Dissertations / Theses on the topic 'Suolo contaminato'

Nell’ultimo decennio, l’attenzione verso prodotti e processi più sostenibili si è notevolmente diffusa ed ha coinvolto tutte le attività umane, tra cui anche l’attività di bonifica dei siti contaminati. I criteri di valutazione della sostenibilità nell’attività di bonifica di siti contaminati mirano ad identificare la tecnologia che sia, al tempo stesso, economicamente fattibile, che crei un valore aggiunto per la società, ma che minimizzi il più possibile il consumo di risorse naturali e l’impatto sull’ambiente. Dalla letteratura scientifica è emerso che l’Analisi del Ciclo di Vita (Life Cycle Assessment - LCA) è lo strumento più adeguato ad una valutazione completa e dettagliata degli impatti ambientali legati alle tecnologie di bonifica. Nella presente tesi, gli impatti ambientali di due tecnologie di bonifica per il suolo, quali bioremediation e Dig&Dump, sono stati confrontati utilizzando l’LCA. Il fine è quello di determinare la soluzione tecnologica ambientalmente più sostenibile attraverso uno studio LCA ante operam relativo ad una bonifica da attuare in un’isola della laguna di Venezia. Per prima cosa, sono state studiate dettagliatamente entrambe le tecnologie di bonifica da confrontare (bioremediation e Dig&Dump) e raccolti i dati relativi alla loro applicazione al caso studio. Questi dati sono stati poi inseriti nel software SimaPro ed infine, una volta modellizzati all’interno del sistema, si è proceduto con la valutazione degli impatti tramite il metodo di valutazione ReCiPe. Per concludere sono stati analizzati e confrontati i risultati dei due profili ambientali.

Il lavoro di tesi riguarda lo studio del processo di fitoestrazione in un campo sperimentale situato a San Giuliano. Il sito è caratterizzato da una contaminazione di As di tipo diffuso e di livello medio-basso. Il campo sperimentale è strutturato in nove parcelle differenti per densità di piante. L’obiettivo è lo studio delle cinetiche di estrazione e di bioaccumulo di As da parte della felce iperaccumulatrice Pteris vittata L. al suo quinto anno del ciclo di vegetazione. E' stato quindi possibile sviluppare due lavori di tesi paralleli basati su parcelle differenti. Inoltre è stato possibile ottimizzare il protocollo sito-specifico di campionamento, di trattamento e di analisi delle diverse matrici ambientali implicate. La crescita della felce prevede la germinazione continua di nuove fronde, ciò implica la presenza contemporanea di fronde di diversa età, con tempi di accumulo differenti. E’ stato quindi considerato più affidabile utilizzare i valori di massimo assorbimento, analizzando di volta in volta le fronde più vecchie, individuabili perché più lunghe e con pinne apicali ben sviluppate. I risultati ottenuti hanno permesso di determinare le cinetiche di estrazione e di bioaccumulo di arsenico nel periodo di studio compreso tra aprile e dicembre 2015 e di ipotizzare un meccanismo di trasferimento e accumulo nel sistema rizosfera-suolo-pianta in due stadi. Inoltre è stato possibile individuare alcuni importanti fattori che limitano l'efficienza del processo.

2009/2010
Questo studio nasce idealmente vent’anni fa, quando il Prof. Pier Paolo Puglisi, genetista dell’Università di Parma e uomo di estrema cultura e lungimiranza discute allora il tema del fitorimedio come possibilità per dar risposta a stati alterati dell’ambiente. In uno dei suoi testi 1789-1989 Abbiamo preso al Bastiglia disinquiniamola, discute di piante sì come “sentinelle” ambientali, ma anche piante come soluzioni a problemi rilevanti determinati dall’impatto antropico. È a seguito della lettura del succitato testo che prende inizio questo studio articolato su diversi piani di ricerca, tutti volti a descrivere e cercare delle possibili indicazioni per la risoluzione di un problema di contaminazione pregressa. Il sito che ha fornito il materiale per svolgere le sperimentazioni è inserito nel parco che ha ospitato la principale struttura psichiatrica di Trieste. Complessivamente l’area contaminata riporta una superficie di 3 ettari di terreno, attualmente perimetrata ed interdetta all’accesso dal D.Lg 152/2006. L’inquinamento è stato provocato dalle attività di combustione di materiali solidi prodotti all’interno dell’ex ospedale psichiatrico. Nella struttura è presente una centrale termica ad oggi alimentata a gasolio, ma originariamente funzionava a carbone. Tale centrale serviva solo per gli edifici collocati nella parte alta del comprensorio. Gli edifici collocati a valle erano dotati ciascuno di una piccola centrale termica a carbone, ognuna con le proprie necessità di smaltire ceneri di combustione. I processi di incenerimento sono stati protratti nel tempo per un periodo che va dal 1961 al 1977. Lo scopo del presente lavoro è stato valutare l’applicabilità della pratica del fitorimedio per la mitigazione della contaminazione invecchiata e cronicizzata nel contesto del parco. Si è voluto affrontare uno studio in pieno campo per testare l’efficacia di due specie erbacee, Medicago sativa L. e Vetiveria zizanioides L. nella rizodegradazione di idrocarburi policiclici aromatici (IPA), in un’area moderatamente contaminata. Vetiveria zizanioides L. è una pianta erbacea appartenente alla famiglia delle Poaceae, originaria dell’India settentrionale. È una pianta che ben si adatta alle situazioni climatiche e pedologiche più estreme. L’apparato radicale è in grado di sviluppare un “muro di radici”, che può spingersi fino a profondità superiori ai 5 metri. Viene ampiamente utilizzata nell’ingegneria naturalistica. Medicago sativa L., appartiene alla famiglie delle Fabaceae, specie largamente usata in agricoltura per la produzione di foraggio; è ampiamente discusso in bibliografica l’effetto di questa pianta come rizodegradatrice di contaminanti organici e come pianta avente effetti positivi sulla qualità del suolo. In secondo luogo si è voluto realizzare una sperimentazione con Medicago sativa L. in condizioni maggiormente controllate, riducendo la scala sperimentale e lavorando in serra, ma affrontando un maggiore livello di contaminazione. Essendo nota la scarsa biodisponibilità degli IPA, in una terza parte della tesi si è mirato a verificare se una contaminazione difficilmente aggredibile dalle tecniche di rizodegradazione, possa essere bioaccumulata e mobilizzata da organismi viventi, impiegando un animale che tipicamente si nutre ingerendo il suolo. Nella sperimentazione sono stati impiegati lombrichi della specie Eisenia andrei, facilmente allevabili e reperibili commercialmente. Questi diversi approcci rivolti alla valutazione delle interazioni tra organismi viventi, contaminanti e comparti ambientali mirano a sviluppare una conoscenza che consenta di mitigare la contaminazione del suolo, risorsa non rinnovabile ed estremamente preziosa, con metodi sostenibili, in situ; si mira anche a conseguire elementi per valutazioni associate al trasferimento dei contaminanti nell’ambiente che tengano conto non soltanto della tutela della specie umana, ma anche di altri organismi, nel contesto di una analisi di rischio ecologico. I risultati sinora acquisiti appaiono incoraggianti, ed in particolare i dati ottenuti dalla sperimentazione in pieno campo, effettuata in condizioni di contaminazione moderata, riportano riduzioni significative (dall’80 al 100%), e il rientro in condizioni inferiori alle “concentrazioni soglia di contaminazione” indicate dalla norma nazionale vigente. La sperimentazione in serra, effettuata considerando una contaminazione più elevata, ha evidenziato alcuni limiti non mostrando una mitigazione dell’inquinamento. È emersa la necessità di un miglior controllo di possibili contributi esterni alla contaminazione come ad esempio le deposizioni su suolo e piante di IPA aerodispersi. La capacità di intercettare contaminanti aerodispersi da parte degli apparati fogliari, in particolare in prossimità di direttrici di traffico, ha aperto una nuova linea di ricerca nell’ambito delle fitotecnologie, volta all’ottimizzazione di “barriere verdi” per particolato atmosferico ed IPA. L’ipotesi di scarsa mobilità attribuita a contaminazioni invecchiate di IPA pesanti, è stata confutata, nel caso considerato, dal test di bioaccumulo con Eisenia andrei. Disporre di dati sul contenuto totale della contaminazione di un suolo non è sufficiente per valutare il rischio ecologico che queste sostanze possono comportare. La disponibilità di una sostanza dipende dalle condizioni chimico-fisiche del terreno (es. pH, contenuto di argilla, capacità di scambio cationica, quantità di materia organica) e dalle caratteristiche del composto. Per valutare l’effettivo stato di contaminazione di un suolo in relazione alla sua potenziale pericolosità per gli esseri viventi, devono essere utilizzati dei test biologici che permettono di valutare l’effettiva tossicità dei contaminanti. Il fitorimedio appare una promettente tecnologia per dare risposta a stati alterati dell’ambiente. Si è constatato che l’approccio alla risoluzione dei problemi in campo ambientale deve esser considerato come un approccio multidisciplinare, dove diverse competenze (biologiche, chimiche, agronomiche, gestionali, etc.) scelgono di compartecipare ai fini di una progettazione il più esaustiva possibile, e di portare a soluzione i processi di mitigazione della contaminazione e di rinaturalizzazione. In particolare per quel che riguarda interventi sul sito di San Giovanni “ex-OPP” si ritiene utile implementare lo studio iniziato con degli approfondimenti rispetto al territorio: appare necessaria una elaborazione vegetazionale del sito, la quale potrebbe fornire indicazioni di maggior dettaglio per l’identificazione delle specie più adatte alla fitobonifica del sito. In questo contesto appare necessaria un’interlocuzione con legislatori in campo ambientale, e amministratori pubblici ai fini di identificare percorsi istituzionali per poter promuovere tecniche di bonifica e messa in sicurezza sostenibili come quelle proposte dal fitorimedio.
XXIII Ciclo
1978

Il presente elaborato di tesi è stato svolto durante un tirocinio effettuato presso l’azienda Ecosurvey®, con sede a Bologna. L’oggetto dell'elaborato è un’area ubicata nei pressi della stazione ferroviaria di Fortezza, in provincia di Bolzano; su tale area verrà realizzato il progetto denominato “Nuova viabilità di accesso Riol”, che prevede la realizzazione di un sottopasso stradale per l’attraversamento del tracciato ferroviario. Nella zona di realizzazione del sottopasso è stata riscontrata la presenza di terreni frammisti a materiali di rifiuto interrati, assimilabili a residui carboniosi derivanti dalla combustione delle caldaie dei locomotori a vapore, operativi sulla tratta ferroviaria del Brennero per circa un secolo. Tale materiale si configura come materiale di riporto storico, prodotto e messo in opera prima dell’entrata in vigore DPR 915/82; ai sensi di tale norma l’area di studio non è dunque una discarica abusiva o un luogo in cui vi sia stato abbandono di rifiuti. Per assimilare il materiale rinvenuto ad un riporto inerte, anche ai fini dell’applicazione dell’art. 185, c.1, lettera b) e c) del D.Lgs 152/06, è stato necessario verificare che il materiale non determini rischi di contaminazione delle acque né rischio per la salute umana. Lo scopo della presente tesi è stato quello di contribuire all’esame delle indagini preliminari dell’area del progetto “Nuova viabilità di accesso Riol”. Tali indagini hanno previsto le seguenti attività: - esame delle indagini pregresse e definizione del modello concettuale del sito; - esame delle tecniche di bonifica applicabili ai sito, qualora sia necessaria la sua bonifica; - elaborazione dell’analisi di rischio sanitaria ed ambientale, per valutare la necessità di bonifica; - esame delle modalità di gestione dei terreni di scavo, in coerenza con la destinazione d’uso ferroviaria e le opere di progetto previste per il sito.

L’obiettivo dello studio è stato quello di individuare e impiegare specie vegetali bioaccumulatrici di metalli/metalloidi per la phytoremediation. Due progetti hanno riguardato l’applicazione in campo della felce Pteris vittata. E’ stata indagata la sua capacità di iperaccumulatrice su suoli con contaminazione multipla, in presenza o meno di micorrizazione. P. vittata ha dimostrato ottima efficienza di accumulo per As e capacità di resistenza anche con elevate concentrazioni di coinquinanti. I funghi micorrizici hanno favorito la crescita delle felci e la loro tolleranza ad altri contaminanti. Il terzo progetto ha avuto come obiettivo l’individuazione di una specie vegetale alofila che potesse essere impiegata per il fitorisanamento da Pb di un’area di barena. I risultati ottenuti indicano che non è possibile risanare l’area con le specie vegetali autoctone. Il risanamento si potrebbe realizzare mediante: soil washing e fitoestrazione con chelanti o conferimento in discarica.
The aim of this study was to identify plant species capable of bio-accumulation of metals/metalloids for phytoremediation. Two projects involved the application of the fern Pteris vittata in the field. It has been investigated its hyperaccumulator ability on soils with multiple contaminant, in presence or absence of mycorrhization. P. vittata showed optimum efficiency to accumulate As and strong capacity to survive in presence of high concentrations of co-contaminants. Mycorrhizal fungi have favoured the growth of ferns and their tolerance to other contaminants. The third project was aimed at the identification of an halophyte species that could be used for the Pb phytoremediation of a saltmarsh. The results showed that the area can not be clean up by native plant species. The remediation could be alternatively achieved through: soil washing and phytoextraction with chelating or landfilling.

