Bioremediation of PAHs - Limitations and soultions

Introduction 1.1 Occurrence of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in the environment Worldwide industrial and agricultural developments have released a large number of natural and synthetic hazardous compounds into the environment due to careless waste disposal, illegal waste dumping and accidental spills. As a result, there are numerous sites in the world that require cleanup of soils and groundwater. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are one of the major groups of these contaminants (Da Silva et al., 2003). PAHs constitute a diverse class of organic compounds consisting of two or more aromatic rings with various structural configurations (Prabhu and Phale, 2003). Being a derivative of benzene, PAHs are thermodynamically stable. In addition, these chemicals tend to adhere to particle surfaces, such as soils, because of their low water solubility and strong hydrophobicity, and this results in greater persistence under natural conditions. This persistence coupled with their potential carcinogenicity makes PAHs problematic environmental contaminants (Cerniglia, 1992; Sutherland, 1992). PAHs are widely found in high concentrations at many industrial sites, particularly those associated with petroleum, gas production and wood preserving industries (Wilson and Jones, 1993). 1.2 Remediation technologies Conventional techniques used for the remediation of soil polluted with organic contaminants include excavation of the contaminated soil and disposal to a landfill or capping - containment - of the contaminated areas of a site. These methods have some drawbacks. The first method simply moves the contamination elsewhere and may create significant risks in the excavation, handling and transport of hazardous material. Additionally, it is very difficult and increasingly expensive to find new landfill sites for the final disposal of the material. The cap and containment method is only an interim solution since the contamination remains on site, requiring monitoring and maintenance of the isolation barriers long into the future, with all the associated costs and potential liability. A better approach than these traditional methods is to completely destroy the pollutants, if possible, or transform them into harmless substances. Some technologies that have been used are high-temperature incineration and various types of chemical decomposition (for example, base-catalyzed dechlorination, UV oxidation). However, these methods have significant disadvantages, principally their technological complexity, high cost , and the lack of public acceptance. Bioremediation, on the contrast, is a promising option for the complete removal and destruction of contaminants. 1.3 Bioremediation of PAH contaminated soil & groundwater Bioremediation is the use of living organisms, primarily microorganisms, to degrade or detoxify hazardous wastes into harmless substances such as carbon dioxide, water and cell biomass Most PAHs are biodegradable unter natural conditions (Da Silva et al., 2003; Meysami and Baheri, 2003) and bioremediation for cleanup of PAH wastes has been extensively studied at both laboratory and commercial levels- It has been implemented at a number of contaminated sites, including the cleanup of the Exxon Valdez oil spill in Prince William Sound, Alaska in 1989, the Mega Borg spill off the Texas coast in 1990 and the Burgan Oil Field, Kuwait in 1994 (Purwaningsih, 2002). Different strategies for PAH bioremediation, such as in situ , ex situ or on site bioremediation were developed in recent years. In situ bioremediation is a technique that is applied to soil and groundwater at the site without removing the contaminated soil or groundwater, based on the provision of optimum conditions for microbiological contaminant breakdown.. Ex situ bioremediation of PAHs, on the other hand, is a technique applied to soil and groundwater which has been removed from the site via excavation (soil) or pumping (water). Hazardous contaminants are converted in controlled bioreactors into harmless compounds in an efficient manner. 1.4 Bioavailability of PAH in the subsurface Frequently, PAH contamination in the environment is occurs as contaminants that are sorbed onto soilparticles rather than in phase (NAPL, non aqueous phase liquids). It is known that the biodegradation rate of most PAHs sorbed onto soil is far lower than rates measured in solution cultures of microorganisms with pure solid pollutants (Alexander and Scow, 1989; Hamaker, 1972). It is generally believed that only that fraction of PAHs dissolved in the solution can be metabolized by microorganisms in soil. The amount of contaminant that can be readily taken up and degraded by microorganisms is defined as bioavailability (Bosma et al., 1997; Maier, 2000). Two phenomena have been suggested to cause the low bioavailability of PAHs in soil (Danielsson, 2000). The first one is strong adsorption of the contaminants to the soil constituents which then leads to very slow release rates of contaminants to the aqueous phase. Sorption is often well correlated with soil organic matter content (Means, 1980) and significantly reduces biodegradation (Manilal and Alexander, 1991). The second phenomenon is slow mass transfer of pollutants, such as pore diffusion in the soil aggregates or diffusion in the organic matter in the soil. The complex set of these physical, chemical and biological processes is schematically illustrated in Figure 1. As shown in Figure 1, biodegradation processes are taking place in the soil solution while diffusion processes occur in the narrow pores in and between soil aggregates (Danielsson, 2000). Seemingly contradictory studies can be found in the literature that indicate the rate and final extent of metabolism may be either lower or higher for sorbed PAHs by soil than those for pure PAHs (Van Loosdrecht et al., 1990). These contrasting results demonstrate that the bioavailability of organic contaminants sorbed onto soil is far from being well understood. Besides bioavailability, there are several other factors influencing the rate and extent of biodegradation of PAHs in soil including microbial population characteristics, physical and chemical properties of PAHs and environmental factors (temperature, moisture, pH, degree of contamination). Figure 1: Schematic diagram showing possible rate-limiting processes during bioremediation of hydrophobic organic contaminants in a contaminated soil-water system (not to scale) (Danielsson, 2000). 1.5 Increasing the bioavailability of PAH in soil Attempts to improve the biodegradation of PAHs in soil by increasing their bioavailability include the use of surfactants , solvents or solubility enhancers.. However, introduction of synthetic surfactant may result in the addition of one more pollutant. (Wang and Brusseau, 1993).A study conducted by Mulder et al. showed that the introduction of hydropropyl-ß-cyclodextrin (HPCD), a well-known PAH solubility enhancer, significantly increased the solubilization of PAHs although it did not improve the biodegradation rate of PAHs (Mulder et al., 1998), indicating that further research is required in order to develop a feasible and efficient remediation method. Enhancing the extent of PAHs mass transfer from the soil phase to the liquid might prove an efficient and environmentally low-risk alternative way of addressing the problem of slow PAH biodegradation in soil.

