G. Toscano, D. Pirozzi Caso di studio: aeroporto di Gardermoen Biodegradazione del propilenglicole condotta da batteri del suolo Gardermoen, 40 km a nord di Oslo, è sede del più grande acquifero non confinato alimentato dalla pioggia in Norvegia. La zona è una formazione di contatto glaciale con sabbia e ghiaie dominanti vicino alla superficie del terreno. La conducibilità idraulica varia da 10-3 a 10-5 m/s e la precipitazione annuale è di circa 800 mm/anno. Nel 1998 il nuovo principale aeroporto della Norvegia è stato inaugurato proprio a Gardermoen. Ogni inverno, grandi quantità di prodotti chimici antighiaccio vengono utilizzati per la rimozione di neve e ghiaccio dagli aerei (propilenglicole) e dalle piste (formiato di potassio). In media 1221 tonnellate di propilenglicole e 637 m3 di formiato di potassio sono utilizzati ogni inverno. Questi contaminanti sono facilmente degradabili, ma possono ancora minacciare le acque di falda nel caso di sovraccarico del sistema, cioè se la velocità di biodegradazione non è sufficiente rispetto alla velocità di infiltrazione nella zona insatura. Quindi il sito è rappresentativo di siti contaminati nei quali agenti inquinanti facilmente degradabili e altamente mobili vengono rilasciati al suolo. Le vie metaboliche di degradazione del propilenglicole (PG), il principale componente dei fluidi sghiaccianti per aeromobili, sono note dallo studio di diversi batteri non correlati in grado di utilizzare il PG come fonte di carbonio e di energia. L’analisi mediante DGGE delle colture di arricchimento ottenute da campioni di suolo contaminato ha mostrato che le popolazioni di batteri PG-degradanti sono composte principalmente da specie del genere Pseudomonas. I batteri isolati sono in grado di crescere nell’intervallo di temperature 4–30°C. NADH + H+ H2O glucosio-6-fosfato 1,2-Propandiolo (diolo ossidasi o deidrogenasi) (diolo deidratasi) Propionaldeide CoA Propanolo NADH + H + NAD+ 2[H] (EMP invertito) NAD+ Lattaldeide Propionil-CoA fosfato CoA Lattato Propionil-fosfato Fosfoenolpiruvato Propionato Piruvato Acetil-CoA ADP Acetato Acetilfosfato ADP Figure 2: Your caption to go here Cinetiche di biodegradazione in reattori con sospensioni di suolo Ossalacetato ciclo di Krebs 2 CO2 ATP ATP vie metaboliche centrali vie metaboliche anaboliche vie metaboliche microaerofiliche e anaerobiche vie metaboliche anaplerotiche L'effetto dell’aggiunta di nutrienti sulla cinetica di degradazione del PG è stato studiato in sospensioni di suolo. In assenza di nutrienti aggiunti, la cinetica di rimozione in condizioni aerobiche è di ordine zero per concentrazione di PG nell'intervallo 0,05-1 g/L. Non c'è crescita della biomassa e la degradazione del PG avviene da parte del metabolismo di mantenimento a velocità costante dipendente della concentrazione iniziale di batteri PG-degradanti. In presenza di ammonio come fonte di azoto, la crescita esponenziale biomassa permette una veloce degradazione aerobica del PG. La crescita della biomassa può essere rilevata dal cambiamento apparente nella cinetica di rimozione del PG senza diretta misurazione della biomassa (difficoltosa in presenza di suolo). Conclusioni Figure 3: Your caption to go here Quisque viverra lectus ac lectus Studi di fattibilità per la biostimolazione della degradazione del PG nel suolo sono state effettuati mediante test con sospensioni di suolo e colture di arricchimento. Con l'aggiunta di nutrienti (fonte di N), la crescita esponenziale della biomassa migliora la degradazione aerobica del PG anche alle basse temperature (4 °C) che si verificano allo scioglimento della neve. La degradazione anaerobica del PG senza aggiunta di sostanze nutritive procede a velocità costante (cioè senza crescita della biomassa) e dà luogo a prodotti di fermentazione (acido propionico, Fe(II) e Mn(II), metano). L'aggiunta di nitrato non promuove la crescita della biomassa, ma permette la completa mineralizzazione del PG senza sottoprodotti. Riferimenti Giuseppe Toscano, Lucia Cavalca, Maria Letizia Colarieti., Rosalia Scelza, Riccardo Scotti, Maria A. Rao, Vincenza Andreoni, Sonia Ciccazzo, Guido Greco (2012) Aerobic biodegradation of propylene glycol by soil bacteria. Biodegradation, in stampa. DOI: 10.1007/s10532-012-9609-y Giuseppe Toscano, Maria Letizia Colarieti, Guido Greco (2012) Biodegradation of aircraft deicing fluids in soil slurries. Chemical Engineering Transactions, 28: 1-6. DOI: 10.3303/CET1228001. Giuseppe Toscano, Maria Letizia Colarieti, Attila Anton, Guido Greco, Borbála Biro (2013) Natural and enhanced biodegradation of propylene glycol in airport soil. Environmental Science and Pollution Research, in stampa. DOI: 10.1007/s11356-013-1952-y !
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