2013 - 2014
Gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) sono composti complessi derivanti principalmente dal processo di combustione incompleta di qualunque materiale organico in carenza di ossigeno. L’interesse scientifico per questa classe di composti è legato principalmente alla loro riconosciuta azione cancerogena che deriva dalle trasformazioni metaboliche degli IPA in diolo-epossidi, molecole in grado di legarsi al DNA e di indurre mutazioni genetiche e cancerogenicità. La contaminazione di IPA nel suolo sta diventando un problema di grande interesse a causa dell'accumulo nella frazione organo-argillosa, che è attribuibile principalmente al carattere idrofobico di questi contaminanti. La bioremediation è una delle tecniche che può essere utilizzata per bonificare i siti contaminati da IPA. La comunità microbica del suolo, infatti, è in grado di degradare questi contaminanti organici grazie alla capacità di sintetizzare enzimi ligninolitici con una bassa specificità di substrato. Grazie a questa caratteristica e alla somiglianza chimica degli IPA con la lignina, gli enzimi ligninolitici possono utilizzare gli IPA come substrati. Lo scopo di questo progetto è stato quello di studiare la degradazione degli IPA nel suolo in funzione dell’attività microbica. A tale proposito sono stati caratterizzati dieci suoli, uno tra i quali è stato selezionato per l’allestimento di mesocosmi in condizioni controllate. Il suolo prescelto è stato campionato e contaminato con due IPA, il benzo[a]pirene e l’antracene (150 μg/g everyone). I mesocosmi sono stati allestiti in tre diversi trattamenti: il suolo tal quale, il suolo addizionato con compost e il suolo addizionato con funghi (A. mellea, P. eryngii, P. ostreatus, S. ferrei e S. citrinum). I mesocosmi sono stati incubati per 273 giorni, nel corso dei quali sono stati monitorati i seguenti parametri: le concentrazioni degli IPA, le attività enzimatiche coinvolte nel processo di degradazione (attività laccasica, catecolo-ossidasica e perossidasica totale), la biomassa e la struttura della comunità microbica mediante lo studio del profilo dei PLFA ed alcuni parametri chimico-fisici (tenore idrico, contenuto di sostanza organica e pH). In tutti e tre i suoli nel corso dei 273 giorni l'antracene è stato degradato molto velocemente fino a raggiungere una quantità residua intorno al 4%, mentre il benzo[a]pirene si è ridotto circa del 50%, mostrando una dinamica più lenta. La degradazione nei suoli con compost e con funghi è risultata più rapida rispetto al suolo tal quale. L'attività perossidasica totale è l'unica attività enzimatica che ha mostrato valori più alti nei due suoli addizionati rispetto al suolo tal quale. Soltanto l'attività laccasica ha mostrato una relazione con le dinamiche dei due IPA. In tutti e tre i suoli la biomassa microbica e la biomassa fungina si sono ridotte dopo 273 giorni di incubazione. La struttura della comunità a fine esperimento si è modificata in tutti e tre i suoli a favore dei batteri metanotrofi. Questi risultati hanno fornito importanti informazioni sul processo di degradazione degli IPA, sebbene sia necessario approfondire ulteriormente la tematica al fine di poter applicare in campo interventi efficienti di bioremediation. [a cura dell'autore]
XIII n.s.

Enzyveba, a partially characterized complex consortium of not-adapted microorganisms developed through prolonged stabilization of organic wastes, was found to markedly intensify the aerobic remediation of aged PAH- and PCB-contaminated soil by acting as a source of exogenous specialized microorganisms and nutrients. Thus, Enzyveba was tested in the bioremediation of Diesel (G1) and HiQ Diesel (G2) contaminated soils under aerobic slurry-phase conditions by means of a chemical, microbiological, ecotoxicological integrated analytical procedure. The addition of Enzyveba resulted in a higher availability of cultivable specialized bacteria and fungi but this resulted in a slight intensification of soil remediation, probably because of the high content of nutrients and specialized microorganisms of the soil. In many cases, the biotreatability of soils impacted by diesel fuel is limited by their poor content of autochthonous pollutant-degrading microorganisms. Thus, bioaugmentation with stable and reproducible cultures with the required broad substrate specificity might be the solution for a successful remediation. Two microbial consortia, ENZ-G1 and ENZ-G2, were enriched from Enzyveba on G1 and G2. Both consortia consist of a similar composition of bacterial and fungal species. They exhibited a comparable and significant biodegradation capability by removing about 90% of 1 g/l of diesel fuel under liquid culture conditions. Given their remarkable biodegradation potential, richness of quite diverse microbes, stability and resistance after cryopreservation at -20 °C for several months, both consortia appear very interesting candidates for bioaugmentation on site. The mycoflora of a soil historically contaminated by high concentration of PCBs was characterised before, at the beginning and at the end of the biotreatment mentioned above. Several mitosporic fungi isolated from soil grew in presence of a mixture of three PCBs congeners when also glucose was provided. This is the first study in which 5 strains of mitosporic species able to biodegrade PCB are reported in the literature.

Enzyveba, a partially characterized complex consortium of not-adapted microorganisms developed through prolonged stabilization of organic wastes, was found to markedly intensify the aerobic remediation of aged PAH- and PCB-contaminated soil by acting as a source of exogenous specialized microorganisms and nutrients. Thus, Enzyveba was tested in the bioremediation of Diesel (G1) and HiQ Diesel (G2) contaminated soils under aerobic slurry-phase conditions by means of a chemical, microbiological, ecotoxicological integrated analytical procedure. The addition of Enzyveba resulted in a higher availability of cultivable specialized bacteria and fungi but this resulted in a slight intensification of soil remediation, probably because of the high content of nutrients and specialized microorganisms of the soil. In many cases, the biotreatability of soils impacted by diesel fuel is limited by their poor content of autochthonous pollutant-degrading microorganisms. Thus, bioaugmentation with stable and reproducible cultures with the required broad substrate specificity might be the solution for a successful remediation. Two microbial consortia, ENZ-G1 and ENZ-G2, were enriched from Enzyveba on G1 and G2. Both consortia consist of a similar composition of bacterial and fungal species. They exhibited a comparable and significant biodegradation capability by removing about 90% of 1 g/l of diesel fuel under liquid culture conditions. Given their remarkable biodegradation potential, richness of quite diverse microbes, stability and resistance after cryopreservation at -20 °C for several months, both consortia appear very interesting candidates for bioaugmentation on site. The mycoflora of a soil historically contaminated by high concentration of PCBs was characterised before, at the beginning and at the end of the biotreatment mentioned above. Several mitosporic fungi isolated from soil grew in presence of a mixture of three PCBs congeners when also glucose was provided. This is the first study in which 5 strains of mitosporic species able to biodegrade PCB are reported in the literature.

Cada vez mais freqüente, a utilização de técnicas tradicionais da engenharia geotécnica depara-se com obstáculos de caráter econômico e ambiental. A técnica do solo-cimento tornase atrativa quando o melhoramento das propriedades do solo do local constitui-se em uma alternativa de projeto. A técnica de tratamento de solos com cimento encontra aplicação, por exemplo, na construção de bases para pavimentos, na proteção de taludes em barragens de terra, como camada de suporte para fundações superficiais, como remediação de solos contaminados e como barreiras de contenção de contaminantes. Desta forma, esta tese tem por objetivo analisar a influência da quantidade de cimento, da porosidade e da umidade de moldagem sobre o comportamento físico e químico de um solo argiloso artificialmente cimentado e contaminado. O programa experimental consiste em caracterizar os materiais utilizados, analisar fisicamente as misturas solo-cimento e solo-cimento-contaminante, através de ensaios de resistência à compressão simples, medidas de sucção e condutividade hidráulica. Quimicamente serão realizados ensaios de lixiviação em coluna e análises químicas e físico-químicas do lixiviado. Os resultados, quanto à caracterização, apresentam um material argiloso, oriundo de rochas riodacitos (riolito/dacito); quanto à resistência à compressão simples houve um aumento de resistência com o aumento da quantidade de cimento e com o aumento do peso especifico de compactação; quanto ao solo contaminado e cimentado ocorreu o mesmo comportamento, porém, com queda de resistência. A condutividade hidráulica obteve um decréscimo quando aumentado o peso especifico de moldagem, tanto para solo-cimento como para solo-cimento-contaminante. Para as análises químicas, a partir do ensaio de lixiviação, contatou-se redução de parâmetros de contaminação com a adição de cimento, principalmente com o aumento significativo do pH, devido ao aumento da quantidade de cimento. Concluiu-se que a quantidade de cimento e a diminuição da porosidade ocorrida pela maior densificação influenciam em ganho de resistência, à uma baixa permeabilidade e à uma baixa concentração de contaminante no lixiviado.
More and more the use of traditional techniques of the geotechnical engineering comes across obstacles of economic and environmental character. The technique of the soil-cement becomes attractive when the improvement of the properties of the local soil constituted in a project alternative. The technique of treatment of soils with cement finds application, for instance, in the construction of bases for pavements, in the protection of talus in land dams, as support layer for superficial foundations, as remediation of polluted soils and as barriers of contention of pollutants. This way, this theory has as objective to analyze the influence of the amount of cement, of the porosity and of the molding humidity over the physical and chemical behavior of a loamy soil artificially cemented and polluted. The experimental program consists of characterizing the used materials, to analyze the mixtures soil-cement and soil-cement-pollutant physically, through resistance samples to the simple compression, suction measures and hydraulic conductivity. The lixiviation samples will be chemically accomplished in column and chemical and physiochemical analyses of the lixiviated. The results, according to the characterization, present a loamy material, originating from rocks rhyodacite (rhyolite/dacite); according to the resistance to the simple compression there was a resistance increase with the rise of the amount of cement and with the increase of the weight specific of compaction; as for the polluted soil and cemented happened the same behavior, however, with resistance fall. The hydraulic conductivity suffered a decrease when increased the specific weight of molding, for soil-cement and for soil-cement-pollutant. (Continue For the chemical analyses, starting from the lixiviation samples, it was reached a reduction of parameters of contamination with the cement addition, mainly with the significant increase of the pH, due to the increase of the amount of cement. It was concluded that the amount of cement and the decrease of the porosity happened by the largest densification influence in resistance adding, as well as they provide a low permeability and a low pollutant concentration in the lixiviated.
Cada vez más la utilización de técnicas tradicionales de la ingeniería geotécnica se depara con obstáculos de carácter económico y ambiental. La técnica del suelo-cemento se vuelve atractiva cuando el mejoramiento de las propiedades del suelo local se constituye en una alternativa de proyecto. La técnica de tratamiento de suelos con cemento encuentra aplicación, por ejemplo, en la construcción de bases para pavimentos, en la protección de taludes, en presas de tierra, como camada de soporte para fundaciones superficiales, como remediación de suelos contaminados y como barreras de contención de contaminantes. Esta tesis tiene por objetivo analizar la influencia de la cantidad de cemento, de la porosidad y de la humedad del molde, sobre el comportamiento físico y químico de un suelo arcilloso artificialmente cementado y contaminado. El programa experimental consiste en caracterizar los materiales utilizados, analizar físicamente las mezclas suelo-cemento y suelo-cementocontaminante a través de ensayos de resistencia a compresión simple, medidas de succión y conductividad hidráulica. Químicamente serán realizados ensayos de lixiviación en columna y análisis químicos y físico-químicos del lixiviado. Los resultados, con respecto a la caracterización, presentan un material arcilloso, oriundo de rocas riodacitos (riolito/dacito). En cuanto a la resistencia el aumento de la misma es directamente proporcional al aumento de la cantidad de cemento y del peso especifico de compactación, referente al suelo contaminado y cementado ocurrió el mismo comportamiento, pero con disminución de resistencia. La conductividad hidráulica obtuvo una reducción cuando se produjo el aumento del peso específico, tanto para suelo-cemento como para suelo-cemento-contaminante. Para los análisis químicos, a partir del ensayo de lixiviación, se constato reducción de parámetros de contaminación con la adición de cemento, principalmente con el aumento significativo del pH. Se concluyó que la cantidad de cemento y la disminución de la porosidad ocurrida por l mayor compampactacion influencio en el aumento de resistencia, asi como porporciono baja permeabilidad y baja concentración de contaminante en el lixiviado.

Il biochar è un sottoprodotto solido del processo di pirolisi e gassificazione di biomasse simile a un carbone attivo nell’aspetto e nelle proprietà chimiche. Poiché è dimostrata l’affinità del materiale nei confronti di metalli pesanti e fitofarmaci, si è pensato di poter inserire il biochar all’interno delle fasce ripariali presenti tra un campo coltivato e un corso d’acqua, ipotizzando che questo possa diminuire la diffusione di inquinanti nelle acque. Il seguente lavoro di tesi riguarda lo studio delle caratteristiche chimico fisiche di una tipologia di biochar ottenuto da pellet, e la valutazione della capacità di adsorbimento di questo materiale nei confronti di una specie chimica inorganica (cadmio) e un erbicida organico (Bromacil), entrambi tossici per uomo e ambiente naturale. Dopo una determinazione delle caratteristiche generali del materiale quali area superficiale (29 m2/g), pH della fase solubile (~ 9) e studio dei gruppi funzionali superficiali, è studiata la capacità adsorbente del biochar tramite realizzazione di isoterme di adsorbimento in fase acquosa. L’adsorbimento è influenzato dal metodo scelto per condurre l’esperimento, dalla concentrazione di inquinante e dal rapporto liquido\adsorbente. I valori massimi stimabili di adsorbimento del biochar variano in funzione delle concentrazioni di inquinante. Per il cadmio questi valori vanno da 1 mg Cd / g biochar lavorando a concentrazioni più realistiche di metallo (1 mg/L), per salire a circa 4 mg/g a concentrazioni elevate (50 mg/L). Per il Bromacil si va da 2 mg/g lavorando a basse concentrazioni di fitofarmaco (2 mg/L), fino a 6 mg/g a concentrazioni elevate (50 mg/L). In ultima analisi sono state eseguite prove preliminari di studio della mobilità di cadmio nel suolo; a questo proposito si evidenzia un’efficacia limitata del biochar a trattenere inquinanti.

Memoria para optar al título profesional de Ingeniero Agrónomo
En la actualidad, la preocupación por el efecto de los elementos traza metálicos ha ido en aumento debido a su persistencia, a su acumulación progresiva en distintos medios naturales y fundamentalmente, por el efecto tóxico que manifiestan en pequeñas concentraciones, llegando a ocasionar problemas en ecosistemas y en la salud humana. Uno de ellos, el plomo, es uno de los elementos que constituye el grupo de los elementos traza metálicos, no esencial y contaminante ambiental. Para disminuir el impacto de suelos contaminados, se emplea la técnica de fitorremediación que implica la utilización de plantas capaces de contener, extraer o reducir los contaminantes a través de la acción de las raíces y su microflora. Además, complementariamente, se utilizan agentes quelantes, que tienen como propósito aumentar la biodisponibilidad de metales en el suelo. El presente trabajo tiene como objetivo aplicar la fitorremediación inducida como estrategia de mitigar la contaminación de suelos por plomo mediante el cultivo de Atriplex halimus L.