Relazione fra comunità macrobentoniche e morfodinamica nelle zone costiere dell’Alto Adriatico

Numerosi studi hanno messo in evidenza che la struttura delle comunità macrobentoniche delle spiagge sabbiose dipende da una serie di forzanti fisiche; queste ultime interagendo tra loro determinano la morfodinamica della spiagge stesse. Lo scopo di questo lavoro consiste nell’analisi dei popolamenti macrobentonici di due siti presenti lungo la costa emiliano - romagnola, che differiscono per caratteristiche morfodinamiche, grado di antropizzazione e modalità gestionali di difesa dall’erosione costiera. I siti oggetto di studio sono Lido Spina e Bellocchio; il primo è soggetto ad interventi di ripascimento periodici, mentre il secondo rappresenta un’opportunità rara, per lo studio degli effetti del retreat, in quanto è in forte erosione da molti anni ma, essendo inserito all’interno di una riserva naturale, non è sottoposto ad alcuna misura di gestione. Sono state analizzate le comunità macrobentoniche e le variabili abiotiche (mediana e classazione del sedimento, ampiezza della zona intertidale, pendenza della spiaggia, contenuto di sostanza organica totale presente nel sedimento e i principali parametri chimico-fisici). I risultati del presente studio hanno evidenziato un’elevata eterogeneità della struttura di comunità all’interno del sito di Bellocchio rispetto a Spina; inoltre i popolamenti presenti a Bellocchio mostrano una netta differenza tra i due livelli mareali. Per quanto riguarda i descrittori abiotici, i due siti differiscono per ampiezza della zona intertidale e pendenza della spiaggia; in particolare Lido Spina presenta una condizione di minore dissipatività, essendo caratterizzata da un profilo più ripido e una granulometria più grossolana rispetto a Bellocchio. Nel complesso le caratteristiche granulometriche (mediana e classazione) e il contenuto di materia organica rappresentano le variabili ambientali maggiormente responsabili delle differenze osservate tra i popolamenti macrobentonici analizzati. Al fine di valutare la resistenza dell’habitat intertidale agli eventi naturali di disturbo (storm surge e flooding), sono state effettuare delle simulazioni considerando lo scenario attuale (SLR=0), mediante un modello ibrido fuzzy naive Bayes. I risultati indicano una maggiore resistenza delle comunità presenti nel sito di Spina, in quanto non si hanno variazioni significative del numero medio di taxa e di individui; viceversa le simulazioni relative a Bellocchio mostrano una diminuzione del numero medio di taxa e aumento del numero medio di individui, sottolineando una maggiore vulnerabilità delle comunità macrobentoniche presenti in questo sito. L’inasprimento dei fenomeni estremi potrebbe quindi avere un effetto negativo sulla diversità della componente macrobentonica, soprattutto per gli ambienti di transizione già interessati da fenomeni erosivi, come nel caso di Bellocchio. La perdita di specie, che svolgono processi ecosistemici particolarmente importanti, come il riciclo di nutrienti, potrebbe favorire l’aumento di abbondanza di specie opportunistiche, l’insediamento di specie alloctone, con la conseguente alterazione, se non scomparsa delle principali funzioni ecologiche svolte da questi ecosistemi costieri.

