Bioremedierea

Bioremedierea

Bioremedierea este process biologic care presupune eliminarea contaminanților, din ecosistemele poluate, sau reducerea lor la forme mai puțin toxice cu ajutorul microorganismelor. Aceste microorganisme sunt capabile să degradeze substanțe organice cu ajutorul prceselor metabolice și enzimatice.

În ultimii ani bioremedierea a devenit un subiect de interes pentru mulți cercetători deoarece reprezintă o alternativă mai avantajoasă în comparație cu metodele clasice de refacere a ecosistemelor. Inovațiile aduse acestei metode se datorează progreselor din domeniul biotehnologiei.

Prin capacitatea lor metabolică, unele microorganisme pot transforma, acumula sau degrada o gamă mare de compuși precum hidrocarburi alifatice, bifenili policlorurați (PCB), hidrocarburi poliaromatice (PAH), radionuclizi și metale grele (Leitão, 2009).

În acest proces sunt implicate o gamă variată de organisme precum fungi, drojdii, bacterii si alte posibile organisme, cele mai studiate și utilizate fiind bacteriile.

Specii bacteriene capabile să degradeze hidrocarburi aromatice au fost izolate în special din sol. S-a observat că multe dintre bacteriile analizate sunt Gram-negative, majoritatea aparținând genului Pseudomonas (Mrozik, 2003).

Microorganismele biodegradative dispun de o mare diversitate metabolică. Întalnim astfel în mediile poluate atât bacterii aerobe cât și anaerobe. S-a constatat că cele aerobe, precum specii aparținând genurilor Pseudomonas, Alcaligenes, Sphingomonas, Rhodococcus și Mycobacterium degradează în special n-alcanii și compușii poliaromatici, multe dintre ele pot folosi exclusiv contaminanții ca sursă de carbon și energie. Bacteriile anaerobe prezintă afinitate mai mare pentru compușii de tipul bifenililor clorurați, tricloroetilenelor și a cloroformului ( Vidali, 2001).

Compușii organici vor fi degradați de către microorganisme doar dacă acestea posedă enzimele care catalizează reacțiile de degradare a compușilor respectivi. Anumite genuri pot recunoaște ca substrat de degradare anumiți compuși în funcție de enzimele pe care acestea le au(Tabel 1) (Alvarez și Illman, 2006).

Tabel 1. (Alvarez P. J. J., 2006)

Deși există o varietate mare de bacterii capabile să degradeze compușii petrolieri unele genuri au fost studiate mai intens și au fost considerate mai dinamice în cadrul mediilor poluate:

Pseudomonas- specii ale acestui gen s-au afirmat ca având un potențial biodegradativ ridicat ( P. putida și P. fluorescens);

Mycobacterium- unele tulpini au capacitatea de a degrada compuși poliaromatici și alcani;

Alcaligenes- tulpini ale acestei specii folosesc fenantrenul ca principala sursă de carbon (Deveryshetty, 2010);

Burkholderia- Burkholderia xenovorans- cunoscută pentru capacitatea de a degrada bifenilii policlorurați ( Vial, 2007);

Xanthomonas

Rhodococcus- speciile acestui gen sunt bacterii Gram pozitive cu potential biodegradativ asupra poluanților din sol, precum bifenilii policlorurați (Katsuhik, 2007);

Corynebacterium- izolată din sol, capabilă de a utiliza o gamă largă de compuși aromatici ca unică sursă de carbon (Brinkrolf, 2006);

Flavobacterium

Nocardia

Procesul de bioremediere poate fi împărțit în trei faze. Prima fază presupune acțiunea microorganismelor indigene în reducerea contaminanților fără intervenția omului. În următoarea fază, pentru a îmbunătății eficacitatea și pentru a accelera procesul de biodegradare, sistemul este biostimulat cu ajutorul nutrienților și oxigenului. Ultima etapă este reprezentată de bioaugumentare, unde sistemul este completat cu microorganism. Suplimentul de microorganism adus ar trebui să se dovedească mai eficient decât microorganismele native în degradarea contaminantului țintă (M. C. Diez, 2010).

