compatibil, poate reduce semnificativ costurile fr excavare i transportare. De asemenea, att apele subterane contaminate ct i solul pot fi tratate simultan, ceea ce reprezint un alt avantaj din punct de vedere al costurilor. Procedeele in situ necesit n general perioade mai mari de timp, neexistnd o certitudine cu privire la uniformizarea tratamentelor din cauza variabilitii inerente din sol, caracteristicile acviferului i dificultile legate de procesul de monitorizare. Procedeele de remediere pot dura uneori ani ntregi n funcie mai ales de ratele de degradare ale poluanilor specifici, de caracteristicile sitului i de climat. Ar putea fi nevoie de mai puin de un an pentru curarea anumitor poluani, n timp ce compuii cu greutate molecular mai mare au nevoie de mai mult timp pentru a se degrada.

Exist riscul sporirii mobilitii poluanilor i infiltrarea acestora n pnza freatic. Bioaugmentarea a fost selectat pentru aciuni corective i de urgen pe un numr mare de situri contaminate. n general, hidrocarburile petroliere pot fi bioremediate imediat la un cost relativ mic prin stimularea microorganismelor locale cu nutrieni. Costuri. Preuri indicative pentru bioaugmentare se ncadreaz ntre 25 - 220 Euro pe metru cub de sol. Costurile pot fi influenate de tipul de sol i de proprietile chimice ale acestuia, tipul i cantitatea de amendamente folosite, tipul i dimensiunea contaminrii (Valrie Gurin, Pierre Menger, 2010)

25

FITOREMEDIEREA N SOL

Introducere. Fitoremedierea este un procedeu de folosire a plantelor pentru ndeprtarea, transferarea, stabilizarea i distrugerea poluanilor din sol i sedimente. Poluanii pot fi organici sau anorganici.

Descriere. Fitoremedierea este un procedeu de folosire a plantelor pentru ndeprtarea, transferarea, stabilizarea i distrugerea poluanilor din sol i sedimente. Mecanismele fitoremedierii includ biodegradarea avansat a rizosferei, fitoacumularea, fitodegradarea i fitostabilizarea (Valrie Gurin, Pierre Menger, 2010). Biodegradarea avansat a rizosferei

Biodegradarea avansat a rizosferei are loc n solul care nconjoar rdcinile plantelor. Substanele naturale eliberate de rdcini furnizeaz microorganismelor nutrieni, ceea ce mrete activitatea biologic a acestora. Rdcinile plantelor afneaz pmntul i apoi mor lsnd ci de circulare a apei i de aerisire. Acest proces tinde s mping apa ctre zona de suprafa i s usuce zonele saturate mai joase. Cea mai des folosit flor n proiectele de fitoremediere sunt plopii, deoarece aceti arbori cresc repede i pot supravieui n multe tipuri de climat. n plus, plopii pot trage cantiti mari de ap (fa de alte specii de plante) la trecerea acesteia prin sol sau direct din acvifer. Acest lucru nseamn absorbirea unei cantiti mari de poluani dizolvai din mediile contaminate i reducerea cantitii de poluani mprtiai prin sau n afara solului sau acviferului.

Fitoacumularea reprezint asimilarea poluanilor de ctre rdcinile plantelor i mutarea / acumularea (fitoextracia) acestora n trunchi i frunze.

Fitodegradarea este metabolismul poluanilor n esuturile plantelor. Plantele produc enzime precum dehalogenaza i oxigenaza care ajut la catalizarea degradrii. Investigaiile vor determina dac compuii aromatici i cei clorurai rspund la fitodegradare.

Fitostabilizarea este un fenomen de producere de ctre plant a compuilor chimici care servesc imobilizrii poluanilor la contactul rdcinilor cu solul.