Studio della sicurezza stradale nelle zone di transizione: gli interventi sulla sp 610 "selice-montanara"

Studio della sicurezza stradale nelle zone di transizione: gli interventi sulla sp 610 "selice-montanara"

Biologia riproduttiva di Paracentrotus lividus (Lamarck, 1816) in due zone della Sardegna

Paracentrotus lividus è un echinoderma bentonico marino appartenente alla classe Echinoidea, comune in tutto il Mar Mediterraneo e lungo le coste atlantiche dalla Scozia al Marocco. Questa specie è estremamente importante dal punto di vista ecologico in quanto specie chiave nella strutturazione della comunità bentonica macroalgale. Inoltre in tempi recenti il mercato delle sue gonadi ha subito una forte espansione rendendolo una specie di interesse economico in numerosi paesi europei. Il crescente prelievo sta gradualmente portando al depauperamento della risorsa, per questo motivo il riccio di mare è oggetto di numerosi studi e programmi a fini conservazionistici. Una maggiore conoscenza del ciclo riproduttivo della specie potrebbe risultare utile per una migliore gestione della risorsa. Pertanto, questo studio si propone di indagare sulla biologia di P. lividus in due aree distinte della Sardegna: Su Pallosu, nella Penisola del Sinis Sardegna centro-occidentale, e nell’Area Marina Protetta di Tavolara – Punta Coda Cavallo, Sardegna nordorientale, al fine di far luce sulle dinamiche del ciclo riproduttivo. Le informazioni bibliografiche a riguardo evidenziano l’influenza dei fattori ambientali quali fotoperiodo, idrodinamismo, temperatura e tipologia di pascolo sull’andamento del ciclo biologico e il momento di spawning. Diversi autori hanno osservato in Mar Mediterraneo sia un unico ciclo riproduttivo che due eventi riproduttivi annuali a conferma dell’ampia variabilità dell’andamento gonadico. Nel presente lavoro al fine di mettere in relazione le caratteristiche dell’habitat con il ciclo riproduttivo delle popolazioni in oggetto è stato analizzato l’andamento dell’Indice Gonadosomatico (IGS) su individui di diverse taglie/età, come rapporto fra il peso delle gonadi e il peso dell’individuo; inoltre a conferma dello stadio di maturazione è stata effettuata l’analisi istologica delle gonadi su campioni fissati e inclusi in paraffina, sezionati a 7μm e colorati con ematossilina-eosina prima di essere osservati al microscopio ottico. Mediante analisi d’immagine di foto subacquee utilizzando il programma Seascape è stata caratterizzata la componente macroalgale bentonica e la componente abiotica degli habitat (sabbia e roccia non vegetata) con particolare attenzione al calcolo della percentuale di ricoprimento delle specie vegetali. Inoltre i siti sono stati caratterizzati rispetto all’esposizione dei venti dominanti con elaborazione dei dati del periodo di campionamento per direzione, frequenza e intensità.