Tehnici de bioremediere

În funcție de gradul de aerare și saturare a unei zone poluate au fost elaborate diferite strategii de bioremediere. Tehnicile in-situ presupun o perturbare minimală a mediului; aplicarea tehnicilor de bioremediere solului și apelor se face direct la nivelul locului poluat. Tehnicile ex-situ presupun mutarea de la nivelul zonei poluate a solului, respective a apei prin excavare, respective pompare și apoi aplicarea tehnicilor de bioremediere (Vidali, 2001).

Bioremedierea in-situ

Tehnica in-situ prezintă ca avantaje eliminarea costurilor transportului, perturbările minime aduse mediului, ușurința de a obține autorizatia de exploatare a zona deoarece este un process de sondare. Pe de altă parte tehnica in-situ este mai lenta decât cea ex-situ datorită distribuției inegale a stratului stimulator în zona contaminată și datorită suprafeței întinse ce limitează manipularea substratului. În solurile cu un grad mare de stratificare distribuția pe verticală a aerului sau a altor gaze injectate este ingreunată, fapt ce impiedică aplicarea tehnicii in-situ (Alvarez P. J. J 2006).

Cele mai utilizate metode in-situ:

Bioventilarea- presupune suplimentarea mediilor poluate cu oxigen și nutrienți în vederea stimulării bacteriilor indigene. Suplimentul de oxigen adus este suficient pentru ca procesul de bioremediere să fie amplificat/întreținut, iar evaporarea contaminanților în atmosferă să fie minimă. Această metodă poate fi utilizată în solurile unde contaminanți se află la adâncime mare (Vidali M., 2001).

În funcție de tipul de degradare, aerob respectiv anaerob, sunt selectați o serie de compuși prezentați în Tabelul 2.

Tabelul 2. Substanțe selectate pentru procesul de bioventilare (Alvarez P. P. J., 2006).

Bioaugumentarea- implică adăugarea unei tulpini sau a unui consorțiu bacterian în vederea îmbunătățirii capacității matrixului contaminat de a elimina poluanții (Thierry L., 2008).

O serie de studii descriu procese de bioaugumentare a unor ecosisteme poluate în care au fost utilizate tulpinile, cum ar fi: Comamonas testosteroni BR60, Arthrobacter chlorophenolicus A6L, Absidia cylindrospora, Absidia cylindrospora, Pseudomonas aeruginosa WatG , Sphingobium chlorophenolicum ATCC 39723, Burkholderia sp. FDS-1, Aspergillus sp. LEBM2, Aspergillus sp. LEBM1andLEBM3, Pseudomonas putida ZWL73, Trichocladium canadense. (Mrozik A., 2009)

Mai mult decât atât, unele studii (Mrozik A., 2009) menționează utilizarea unor consorții, constituite din mai multe tulpini bacteriene (Rhodococcus sp., Acinetobacter sp.și Pseudomonas sp., Bacillus subtilis DM-04, Pseudomonas aeruginosa M și Pseudomonas aeruginosa NM, Mycobacterium fortuitum, Bacillus cereus, Microbacterium sp., Gordonia polyisoprenivorans, Microbacteriaceae bacterium și Fusarium oxysporum, Rhizopus sp., Penicillium funiculosum si Aspergillus sydowii), ce au pus în evidență faptul că acestea au prezentat o eficiență crescută, care s-au dovedit eficiente în bioremedierea in-situ.

Bioremedierea ex-situ

Tehnica ex-situ (escavare) este aplicată în special în zone cu un grad de poluare mai ridicat sau atunci când este necesară o intervenție mai rapidă.

Metode de bioremediere ex-situ:

Compostarea- presupune amestecarea solului contaminat cu deșeuri organice cu scopul dezvoltarii populațiilor de microorganisme biodegradatoare

Bioreactoare- prin această metodă solurile sau apele contaminate sunt procesate într-un sistem închis; un bioreactor este un aparat folosit pentru a crea 3 faze (solida, lichida, gazoasa) și pentru a asigura condiții optime de mediu în vederea creșterii ratei de bioremediere efectuată de microorganisme.