Aplicabilitate. Fitoremedierea se poate aplica pentru remedierea metalelor, pesticidelor, solvenilor, ieiului brut, PAH i apelor de infiltraie din gropile de gunoi. Unele specii de plante au capacitatea de a stoca metale n rdcinile lor. Aceste plante pot fi transplantate pe siturile contaminate pentru a filtra metalele din apele reziduale. n momentul n care rdcinile se ncarc cu poluani de metal, aceste plante pot fi scoase. Plantele care acumuleaz cantiti mari pot ndeprta sau stoca cantiti semnificative de poluani metalici.

n prezent, arborii sunt testai pentru a se determina capacitatea acestora de ndeprtare a poluanilor organici din apa subteran, de translocare i transpiraie i posibila metabolizare a acestora in CO2 sau esuturi vegetale.

Limitri. Fitoremedierea solului poate fi limitat de: Adncimea zonei de tratare este determinat de plantele folosite n fitoremediere. n

majoritatea cazurilor, acest procedeu poate fi folosit pe solurile de mic adncime. Concentraiile mari de substane periculoase pot fi toxice pentru plante. Comport aceleai limite de transfer n mas ca alte biotratamente. Uneori se poate face doar n anumite sezoane, n funcie de locaii. Poate transfera poluanii ntre medii, cum ar fi de exemplu din sol n aer.

26

Nu este eficient pentru poluanii puternic absorbii (cum ar fi PCB bifenili policlorurati) i cei absorbii slab.

Toxicitatea i biodisponibilitatea produilor de degradare nu sunt ntotdeauna cunoscute. Produii pot fi mobilizai n apele subterane sau bioacumulai n animale.

Condiionri. Este nevoie de informaii detaliate pentru a determina tipurile de sol folosit n proiectele de fitoremediere. Debitul, concentraiile care reduc oxigenul, creterea rdcinilor i structura acestora afecteaz creterea plantelor i trebuie luate n considerare la implementarea fitoremedierii.

Date de performan. Se fac n prezent mai multe demonstraii cu fitoremedierea (de exemplu s-au plantat specii de stejar n mijlocul unei pene poluante cu TCE pentru a se evalua transpiraia TCE i ratele de transformare ale TCE). Ratele de evaporare-transpiraie au fost msurate n egal msur. Acesta este un test pe termen lung cu privire la capacitatea arborilor de controlare a circulaiei apelor subterane.

Costuri. Elemente importante ale costurilor Gradul de efort; zona contaminat influeneaz cel mai mult costurile. Densitatea eantionrii; element de cost esenial pentru stabilirea costurilor legate de mostre;

poate fi direcionat prin cerine reglementare. Fitoremedierea este un proces de remediere pe termen lung. Costurile sunt cauzate n principal de procurarea plantelor, investiii legate de arbori cu costuri de testare i eantionare ulterioare. Costurile pot varia de la 10 Euro pentru un sit uor contaminat pn la 150 Euro pentru un sit dificil, pe metrul cub tratat (Valrie Gurin, Pierre Menger, 2010).

TRATAMENTE BIOLOGICE EX SITU ALE SOLURILOR POLUATE:

Biopile, Composting, Cultivarea pmntului (dup Valrie Gurin, Pierre Menger, 2010)

BIOPILE

Solurile excavate sunt amestecate cu amendamente i plasate n incinte la suprafa. Este un proces de composting cu movile statice aerisite n care compostul este ridicat n grmezi i aerisit cu suflante sau pompe de vid.

Pomp pneumatic de transferare a nmolului / sedimentelor

Nmol / sedimente

Nmol / sedimente poluate

Utilaje excavare / amestec

Echipament de transport / screening

Parte frontal Etape de pregtire

Nutrieni

Ap de reciclare

Hald de sol contaminat

Bazin de reinere

Drenare

Aspersor

Sol contaminat

Sol tratat

Strat impermeabil

27

Descriere. Tratamentul biopile este o tehnologie la scar larg prin care solurile excavate

sunt amestecate cu amendamente i plasate n zone de tratare care includ sisteme de colectare a apelor de infiltraie i unele forme de aerisire. Este folosit pentru reducerea concentraiilor de componeni petrolieri din solurile excavate cu ajutorul biodegradrii. Umiditatea, cldura, nutrienii, oxigenul i pH-ul pot fi controlate pentru stimularea biodegradrii.