L’interprete nelle zone di conflitto: situazione attuale e prospettive per il futuro

In quest'elaborato si affronterà l'analisi dell'interprete nelle zone di conflitto, una figura che è sempre più al centro dell'interesse di media internazionali, studenti e professori. Dopo un'introduzione al ruolo e alle funzioni dell'interprete, si analizzerà la tipologia dell'interpretazione di comunità e, successivamente, si punteranno i riflettori sull'interprete nelle aree instabili del pianeta. Particolare rilievo verrà dato a come muti la sua immagine a seconda delle varie parti in guerra e quanto la sua vita sia molto spesso in pericolo. In conclusione, si analizzeranno i progetti di alcune università di interpretazione che hanno risposto piuttosto prontamente alla necessità di una formazione professionalizzante per le figure di interpreti e mediatori interculturali nelle aree sensibili della terra, senza dimenticare le iniziative internazionali volte alla loro protezione.

Stratigraphic study and analysis of the barchan dunefield of the Laguna coastal zone in Santa Catarina, Brazil

The association of several favorable factors has resulted in the development of a wide barchan dune field that stands out as a fundamental element in the coastal landscape of southern Santa Catarina state in Brazil. This original ecosystem is being destroyed and highly modified, due to urbanization. This work identifies and discusses its basic characteristics and analyzes the favorable factors for its preservation, in the foreseen of both a sustainable future and potential incomes from ecotourism. The knowledge of the geologic evolution allows to associate this transgressive Holocene dunes formation to more dissipative beach conditions. Spatial differences on morphodynamics are related to local and regional contrasts in the sediment budget, with an influence on gradients of wave attenuation in the inner shelf and consequently with influence in the level of coastal erosion. The link between relative sea level changes and coastal eolian sedimentation can be used to integrate coastal eolian systems to the sequence stratigraphy model. The main accumulation phase of eolian sediments would occur during the final transgressive and highstand systems tracts. Considering the global character of Quaternary relative sea level changes, the Laguna transgressive dune field should be correlated with similar eolian deposits developed along other parts of the Brazilian coast compatibles with the model of dunefield initiation during rising and highstand sea level phases.

Studio e progettazione di un capannone ad alta mobilità e facilità di montaggio per zone terremotate

Capannone ad alta mobilità e facilità di montaggio per zone terremotate.

Observations and modeling of the Marginal Ice Zone

Global climate change in recent decades has strongly influenced the Arctic generating pronounced warming accompanied by significant reduction of sea ice in seasonally ice-covered seas and a dramatic increase of open water regions exposed to wind [Stephenson et al., 2011]. By strongly scattering the wave energy, thick multiyear ice prevents swell from penetrating deeply into the Arctic pack ice. However, with the recent changes affecting Arctic sea ice, waves gain more energy from the extended fetch and can therefore penetrate further into the pack ice. Arctic sea ice also appears weaker during melt season, extending the transition zone between thick multi-year ice and the open ocean. This region is called the Marginal Ice Zone (MIZ). In the Arctic, the MIZ is mainly encountered in the marginal seas, such as the Nordic Seas, the Barents Sea, the Beaufort Sea and the Labrador Sea. Formed by numerous blocks of sea ice of various diameters (floes) the MIZ, under certain conditions, allows maritime transportation stimulating dreams of industrial and touristic exploitation of these regions and possibly allowing, in the next future, a maritime connection between the Atlantic and the Pacific. With the increasing human presence in the Arctic, waves pose security and safety issues. As marginal seas are targeted for oil and gas exploitation, understanding and predicting ocean waves and their effects on sea ice become crucial for structure design and for real time safety of operations. The juxtaposition of waves and sea ice represents a risk for personnel and equipment deployed on ice, and may complicate critical operations such as platform evacuations. The risk is difficult to evaluate because there are no long-term observations of waves in ice, swell events are difficult to predict from local conditions, ice breakup can occur on very short time-scales and wave-ice interactions are beyond the scope of current forecasting models [Liu and Mollo-Christensen, 1988,Marko, 2003]. In this thesis, a newly developed Waves in Ice Model (WIM) [Williams et al., 2013a,Williams et al., 2013b] and its related Ocean and Sea Ice model (OSIM) will be used to study the MIZ and the improvements of wave modeling in ice infested waters. The following work has been conducted in collaboration with the Nansen Environmental and Remote Sensing Center and within the SWARP project which aims to extend operational services supporting human activity in the Arctic by including forecast of waves in ice-covered seas, forecast of sea-ice in the presence of waves and remote sensing of both waves and sea ice conditions. The WIM will be included in the downstream forecasting services provided by Copernicus marine environment monitoring service.