Los suelos del valle del Mantaro son de uso intensivo especialmente en la parte media y baja, debido a su alto potencial productivo, por lo que ha generado el uso de diversos insumos, como fertilizantes, pesticidas, hormonas y abonos, cuyos residuos han ido contaminado el suelo, junto con el agua de riego proveniente del río Mantaro;encontrándose altos niveles de cadmio total.

Studio di un’innovativa tecnica di bonifica mediante solidificazione/stabilizzazione ad alte prestazioni (High Performance Solidification/Stabilization, HPSS) per suolo contaminato principalmente da metalli e metalloidi. In particolare, l’attenzione sarà focalizzata sul ruolo dell’ecotossicologia a supporto delle attività di caratterizzazione del sito contaminato e di verifica della qualità delle matrici prodotte post-bonifica seguendo quanto già previsto dalla vigente normativa per i sedimenti dragati da canali industriali e rifiuti solidi.

L’obiettivo dello studio è stato quello di valutare l’efficienza della felce (Pteris vittata L.) nella fitoestrazione di arsenico da suoli contaminati, in varie condizioni ambientali e colturali. Il lavoro è stato effettuato direttamente in campo attraverso l’utilizzo di felci precedentemente piantumate in parcelle sperimentali, e giunte al terzo anno di crescita. L’andamento del bioaccumulo di arsenico nella parte epigea delle piante è stato seguito per un periodo di sei mesi, durante il quale le felci sono state cresciute nelle condizioni ambientali naturali, ad eccezione dell’irrigazione nei mesi più caldi. Un altro aspetto di questo lavoro è stato quello di valutare la fitoestrazione di arsenico dal suolo e la mobilità dell’arsenico nel suolo in funzione delle caratteristiche sito specifiche. I risultati sono stati confrontati con i dati precedentemente ottenuti nel sito sperimentale, al fine di valutare l’efficienza di fitoestrazione da parte di P. vittata in cicli di crescita consecutivi.

El proyecto “Fortalecimiento de las capacidades locales para la descontaminación y recuperación de la cuenca del río Mantaro, mediante la implementación y gestión ambiental para contribuir a un desarrollo sostenible de la región Junín” realizado por el arzobispado de Huancayo, determinó que los suelos del distrito El Mantaro, Jauja, contienen alto contenido de cadmio, y superan el Estándar de Calidad Ambiental (ECA). Con base en esta información, los objetivos de este estudio fueron determinar la cantidad de cadmio fitoestabilizado por Lupinus mutabilis en un suelo contaminado del distrito El Mantaro, con diferentes dosis de estiércol de lombriz, asimismo, se determinó el factor de bioconcentración en raíz y parte aérea, y la influencia en el crecimiento de lupino. El suelo del experimento tuvo 31,98 mg/kg de cadmio, mayor en casi 23 veces que el Límite Máximo Permisible (LMP) del ECA de suelos del Perú. Se aplicaron 5 tratamientos de estiércol de lombriz: 0, 3, 6, 9 y 12 %, dispuestos en un diseño experimental completamente aleatorizado. Se evaluó el contenido de cadmio en la raíz y parte aérea, materia seca de la parte aérea y raíz, altura de planta y se calculó el factor de bioconcentración. Se concluyó que la cantidad de cadmio fitoestabilizado en las raíces de lupino fue de 13,33 mg/kg con el tratamiento de 9 % de estiércol de lombriz; el factor de bioconcentración de cadmio más alto en la raíz fue de 0,492 mg/kg con la dosis de 9 % de estiércol de lombriz y en la parte aérea fue de solo 0,0154 mg/kg con la misma dosis de humus de lombriz; el tratamiento de 12 % de estiércol de lombriz favoreció la formación de materia seca y altura de planta. El crecimiento de L. mutabilis fue de 13,33 cm en promedio y en la raíz 12,50 cm, ambos valores se obtuvieron con el tratamiento 12 %.

La investigación fue realizada durante el año 2016, en los meses de setiembre a octubre, se reconoció y muestreó los suelos contaminados con cromo de cinco distritos del Valle del Mantaro: Hualahoyo, Sincos, Santa Rosa de Ocopa, Molinos, y Huayucachi, con información de georeferenciación basada en los avances presentados por el proyecto Mantaro Revive (2007), con los objetivos de caracterizar las características físico- químicas de los suelos contaminados con cromo y relacionar el contenido de cromo con las propiedades físico-químicas de los suelos.

Objetivo: determinar la influencia de la utilización de sedimentos de piscigranja sobre la disponibilidad de arsénico y crecimiento de ryegrass (Lolium perenne) en un suelo contaminado con arsénico, del distrito de El Mantaro, Jauja. 2016. Método: se utilizó el método de análisis: las muestras de suelo del distrito El Mantaro, fueron analizadas en sus propiedades físico-químicas: densidad aparente, pH, conductividad eléctrica, contenido de nutrientes y materia orgánica. Las técnicas utilizadas son estándar para cada tipo de determinación. Una vez reportados los análisis se interpretaron los datos para determinar sus niveles, según el tipo de análisis. Diseño: se utilizó una muestra de suelo compuesta de la capa arable, y se distribuyó en macetas de 2 kg de capacidad, donde se aplicó cinco dosis de SP (0%, 2%, 4%, 6% y 8%), cuyos tratamientos estuvieron dispuestos en un diseño experimental completamente al azar. Resultados: las dosis de sedimentos de piscigranja, disminuyen la disponibilidad de este metaloide a valores inferiores al estándar (<12 mg/kg), en el rango de 9,07 mg/kg a 7,120 mg/kg, debido a la adsorción en la fase sólida del suelo, representando porcentajes de disminución de disponibilidad entre 1,726% a 23,169% respecto al testigo; sobresale la dosis de 8% de sedimentos de piscigranja, que redujo la disponibilidad de arsénico del suelo en 23,168%. Las dosis de sedimentos de piscigranja incrementaron significativamente el crecimiento de ryegrass, en altura de planta entre 79,556% y 91,66%; en materia seca de la parte aérea entre 81,231% y 198,462%, y en materia seca de raíz entre 186,667% y 346,667%; atribuible a la mejora de las propiedades del suelo, y por ende la influencia en el crecimiento de ryegrass.

La phytoremediation si colloca nel campo dei nuovi interventi di bonifica, come una tecnica verde, sostenibile e a basso costo, che può sostituire le ordinarie tecniche ingegneristiche in condizioni di inquinamento da basso a moderato. Si basa sull'utilizzo di piante per contenere, rimuovere o degradare i contaminanti presenti in suolo, sedimenti e acque. In questo studio è stata valutata la specie H. italicum, per l'applicazione di tecniche di fitorimedio in suoli derivanti da attività mineraria. Il campionamento è stato realizzato nel distretto minerario di Montevecchio (SU) ed in altri siti non minerari utilizzati come riferimento e controllo, situati sia in aree adiacenti al distretto minerario di Montevecchio, sia in zone collocate sull'Appennino Tosco-Emiliano Romagnolo. In ogni sito è stato campionato suolo rizosferico e campioni vegetali della specie H. italicum. Lo studio si è focalizzato su cinque elementi potenzialmente tossici (PTEs) molto diffusi, ovvero Cu, Ni, Pb, Zn e Cd. Per valutare a quale livello della pianta vengano accumulati, ogni campione vegetale è stato separato diviso in tre porzioni, radici, fusto e foglie che sono state analizzate separatamente; inoltre sono state determinate le concentrazioni totali e biodisponibili dei cinque metalli nei suoli rizosferici campionati. Dallo studio è emerso che la specie H. italicum tende ad accumulare i contaminanti indagati soprattutto a livello radicale. Mostra però un buon accumulo a livello fogliare dello Zn. Grazie alle buone capacità che la pianta presenta nell'accumulare i contaminanti nell'apparato radicale e nel trasferire lo Zn nell'apparato fogliare, l'H. italicum può essere considerato un buon candidato negli interventi di fitorimedio.

Tesis para optar al Grado de Magíster en Manejo de Suelos y Aguas
El plomo (Pb) es uno de los metales contaminantes de suelo más comunes, encontrándose ampliamente distribuido debido a actividades industriales, así como también al uso de combustibles y pinturas. En general, en suelos orgánicos el Pb se liga fuertemente a las sustancias húmicas, mientras que en suelos minerales lo hace a los óxidos de hierro, siendo más bien inmóvil en el suelo, a menos que se encuentre presente en altas concentraciones. Los efectos de la contaminación de suelos por Pb pueden ser mitigados mediante fitorremediación, una estrategia de remediación in situ que utiliza distintos componentes (plantas, enmiendas de suelo y manejos agronómicos) para remover, contener o volver inocuos los contaminantes de suelo. La mayor parte de las especies de plantas que toleran la presencia de elementos traza (ET) son de tipo excluyentes, caracterizándose por sobrevivir a través de mecanismos de restricción, almacenando los metales en paredes y vacuolas de células radicales. En el caso del Pb, la utilización de fitorremediación puede presentar inconvenientes, debido a la baja fitodisponibilidad del elemento. No obstante, para superar este inconveniente se ha propuesto la utilización de una técnica de fitorremediación inducida por agentes quelantes, la cual permite que el Pb del suelo permanezca biodisponible para las plantas.

L'immissione intenzionale o accidentale nel suolo di sostanze inquinanti di natura organica o inorganica causa gravi conseguenze sia per l'ambiente che per la salute pubblica (tossicità e cancerogenicità). I metalli pesanti sono elementi non degradabili e quindi persistenti nell'ambiente e possono avere effetti teratogeni, mutageni e cancerogeni; gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) sono elementi difficili da trattare ed anch'essi possono causare cancerogenicità e tossicità nell'uomo. Diverse tecniche sono state utilizzate per la bonifica dei suoli contaminati, ma la fitorimediazione si propone come un'alternativa ecosostenibile e conveniente rispetto alle convenzionali tecniche chimico-fisiche. La fitorimediazione sfrutta le caratteristiche fisiologiche delle piante al fine di rimuovere o ridurre la presenza degli agenti inquinanti nel suolo. Per attuare tale tecnica è possibile impiegare diverse specie vegetali in grado di accumulare i contaminanti inorganici come i metalli pesanti o degradare, con l'aiuto dei microrganismi della rizosfera, diversi contaminanti organici; inoltre, la biomassa prodotta può essere utilizzata per altri scopi, quali la cogenerazione di energia e/o la produzione dei biocarburanti, ottenendo benefici per la salute, l'ambiente e la gestione dei costi. L'efficienza dei processi di fitorimediazione può essere incrementata grazie all'impiego di diversi microrganismi (funghi, lieviti, batteri) che popolano normalmente la rizosfera, instaurando rapporti simbiotici e facilitando così l'assorbimento e/o la degradazione dei contaminanti. In questo lavoro è stata effettuata la sperimentazione in vitro con tre microrganismi (Trichoderma harzianum, Saccharomyces cerevisiae, Wicherhamomyces anomalus) per testare la loro potenziale capacità bioaccumulatrice nei confronti di nove metalli pesanti (Ni, Cd, Cu, As, V, Pb, Zn, Cr e Hg) e di metabolizzazione dei sedici IPA definiti prioritari dalla U.S. EPA, al fine di valutare la loro possibile applicazione nei processi di fitorimediazione. Le prove di crescita controllata in serra hanno visto l'impiego della specie vegetale Arundo donax e di A. donax micorrizata con T. harzianum, al fine di valutare la loro efficacia nell'accumulare e degradare rispettivamente i metalli pesanti e gli IPA a cui sono stati esposti. T. harzianum è stato valutato come microrganismo più idoneo alla sperimentazione, in particolare per la sua attività anti patogena verso altri funghi infestanti le colture, per la dimostrata capacità di bioaccumulo verso un maggior numero di metalli pesanti e per aver mostrato buone capacità a degradare e metabolizzare diversi IPA come naphthalene, phenanthrene, chrysene, pyrene e benzo(a)pyrene. A. donax è una specie vegetale che ben si presta all'impiego nei processi di recupero dei suoli contaminati da metalli pesanti e IPA, in particolare perché produce una buona quantità di biomassa, non è appetibile per gli animali, resiste ai parassiti e agli stress idrici e, quindi, è in grado di adattarsi in ambienti inospitali. Da questo studio è emerso come A. donax e i microrganismi utilizzati si prestino molto bene ad un eventuale impiego nei processi di fitorimediazione. A. donax sia micorrizata che non, ha mostrato ottime capacità di sopravvivenza e di sviluppo nei confronti di un terreno contaminato sia con il mix di nove metalli pesanti, sia con il mix di sedici IPA. Ciò lascia intendere l'elevata resistenza ai contaminanti palesata da A. donax, e di conseguenza, potrebbero aprirsi nuove prospettive di studio e ricerca per un'applicazione di successo sul campo.

In Sardinia there are several areas at high metal contamination and, among the most polluted ones, we can find the mining sites. Soil mining remediation is indisputable, but usually very expensive. Among several heavy metal remediation techniques currently available, phytoremediation is considered to be a low-impact technology and less expensive than classical ones. The main objective of this work was investigating about the possibility of using autochthonous species, both bush and leguminous, for heavy metal contaminated soil phytoremediation in a xeric climate. Atriplex halimus shrub was tested in this research work. This plant, which is a perennial, autochthonous saltbush, can produce remarkable aerial biomass amounts, and can grow in very restrictive pedo - climatic conditions. Atriplex halimus growth, survival and metal accumulation in aerial and radical tissues were evaluated through different tests, performed at pot scale, on a soil contaminated by mining activity. Clonal differences were also investigated. Furthermore, amendments were tested to improve the soil characteristics and identify a cheap and effective cultivation system, capable of increasing plant survival and biomass yield. Different methods were evaluated to reduce the times required for plant production before plantation. Plant cultivation by stem cutting were also studied. Medicago polymorpha, a leguminous and Nitrogen fixing species, was tested to reduce amendments during a cultivation crop cycle. Its survival and adaptability in heavy metal contaminated soil was evaluated. This plant grows spontaneously in Mediterranean areas and it was never studied for phytoremediation before the present work. The research work showed that Atriplex halimus can be considered effective for phytoremediation of Sardinian soils contaminated by mining activity. The plants grown in soils contaminated by heavy metals showed in fact a good adaptability, a significant growth and a high metal concentration level in the tissues. Moreover, this work opens up the possibility of using Medicago polymorpha species in phytoremediation activities due to its germination ability and plant survival observed in heavy metal polluted soils.

