SVILUPPO DI UNA TECNOLOGIA BIOLOGICA INNOVATIVA PER LA RIMOZIONE DEL MERCURIO DA MATRICI AMBIENTALI CONTAMINATE

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Saverio Nicolosi
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Franzetti 1, Sergio Cordoni 2, Giuseppina Bestetti 1-1 Università di Milano -

1 SVILUPPO DI UNA TECNOLOGIA BIOLOGICA INNOVATIVA PER LA RIMOZIONE DEL MERCURIO DA MATRICI AMBIENTALI CONTAMINATE Valentina Rivelli 1, Isabella Gandolfi 1, Andrea Franzetti 1, Sergio Cordoni 2, Giuseppina Bestetti 1-1 Università di Milano - Bicocca, Milano; 2 GioEco srl, Segrate (MI) Tecnologia protetta da brevetto n. IT2008RM00183

Contaminazioni da mercurio problema rilevante delle aree industriali Impianti di elettrolisi cloro-soda Lavorazione di metalli Combustione di carbone Catalizzatori e

2 Contaminazioni da mercurio problema rilevante delle aree industriali Impianti di elettrolisi cloro-soda Lavorazione di metalli Combustione di carbone Catalizzatori e apparecchiature elettroniche Fungicidi, disinfettanti, vernici Barkay T, Miller SM, Summers AO FEMS Microbiol Rev 27: % delle immissioni totali nell ambiente

3 Tecnologie di bonifica: CHIMICO-FISICHE Suolo e sedimenti: conferimento in discarica desorbimento termico stabilizzazione/solidificazione trattamenti elettrocinetici ELEVATO COSTO ENERGETICO Acque: precipitazione di solfuri agenti chelanti adsorbimento su resine o carboni attivi ELEVATO COSTO DEI REAGENTI

4 Fitoremediation Tecnologie di bonifica: BIOLOGICHE Limitata capacità di penetrazione delle radici nel terreno Tempi lunghi Scarsa resistenza delle ad elevate concentrazioni di Hg Dispersione di Hg in atmosfera

5 Tecnologie di bonifica: BIOLOGICHE Riduzione microbica del mercurio Solubilità in acqua (20 C): 74 g/l Elevata affinità per i gruppi tiolici Solubilità in acqua (25 C): mg/l Scarse interazioni con i sistemi biologici Hg 2+ Hg 0

6 Tecnologie di bonifica: BIOLOGICHE Riduzione microbica del mercurio MerA: mercurico reduttasi MerB: organomercurico liasi

7 Tecnologie di bonifica: BIOLOGICHE Riduzione microbica del mercurio Solubilità in acqua (20 C): 74 g/l Elevata affinità per i gruppi tiolici Hg 2+ Hg 0 Solubilità in acqua (25 C): mg/l Scarse interazioni con i sistemi biologici Se tale processo avesse luogo all interno di un SISTEMA CONTROLLATO, il mercurio ridotto potrebbe essere strippato da un flusso d aria e successivamente raccolto in apposite trappole, permettendo così la decontaminazione di matrici ambientali.

8 Tecnologie di bonifica: BIOLOGICHE Riduzione microbica del mercurio: stato dell arte Poche applicazioni biologiche alla bonifica di suoli e sedimenti Difficoltà di rimozione dovute ad adsorbimento Nessuna informazione sui valori ottimali per i parametri di processo

9 FASI DI LAVORO: 1. Screening e identificazione dei fattori coinvolti nella rimozione del mercurio ad opera di microrganismi resistenti 2. Ottimizzazione delle condizioni sperimentali nella rimozione di mercurio dal suolo in fase slurry 3. Pre-industrializzazione di un impianto per il trattamento biologico in fase slurry di suolo e sedimenti contaminati da mercurio

10 Fissi: Screening e identificazione dei fattori coinvolti nella rimozione del mercurio volume coltura: 50 ml mezzo di reazione: terreno minerale aerazione: 1 L/min trappola: 5% H 2 SO % KMnO 4

11 Screening e identificazione dei fattori coinvolti nella rimozione del mercurio DISEGNO SPERIMENTALE: Disegno fattoriale frazionato ½ (2 (6-1) ) 6 variabili a due livelli Grado di risoluzione VI Variabile Livello -1 Livello +1 Ceppo Bacillus sp. RM1 P. Fluorescens Fe2 OD iniziale a 600 nm Glucosio (%) 0 2 Terreno ricco (%) 1 10 Tioglicolato di Sodio (mm) 0 5 Composti di Hg (mg/l) Cloruro di mercurio Metilmercurio

Screening e identificazione dei fattori coinvolti nella rimozione del mercurio Variabile di risposta misurata: Percentuale residua nel brodo di coltura al termine dell esperimento Variabile Livello

12 Screening e identificazione dei fattori coinvolti nella rimozione del mercurio Variabile di risposta misurata: Percentuale residua nel brodo di coltura al termine dell esperimento Variabile Livello -1 Livello +1 Ceppo Bacillus sp. RM1 P. Fluorescens Fe2 OD iniziale a 600 nm Glucosio (%) 0 2 Terreno ricco (%) 1 10 Tioglicolato di Sodio (mm) 0 5 Composti di Hg (mg/l) Cloruro di mercurio Metilmercurio

