BTEX: un serio contaminante delle acque sotterranee
INTRODUZIONE
Una notevole quantità di benzina entra nell’ambiente a causa di perdite da serbatoi sotterranei, fuoriuscite accidentali o pratiche improprie di smaltimento dei rifiuti (Bowlen e Kosson, 1995). Quando la benzina è in contatto con l’acqua, benzene, toluene, etilbenzene e gli isomeri dello xilene (BTEX) rappresentano fino al 90% dei componenti della benzina che si trovano nella frazione solubile in acqua (Saeed e Al-Mutairi, 1999). Di conseguenza, queste sostanze chimiche sono alcuni dei contaminanti più comuni trovati nell’acqua potabile. I BTEX sono tossici per gli esseri umani e la loro rimozione dagli ambienti inquinati è di particolare interesse (Mehlman, 1992). I BTEX non sono una sola sostanza chimica, ma sono un gruppo dei seguenti composti chimici: Benzene, Toluene, Etilbenzene e Xileni. I BTEX sono costituiti da sostanze chimiche presenti in natura che si trovano principalmente nei prodotti petroliferi come la benzina. Oltre alla benzina, i BTEX possono essere trovati in molti dei comuni prodotti per la casa che usiamo ogni giorno. I BTEX fanno parte di una classe di sostanze chimiche note come Composti Organici Volatili (VOC).
Lo scopo di questo studio è quello di fornire informazioni e una comprensione visiva dei contaminanti BTEX e delle loro caratteristiche come potrebbero essere rimossi dalle acque sotterranee attraverso il biorisanamento. Il ceppo 2479 è stato isolato dal suolo della cintura industriale, situata a Rajbandh (Bengala Occidentale, India) dove l’uso di idrocarburi policlorurati (incluso il TCE) è abbondante
Composizione dei BTEX: Il gruppo di contaminanti BTEX consiste di benzene, etilbenzene, toluene e tre isomeri di xilene. Questi prodotti chimici organici costituiscono una percentuale significativa dei prodotti petroliferi (Fig. 1).
| Fig. 1: | La percentuale (peso) dei componenti BTEX della benzina |
| Tabella 1: | Le proprietà fisico-chimiche dei BTEX |
| – | Il benzene si trova nella benzina e in prodotti come gomma sintetica, plastica, nylon, insetticidi, vernici, coloranti, resine-colla, cera per mobili, detergenti e cosmetici |
| – | Lo scarico delle auto e le emissioni industriali rappresentano circa il 20% dell’esposizione totale al benzene a livello nazionale. Il benzene può anche essere trovato nel fumo di sigaretta. Circa il 50% dell’intera esposizione nazionale al benzene deriva dal fumo di tabacco |
| – | Il toluene si presenta naturalmente come componente di molti prodotti petroliferi. Il toluene è usato come solvente per vernici, rivestimenti, gomme, oli e resine |
| – | L’etilbenzene è usato principalmente come additivo per benzina e carburante per aerei. Può anche essere presente in prodotti di consumo come vernici, inchiostri, plastica e pesticidi |
| – | Lo xilene è un membro del gruppo di inquinanti BTEX. L’orto-xilene è l’unica forma naturale di xilene; le altre due forme sono prodotte dall’uomo. Gli xileni sono liquidi incolori, usati nella benzina e come solvente nelle industrie della stampa, della gomma e del cuoio |
Proprietà fisico-chimiche: Le proprietà fisico-chimiche dei BTEX sono riportate nella tabella 1.
Proprietà contaminanti:
| – | Peso molecolare: Il peso molecolare del composto è misurato in g mole-1. Generalmente, più alto è il peso molecolare e meno solubile in acqua. Il peso molecolare influenza anche la densità di un composto |
| – | Solubilità in acqua: La solubilità è la misura della concentrazione massima di una sostanza chimica che si dissolverà in acqua pura ad una temperatura specifica, misurata in mg L-1. La solubilità in acqua causa grandi effetti sul movimento e la distribuzione delle sostanze chimiche attraverso il suolo e le acque sotterranee |
| – | Polarità: Il benzene non è polare a causa della sua carica quasi neutra. Non è così non polare come gli altri contaminanti del gruppo BTEX e ha la capacità di dissolversi in acqua |
| – | Densità specifica: La densità è misurata come massa secca per volume (kg m-3). La densità dei contaminanti influenza la capacità del composto organico di galleggiare sull’acqua |
| – | Coefficiente di ripartizione ottanolo-acqua: È il rapporto della concentrazione di una sostanza disciolta in un sistema bifase all’equilibrio. Dopo che una sostanza chimica è stata mescolata in una soluzione di ottanolo e acqua, il sistema viene lasciato raggiungere l’equilibrio. Questa è anche una misura dell’idrofobicità di un organico. Più è idrofobo, più il contaminante si adsorbe al suolo e ha una bassa solubilità |
| – | Costante della legge di Henry: descrive il movimento delle sostanze chimiche dall’acqua all’aria e dall’aria all’acqua. Valori alti significano che la sostanza chimica si muoverà maggiormente verso la fase gassosa, mentre valori bassi rimarranno nella fase acquosa (Tabella 1) |
Esposizione ed effetti dei BTEX: L’esposizione ai BTEX può avvenire bevendo acqua contaminata (ingestione), respirando aria contaminata dal pompaggio del gas o dall’acqua attraverso la doccia o il lavaggio (inalazione) o da versamenti sulla pelle.
L’esposizione acuta (a breve termine) alla benzina e ai suoi componenti benzene, toluene e xileni è stata associata a irritazione cutanea e sensoriale, problemi al sistema nervoso centrale-CNS (stanchezza, vertigini, mal di testa, perdita di coordinazione) ed effetti sul sistema respiratorio (irritazione di occhi e naso). Oltre ai problemi della pelle, sensoriali e del sistema nervoso centrale, l’esposizione prolungata a questi composti può anche influire sui sistemi renale, epatico e sanguigno.