Il BPA è un composto aromatico precursore di materiali plastici e additivi chimici, ed è entrato a far parte della categoria dei contaminanti che alterano il sistema endocrino con molteplici effetti negativi sulla salute umana (azione di mimesi estrogenica, alterazioni della funzione tiroidea e dei sistemi riproduttivo, nervoso ed immunitario). Nella fase produttiva industriale si hanno emissioni accidentali di BPA durante il trattamento e la lavorazione dei monomeri plastici. Piccole frazioni di BPA possono essere ingerite dall’uomo poiché la sostanza migra nel tempo dal contenitore alimentare al contenuto (es. bevanda in lattina o contenitore per microonde) soprattutto se esposto ad alte temperature. Anche il contatto con composti acidi o basici, la presenza di elevati livelli di cloruro di sodio o di oli vegetali, è in grado di provocare un incremento del rilascio di BPA dai materiali polimerici. Il BPA viene rilasciato dai biberon in policarbonato, che in molti Paesi sono stati ritirati dal commercio nel 2011, e da bottiglie di acqua riutilizzabili. Infine, la carta termica degli scontrini e delle fotocopie rilasciano BPA. Nell’adulto la tossicità del BPA sembra modesta, tuttavia l'esposizione nel feto e nel neonato può risultare deleteria. Al di là della tossicità, l'aspetto che al momento preoccupa maggiormente è l'effetto che il BPA ha anche a basse dosi sul metabolismo: diversi studi in tutto il mondo correlano questa sostanza all'incidenza di diabete, ipertensione, obesità e problemi cardiaci. L’attenzione per il BPA è piuttosto recente a livello umano, mentre è assai ridotta per la salute dell’ecosistema. Tuttavia è noto che il BPA è presente anche come contaminante dei suoli, e pur essendo stato documentato il suo bioaccumulo negli organismi vegetali, non sono disponibili informazioni precedenti relativi agli effetti del BPA sugli organismi animali del suolo, in linea con il fatto che il suolo è stato una matrice ambientale molto trascurata. Il presente lavoro di tesi quindi si pone come uno studio pilota per valutare la possibile tossicità del BPA su organismi modello che vivono in questa matrice. In questo studio è stato scelto come bioindicatore “sentinella” il lombrico Eisenia andrei, il comune verme rosso, come suggeriscono le linee guida internazionali (OECD, OCSE). I possibili effetti biologici del Bisfenolo A nei lombrichi sono stati indagati sia attraverso endpoint del ciclo vitale (accrescimento, riproduzione e mortalità), sia attraverso una batteria di biomarker (generali e specifici). Data la mancanza di osservazioni precedenti si è scelto un approccio integrato tra i parametri del ciclo vitale, in genere meno sensibili ma ecologicamente più rilevanti, e i biomarker, risposte più sensibili che possono rappresentare segnali precoci di allarme inerenti l’esposizione a contaminanti ambientali o l’effetto di questi ultimi sugli organismi indagati, ma non necessariamente predittivi sulla salute della comunità. Al momento non esistono batterie di biomarker specifiche per questa sostanza, quindi un ulteriore scopo della ricerca è stato quello di evidenziare biomarker utili ad indagare eventuali alterazioni biochimiche e funzionali nei lombrichi in risposta all’esposizione a dosi crescenti di bisfenolo A. Le risposte biologiche indagate sono: - la diminuzione della stabilità delle membrane lisosomiali, che indica una riduzione dello stato di salute generale degli organismi; - l’alterazione dell’attività degli enzimi catalasi e glutatione-S-trasferasi, indice di stress ossidativo o induzione di meccanismi di detossificazione; - la diminuzione dell’attività dell’enzima acetilcolinesterasi, la quale indica neurotossicità; - l’accumulo di lipofuscine o lipidi neutri, che è sintomo rispettivamente di stress ossidativo o alterazioni del metabolismo; - la variazione della malondialdeide, composto intermedio della perossidazione lipidica, indica un stress ossidativo in corso. Sulla base dei dati ottenuti possiamo dire che il BPA, alle concentrazioni ambientali, non costituisce un elemento di rischio ecologico per gli organismi sentinella Eisenia andrei. Alle concentrazioni più elevate (che superano quelle ambientali di almeno 10 volte) si osservano delle alterazioni sui livelli di lipidi neutri e lipofuscine che pur non essendo preoccupanti dal punto di vista ecologico sono indice di vulnerabilità, dato che si tratta di alterazioni del metabolismo in conseguenza delle quali gli animali accumulano residui normalmente degradati a livello lisosomiale. Questo accumulo nei lisosomi delle cellule del tessuto cloragogeno dei vermi, che rivestono il tubo digerente, sembrano indicare una esposizione attraverso la dieta a seguito della ingestione del terreno. E’interessante il fatto che l’accumulo di lipidi è in linea con le caratteristiche obesogene del BPA, ben manifestate nei mammiferi, uomo compreso. Tuttavia non ci sono ancora conoscenze sufficienti per stabilire se questo accumulo nei vermi sia dovuto ad una specifica alterazione degli enzimi di sintesi dei lipidi oppure più genericamente ad un aumento dello stress ossidativo. Molti studi stanno valutando la capacità del BPA di alterare la sintesi e il rilascio di lipidi in cellule umane e di ratto, ma non ci sono ancora studi di questo tipo per gli organismi edafici. E’ auspicabile che questo aspetto venga approfondito, ed eventualmente venga identificato un nuovo biomarker specifico dell’azione del BPA sull’accumulo di lipidi. Un altro aspetto che sarà interessante approfondire è il bioaccumulo: la valutazione del rischio ecotossicologico di una sostanza si basa anche sul potenziale di BCF che può essere pericoloso per il biota (incluso l’uomo) per trasferimento nella catena trofica. Considerando che non esistono ancora studi specifici del bioaccumulo del BPA in organismi del suolo, ed avendo messo in luce che l’assunzione della sostanza è avvenuta (probabilmente per via alimentare) ci si pone l’obiettivo futuro di valutare questo parametro nei lombrichi, in modo da avere un quadro più ampio degli effetti associati a questo interferente endocrino nei suoli.

Il lavoro di tesi ha riguardato l’attività svolta nel campo sperimentale di fitoestrazione di As situato nella rotonda di San Giuliano(Ve), sito caratterizzato da una contaminazione diffusa medio-bassa di As. Il campo è strutturato in nove parcelle distinte con dimensioni di circa 6m2 l’una, diversificate per densità di piante e per condizioni colturali. L’obiettivo dello studio è stato l’acquisizione di conoscenze sulle cinetiche di bioaccumulo di As ad opera della specie vegetale iperaccumulatrice Pteris vittata durante tutto il suo ciclo di vita e ha coinvolto nella sperimentazione due lavori di tesi paralleli improntati su parcelle diverse. Durante tutto il ciclo di vita della felce, le fronde della pianta continuano a vegetare, presentando costantemente fronde di tutte le età, caratterizzate da differenti tempi di accumulo e quindi da concentrazioni differenti, rendendo estremamente complesso seguire le cinetiche di assorbimento e di bioaccumulo. È stata adottata perciò una strategia di campionamento basato sulle fronde più mature, valutando così di volta in volta il massimo accumulo raggiunto. Lo studio ha richiesto lo sviluppo di uno specifico protocollo di campionamento e d’analisi. I risultati ottenuti hanno permesso di determinare le cinetiche di estrazione e di accumulo di As e di ipotizzare un meccanismo di trasferimento e accumulo dal sistema suolo-rizosfera-pianta in due stadi, individuando alcuni importanti fattori che ne influenzano le velocità.

Durante julio a setiembre del año 2016 se realizó el presente trabajo de investigación con los objetivos de determinar los efectos que produce la aplicación de lodos activados en las propiedades físico-químicas y el crecimiento del cultivo de avena, en un suelo contaminado con arsénico del distrito de Orcotuna, provincia de Concepción. Se utilizó el método general de investigación hipotético-deductivo, el tipo de investigación aplicada, en un nivel explicativo, planteando un diseño experimental completamente aleatorizado, donde se ubicaron cinco tratamientos con las diferentes dosis de lodos activados: 0, 5, 10, 15 y 20 %, con 3 repeticiones en macetas de PVC en 2 kg de suelo, sembrando el cultivo de avena (Avena sativa). Los resultados indican que los tratamientos con dosis altas de lodo activado disminuyeron significativamente la densidad aparente del suelo, disminuyeron el pH del suelo, la conductividad eléctrica incrementó significativamente, se incrementó el contenido de fósforo disponible en el suelo y hubo una disminución de potasio disponible en el suelo. Las dosis crecientes de lodos activados aplicados al suelo de Orcotuna, influyeron en la altura de planta, materia seca de la parte aérea y materia seca de raíz, del cultivo de avena. El suelo de Orcotuna, estuvo contaminado de arsénico, cadmio y plomo, y fue calificado como de fertilidad media, debido principalmente al contenido medio de carbono orgánico y potasio. El lodo activado presentó un exceso de sales solubles, bajo contenido de

Las actividades antropogénicas ocasionan el incremento de metales pesados en los suelos, para mitigar esta contaminación se vienen implementando métodos como la fitorremediación. El objetivo de la investigación fue determinar la capacidad fitorremediadora de Lupinus mutabilis Sweet en suelos contaminados con cadmio. Los ensayos se realizaron en un invernadero bajo condiciones controladas. Las plantas fueron sometidas a cuatro tratamientos: T1 - 4 mg, T2 - 8 mg, T3 - 12 mg, T4 - 16 mg de CdSO4/L respectivamente y un control T0, aplicados en diferentes periodos. El efecto del cadmio a nivel morfológico fue determinado evaluando el daño ocasionado en la raíz, tallos y foliolos. Los cortes histológicos fueron realizados en un micrótomo manual Leica, la tinción desarrollada con hematoxilina-eosina y luego fueron visualizados en un microscopio ocular Leica. La tasa de supervivencia se calculó mediante la relación entre el número de plantas en un determinado tiempo y el número de plantas iniciales. El índice de tolerancia se obtuvo mediante la proporción de la biomasa del vástago de las plantas tratadas y la biomasa del vástago de las plantas control. La concentración de cadmio en la planta y el sustrato se obtuvo mediante espectrofotometría de absorción atómica de llama. La mayor acumulación de cadmio fue de 3.13 mg/kg en las raíces, 0.15 mg/kg en tallo y 0.13 mg/kg en foliolos, en el tratamiento T4, donde también se evidenció la mayor reducción de cadmio en el sustrato. El efecto morfológico e histológico fue notorio en el sistema radicular a los 20 días de exposición mientras que en el tallo y los foliolos a los 50 días de exposición. El índice de tolerancia se determinó en un rango entre 68.29% (T1) y 28.36% (T4). La tasa de supervivencia más baja fue de 0.33 en el tratamiento T4. El índice de tolerancia, la tasa de supervivencia y el efecto del cadmio a nivel morfológico e histológico, demostraron que existe una capacidad fitorremediadora reducida, la cual se ve afectada con el aumento del cadmio.

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The issue of contaminated areas is a problem that has increased in recent decades. The identification of numerous contaminations - old and recent - in the soil and water medium has affected the population, caused numerous health problems, and the environment, with the commitment of flora and fauna. In addition, economic activities carried out both in urban and rural areas have been hampered by the juxtaposition of the industrial production means that generate various types of contamination. The actions carried out by the public managers have not followed the breadth and expansion of the cases already detected. Generally the role played by public managers, especially municipal power, has been marked by great leniency and is evoked from their clearly technocratic and patrimonialist management structures . The legal competence regarding the licensing of activities with risk of contamination, national and state elevation in Brazil and in other countries studied, with sectorial and disciplinary perspective, in which industry is always seen as a positive factor, does not reach the problem as a territorialized phenomenon, with implications for the current and future use of localities. The study in question proposes new guidelines for the treatment of contaminated areas, with emphasis on the managerial integration of levels of government, access to information and monitoring of society. They were elaborated from the analysis of several occurrences of contamination, observing the causes, effects, agents and, mainly, the position adopted by the public managers, in particular the municipal ones, since they are the direct responsible by the regulation of the territory, through the legislation of land use and occupation in the municipal space.
La cuesti?n de las ?reas contaminadas representa un problema que ha aumentado en las ?ltimas d?cadas. La identificaci?n de innumerables contaminaciones - antiguas y recientes - en el suelo y medio h?drico ha afectado a la poblaci?n, ocasionado innumerables problemas de salud, y al medio ambiente, con el comprometimiento de la flora y la fauna. Adem?s, las actividades econ?micas, ejecutadas tanto en el espacio urbano y rural, han sido perjudicadas por la yuxtaposici?n de los medios de producci?n industrial que generan diversos tipos de contaminaciones. Las acciones ejecutadas por los gestores p?blicos, no han acompa?ado la amplitud y la expansi?n de los casos ya detectados. Generalmente el papel ejercido por los gestores p?blicos, en especial el poder municipal, ha sido marcado por una gran lenidad y que es evocada a partir de sus estructuras gerenciales claramente tecnocr?ticas y patrimonialistas. La competencia jur?dica sobre el licenciamiento de actividades con riesgo de contaminaci?n, alzada nacional y estadual en Brasil y en otros pa?ses estudiados, con perspectiva sectorial y disciplinaria, en la cual la industria es siempre vista como factor positivo, no alcanza el problema como fen?meno territorializado, con implicaciones en el uso actual y futuro de las localidades. El estudio en cuesti?n propone nuevas directrices para el tratamiento de ?reas contaminadas, con destaque a la integraci?n gerencial de los niveles de gobierno, el acceso a la informaci?n y acompa?amiento de la sociedad. Se elaboraron a partir del an?lisis de diversas ocurrencias de contaminaci?n, observ?ndose las causas, efectos, agentes y, principalmente, la postura adoptada por los gestores p?blicos, en particular los municipales, pues son los responsables directos por la regulaci?n del territorio, a trav?s de la legislaci?n de uso y ocupaci?n del suelo en el espacio municipal.
A quest?o das ?reas contaminadas representa um problema que tem aumentado nas ultimas d?cadas. A identifica??o de in?meras contamina??es ? antigas e recentes - no solo e meio h?drico tem afetado a popula??o, ocasionado in?meros problemas de sa?de, e ao meio ambiente, com o comprometimento da flora e a fauna. Al?m disso, atividades econ?micas, executadas tanto no espa?o urbano e rural, tem sido prejudicadas pela justaposi??o dos meios de produ??o industrial que geram diversos tipos de contamina??es. As a??es executadas pelos gestores p?blicos, n?o tem acompanhado a amplitude e a expans?o dos casos j? detectados. Geralmente o papel exercido pelos gestores p?blicos, em especial o poder municipal, tem sido marcado por uma grande leni?ncia e que ? evocada a partir de suas estruturas gerenciais claramente tecnocr?ticas e patrimonialistas. A compet?ncia jur?dica sobre o licenciamento de atividades com risco de contamina??o, al?ada nacional e estadual no Brasil e em outros pa?ses estudados, com perspectiva setorial e disciplinar, na qual a ind?stria ? sempre vista como fator positivo, n?o alcan?a o problema enquanto fen?meno territorializado, com implica??es no uso atual e futuro das localidades. O estudo em quest?o prop?e novas diretrizes para o tratamento de ?reas contaminadas, com destaque ? integra??o gerencial dos n?veis de governo, o acesso ? informa??o e acompanhamento da sociedade. Foram elaboradas a partir da an?lise de diversas ocorr?ncias de contamina??o, observando-se as causas, efeitos, agentes e, principalmente, a postura adotada pelos gestores p?blicos, em particular os municipais, pois s?o os respons?veis diretos pela regula??o do territ?rio, atrav?s da legisla??o de uso e ocupa??o do solo no espa?o municipal.

