introduzione

L'inquinamento ambientale è un problema emergente simultaneo man mano che la civiltà moderna si sviluppa rapidamente. Il problema peggiora di giorno in giorno.

C'è stato anche un aumento della concentrazione di inquinanti e tossine non biodegradabili. La minaccia rappresentata dalla contaminazione da idrocarburi derivante dalle attività delle raffinerie di petrolio, rilasci accidentali di prodotti petroliferi, e i fenomeni naturali sono allarmanti.

Al fine di mitigare il rischio di rischi di inquinamento, sono state intraprese strategie di gestione efficaci. Però, queste strategie non sono ecologiche, sono costose, e sono meno efficaci.

Il rovescio della medaglia, utilizzando diversi microrganismi per pulire i contaminanti dall'ambiente e dall'acqua, il biorisanamento è considerato uno dei più promettenti, popolare, efficace, e strategie sostenibili oggi in campo.

Nel biorisanamento, microbi specifici alimentano e digeriscono gli inquinanti chimici tossici. Si sta rivelando uno degli strumenti più efficaci e rispettosi dell'ambiente per la pulizia di luoghi inaccessibili all'uomo.

Una parte integrante del biorisanamento è la biotecnologia, che fornisce meccanismi naturali per la decontaminazione dell'ambiente, suolo, e acqua. Quando i contaminanti sono rifiuti industriali, i meccanismi biotecnologici sono applicati al biorisanamento. Gli scienziati si stanno impegnando maggiormente per migliorare la capacità dei microbi di metabolizzare le tossine.

Metalli pesanti naturali nell'ambiente

Il termine "Heavy metal" è applicato a 53 dei 90 elementi naturali. Di questi, ci sono quattro micronutrienti essenziali per la crescita delle piante:Rame (Cu), Manganese (Mn), Ferro (Fe), e Zinco (Zn).

Metalli pesanti essenziali (Ni, pb, Fe, mn, Cu e Zn) sono i micronutrienti essenziali per importanti attività biochimiche e fisiologiche della crescita delle piante Pawan Kumar, 1995

Però, se le loro concentrazioni sono superiori a quelle richieste per la crescita normale, saranno tossici. Inoltre, metalli come il mercurio (Hg), Cadmio (Cd), e il piombo (Pb) sono tossici anche in concentrazioni molto basse.

Metalli pesanti non essenziali (Cd, mercurio, pb, Cr e as) non hanno alcuna funzione biologica o fisiologica nota e sono quindi considerati non significativi per la crescita e lo sviluppo delle piante Pawan Kumar, 1995

Tossicità da metalli pesanti per l'uomo e gli animali

I metalli pesanti in entrambe le categorie sono tossici per le piante, umani, e animali in concentrazioni eccessive. Perciò, concentrazioni più elevate di metalli pesanti sia essenziali che non essenziali nel sistema biologico potrebbero avere un impatto negativo sulla crescita e lo sviluppo, nonché causare effetti negativi sulla salute.

Questi metalli possono esistere come entità individuali o in fusione con diversi costituenti del suolo che potrebbero comprendere ioni metallici solubili nella soluzione o ioni scambiabili che vengono assorbiti sulla superficie di composti metallici organici o inorganici come fosfati e carbonatiMridul Ghosh, 2005

Ci sono diversi effetti associati alla tossicità dei metalli pesanti, come Selenio tossicità (9 mg/giorno), che può provocare unghie deformate negli esseri umani e malattie alcaline negli animali.

Gli effetti tossici di Cadmio (200 microgrammi/kg-1 di peso fresco) interrompono le normali funzioni di Zinco e Calcio. La tossicità del cadmio è la causa di “ itai-itai “, una malattia di disturbo multisistemico, che provoca grave osteoporosi e fragilità ossea.

Il " Minamata La malattia (Giappone 1953-60) può essere causata anche da mercurio tossicità (>0,1 microgrammi/kg di peso corporeo). Molte persone sono morte a causa del pesce contaminato dal mercurio.

Sono state osservate anomalie tissutali nel sistema nervoso centrale, feto e globuli rossi in quanto sono più suscettibili alla contaminazione da metilmercurio (27-102 ppm).

Una dose tossica di arsenico (3mg/giorno) può causare il cancro della pelle, ipercheratosi, iperpigmentazione, piede nero, e cancro degli organi interni.

I radicali liberi sono prodotti da metalli di transizione redox-attivi (ad es. Fe2+ ​​e Cu2+). Essenzialmente, sostituiscono altri metalli essenziali negli enzimi e nei pigmenti.