Bioremediation dei BTEX: il biorisanamento è una tecnica per bonificare il suolo e le acque sotterranee contaminate. Con questa tecnica i microrganismi degradano i componenti organici in CO2 e acqua. L’ossigeno e i nutrienti possono essere iniettati per promuovere il tasso di degradazione. Se non viene aggiunto nulla, la biodegradazione è chiamata intrinseca. La degradazione può avvenire sotto l’uso di accettori di elettroni diversi dall’ossigeno. Per esempio il toluene può degradarsi attraverso un percorso anaerobico usando il nitrato come accettore di elettroni (Soerensen, 1996).
Si è supposto che il biorisanamento del suolo dell’inquinamento da BTEX si basi su popolazioni batteriche indigene; l’importanza dei funghi è stata trascurata. I funghi generalmente resistono a condizioni ambientali più dure dei batteri e potrebbero giocare un ruolo importante nella degradazione degli idrocarburi del petrolio nel suolo (Bossert e Bartha, 1984). Tuttavia, la degradazione fungina di miscele di BTEX è stata studiata solo in misura limitata con funghi white-rot (Braun-Lullemann et al., 1995; Yadav e Reddy, 1993). I BTEX sono stati mineralizzati ma non hanno supportato la crescita dei funghi quando sono stati forniti come unica fonte di carbonio ed energia. Gli enzimi extracellulari di degradazione della lignina sono in grado di ossidare una vasta gamma di idrocarburi aromatici, ma non sembrano essere coinvolti nella degradazione dei BTEX. I bassi tassi di degradazione e il requisito di un’ulteriore fonte di carbonio limitano l’uso dei funghi white-rot nel biorisanamento. Quando i microbi che degradano gli idrocarburi sono usati per il biorisanamento dell’inquinamento da benzina, è molto improbabile che incontrino un unico substrato. Noi riportiamo per primo, il gruppo Bacillus cereus utilizzato nella biodegradazione del TCE (Tricloroetilene) (Mitra e Roy, 2010) ed è stato anche testato che la degradazione del TCE potrebbe migliorare in presenza di Toluene. Alcuni studi che trattano le interazioni tra substrati durante la degradazione di miscele di BTEX da parte di batteri (Rhodococcus rhodochrous, Arthrobacter sp. Pseudomonas sp.) sono stati pubblicati (Alvarez e Vogel, 1991; Chang et al, 1993), ma dati analoghi per i funghi sono ancora molto scarsi.
Una coltura batterica mista (Paenibacillus pabulli, Micromonospora sp., Proteus mirabilis, Bacillus pumilus, Burkholderia sp., Xanthomonas sp, Bacillus coagulans, Bacillus stearothermophilus, Bacillus pallidus, Bacillus smithii e Klebsiella pneumonia) è stato isolato sito fortemente inquinato nella regione orientale dell’Arabia Saudita, in grado di degradare BTEX in modo efficiente (Mohamed Arafa, 2003).
Il fungo del suolo Cladophialophora sp. ceppo T1 (Prenafeta-Boldu et al, 2002) è stato capace di crescere su una frazione idrosolubile modello di benzina che conteneva tutti e sei i componenti BTEX (benzene, toluene, etilbenzene e gli isomeri dello xilene). Il benzene non è stato metabolizzato, ma i benzeni alchilati (toluene, etilbenzene e xileni) sono stati degradati da una combinazione di assimilazione e co-metabolismo.
CONCLUSIONE
Questo studio riassume i contaminanti BTEX e le loro caratteristiche e da rimuovere dalle acque sotterranee attraverso il bioremediation. Perché il biorisanamento è uno dei mezzi rispettosi dell’ambiente per degradare le sostanze chimiche tossiche. Il suolo contaminato da BTEX può ospitare alcuni microrganismi che degradano il BTEX e lo usano come nutrimento. Usando questa semplice logica, abbiamo esaminato i microrganismi del suolo di un’area industriale, il deposito della Indian Oil Corporation a Rajbandh vicino a Durgapur. Il nostro isolato, il ceppo 2479 è stato isolato dal suolo della cintura industriale, situata a Rajbandh (West Bengal, India) dove l’uso di idrocarburi policlorurati (incluso il TCE) è abbondante (Dey e Roy, 2009). Il TCE è anche un inquinante ambientale e un epatocarcinogeno. La ragione per cui i BTEX, che entrano nel nostro suolo e nel sistema delle acque sotterranee, sono considerati un problema così serio è che hanno tutti degli effetti tossici acuti e a lungo termine. Tutti i composti di BTEX sono acutamente tossici e hanno effetti evidenti sulla salute ad alte concentrazioni. L’esposizione a questi composti dai sistemi di acque sotterranee è di solito minima, ma le esposizioni possono essere persistenti per un lungo periodo di tempo (effetti a lungo termine). Quindi, questo studio suggerisce che l’esposizione ai BTEX da una fuoriuscita di petrolio è correlata ad un aumento del rischio di effetti sulla salute e che è necessario prendere misure adeguate. Nel presente studio, poniamo l’accento sul biorisanamento dei BTEX in quanto è più economico e più rispettoso dell’ambiente rispetto ad altri mezzi come l’estrazione in fase vapore, l’Air Sparging, l’Air Striping ecc.
RICONOSCIMENTI
Gli autori ringraziano il dottor Ashis Kumar Mondal per aver generosamente sostenuto il programma. Gli autori sono in debito con Sri Sushil Kumar Sinha per l’assistenza tecnica fornita durante il lavoro al computer.
Gli autori sono in debito con il Dott.
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