El sòl és un recurs no renovable a curt i mitjà termini ja que els processos que generen un sòl són extremadament lents i requereixen de milers d’anys. A més a més, no és un sistema aïllat, sinó que presenta interaccions dinàmiques amb la geosfera, l’atmosfera i la hidrosfera, per la qual cosa està exposat a l’entrada de contaminants a través de moltes fonts de contaminació. L’origen dels metalls pesants en els sòls, que pot ser geogènic i antropogènic, marca el nivell de concentració, la forma química i la mobilitat a la qual es troben. La contaminació per metalls pesants en sòls presenta un problema a causa de la seva persistència en el medi, ja que no es degraden. Per tant, la seva presència en sòls s’ha anat incrementant des dels inicis de la revolució industrial. Els metalls pesants més comuns en el sòl són el Pb, Zn, Cd i Cu, i l’As com a metal•loide, i la forma química en la que es troben influencia la seva solubilitat, mobilitat i toxicitat en els compartiments ambientals i a la cadena tròfica. La consideració d’un sòl com a contaminat comporta desenvolupar i aplicar actuacions de recuperació ambiental de l’emplaçament. En nombrosos casos, les intervencions per tractar la contaminació de sòls per metalls pesants es basen en l’addició de materials, el que permet augmentar la retenció dels contaminants i diluir la concentració dels mateixos en les mescles sòl+material resultants, amb la finalitat de fer menys accessible el metall pesant a les plantes i evitar la possible contaminació a altres compartiments ambientals i a la cadena tròfica. En base a aquesta problemàtica, la present tesi s’ha estructurat de la següent manera: Primerament, es va fer una comparació de mètodes analítics, prèvia validació, per a la determinació del contingut total d’elements en mostres inorgàniques d’interès ambiental entre diferents tècniques d’anàlisi directa (FRX i µFRX), i mètodes basats en una digestió humida (Aigua Règia i microones) seguida d’una quantificació amb ICP­OES i ICP-MS (detallat en la secció 2.1). Sent la digestió amb microones, combinada amb la mesura per una tècnica òptica adient, el millor mètode per a la determinació, tant d’elements majoritaris com traces, en matrius ambientals inorgàniques. També es van avaluar els tests de lixiviació per a predir la mobilitat de metalls pesants en mostres ambientals emprant tests basats en extraccions simples fent servir diferents agents extractants, tals com 0,01 M i 1M CaCl2, 0,43 M CH3COOH i 0,05 M EDTA i el test de lixiviació Influència del pH sobre la lixiviació amb addició inicial d’àcid/base (pHstat) (detallat en la secció 2.2). Tot i que la fracció extraïble dels metalls amb EDTA va ser major que la obtinguda en el punt de pHstat equivalent, comparant aquest valor amb el punt de pH més àcid del pHstat, es va observar que aquest últim era el que donava la lixiviació màxima dels metalls i per tant, permet estimar la fracció mòbil màxima de metall a llarg termini. Finalment es va establir una metodologia de laboratori per a la selecció de materials per la immobilització de metalls pesants en sòls contaminats (detallat en la secció 2.3). Sent els materials amb una elevada capacitat de neutralització àcida i/o capacitat de sorció específica els més prometedors els més adients en ésser addicionats per a la remediació de sòls contaminats amb metalls pesants. Aquesta metodologia es va aplicar per avaluar l’eficiència de l’addició dels materials en un estudi a escala de planta pilot (detallat en la secció 2.4), on es van corroborar els resultats obtinguts prèviament a escala de laboratori.
Metal pollution in soils requires intervention actions to attenuate its impact. In-situ remediation of contaminated soils is recently receiving increasing attention since it is a more feasible and economically affordable approach than ex-situ strategies, especially when facing a large amount of soil to be remediated. In this context, the addition of materials, including non-hazardous wastes to contaminated soils may be a suitable remediation strategy due to a double mechanism: decrease in pollutant mobility and dilution of pollutant concentration (if large material doses are used). Candidate materials must ensure an increase in the pollutant-soil interaction by increasing the pollutant sorption in the resulting mixture and/or by modifying soil properties governing the leaching and related transport of the pollutants into groundwaters and trophic chain. Moreover, another indirect benefit from this remediation strategy is that it may allow the reuse of non-hazardous wastes generated by industrial processes. In order to give response on this lack of research, the thesis has been divided in the following parts: Firstly, it has done a comparison of analytical methods, previously validated, to determine the total content of elements in inorganic samples of methods that directly analyze samples without digestion (XRF and µXRF) and methods based on a previous wet digestion (Aqua Regia and Microwaves) followed by quantification with ICP-OES and ICP-MS (detailed in section 2.1). The microwave digestion was the best method to determine the total content of major and trace elements in inorganic environmental matrices. Also, it has done an evaluation of lixiviation tests to predict the mobility of heavy metals in environmental samples using simple extraction, 0,01 M and 1M CaCl2, 0,43 M CH3COOH and 0,05 M EDTA and the lixiviation test Influence of pH on leaching with initial acid/base addition (pHstat) (detailed in section 2.2). The EDTA extraction yield of metals was higher than pHstat, at the same pH, but if we compare with the most acidic pH of pHstat, we observed that the metal lixiviation was maxim, so the pHstat can estimate the maximum mobile fraction of the metal in a long period. Finally, it has done the establishment of the laboratory methodology to select the materials to immobilize the heavy metals in contaminated soils (detailed in section 2.3). The best candidates were those with a high acid neutralization capacity and/or specific sorption capacity. This methodology was applied in order to evaluate the efficiency of the materials in a pilot plant study (detailed in section 2.4). The results obtained in a pilot plant corroborated the results obtained in a laboratory scale.

In this thesis we have addressed three different although related topics. First, we studied the post-mortem mutation damage rate of contaminated DNA sequences in ancient human remains focusing on the development of strategies to avoid pre-laboratory derived contaminations. We proposed a guideline to control them consisting in typing every single person involved on the manipulation of the remains, especially when they have not been excavated and washed under controlled conditions. Second, we successfully develop a non-invasive technique to sequence ancient remains but preserving it from the destruction. And third, we sequenced ancient human remains from different evolutionary times (from Paleolithic to post-Neolithic) to make inferences about the peopling of Western Europe focusing mainly in the Iberia peninsula. We found that there is a long term genetic continuity at least since the Neolithic. The only clear genetic discontinuity found is that involving two different human species, H. sapiens and H. neanderthalensis.
En la presente tesis hemos tratado tres temas diferentes aunque muy relacionados. Primero, hemos estudiado la tasa de mutación post-mortem de secuencias de ADN contaminante en restos humanos antiguos centrándonos en el desarrollo de estrategias para evitar que las muestras se contaminen antes de llegar al laboratorio. Proponemos una guía que consiste en el tipado genético de cada persona implicada en la manipulación de los restos, especialmente cuando estos han sido excavados y lavados bajo condiciones no controladas. Segundo, hemos desarrollado una técnica no invasiva para secuenciar DNA de restos humanos antiguos pero sin destruirlos. Y por ultimo, hemos secuenciado restos humanos antiguos pertenecientes a diferentes periodos evolutivos (desde el Paleolitico hasta el post-Neolitico) que nos han permitido hacer inferencias sobre el poblamiento Europeo centrándonos básicamente en la Península Ibérica. Hemos encontrado que ha habido una continuidad genética desde el Neolítico. La única clara discontinuidad genética encontrada es entre dos especies distintas: H. Sapiens y H.neanderthalensis.