13 ANALISI STATISTICA HgCl2

14 ANALISI STATISTICA MMC

15 FASI DI LAVORO: 1. Screening e identificazione dei fattori coinvolti nella rimozione del mercurio ad opera di microrganismi resistenti 2. Ottimizzazione delle condizioni sperimentali nella rimozione di mercurio dal suolo in fase slurry 3. Pre-industrializzazione di un impianto per il trattamento biologico in fase slurry di suolo e sedimenti contaminati da mercurio

Ottimizzazione delle condizioni sperimentali nella rimozione del mercurio dal suolo in fase slurry volume: 1 litro slurry 1:10 aerazione: 1 L/min agitazione: 150 rpm OD

16 Ottimizzazione delle condizioni sperimentali nella rimozione del mercurio dal suolo in fase slurry volume: 1 litro slurry 1:10 aerazione: 1 L/min agitazione: 150 rpm OD 600 iniziale: 1 trappole: 5% H 2 SO % KMnO 4 durata prove: 144 ore Variabili ottimizzate: concentrazione di Na-tioglicolato nutrienti concentrazione iniziale di HgCl 2

17 Ottimizzazione delle condizioni sperimentali nella rimozione del mercurio dal suolo in fase slurry Trattamento Slurry Sodio tioglicolato HgCl 2 (ppm) Te rreno (mm) 1 1: Minerale 2 1: Minerale 3 1: Minerale 4 1: Minerale 5 1: Acqua 6 1: Fertilizzantecommerciale N = 6% P = 2.64% Trattamento Hg ridotto (%) Hg residuo fase acquosa (%) Hg residuo fase solida (%)

18 FASI DI LAVORO: 1. Screening e identificazione dei fattori coinvolti nella rimozione del mercurio ad opera di microrganismi resistenti 2. Ottimizzazione delle condizioni sperimentali nella rimozione di mercurio dal suolo in fase slurry 3. Pre-industrializzazione di un impianto per il trattamento biologico in fase slurry di suolo e sedimenti contaminati da mercurio

19 Pre-industrializzazione di un impianto per il trattamento biologico in fase slurry di suolo e sedimenti Volume: 400 litri Aerazione: 1 L/min Agitazione: 150 rpm Trappole: carbone attivo Campionamenti effettuati ogni 24 ore Durata prove: 192 ore

20 Pre-industrializzazione di un impianto per il trattamento biologico in fase slurry di suolo e sedimenti Suolo: - 10% torba - 20% argilla - 70% sabbia Artificialmente contaminato con HgCl 2

21 Trattamento Slurry Nutrienti 1 (prova in liquido) No 1 g/l CO(NH 2 ) 3 g/l Na 2 HPO g/l Nutrient Broth Hg (ppm) OD iniziale Hg rimosso (%) (prova in slurry) 1:10 1 g/l CO(NH 2 ) 3 g/l Na 2 HPO 4 2,93 g/l K 3 PO (prova in slurry) 1:10 1 g/l CO(NH 2 ) 3 g/l Na 2 HPO 4 2,93 g/l K 3 PO Analisi chimiche sulle trappole: Valutazione del mercurio accumulato nelle trappole di carbone attivo BILANCIO DI MASSA

22 Trattamento Slurry Nutrienti 1 (prova in liquido) No 1 g/l CO(NH 2 ) 3 g/l Na 2 HPO g/l Nutrient Broth Hg (ppm) OD iniziale Hg rimosso (%) (prova in slurry) 1:10 1 g/l CO(NH 2 ) 3 g/l Na 2 HPO 4 2,93 g/l K 3 PO (prova in slurry) 1:10 1 g/l CO(NH 2 ) 3 g/l Na 2 HPO 4 2,93 g/l K 3 PO ANALISI MICROBIOLOGICHE Conta batterica in piastra su terreno selettivo Hg 10 mg/l

23 Pre-industrializzazione di un impianto per il trattamento biologico in fase slurry di suolo e sedimenti CONTE IN PIASTRA PROVA 2 (con inoculo) PROVA 3 (controllo senza inoculo)

24 4,2 unità logaritmiche Analisi microbiologiche sul terreno: CONTA BATTERICA IN PIASTRA Terreno non selettivo Terreno selettivo: Hg 10 mg/l Batteri residui nel reattore Trasferimento genico

25 Pre-industrializzazione di un impianto per il trattamento biologico in fase slurry di suolo e sedimenti FATTORI LIMITANTI: Adsorbimento del mercurio alle particelle di suolo Mobilizzazione del mercurio

26 PROSSIMI ESPERIMENTI: 1. Aggiunta di gruppi tiolici 2. Aggiunta di biosurfattanti Aumento dell attività di riduzione del mercurio Particolari gruppi tiolici inibiscono il desorbimento del mercurio dalle particelle di suolo Incremento della solubilità del mercurio Utilizzati nelle tecnologie di rimozione dei metalli pesanti dal suolo 3. Aggiunta di acidi organici Incrementano la mobilità dei metalli nel dal suolo Incremento della solubilità del mercurio Entro l anno contiamo di terminare le prove preliminari Impianto pilota per il trattamento di suoli contaminati

27 GRAZIE PER L ATTENZIONE

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