Zona de tratament va fi n general acoperit sau pstrat cu un liner impermeabil pentru a reduce la minim riscurile de scurgere a poluanilor pe solul necontaminat. Sistemul de n sine poate fi tratat ntr-un bioreactor nainte de reciclare. Furnizorii au dezvoltat nutrieni brevetai i formule aditive, precum i metode de ncorporare a formulelor n sol pentru a stimula biodegradarea. Formulele sunt de obicei modificate de la sol la sol.

Movilele i grmezile de sol au prevzut de obicei un sistem de distribuire a aerului ngropat n subteran pentru a permite trecerea aerului prin sol ori prin vid, ori prin presiune pozitiv. Movilele de sol pot avea n acest caz o nlime maxim de 2-3 metri. Aceste movile pot fi acoperite cu plastic pentru a controla mprtierea, evaporarea i volatilizarea i pentru a stimula nclzirea solar. n cazul n care n sol exist VOC care se va evapora n aer, aerul care este emanat de sol poate fi tratat pentru a ndeprta sau distruge VOC nainte de intrarea n atmosfer.

Biopile este o tehnologie pe termen scurt care poate dura de la cteva sptmni la cteva luni. Opiunile de tratare includ procese statice cum ar fi prepararea straturilor de tratare, a celulelor de biotratament, a movilelor de pmnt i composting-ul.

Aplicabilitate. Tratarea de tip biopile a fost aplicat pentru VOC nehalogenai, hidrocarburilor din carburani, VOC halogenai, SVOC, pesticidele pot fi de asemenea tratate, dar eficiena procesului va varia i poate fi aplicabil doar la civa compui din cadrul acestor grupuri de poluani.

Limitri. Printre factorii care pot limita aplicabilitatea i eficiena procesului se numr: Este necesar excavarea solurilor contaminate. Testarea gradului de tratare trebuie efectuat n vederea determinrii biodegrabilitii

poluanilor, oxigenarea adecvat i ratele de ncrcare a nutrienilor. Procesele n faz solid au o eficien probabil asupra componenilor halogenai i s-ar putea

dovedi ineficiente n degradarea produilor din transformarea explozivilor. Grmezile de dimensiuni similare necesit mai mult timp pentru a fi curate dect procesele

n faza de nmol. Procedeele de tratare static pot rezulta ntr-un tratament mai puin uniform dect procesele

care implic amestecare periodic.

Condiionri. Primii pai n pregtirea unui proiect bine argumentat pentru biotratarea solurilor contaminate includ: Caracteristicile sitului. Mostre de sol i caracteristici. Caracteristicile poluanilor. Studii de laborator i/sau de tratare pe teren. Teste pilot i/sau demonstraii pe teren.

Caracteristicile sitului, solului i poluanilor servesc la:

Identificarea i cuantificarea poluanilor. Determinarea necesarului de amendamente organice i anorganice. Identificarea posibilelor probleme legate de securitate. Determinarea necesitilor privind excavarea, eafodarea i mutarea solului contaminat. Determinarea disponibilitii i locaiei utilitilor (electricitate i ap).

Studiile de laborator sau studiile de fezabilitate pe teren sunt necesare pentru identificarea:

28

Amestecurilor de amendament care promoveaz cel mai bine activitatea microbian. Posibilii produi toxici derivai din degradare. Reducerea procentual i limita sczut a concentraiei de poluani care poate fi realizat. Rata posibil de degradare.

Date de performan Tratarea de tip biopile a fost demonstrat pe mai multe situri poluate cu carburani.

Costuri. Costurile depind de poluani, de procedura care se va aplica, nevoie de tratament suplimentar sau post-tratament i necesitatea echipamentului de controlare a aerului. Biopilele sunt destul de simple i necesit puin personal pentru ntreinere i manevrare. Costurile indicative tipice cu un strat i un liner pregtit se ncadreaz ntre 35 Euro i 100 Euro pe metru cub (Valrie Gurin, Pierre Menger, 2010).

COMPOSTING Solul contaminat este excavat i amestecat cu materiale de umplutur i amendamente

organic