2009/2010
Questa tesi mira a fornire, attraverso dati di monitoraggio sul campo ed esperimenti effettuati in condizioni controllate, elementi per valutare se alcuni gasteropodi terrestri possano essere utilizzati come indicatori per la contaminazione da metalli pesanti ed idrocarburi policiclici aromatici del suolo e dell'aria con particolare riferimento a tipologie di contaminazione ambientale presenti nella Provincia di Trieste. La letteratura scientifica ha già evidenziato l’applicabilità di questo approccio in alcune situazioni ambientali, ma non risultano disponibili studi approfonditi sulle modalità di bioaccumulo e sulle diverse tipologie di contaminazione in prossimità di industrie siderurgiche e siti contaminati costieri. Nel presente lavoro, è stata studiata la contaminazione di suoli superficiali e le ricadute di emissioni atmosferiche al suolo con i gasteropodi terrestri polmonati delle specie Cornu aspersus (O.F.Muller, 1774) ed Eobania vermiculata (O.F.Muller, 1774). In particolare, è stato affrontato lo studio della specie Eobania vermiculata in qualità di bioaccumulatore di metalli e idrocarburi policiclici aromatici per la prima volta, non essendoci della letteratura a riguardo. Inizialmente si sono svolte le seguenti indagini: 1. valutazione delle specie di chiocciole presenti in regione Friuli Venezia Giulia (dalle Alpi orientali all’Adriatico settentrionale) per capire quale specie fosse adatta a questa ricerca. E' stata riorganizzata e sistemata la collezione di molluschi terrestri del Museo Civico di Scienze Naturali di Trieste. Il lavoro ha comportato la sistemazione e ricollocazione di 1500 specie di chiocciole nell'archivio malacologico del Museo; la creazione di un data base dal quale si sono individuate le chiocciole presenti sul territorio regionale meglio rappresentate nella collezione; 2. indagini bibliografiche sull'attitudine dei gasteropodi terrestri ad accumulare metalli pesanti ed idrocarburi policiclici aromatici a seguito di contatto cutaneo col suolo, ingestione della vegetazione o del suolo, dell’acqua ed inalazione dell’aria. Inoltre, sono sufficientemente stanziali per poter fornire delle informazioni sulla contaminazione di un'area. 3. determinazione delle specie presenti nel sito contaminato oggetto di studio. Dopo queste considerazioni la ricerca è proseguita con la messa a punto di una procedura per la determinazione dei metalli e degli IPA tramite ICP ottico e Gas Cromatografia accoppiata a Spettrometria di Massa e per verificare la significatività del quantitativo di contaminanti bioaccumulati. A tale scopo sono state raccolte chiocciole autoctone della specie Cornu aspersus in due siti di studio. E’ stata scelta la specie Cornu aspersus anche a fronte delle precedenti valutazioni. La prima area considerata è un sito costiero, noto come “Acquario”, ubicato nel Comune di Muggia (Trieste) e costituito da un imbonimento con terre da scavo, in cui è stata identificata una contaminazione da metalli e idrocarburi policiclici aromatici; da metà degli anni novanta del secolo scorso fino all’autunno 2010, è stato sostanzialmente abbandonato ed esposto ad un’azione di weathering significativa. Il secondo sito, si trova a Trieste, in prossimità di un impianto siderurgico, la Ferriera di Servola, che è stata riscontrata come fonte emissiva di idrocarburi policiclici aromatici, metalli pesanti e altri inquinanti. E' stata eseguita una caratterizzazione del suolo superficiale (0-0,20 m ) per verificare le concentrazioni di metalli pesanti e degli idrocarburi policiclici aromatici. Le concentrazioni rilevate di piombo, zinco, manganese e nichel nei due siti sono superiori secondo il livello di screening ecologico indicati dall’agenzia per l’ambiente americana (US-EPA, 2005). Le concentrazioni di questi metalli sono tali per cui l'US-EPA afferma la possibilità di un effetto tossico per gli invertebrati del suolo. Nel sito Acquario, l'analisi del suolo superficiale ha evidenziato una contaminazione di IPA in base alle concentrazioni soglia di contaminazione per lo scenario residenziale del D.Lgs 152/2006. I livelli di screening ecologici per gli invertebrati dell’US-EPA non si riferiscono ai congeneri pesanti degli IPA, dal benzo[a]antracene al benzo[ghi]perilene, ma solo in riferimento ai mammiferi e all’avifauna. Per quanto riguarda la tossicità per gli invertebrati del suolo, l'EPA riporta il valore del pirene, la cui concentrazione rilevata nel sito Acquario si avvicina al limite proposto dall'agenzia. Le chiocciole autoctone, della specie Cornu aspersus, nel sito Acquario hanno evidenziato una concentrazione maggiore a carico dell’epatopancreas per i metalli Cd, Pb e Zn, mentre il Cu, che ha anche funzioni fisiologiche, presenta valori relativamente elevati nel piede. Invece, dall'analisi degli IPA è emerso che nelle chiocciole campionate presso la Ferriera prevalgono gli IPA a medio-basso peso molecolare, come naftalene, acenaftene e tra i congeneri più pesanti spicca il benzo[g,h,i]perilene. Nell’indagine condotta sulle chiocciole del sito Acquario, invece, si sono trovate concentrazioni anomale di un congenere ad alto peso molecolare, il dibenzo[a,h]antracene. Questa differenza è stata spiegata in quanto a Servola è presente una significativa fonte attiva di IPA, la cokeria. Le emissioni in atmosfera delle attività siderurgiche oltre che impattare sulla qualità dell’aria ambiente possono avere effetti su suoli ed acque a causa delle ricadute di polveri contenenti metalli pesanti e idrocarburi. Nelle emissioni, in genere, si rileva una maggior abbondanza dei policiclici più leggeri. Nel sito Acquario la contaminazione è dovuta all’interramento di terreno in parte contaminato, in cui gli inquinanti, gli IPA in particolare, possono subire processi di attenuazione e degradazione naturale ad opera di microorganismi che degradano e rimuovono prevalentemente gli IPA più leggeri, mantenendo inalterati quelli più pesanti, come ad esempio il dibenzo[a,h]antracene. La ricerca è proseguita con degli esperimenti di esposizione di chiocciole di allevamento, presupposte "pulite" allo scopo di capire la ripartizione dei contaminanti nella chiocciola (epatopancreas, piede e corpo) e i tempi di accumulo. Nel sito Acquario e in prossimità della Ferriera di Servola è stato costruito un recinto in plastica, in cui sono state rilasciate le chiocciole della specie Cornu aspersus. L'obiettivo è stato quello di valutare l'uptake dei contaminati per ingestione della vegetazione e contatto cutaneo col suolo. E' stata studiata anche un'altra specie, Eobania vermiculata, per valutare la capacità di accumulo e poterla utilizzare in sostituzione a Cornu aspersus, di cui la raccolta in ambiente naturale è regolamentata dalla legge regionale n.16 del 5 dicembre 2008. Dopo un periodo di esposizione di 60 giorni si è osservata una grande variabilità fra le repliche indipendenti dei campioni di chiocciole, indicando una notevole eterogeneità nell’assunzione degli inquinanti. L'analisi statistica dei dati ha però permesso di individuare delle differenze significative nell'accumulo dei metalli pesanti e degli IPA tra epatopancreas, piede e corpo. E' stato osservato che la chiocciola Cornu aspersus rispetto ad Eobania vermiculata è in grado di concentrare un quantitativo maggiore di Zn, Ni, Fe e Mn nell'epatopancreas. Mentre le due specie non presentano una differenza significativa nell’accumulo di Cd e Pb. Questo fa presupporre che sia Cornu che Eobania abbiano modalità molto simile di accumulo e di uptake dei metalli all’interno del proprio corpo. Infatti, entrambe si possono definire degli organismi macroconcentratori (BAF >2) per Cd, Cu e B e deconcentratori (BAF<1) verso gli altri metalli analizzati, Pb, Zn, Mn, Fe, Al, Cr e B. Inoltre, la specie Eobania vermiculata è stata esposta sia nel sito Acquario che a Servola; in quest’ultimo sito, ha evidenziato un accumulo maggiore di Cd e Pb a prova di una concentrazione non trascurabile e biodisponibile presente nel suolo e nella vegetazione. Si è visto anche dall'analisi delle feci che questa specie ha anche una buona capacità di eliminare il Pb. E’ stato osservato anche che, i metalli fisiologici boro, ferro, manganese e alluminio, come il rame, sono per lo più presenti nel muscolo pedale o nel corpo delle chiocciole. Per quel che riguarda gli IPA, nel sito Acquario ne è stata determinata la concentrazione in pool di esemplari di Cornu aspersus esposte. E’ stato difficile verificare un effettivo accumulo in quanto le chiocciole fornite dall'allevamento presentavano valori di alcuni IPA superiori rispetto a quelli che si sono registrati a seguito della sperimentazione. In particolare, si è verificato accumulo significativo del pirene nell'epatopancreas. Si è quindi, verificato che i congeneri di medio–basso peso molecolare (3 e 4 anelli) sono presenti nell’intera chiocciola, mentre quelli con peso molecolare maggiore (5-6 anelli) si concentrano quasi esclusivamente nell’epatopancreas. Successivamente si è effettuato uno studio per valutare il bioaccumulo di inquinanti aereodispersi mediante un esperimento di esposizione controllata in prossimità della cokeria dell’impianto siderurgico della Ferriera di Servola. In studi precedenti, ARPA (2005), Falomo (2009) e Di Monte (2009) è stato appurato che la qualità dell’aria in prossimità dell’impianto è alterata da emissioni di IPA e di polveri con evidenza di deposizioni al suolo. Le chiocciole della specie Eobania vermiculata sono state esposte in due tipologie di gabbie, escludendo il contatto col suolo, per monitorare l’assunzione dei metalli e degli IPA. Sono state utilizzate piccole gabbie con le pareti aperte che permettono un ricircolo dell’aria e la deposizione delle polveri di granulometria medio-grossolana, costituenti la cosiddetta frazione sedimentabile del particolato totale sospeso (PTS) e gabbie con pareti chiuse che riducono la deposizione del particolato atmosferico. Inoltre, è stato utilizzato un campionatore passivo del PMx e un campionatore passivo (“quadrello”) per il campionamento degli IPA aerodispersi. Dall’analisi delle chiocciole si è constatato che è stato maggiore l’apporto dei metalli Cd, Pb, Zn, Cr, Ni, Mn, B assunti a causa della deposizione delle polveri all’interno delle gabbie aperte in prossimità della Ferriera è stato maggiore di quello nel sito di controllo presso l’Università di Trieste. L’analisi degli IPA nei quadrelli ha appurato che le concentrazioni a Servola sono maggiori di quelle del sito di controllo e i valori elevati del fattore arricchimento indicano che i fenomeni di deposizione delle polveri avvengono in maniera non trascurabile. Nelle chiocciole esposte a Servola, si è constatato un accumulo significativo di fluorene, fenantrene, antracene e in particolare del benzo[e]pirene. Tuttavia, la concentrazione degli IPA anche nelle chiocciole poste nel sito di controllo è comunque non trascurabile e ciò riconduce ad un inquinamento di tipo urbano diffuso (riscaldamento, traffico veicolare, etc…). In considerazione del maggior accumulo degli idrocarburi policiclici aromatici più leggeri e volatili, si è approfondita la valutazione dei possibili effetti biologici dell’inalazione mediante lo studio del tessuto olfattivo nelle chiocciole della specie Eobania vermiculata, impiegata nell’esperimento precedente. Lo studio del tessuto olfattivo è particolarmente importante per conoscere e capire quello dei mammiferi in quanto possiede molte somiglianze e può spiegare come un inquinante può agire nell’uomo (Chase, 1986). Mediante colorazione tricromica si è appurato che le chiocciole esposte a Servola presentavano un notevole ispessimento dello strato muciparo e del tessuto olfattivo rispetto agli esemplari del sito di controllo presso l’Università. Questo ha confermato quanto osservato da Lemaire e Chase (1998) che affermarono che le sostanze aerodisperse molto irritanti provocano un ingrossamento del tessuto epiteliale e una maggior produzione di muco. Nella seconda parte della tesi si è approfondito lo studio dell'accumulo degli IPA mediante uptake per ingestione e contatto cutaneo del suolo, in condizioni controllate in laboratorio, impiegando chiocciole Cornu aspersus. Non risultando operativamente semplice contaminare suoli con policiclici aromatici in maniera sicura e controllata, grazie alla collaborazione con il Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali dell’Università di Udine, si è valutato il bioaccumulo di IPA in suoli trattati con biochar, carbonella vegetale, che può apportare composti policiclici, per una concentrazione pari a 100t/ha, compatibile con quella che alcuni agronomi propongono l’incorporazione nei suoli per aumentare la sostanza organica e quindi far sì che il biochar funzioni come sequestratore di CO2 (Steinbeis et al., 2009). Recenti studi indicano come vi sia un bioaccumulo di IPA in anellidi esposti a terreno trattato con biochar, per cui si è valutata la significatività dell’esposizione per contatto anche nel caso di molluschi terrestri. Lo studio degli IPA si è focalizzato sui congeneri acenaftene, fluorene, fenantrene, antracene, fluorantene e pirene, in quanto le concentrazioni degli IPA più pesanti misurate nelle chiocciole e nei suoli si sono sempre mostrate inferiori ai limiti di rilevabilità analitici e alle concentrazioni soglia di contaminazione per scenari residenziali normati per i suoli dal D.Lgs 152 del 2006. E’ stato appurato che nel suolo trattato con biochar, la concentrazione degli IPA è rimasta stabile nel’arco della sperimentazione, a differenza del suolo di controllo che per quanto sia un suolo artificiale, costituito in parte da torba, privo di una fauna microbica naturale ha presentato fenomeni di attenuazione della contaminazione da IPA nel tempo. Il biochar infatti è un materiale relativamente stabile, poroso e potenzialmente un buon adsorbente per contaminanti organici nei suoli. Si è visto che l’accumulo nelle chiocciole è avvenuto a carico del resto del corpo le cui concentrazioni degli IPA aumentano man mano che aumenta il periodo di esposizione. Questo indica che gli IPA leggeri, presenti anche nel suolo artificiale di controllo (torba, caolino e sabbia) siano biodisponibili per i gasteropodi e vengono assorbiti per contatto cutaneo, mentre quelli pesanti, qualora presenti, rimangono adsorbiti sulla tipologia di biochar considerata e non contaminano significativamente il biota. Quindi, si ha evidenza che in condizioni di laboratorio, una concentrazione proposta da Steinbeis (2009), ovvero di 100t/ha, per l’incorporazione nei suoli superficiali di biochar/carbonella vegetale finemente suddivisa, non rappresenta un rischio di contaminazione da idrocarburi policiclici pesanti per le chiocciole della specie Cornu aspersus. In conclusione, si è visto che l’impiego di gasteropodi terrestri, arricchisce la base informativa su cui fondare valutazioni sul destino dei contaminanti e sulle interazioni tra contaminanti e biota, fornendo un utile complemento a metodi di valutazione ambientale più consolidati. Infatti, nel lavoro di tesi si è evidenziato come l’impiego di molluschi terrestri consenta di valutare il trasferimento di inquinanti quali metalli ed IPA da suoli ed aria ambiente ad organismi invertebrati, in siti della Provincia di Trieste in cui è stata riportata la presenza di contaminanti. Si è avuta conferma che, in termini generali, l’epatopancreas è l’organo in cui si ritrovano le massime concentrazioni di contaminanti e si desume che l’uptake dei metalli avvenga per ingestione della vegetazione e/o del suolo. E’ stato appurato mediante degli esperimenti di esposizione di esemplari non contaminati di Cornu aspersus che questa specie è in grado di accumulare nei propri tessuti il piombo e il cadmio in quantità maggiori alla specie Eobania vermiculata. Si è anche verificato che l’assunzione dei contaminanti può avvenire per inalazione di particolato aereodisperso in tempi relativamente brevi considerando la capacità respiratoria delle chiocciole. In particolare, l’esposizione all’aria in condizioni controllate è stata utile per verificare il bioaccumulo di alcuni IPA, in quanto nelle chiocciole si è rilevata la presenza di benzo[e]pirene, isomero relativamente più stabile del benzo[a]pirene, in prossimità dell’impianto siderurgico della Ferriera di Servola. Infine, con l’esperimento di esposizione al biochar si è potuto constatare che gli IPA leggeri vengono anche assunti in modo non trascurabile per contatto cutaneo col suolo e quindi non solo per ingestione.
XXII Ciclo
1980

La contaminación de suelos con derivados del petróleo es un problema a nivel mundial, especialmente en los países productores y exportadores de crudo, teniendo consecuencias muy perjudiciales para el medio ambiente y la salud humana. Una de las mejores alternativas de remediación de suelos es la aplicación de métodos biológicos, como la biorremediación, por tratarse de una tecnología amigable con el medio ambiente y por sus menores costos en comparación con técnicas físicas y químicas. La presente Tesis Doctoral tiene como objetivo estudiar las poblaciones y los procesos microbianos implicados en la biodegradación ambiental de hidrocarburos en suelos contaminados con mezclas petrogénicas sometidas a biorremediación, especialmente sobre aquellos relacionados con los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) y sus derivados metilados. Para ello, se ha utilizado como modelo el suelo procedente de un emplazamiento contaminado con gasoil y aceites hidráulicos pesados de la comunidad de Madrid sometido a biorremediación mediante tratamiento en biopilas aerobias estáticas on site. De esta forma, se ha analizado el destino de los HAPs, mediante su cuantificación y la detección de posibles productos de su oxidación parcial por GC-MS, y los cambios en la estructura de las comunidades bacterianas implicadas a lo largo del tratamiento, mediante la utilización de técnicas dependientes de cultivo y de ecología microbiana molecular, como la pirosecuenciación de librerías de ADNr 16S. Por otro lado, en incubaciones de este suelo a nivel de laboratorio, se han analizado, a nivel filogenético y funcional, las poblaciones implicadas en la degradación de las distintas fracciones de hidrocarburos del crudo de petróleo, y las posibles interacciones entre ellas. Para ello, se han establecido microcosmos en los que la microbiota nativa del suelo se ha expuesto a la presencia de fracción alifática (F1), fracción aromática (F3) y ambas en conjunto (F1F3). Se ha correlacionado el grado de degradación de alcanos, HAPs y, especialmente, de sus distintas familias de derivados metilados, con los cambios observados en la estructura (PCR-DGGE y pirosecuenciación del ADNr 16S) y la función (detección de genes funcionales y microarrays) de las comunidades bacterianas implicadas en su degradación a lo largo del tiempo. Los resultados obtenidos ofrecen una idea del comportamiento de las comunidades bacterianas ante la degradación de las distintas fracciones del petróleo, mostrando el efecto sinérgico de la presencia de alcanos sobre la degradación de HAPs, que no puede atribuirse únicamente al incremento de la biodisponibilidad. Al contrario, sería el resultado de la suma de distintos factores: el crecimiento inespecífico de poblaciones degradadoras a partir de subproductos de la degradación de los alcanos, el crecimiento específico de poblaciones degradadoras de alcanos y HAPs, y posibles fenómenos de cometabolismo de las poblaciones degradadoras de alcanos sobre los alquil-HAPs.
Soil contamination with crude oil derivatives is a worldwide problem, especially for oil producing and exporting countries, having very adverse consequences for the environment and human health. Bioremediation, consisting in the exploitation of the natural microbial biodegradation processes, is a cost effective and environmentally friendly alternative to traditional physical and chemical techniques for the restoration of polluted soils. This Thesis aims to study the microbial populations and processes involved in the biodegradation of hydrocarbons, especially polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and their alkyl-derivatives, in oil-polluted soils. For this purpose, we analyzed a real industrial soil polluted with oil derivatives, diesel and heavy hydraulic oils, from a site in the Community of Madrid that was submitted to on site bioremediation through large scale aerobic biopiles. We have analyzed the fate of PAHs, by determining their concentration and the formation of oxidation products (GC-MS), and followed the changes in bacterial community structure throughout the treatment, by using culture-dependent and molecular microbial ecology techniques, such as 16S rDNA barcoded pyrosequencing. In a second phase, soil microcosms were set up at the laboratory to investigate the bacterial populations involved in the degradation of the aliphatic and the PAH fractions from a crude oil, and the possible interactions between them. The results permitted to correlate degradation of alkanes, and of different PAHs families with changes in the community structure from a phylogenetic (PCR-DGGE and 16S rDNA pyrosequencing) and functional (detection of functional genes and microarrays) point of view. The results showed that the presence of alkanes has a synergistic effect in the degradation of PAHs, accelerating their degradation rates and increasing the extension of degradation at the end. This effect could not be attributed solely to an increase in bioavailability, but would be the result of the sum of several factors including the unspecific growth of PAH-degrading populations on the extra carbon provided though alkane degradation byproducts, the growth of specific populations able to degrade both alkanes and PAHs, and possible cometabolic actions of alkane-degrading populations on alkyl-PAHs.

