biorisanaménto
Indice
Descrizione generale
sm. [da bio-+risanamento]. L'insieme delle tecniche e degli interventi che consiste nell'introdurre e/o sviluppare nell'ambiente inquinato microrganismi (prevalentemente batteri) in grado, attraverso il loro metabolismo, di biodegradare (per i composti organici) o bioconvertire (per gli inorganici) le molecole inquinanti, trasformandole in sostanze base già presenti nell'ambiente naturale. Gli anni Settanta e Ottanta hanno visto nelle operazioni di decontaminazione un massiccio uso di metodi chimici, basati sull'utilizzo di solventi e di altre sostanze di sintesi. Nell'ultimo decennio del sec. XX però, grazie alla promulgazione di leggi a tutela dell'ambiente negli USA prima e in Europa poi, è cresciuta l'attenzione nei confronti delle tecniche di intervento che impiegano metodi biologici per la bonifica di acque e terreni contaminati. L'impiego di metodi biologici si è diffusa per l'efficacia e per i costi concorrenziali rispetto ai tradizionali metodi chimici. Nei casi più semplici in cui si conosce la composizione delle molecole contaminanti, per il processo di decontaminazione vengono usati enzimi specifici, prodotti su scala industriale. I vantaggi principali derivanti dal biorisanamento consistono: nella produzione finale di sostanze totalmente biodegradabili; nella corrispondente mancanza di produzione finale di derivati non biodegradabili, maleodoranti e pericolosi per la salute; nella diminuzione dei tempi di manutenzione, ridotti alla semplice azione di inoculo di microrganismi selezionati; nella riduzione del rischio chimico e biologico per gli addetti alla bonifica; nei tagli ai costi di gestione, in quanto non ci sono residui tossici da recuperare. Nei primi anni del sec. XXI lo sviluppo delle biotecnologie legate al biorisanamento si basa sulla conoscenza delle vie metaboliche evolute dai microrganismi per degradare i composti organici naturali ed eventualmente sfruttabili anche per la degradazione dei composti introdotti nell'ambiente attraverso le attività umane e industriali.
Tecniche di biorisanamento
I trattamenti di biorisanamento si distinguono in: trattamento in-situ (applicazione su tutta la sezione verticale del terreno da bonificare); trattamento on-site (applicazione in superficie). Il primo trattamento richiede normalmente il doppio del tempo rispetto al secondo, ma è certamente un tipo di intervento più radicale. I terreni formati da ciottoli o granelli di sabbia vengono trattati in-situ, in quanto gli spazi interstiziali favoriscono la diffusione naturale dei microrganismi a essi aggiunti per la bonifica. Inoltre tali terreni garantiscono l'omogenea ossigenazione dell'ambiente, ottimizzando l'attività metabolica dei microrganismi stessi. Al contrario terreni fangosi o paludosi non consentono di intervenire efficacemente in-situ, e quindi vengono trattati on-site. Sotto il profilo strettamente biologico, lo scopo primario del biorisanamento è quello di favorire lo sviluppo di batteri già presenti nel sito contaminato, in grado di trasformare le molecole di contaminante in molecole più semplici (dal punto di vista chimico), sotto specifiche condizioni ambientali, già esistenti o indotte. Le numerose esperienze relative agli inquinamenti da idrocarburi, dimostrano che difficilmente un sito inquinato non possieda popolazioni batteriche in grado di biodegradare tali composti. Quando il sito contaminato può presentare condizioni tali da non consentire lo sviluppo delle suddette popolazioni di microrganismi, lo scopo primario può però essere raggiunto. In questi casi si ricorre all'applicazione di microrganismi prodotti da laboratori specializzati. L'impiego dei cosiddetti “pacchetti preconfezionati” di batteri per gli interventi di biorisanamento, anche se non costituisce garanzia di successo, sono concepiti in modo tale da agire con efficacia sotto specifiche condizioni ambientali, simili a quelle riprodotte per coltivazione nei laboratori dove essi sono stati coltivati. Per decontaminare un ambiente è necessario effettuare innanzitutto una serie di analisi atte a individuare e a misurare l'entità dei fattori critici, capaci di condizionare il trattamento di biorisanamento. Tra i molti parametri da valutare citiamo innanzitutto la temperatura, che in generale deve essere compresa tra i 10 e i 45 °C, il ph che può variare tra 5 e 10, le percentuali di azoto, fosforo e potassio, e infine la concentrazione dei metalli tossici e di certi composti corrosivi/caustici, che deve rimanere sotto livelli ben precisi per non rendere inefficace l'applicazione dei metodi di decontaminazione biologica. In base ai risultati di questi analisi viene scelto anche il tipo di batteri da usare per la decontaminazione. I tempi necessari alla realizzazione di un intervento di bonifica biologica dipendono sia dal tipo di contaminante, sia dal livello di bonifica richiesto, sia dal metodo di intervento (on-site/in-situ). Mentre il trattamento dei terreni avviene in loco (in-situ), oppure su grandi superfici opportunamente impermeabilizzate (on-site), il trattamento biologico delle acque contaminate viene eseguito in sistemi detti “bioreattori”. Si tratta di contenitori (con capacità variabile) in cui è possibile controllare costantemente i processi biologici che vi si evolvono. Il sistema può essere costituito da uno o più contenitori dotati di meccanismi di controllo della ossigenazione, della temperatura e dei nutrienti. I bioreattori più comuni hanno al loro interno colture di cellule in sospensione oppure un film di cellule biofissate. Sperimentalmente si è visto che la forma biofissata è più efficace della sospensione, in quanto i microrganismi risultano essere metabolicamente più attivi. Un bioreattore è un sistema estremamente flessibile e quindi applicabile anche al trattamento di miscele contaminate costituite da terreno e acqua. Infatti, anche se acque e terreni contaminati possono essere trattati in maniera indipendente, da un punto di vista pratico ed economico si sono riscontrati migliori risultati nel trattamento in un unico sistema integrato di bonifica. Nei primi anni del sec. XXI è diminuito il numero di studi riguardanti il miglioramento genetico dei microrganismi per il biorisanamento di matrici ambientali contaminate. È aumentato invece l'interesse verso la valorizzazione di prodotti di scarto, residui, rifiuti ed effluenti dell'industria agro-alimentare e forestale attraverso tecniche biotecnologiche, e nei confronti del trattamento biologico di sedimenti contaminati. Inoltre, il fitorisanamento di suoli e falde acquifere e lo sviluppo di modelli matematici come strumento per gestire meglio la natural attenuation sono altri campi su cui si sta concentrando l'interesse dei ricercatori.