Bioremedierea Solurilor

1.Introducere

La sfârşitul celui de-al doilea război mondial, existenţa unei industrii în

continuă expansiune era esenţială pentru restaurarea şi îmbunătăţirea standardelor de

viaţă şi pentru stimularea activităţii economice în Europa. Preţul plătit pentru această

industrializare excesivă, întâi în Europa de Vest (Planul Marshall), dar mai apoi şi în

Est, l-a reprezentat o poluare atmosferică excesivă, producerea unor impresionante

cantităţi de deşeuri solide, precum şi generarea unor debite din ce în ce mai mari de

ape reziduale. Dat fiind faptul că poluanţii atmosferici erau rapid diluaţi şi dispersaţi,

iar deşeurile solide puteau fi depozitate în relativă siguranţă în zone bine delimitate, nu

s-a considerat iniţial că aceşti poluanţi pot influenţa în mod semnificativ calitatea

factorilor de mediu (apă, aer, sol), aşa cum — de exemplu — calitatea apelor de

suprafaţă şi de adâncime este influenţată de poluanţii existenţi în apele reziduale. La

ora actuală, depoluarea, decontaminarea, remedierea şi reintroducerea în circuitul

normal a solurilor — respectiv transformarea aşa-numitelor „brown-fields” în „greenfields” — este una dintre sarcinile majore avute în vedere pe multiple planuri: legislativ, tehnic, economic, social etc.

Datorită numărului practic nelimitat de poluanţi şi a diferitelor structuri de

soluri, nu există o metodă general valabilă pentru remedierea solurilor. Alegerea unei

tehnologii de remediere este o activitate complexă, care presupune luarea în

considerare a numeroşi factori: tipul poluanţilor, cantitatea de poluanţi, dinamica

poluanţilor, caracteristicile hidrogeologice ale solului, factorii climaterici. Nu în

ultimul rând contează şi aspectele economice, respectiv costurile remedierii.

În cadrul acestui capitol vor fi abordate problemele referitoare la

biotehnologiile aplicabile în procesele de depoluare, decontaminare şi remediere a

solului.

2. Biodegradarea poluanţilor

Poluanţii aflaţi în sol sunt supuşi unor procese de transformare biogeochimice.

Aceste procese afectează structura poluantului printr-un proces chimic care decurge

într-un mediu geologic şi poate fi realizat de către un organism biologic.

Biodegradarea este definită ca fiind reacţia catalizată biologic care are drept efect

reducerea complexităţii unui compus chimic. Un compus biodegradabil poate fi

transformat sub influenţa microorganismelor într-un alt compus, cu structură mai

simplă, dar care nu este neapărat mai puţin toxic decât compusul de provenienţă. Un

compus poate fi recalcitrant, dacă acesta nu poate fi biodegradat sub nici o formă. Un

compus este persistent atunci când el este biodegradabil, dar numai în anumite

condiţii, care favorizează biodegradarea. Mineralizarea înseamnă conversia completă a

unui compus organic în produşii de degradare finală: CO2 şi H2O. Se numeşte

biodegradare primară transformarea singulară a unui compus; biodegradarea parţială este transformarea mai avansată decât biodegradarea primară, fără a se ajunge totuşi la mineralizare.

2.1. Bazele metabolismului microbian

În cazul poluanţilor de natură organică, transformarea microbiană decurge datorită faptului că microorganismele pot utiliza aceşti compuşi pentru creştere şi reproducere. Poluantul organic are un dublu rol: de sursă de carbon, piatra de temelie a oricărei construcţii celulare, şi de furnizor de electroni, pe care microorganismele îi pot extrage pentru a obţine energie.

Microorganismele îşi procură energia catalizând reacţii redox care decurg cu

degajare de energie. Poluantul, donor de electroni, este oxidat în timp ce un acceptor

de electroni este redus. Donorul şi acceptorul de electroni sunt esenţiali pentru

creşterea celulelor, fiind cunoscute de regulă sub denumirea de substrat primar.

Majoritatea microorganismelor utilizează ca acceptor de electroni oxigenul molecular (O2). în acest caz putem vorbi despre degradarea aerobă, în care O2 este folosit pentru a oxida o parte din carbonul din poluant la dioxid de carbon (CO2), restul de carbon fiind folosit pentru producerea de masă celulară nouă. în proces O2 este redus, formând apă. Astfel produsele principale ale degradării aerobe sunt CO2, H2O şi o populaţie crescută de microorganisme.

Există însă microorganisme care utilizează alţi acceptori de electroni, putând

supravieţui în lipsa O2. Aceste microorganisme realizează degradarea anaerobă a

poluanţilor, utilizând pe post de acceptori de electroni ioni de azotat (NO3-), sulfat

(SO42-), fier (Fe3+), mangan (Mn4+), sau chiar CO2. Pe lângă masa celulară nou

formată, regăsim ca produse ale degradării anaerobe azot molecular (N2), hidrogen sulfurat (H2S), metale în formă redusă (Fe2+, Mn2+) sau metan (CH4), în funcţie de acceptorul de electroni utilizat.

Unele microorganisme pot folosi ca donor de electroni şi substanţe anorganice:

ioni amoniu (NH4+), azotit (NO2-), metale în formă redusă (Fe2+, Mn2+), H2S. Când

aceşti compuşi anorganici sunt oxidaţi (respectiv la NO2-, NO3-, Fe3+, Mn4+, SO42-), se

produce energie pentru creşterea celulelor, electronii fiind preluaţi de un acceptor de

electroni (uzual O2). în majoritatea cazurilor, aceste microorganisme utilizează ca

sursă de carbon dioxidul de carbon din atmosferă, realizând astfel fixarea CO2.