El objetivo general de la presente tesis fue la evaluación de la adición de enmiendas de origen orgánico para la inmovilización de metales pesados en suelos contaminados. Se caracterizaron ocho materiales: un compost generado a partir de residuos orgánicos municipales (MOW), un compost de origen doméstico (DOM), un material compostado producido con residuos sólidos urbanos (MSW), un material compuesto por residuos vegetales (GW), dos materiales derivados de la industria del aceite de oliva (OWH y OP) y dos biochars (BF y BS). Se determinaron propiedades relevantes para la disponibilidad de los metales pesados en suelos, como el pH, capacidad de neutralización ácida (ANC), contenido de materia orgánica en la fase sólida y en solución, etc. Además del análisis estructural (FTIR y 13C-NMR), se evaluó su capacidad de sorción de metales pesados (Cd, Cu, Ni, Pb y Zn), mediante la determinación del coeficiente de distribución sólido-líquido (Kd) a concentraciones crecientes de metal, y posterior ajuste de las isotermas de sorción a modelos de Freundlich y lineal. A partir de los resultados en cuanto a ANC, pH y capacidad de sorción, se seleccionaron MOW, GW, BF y BS como los materiales más idóneos para la inmovilización de metales pesados en suelos contaminados. Se evaluó la viabilidad del modelo NICA-Donnan para predecir las isotermas de sorción de algunos materiales orgánicos y de un suelo orgánico. Utilizando los parámetros de sorción genéricos, se observó que las isotermas de sorción predichas por el modelo para los materiales discreparon de los datos experimentales, con alguna excepción para el caso de Cu. Esta discrepancia fue atribuida a la baja concentración y al bajo grado de estabilización de las sustancias húmicas presentes los materiales. En cambio, las isotermas predichas para el suelo orgánico coincidieron con los datos experimentales, especialmente para Cd, Cu y Zn. El proceso de optimización para el suelo orgánico permitió obtener isotermas que se ajustaron de forma excelente con los datos experimentales y demostró que algunos parámetros variaron hasta dos órdenes de magnitud respecto a los valores genéricos iniciales. Los cuatro materiales seleccionados en la primera fase de la tesis fueron utilizados para enmendar cinco suelos contaminados de características contrastantes en cuanto a pH, ANC, carbono orgánico disuelto (DOC) y contenido total y extraíble de los metales. Se realizaron ensayos de lixiviación de metales en un amplio intervalo de pH. En paralelo, las mezclas también fueron caracterizadas en cuanto a pH, ANC y DOC. Las reducciones más importantes de metal extraíble se observaron en aquellos suelos con menor pH y ANC inicial, enmendados con materiales de elevada ANC y pH. En algunos casos, se observó el posible rol adicional del aumento de la capacidad de sorción sobre la disminución de la lixiviación producto de la adición de enmiendas. Finalmente, se evaluó la estabilidad de las enmiendas una vez adicionadas a los suelos contaminados. Se prepararon mezclas con tres suelos contaminados y tres enmiendas. Las muestras se sometieron a ciclos de secado y mojado sucesivos para acelerar el envejecimiento. Durante el tiempo de envejecimiento se determinaron las propiedades fisicoquímicas relevantes de las muestras, tales como pH, ANC, DOC y capacidad de sorción. El proceso de envejecimiento no comportó cambios significativos en ninguna de las propiedades clave de la interacción suelo/enmienda-metal. El mayor efecto en la inmovilización de metales se produjo inmediatamente después de la adición de las enmiendas y se mantuvo hasta el final de experimento. De este modo, el efecto de las enmiendas sobre las propiedades fisicoquímicas y la lixiviación de metales en los suelos fue persistente en el tiempo.
The aim of this work was the evaluation of the addition of organic wastes and biochars for the immobilisation of heavy metals in contaminated soils. Eight materials were tested: a compost derived from organic waste (MOW), a compost derived from food leftovers (DOM), a compost derived from municipal solid waste (MSW), a green waste material (GW), two biochars (BF and BS) and two by-products from the olive oil industry (OP and OWH). Key physicochemical properties for the immobilisation of heavy metals were evaluated, such as pH, ANC, TOC and DOC. The sorption capacity of metals (Cd, Cu, Ni, Pb and Zn) was evaluated by means of the determination of the solid-liquid distribution coefficient (Kd). The obtained isotherms were fitted to Freundlich and linear models. From pH, ANC and sorption capacity results, MOW, GW, BF and BS were selected as the best materials for the immobilisation of heavy metals in contaminated soils. The viability of NICA-Donnan model for the prediction of sorption isotherms for some of the tested materials and an organic soil was evaluated. Sorption isotherms calculated from the generic parameter set of the model were in disagreement with respect to materials. This disagreement was related to the low organic matter content and low stabilization of organic matter in the materials. On the other hand, predicted isotherms for the organic soil were in agreement with experimental data, especially for Cd, Cu and Zn. Parameter optimisation for the organic soil resulted in sorption isotherms that accurately fitted to experiment, with some parameters that differed up to two orders of magnitude from generic parameters. Four materials were employed to amend five contaminated soils with differing physicochemical properties in terms of pH, ANC, DOC, total and water soluble metal content. Leaching experiments were performed on the mixtures in a broad pH range. Samples were also characterized with respect to pH, ANC and DOC. Most important reductions in metal leaching were observed in soils with low pH and ANC amended with materials with high pH and ANC. In some cases, the effect of sorption capacity on the reduction of metal leaching was also observed. Finally, the stability of amendments was evaluated in soil+amendment mixtures by means of drying-wetting cycles to accelerate aging. Relevant physicochemical properties remained constant until the end of the experiment. The largest effect on metal immobilization was observed immediately after amendment addition, while the effect of aging was minor. In this way, tested amendments have proven to be stable during aging period.

La bioremediació és una tecnologia sostenible que ha emergit en les últimes dècades com a alternativa rendible per a la descontaminació d’aqüífers amb dissolvents clorats, en comparació amb les tècniques fisicoquímiques més convencionals. Aquest tractament biològic de la contaminació utilitza el metabolisme dels bacteris per degradar els contaminants i detoxificar les aigües subterrànies. Però, tot i que aquests mecanismes s’han investigat àmpliament, l’exitosa implementació al camp és encara limitada. Per aquest motiu, aquesta tesi ha tingut com a objectiu aprofundir el coneixement sobre els processos de biodegradació anaeròbia de dissolvents clorats in-situ, per tal de millorar futures estratègies de bioremediació aplicades a emplaçaments contaminats. Per fer-ho, s’han investigat tres llocs diferents, contaminats per famílies de dissolvents clorats diferents i que representen escenaris de complexitat creixent, a través d’un conjunt de tècniques que aporten informació sobre la viabilitat dels tractaments de bioremediació en aqüífers contaminats. Aquesta diagnosi s’ha desenvolupat mitjançant una metodologia multidisciplinària que inclou: i) anàlisi de la hidroquímica de l’aqüífer, ii) aplicació de tècniques moleculars, iii) establiment de microcosmos anòxics emulant les estratègies d'atenuació natural monitoritzada, bioestimulació i bioaugmentació, i iv) anàlisi dels isòtops estables dels compostos d’interès. Al primer emplaçament (Site 1), contaminat per tetracloroetilè (PCE), els resultats van evidenciar que la biodegradació del PCE era viable. Tot i això, l’acumulació d’intermediaris tòxics que es produïa en condicions naturals només es podia evitar amb l’addició d’estimulants que promouen aquest tipus de reaccions. Així doncs, la millor estratègia per a la decloració del PCE implicava l’ús de lactat com a estimulant. A continuació, es va dur a terme una prova pilot in-situ que va consistir en una sola injecció de lactat en un pou de seguiment. Els resultats van demostrar que la injecció d’estimulant va replicar el mateix procés observat al laboratori. Donat l’èxit de la prova pilot in-situ, es va implementar la bioremediació a escala emplaçament i, després d’un any de tractament, es va confirmar que la decloració del PCE s’estava produint sense una acumulació significativa d’intermediaris. Per acabar, dos emplaçaments complexos (Site 2 i Site 3) que estaven contaminats per cloroform (CF), diclormetà (DCM), tricloroetilè (TCE) i monoclorobenzè (MCB) van ser investigats amb l’objectiu de trobar indicis de biodegradació i detectar possibles contratemps que podrien sorgir en una futura aplicació al camp. Addicionalment, es va dur a terme la caracterització isotòpica de diversos dissolvents clorats purs, i de la reacció de fermentació del DCM per un cultiu amb Dehalobacterium, per obtenir informació valuosa que recolzi la interpretació dels resultats derivats d’emplaçaments contaminats. Al Site 2, els resultats van mostrar la degradació completa del CF, DCM i del TCE, i la acumulació del MCB. Al Site 3, però, es va observar que la degradació era lenta, ineficient i estava fortament inhibida. Donada la resistència a la degradació del MCB i la inhibició general observada, respectivament, la consecució de diferents tractaments de descontaminació sembla la millor estratègia per la detoxificació d’ambdós emplaçaments.
La biorremediación es una tecnología sostenible que ha emergido en las últimas décadas como alternativa rentable para la descontaminación de acuíferos con disolventes clorados, en comparación con las técnicas fisicoquímicas más convencionales. Este tratamiento biológico de la contaminación utiliza el metabolismo de las bacterias para degradar los contaminantes y detoxificar las aguas subterráneas. Pero, aunque estos mecanismos se han investigado ampliamente, la exitosa implementación en campo es todavía limitada. Por este motivo, esta tesis ha tenido como objetivo profundizar el conocimiento sobre los procesos de biodegradación anaerobia de disolventes clorados in-situ, para mejorar futuras estrategias de biorremediación aplicadas a emplazamientos contaminados. Para ello, se han investigado tres lugares diferentes, contaminados por familias de disolventes clorados diferentes y que representan escenarios de complejidad creciente, a través de un conjunto de técnicas que aportan información sobre la viabilidad de los tratamientos de biorremediación en acuíferos contaminados. Esta diagnosis se ha desarrollado mediante una metodología multidisciplinar que incluye: i) análisis de la hidroquímica del acuífero, ii) aplicación de técnicas moleculares, iii) establecimiento de microcosmos anóxicos emulando las estrategias de atenuación natural monitorizada, bioestimulación y bioaumentación, y iv) análisis de los isótopos estables de los compuestos de interés. En el primer emplazamiento (Site 1), contaminado por tetracloroetileno (PCE), los resultados evidenciaron que la biodegradación del PCE era viable. Sin embargo, la acumulación de intermediarios tóxicos que se producía en condiciones naturales sólo se podía evitar con la adición de estimulantes que promueven este tipo de reacciones. Así pues, la mejor estrategia para la decloración del PCE implicaba el uso de lactato como estimulante. A continuación, se llevó a cabo una prueba piloto in-situ que consistió en una sola inyección de lactato en un pozo de seguimiento. Los resultados demostraron que la inyección de estimulante replicaba el mismo proceso visto en el laboratorio. Dado el éxito de la prueba piloto in-situ, se implementó la biorremediación a escala emplazamiento y, tras un año de tratamiento, se confirmó que la decloración del PCE se estaba produciendo sin una acumulación significativa de intermediarios tóxicos. Por último, dos emplazamientos complejos (Site 2 y Site 3) que estaban contaminados por cloroformo (CF), diclorometano (DCM), tricloroetileno (TCE) y monoclorobenceno (MCB) fueron investigados con el objetivo de encontrar indicios de biodegradación y detectar posibles contratiempos que podrían surgir en una futura aplicación en campo. Adicionalmente, se llevó a cabo la caracterización isotópica de varios disolventes clorados comerciales puros, y de la reacción de fermentación del DCM para un cultivo con Dehalobacterium, para obtener información valiosa que apoye la interpretación de los resultados derivados de emplazamientos contaminados. En el Site 2, los resultados mostraron la degradación completa del CF, DCM y del TCE, y la acumulación del MCB. En el Site 3, sin embargo, se observó que la degradación era lenta, ineficiente y estaba fuertemente inhibida. Dada la resistencia a la degradación del MCB y la inhibición general observada, respectivamente, la consecución de diferentes tratamientos de descontaminación parece la mejor estrategia para la detoxificación de ambos emplazamientos.
Bioremediation is a sustainable technology that has recently emerged as a cost-effective alternative to clean up aquifers polluted by chlorinated solvents compared to the conventional physicochemical techniques. This biological approach uses the metabolism of bacteria to transform the contaminants and detoxify groundwater. However, even though a lot of research has focused on understanding such mechanisms, its successful implementation in the field is, nowadays, still limited. For this reason, this thesis aimed at deepening the knowledge on in-situ anaerobic biodegradation processes of chlorinated solvents in order to improve future bioremediation strategies applied at contaminated sites. To do so, three different sites contaminated by different families of chlorinated solvents, representing increasing complexity scenarios, were investigated with a combination of techniques that provide information on the feasibility of bioremediation treatments in polluted aquifers. This diagnosis was developed through a multidisciplinary methodology that included: i) analysis of the hydrochemistry of the aquifer; ii) application of molecular techniques; iii) establishment of anoxic microcosms emulating monitored natural attenuation, biostimulation and bioaugmentation strategies, and iv) analysis of stable isotopes of the compounds of interest. At Site 1, which was polluted by tetrachloroethene (PCE), results demonstrated that PCE biodegradation was feasible. However, the accumulation of toxic intermediates that was observed at natural conditions could only be prevented by adding stimulants that promoted these types of reactions. Hence, the best strategy for PCE dechlorination required the use of lactate as a stimulant. Afterwards, an in-situ pilot test consisting of a single injection of lactate in a monitoring well was performed. Results evidenced that the stimulant injection replicated the same process that was observed in the laboratory. Given the success of the in-situ pilot test, a full-scale bioremediation was implemented at the site and, after one year of treatment, it was confirmed that PCE dechlorination was occurring without a significant accumulation of toxic intermediates. Lastly, two complex sites (Site 2 and Site 3) that were contaminated with chloroform (CF), dichloromethane (DCM), trichloroethene (TCE) and monochlorobenzene (MCB) were investigated to find lines of evidence of biodegradation and reveal any potential setbacks that could occur in the event of a future bioremediation application in the field. Furthermore, the isotopic characterization of several commercial pure phase chlorinated compounds and, specifically, of the dichloromethane (DCM) fermentation reaction by a Dehalobacterium-containing culture, were performed to obtain valuable information to support the interpretation of data derived from polluted sites. At Site 2, results showed the complete degradation of CF, DCM and TCE, while MCB remained accumulated. At Site 3, however, it was observed that the degradation was slow, inefficient and severely inhibited. Given the recalcitrance of MCB and the general inhibition observed, respectively, a sequence of different remediation treatments seems the best approach for the detoxification of both sites.