Alcuni ioni metallici (Hg2+, Cu2+) può interferire con la struttura e la funzione delle proteine ​​reagendo con i gruppi tiolici.

Ci sono alcuni metalli che esistono come isotopi radioattivi (238U, 137C, ecc.) che comportano rischi per la salute.

Le concentrazioni di metalli pesanti nei suoli e i loro limiti normativi standard sono mostrati nella tabella seguente:

Elementi	Concentrazione (mg/kg)	Standard Limite normativo (mg/kg)
Arsenico	0,1-102	20
Cadmio	0,1-345	100
Cromo	0.005-3950	100
Rame	0.03-1550	600
Condurre	1-6900	600
Mercurio	0,001-1800	270
Zinco	0,15-5000	1500
Sale et al., 1998

Metodi tradizionali di miglioramento dei metalli pesanti

Per quanto riguarda la bonifica dei metalli pesanti, gli approcci più comuni e convenzionali sono il riempimento delle discariche, Trattamenti termali, scavo e sepoltura, scambio ionico, agricoltura della terra, estrazione chimica, lavaggio del terreno, e l'estrazione e il trattamento delle acque sotterranee.

Le soluzioni tradizionali sono indesiderabili perché comportano costi elevati, sono di natura invadente, non sempre può essere implementato, può distruggere la struttura del suolo e la CEC, destabilizzare gli ecosistemi, sono esteticamente poco attraenti, e produrre risultati mediocri.

Fitodepurazione dei metalli pesanti

Il concetto di utilizzare la natura per pulire la natura si basa su un rispetto dell'ambiente, conveniente, tecnologia a energia solare che è esteticamente gradevole ed economica.

Cos'è la fitodepurazione?

Un metodo per rimuovere, degradante, o contenenti inquinamento chimico dal suolo, sedimenti, acque sotterranee, acque superficiali, e anche l'aria utilizzando piante e microrganismi associati.

Decontaminazione naturale del suolo e dell'acqua inquinati attraverso –

Uso di piante verdi per rimuovere le sostanze inquinanti dall'ambiente o renderle innocue Salt et al., 1998

cosa si usa nella fitodepurazione?

Per di più, i microrganismi del suolo in combinazione con le piante vengono utilizzati anche per la bonifica di contaminanti organici e inorganici.

La fitodepurazione ha i seguenti obiettivi:

• Al fine di ridurre i livelli di contaminazione di diversi inquinanti nel suolo e nell'acqua.
• Per accumulare contaminanti nelle piante raccolte che possono essere rimosse e per migliorare o mantenere le condizioni fisiche del sito.
• Miglioramento chimico e biologico del suolo.

Tipi di fitodepurazione

Nel caso di inquinanti organici, il fitorisanamento utilizza meccanismi come la fitostabilizzazione, fitovolatilizzazione, rizodegradazione, e rizofiltrazione.

Per gli inquinanti inorganici, i meccanismi di fitodepurazione sono la fitovolatilizzazione, fitostabilizzazione, rizofiltrazione, e fitoaccumulo.

Di seguito sono riportati alcuni tipi di fitodepurazione:

1 . Fitostabilizzazione

Le radici delle piante hanno il potenziale per stabilizzarsi, immobilizzare, e si legano alle particelle tossiche del suolo, riducendo così la loro biodisponibilità.

Le specie vegetali possono immobilizzare i contaminanti nelle acque sotterranee e nel suolo assorbendo e accumulando inquinanti, o precipitazione di residui metallici all'interno della zona radicale.

Idealmente, questo processo viene utilizzato per rimuovere i metalli tossici dai suoli, sedimenti, e fanghi.

2 . Fitoestrazione

Attraverso il processo di fitoestrazione, alcune specie vegetali sono in grado di accumulare elevate concentrazioni di inquinanti metallici, insieme a nutrienti in eccesso nei germogli e nelle radici raccolti, dal substrato o dal terreno contaminato.

Questo processo è ottimale per i metalli, non metalli, radionuclidi, metalloidi, inquinanti organici nei suoli, sedimenti, e fango medio Raman Hinchman, 1995

3 . Fitovolatilizzazione

La capacità delle piante di assorbire e successivamente volatilizzare le particelle inquinanti nell'atmosfera. Particelle metalliche nel suolo, acque sotterranee, sedimenti, e fanghi possono essere rimossi utilizzando questo processo.

4 . Fitotrasformazione

Implica l'assorbimento metabolico degli inquinanti insieme ai nutrienti da parte della pianta e la successiva scomposizione dei contaminanti sia internamente dal metabolismo della pianta che esternamente dagli effetti indotti dalla pianta Raman Hinchman, 1995

Nei suoli, acque sotterranee, sedimenti e fanghi, questo processo può essere utilizzato per ridurre molecole organiche complesse, scomponendoli in molecole contaminanti più semplici.

