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.

Un museo archeologico per le necropoli villanoviane di Verucchio

Ogni luogo, ogni città, reca i segni dell’evoluzione e della trasformazione dettata dal tempo. In alcuni casi il passato viene visto con un’accezione negativa, in altri positiva a tal punto da monumentalizzarla. Nel caso della città di Verucchio non è possibile mettere in ombra il valore, e la forza della Rocca del Sasso, che per la sua storia e la sua posizione, che la rende visibile sia dall’interno che dall’esterno del centro storico, la attesta come simbolo della città. Allo stesso tempo questa città di piccole dimensioni possiede un ricco passato che non è rintracciabile all’interno della città storica ma che emerge dal verde, nonchè dagli spazi nascosti sotto il parco che cinge perimetralmente la città. Questi momenti della storia, importanti e riconoscibili, possono essere connessi nonostante sia notevole il salto temporale che li divide. Lo strumento deve essere una forma che li unisca, uno spazio pubblico, limitato ma aperto, distinguibile ma integrato nel paesaggio, un nuovo “layer” che si sovrapponga a quelli precedenti esaltandone il valore. Il tema della direzione, del percorso, è alla base dei ragionamenti e delle soluzioni proposte per la realizzazione di un museo archeologico. A differenza dei luoghi pubblici come la piazza o il teatro, in questo caso l’esposizione prevede che l’utente si muova negli ambienti, che segua in maniera dinamica una serie di spazi, di figure, di affacci, che devono essere in grado si susseguirsi in maniera fluida, attraverso un “respiro” che mantenga alta l’attenzione del visitatore. Adottato questo tema si ha la possibilità di declinarlo più volte, attraverso non solo la disposizione degli spazi ma anche con la posizione dei volumi e degli assi che li generano. Il progetto del nuovo museo si pone in una zona che può essere definita come “di cerniera” tra il centro storico e il parco archeologico. A livello territoriale questa può essere giudicata una zona critica, poiché sono più di trenta i metri di dislivello tra queste due zone della città. La sfida è quindi quella di trasformare la lontananza da problema a opportunità e relazionarsi con la conformazione del territorio senza risultare eccessivamente impattanti ed invasivi su quest’ultimo. Poiché la città di Verucchio possiede già un museo archeologico, inserito all’interno dell’ex convento e della chiesa di Sant’Agostino, il percorso archeologico, che vede il museo progettato come fulcro del tutto, prevede che il turista abbia la possibilità di conoscere la civiltà villanoviana visitando sia il museo di progetto che quello esistente, avendo questi differenti allestimenti che non creano delle “sovrapposizioni storiche”, poiché sono uno tematico e l’altro cronologico. Il museo esistente si inserisce all’interno di un edificio esistente, adattando inevitabilmente i propri spazi espositivi alla sua conformazione. La realizzazione di un una nuova struttura porterebbe a una migliore organizzazione degli spazi oltre che ad essere in grado di accogliere anche i reperti presenti all’interno dei magazzini dell’ex convento e dei beni culturali di Bologna. La necropoli Lippi è solo una delle necropoli individuate perimetralmente alla città e i reperti, rilevati, catalogati e restaurati, sono in numero tale da poter essere collocati in una struttura museale adeguata. Il progetto si sviluppa su più fronti: l’architettura, l’archeologia ed il paesaggio. Il verde è una componente fondamentale del sistema della città di Verucchio, risulta essere un elemento di unione, che funge talvolta da perimetro del centro, talvolta da copertura della nuda roccia dove l’inclinazione del terreno non ha permesso nel tempo la realizzazione di edifici e strutture urbane, si mette in contrapposizione con la forma e i colori della città.

Studio geologico-geofisico Marino del Golfo di Corigliano (Costa Calabra Orientale)

In questo lavoro di tesi sono stati utilizzati profili sismici a riflessione a varie scale, acquisiti nel Golfo di Corigliano (Margine Ionico della Calabria) con lo scopo di studiare la deformazione tettonica e l’organizzazione dei depositi superficiali (tardo Pleistocenici) di quest’area di transizione tra il fronte di collisione Appenninico e il retroarco della subduzione Calabra. Lo studio della Dorsale dell’Amendolara si è dimostrato essere un elemento chiave per la comprensione geologica di questo settore crostale, considerato relativamente stabile ma sede di una significativa sismicità. L’analisi dei profili sismici ha rivelato la presenza di un fronte tettonico attivo (Faglia dell’Amendolara) che corre lungo il fianco occidentale dell’omonima Dorsale e che, secondo numerose evidenze geologico-strutturali, sembrerebbe caratterizzato attualmente da una cinematica trascorrente sinistra. L’attuale regime si è probabilmente sovraimposto ai fronti compressivi Neogenico-Quaternari, legati alla convergenza Appenninica. Queste evidenze fanno ipotizzare che la genesi della depressione confinata tra la costa calabrese e la Dorsale dell’Amendolara, coincidente con il Bacino di Sibari-Corigliano, sia stata causata da flessura della litosfera in seguito all’avanzamento delle coltri compressive da NNE. I dati a disposizione mostrano che la depressione del Bacino di Sibari-Corigliano, si trova attualmente in una situazione di riempimento “passivo” da parte dei depositi provenienti dal Fiume Crati e da fenomeni di instabilità gravitativa, probabilmente innescati da terremoti localizzati soprattutto lungo il fianco occidentale della Dorsale dell’Amendolara.