5 . Rizofiltrazione

La rizofiltrazione è il processo di assunzione di sostanze tossiche, insieme a nutrienti in eccesso, dal terreno di crescita o dal sito contaminato dalle radici delle piante.

Le particelle inquinanti si depositano sulle radici della pianta o vengono assorbite nella zona delle radici per precipitazione o adsorbimento.

Il processo è ideale per rimuovere i nutrienti in eccesso, metalli, e radionuclidi inquinanti dalle acque superficiali, acque sotterranee, e acque reflue.

6. Rizodegradazione:

La rizodegradazione è il processo mediante il quale le particelle contaminanti del suolo vengono scomposte attraverso l'azione dei microbi e l'assorbimento aggiuntivo di sostanze inquinanti da parte delle radici della pianta.

Utilizza i microrganismi per consumare e metabolizzare le sostanze organiche e fornire nutrimento ed energia.

Le sostanze naturali rilasciate dalle radici delle piante come acidi, gli zuccheri e gli alcoli contengono una frazione di carbonio organico che funge da fonte di energia per i microrganismi del suolo residenti e creano una massa radicale spessa che assorbe elevate quantità di acqua Irena Shtangeeva, 2004

Meccanismo di fitodepurazione

L'utilizzo di impianti per la bonifica di un sito contaminato comporta diversi meccanismi.

I sistemi radicali svolgono un ruolo chiave nella prevenzione della tossicità indotta dai contaminanti. Gli inquinanti vengono assorbiti dalle piante attraverso il sistema radicale.

Al fine di consentire l'assorbimento e l'accumulo di acqua e sostanze nutritive, una superficie sufficiente è fornita dalla rizosfera.

Allo stesso modo, i ricercatori stanno esaminando se gli alberi possono essere utilizzati per rimuovere efficacemente gli inquinanti dagli strati più profondi del suolo che sono più facili da penetrare dalle radici più profonde degli alberi rispetto alle piccole piante.

Rilasciando composti inorganici e organici (essudati) nella rizosfera, le radici delle piante modificano anche l'interfaccia suolo-radice.

A causa degli essudati radicali, i microrganismi si moltiplicano, le particelle di terreno diventano più stabili, e i contaminanti diventano più facilmente biodisponibili.

Gli essudati delle piante influenzano la mobilità e la biodisponibilità degli inquinanti nella rizosfera modificando le caratteristiche del suolo, modifica della composizione chimica, rilasciando composti organici e aumentando l'attività microbica assistita dalle piante.

Più avanti nell'articolo, vengono discussi vantaggi e svantaggi della fitodepurazione.

Vantaggi della fitodepurazione

L'uso delle piante offre numerosi vantaggi rispetto ai metodi di bonifica convenzionali

• Nel suolo e nell'acqua, questa tecnologia è un efficace, efficiente, e mezzi di degradazione rispettosi dell'ambiente, diminuendo, o contaminanti disintossicanti.
• A causa dei suoi bassi costi di manutenzione e raccolta, è un metodo poco costoso.
• È una tecnologia a zero emissioni di carbonio poiché non comporta emissioni aggiuntive di anidride carbonica oltre gli intervalli originariamente incorporati nella combustione della biomassa vegetale
• L'accettazione sociale è alta ed è esteticamente gradevole.
• Oltre ad affrontare il problema della rimozione delle sostanze tossiche dall'ambiente, questa tecnica può essere utilizzata anche per recuperare metalli commercialmente importanti dal suolo.
• La biomassa vegetale può essere utilizzata anche per generare energia, rendendolo una tecnologia redditizia.
• Una tecnica come questa può essere utilizzata per riparare i metalli, solventi, pesticidi, olio crudo, idrocarburi poli aromatici, percolato di discarica, ed esplosivi.

Svantaggi della fitodepurazione

• Poiché nelle cellule vegetali vengono indotti alti livelli di inquinamento da tossicità, ostacolare la crescita delle piante, questa tecnica può essere utilizzata al meglio su siti con livelli di contaminazione bassi o moderati.
• Il processo richiede molto tempo.
• Le specie vegetali iperaccumulatrici hanno una capacità limitata di assorbire i contaminanti dal suolo a causa della loro bassa biomassa e del lento tasso di crescita.
• Un processo mal gestito può preparare il terreno per l'ingresso di composti tossici nella catena alimentare.
• Gli ioni metallici strettamente legati hanno una biodisponibilità limitata, limitandone la rimozione.