El present treball de Tesi doctoral es centra en l'estudi d'episodis de contaminació afectats principalment per cloroetens, solvents organoclorats que formen un dels grups de DNAPL (dense non-aqueous phase liquids) quantitativament més importants. La baixa solubilitat dels DNAPL i la seva elevada persistència en les matrius ambientals, expliquen que en el nostre país, gran nombre d'episodis de contaminació tinguin el seu origen en èpoques passades, en què la falta d'una conscienciació ambiental i la inexistència d'una legislació apropiada varen possibilitar una mala praxis en la gestió d'aquests compostos. Alhora, les seves característiques intrínseques expliquen la llarga vida de les fonts i plomalls de contaminació associats que afecten tant els aqüífers com els sòls. La present Tesi Doctoral té com a principals objectius la caracterització dels processos biogeoquímics i les comunitats microbianes en la zona de la font que succeeixen en un context de ventalls al•uvials. A més, es caracteritzen les zones d'especial activitat microbiana, en especial els ecotons, i l'extensió dels processos biogeoquímics al llarg del plomall. Un altre dels objectius és la integració qualitativa i quantitativa dels elements que defineixen les diferents heterogeneïtats, amb la finalitat de comprendre la complexitat del medi, així com analitzar la viabilitat de l'aplicació d'estratègies de remediació integrals que permetin la descontaminació de la zona de la font. Els estudis portats a terme a nivell de camp per a la caracterització de les heterogeneïtats geològiques, geoquímiques i microbiològiques de la zona de la font de contaminació s'han fonamentat en la realització de sondatges d'investigació amb recuperació de testimoni continu. L'anàlisi integrada de les heterogeneïtats geològiques, hidrogeològiques, biogeoquímiques i microbiològiques dels materials del subsòl ha permès determinar com aquestes heterogeneïtats controlen la distribució dels cloroetens, els processos de transferència de massa i els processos de degradació, alhora que condicionen també la diversitat, el grau de desenvolupament i l'estructura de les comunitats microbianes. La caracterització dels processos de deshalogenació s'ha estudiat tant en la matriu sediment com en la matriu aigua, a partir de quatre aproximacions diferents: 1) la quantificació del percloroetilè (PCE) i els seus metabòlits; 2) la determinació de la composició isotòpica del PCE a partir de l'anàlisi isotòpica de compostos específics (Compound Specific Isotope Analysis, CSIA) tant en l'aigua intersticial com en l'aigua de l'aqüífer; 3) la identificació de processos d'acceptadors finals d'electrons (com ara desnitrificació, reducció del Mn i del Fe i sulfato-reducció); i 4) l'anàlisi de les comunitats microbianes. S’han estudiat quatre estratègies de remediació diferents en experiments de microcosmos en condicions anòxiques: l’atenuació natural, la bioestimulació amb àcid làctic, la reducció química in situ (ISCR) amb ferro zero valent (ZVI) i una combinació de les dues darreres estratègies. A més, s’ha determinat l’evolució dels processos biogeoquímics i de les comunitats microbianes per aquestes quatre estratègies en els sediments de la part superior de l’aqüífer (caracteritzada per una elevada conductivitat hidràulica i una heterogeneïtat baixa) i de la zona inferior de l’aqüífer. Aquesta zona inferior de l’aqüífer es caracteritza com a zona de transició, amb una baixa conductivitat hidràulica i una elevada heterogeneïtat. L’anàlisi integrada dels resultats obtinguts a partir de l’ús de tècniques de camp i laboratori ha permès descriure les comunitats microbianes i els processos biogeoquímics que inhibeixen o estimulen la deshalogenació del PCE i els seus metabòlits en la zona de la font de contaminació.
The present PhD thesis focuses on the study of pollution episodes, mainly affected by chloroethenes, organochlorine solvents which form one of the groups of DNAPL (dense non-aqueous phase liquids) quantitatively most important. The low solubility of DNAPL and high persistence in environmental matrices, explain that in Catalonia, many episodes of pollution originating from the past, where a lack of environmental awareness and the absence of appropriate legislation enabled malpractice in the management of these compounds. Also, their intrinsic characteristics explain the long life of the sources and associated plumes affecting both groundwater and soil. This PhD thesis has as main objectives the characterization of the biogeochemical processes and microbial communities in the vicinity of the polluting source in a context of alluvial fans. In addition, areas of particular microbial activity, especially ecotones, and the extension of biogeochemical processes along the plume are characterized. Another objective is the qualitative and quantitative integration of the elements that define the various heterogeneities, in order to understand the complexity of the environment, and to analyze the feasibility of implementing comprehensive remediation strategies that allow decontamination area the source. The integrated analysis of geological, hydrogeological, biogeochemical and microbiological heterogeneities of the subsoil materials has allowed determining how these heterogeneities control the distribution of chloroethenes, processes of mass transfer and degradation processes, while also conditioning diversity, the degree of development and structure of microbial communities. Characterization of dehalogenation processes has been studied in the matrix sediment and matrix water from four different approaches: 1) quantification of perchlorethylene (PCE) and metabolites; 2) determination of the isotopic composition of PCE from compound specific isotope analysis (CSIA) in both porewater and groundwater; 3) the identification of terminal electron acceptor processes; and 4) the analysis of microbial communities.

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are ubiquitous in the environment due to accidental spills during use, transport and storage of petroleum and coal derivatives. Their high chemical stability and hydrophobicity confers them recalcitrance. Because of their great persistence in the environment, toxicity and carcinogenicity, these compounds are on the list of priority pollutants. The most sustainable way to remove these compounds from soil without damaging its ecological structure and function is bioremediation. This technology uses the metabolic capabilities of microorganisms to decontaminate (degrade) polluted sites. Microorganisms act on the environment interconnected by metabolic networks, in which the byproducts generated by certain populations are utilized for others as a carbon source. Until recently, the PAH biodegradation studies were conducted by exposing individual compounds to pure strains. However, to improve the technology of bioremediation is necessary to unravel how these metabolic networks function in situ. The main objective of this Thesis was to contribute to the elucidation of microbial processes occurring in situ during PAH biodegradation in soils. Thus, two main approaches were used. First, the high molecular weight (HMW) PAH-degrading community of a creosote polluted soil was selected and characterized by new enrichment method using a biphasic system consisting of mineral medium and sand coated with a creosote NAPL previously biodegraded. Once the community became stable, its degrading potential was determined. In 12 weeks, consortium UBHP was able to significantly remove the compounds from 2 to 6 rings (90% fluoranthene, pyrene 90%, 66% benz(a)anthracene and chrysene 59%) and their alkylated derivatives. Key populations of this consortium were identified, based on their responses to specific substrates, phylogenetic, functional and metabolomic profiles, and recovery in pure culture. The phylotypes who played a key role in the degradation of HMW PAHs corresponded to Sphingobium, Sphingomonas, Achromobacter, Pseudomonas and Mycobacterium. Furthermore, the microbial processes driving the PAH removal in situ during the laboratory bioestimulation of a real creosote polluted soil were investigated. The degradation kinetics of PAHs, oxy-PAHs and N-PACs, together with the formation and/or accumulation of possible acidic products were correlated with key phylotypes and community shifts. A real-time insight into the community dynamics was obtained from the combined analysis of changes in global (genes) and active (transcripts) microbial communities, both at the phylogenetic (16S rRNA) and functional (genes RHD) level. The addition of nutrients resulted in a significant and substantial biodegradation of PAHs with 2, 3, 4 and 5 aromatic rings (93%) and the N-PACs (85%) at 150 days of incubation. During the highest degradation rates there was a transient peak of accumulation of both oxy-PAH and acid metabolites, which were later removed by the microbial populations present in the soil. The nutrient addition also resulted in a higher expression levels in both functional and structural genes, and the genera involved in the disappearance of such compounds were identified as Pseudomonas, Pseudoxanthomons, Achromobacter, Sphingobium, Olivibacter and Mycobacterium.
Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) predominan en numerosos emplazamientos contaminados en Europa. Debido a su alta persistencia en el medio y elevada toxicidad y carcinogenicidad, están en las listas de contaminantes prioritarios. La única manera de eliminar estos compuestos del suelo sin dañar la estructura y las funciones ecológicas es la bioremediación, que utiliza las capacidades metabólicas de los microorganismos para la degradación o detoxificación de los contaminantes. Los microorganismos actúan en el suelo mediante redes metabólicas en las que los subproductos de degradación de unas poblaciones sirven de fuente de carbono para otras. Hasta hace pocos años los estudios de biodegradación de HAPs se basaban en cultivos puros y sustratos individuales. Para optimizar las técnicas de bioremediación es necesario saber cómo funcionan esas redes metabólicas in situ. El objetivo principal de esta Tesis es contribuir a la elucidación de los procesos microbianos que tienen lugar in situ durante la biodegradación de los HAPs en suelos. Se seleccionó la comunidad degradadora de HAPs de elevado peso molecular (EPM) de un suelo contaminado mediante un nuevo método de enriquecimiento utilizando un sistema con medio mineral y arena contaminada con creosota previamente degradada. Una vez la comunidad se mantuvo estable, se determinó su potencial degradador. El consorcio UBHP fue capaz de eliminar significativamente los compuestos de 2-6 anillos (90% fluoranteno, 90% pireno, 66% benz(a)antraceno y 59% criseno). Las poblaciones clave de este consorcio fueron identificadas, en base a sus respuestas a sustratos específicos, perfiles filogenéticos, funcionales y de metabolómica, y su recuperación en cultivo puro. Los filotipos clave en la degradación de los HAPs EPM pertenecían a Sphingobium, Sphingomonas, Achromobacter, Pseudomonas y Mycobacterium. Se investigaron los procesos microbianos para la eliminación de HAP in situ durante la bioestimulación del suelo. Las cinéticas de degradación de los HAPs, oxi-HAPs y N-CAPs, junto con la formación y/o acumulación de posibles productos de oxidación, se correlacionaron con filotipos clave y cambios en la comunidad. A partir del análisis de los cambios en las poblaciones globales (genes) y activas (transcritos), tanto desde el punto de vista filogenético (16S ARNr) como funcional (RHD), se obtuvo una visión real de la dinámica de la comunidad. La adición de nutrientes promovió la biodegradación significativa de los HAPs de 2-5 anillos (93%) y de N-CAPs (85%). Se produjo la acumulación transitoria de oxi-HAPs y de metabolitos ácidos, que posteriormente fueron degradados. La adición de nutrientes también resultó en un aumento en la expresión de genes estructurales y funcionales. Los géneros principales fueron Pseudomonas, Pseudoxanthomons, Achromobacter, Sphingobium, Olivibacter y Mycobacterium.

L'elevada capacitat de consum que comporta el desenvolupament econòmic provoca l'aparició de determinats inconvenients, com és la ingent producció de residus de tot tipus. Com a conseqüència d'això es generalitza la pràctica de l'abandonament d'aquests residus de forma incontrolada, la qual cosa deriva a curt o llarg termini en una sèrie de problemes. Es produeix en primer lloc una notable degradació del medi natural, ocasionant importants problemes de contaminació de l'aigua, sol i aire, de degradació d'espais naturals, i impacte visual i paisatgístic, podent ser causa freqüent d'incendis forestals. Constitueix a més una complicació d'índole sanitària, en esdevenir causa de males olors, transmissió de paràsits i propagació d'infeccions. Finalment resulta un notori malbaratament de recursos escassos, l'esgotament deis quals és un obstacle greu per al desenvolupament de les col.lectivitats humanes i compromet un patrimoni natural que hem de conservar i transmetre a les generacions futures. Com que és inevitable la producció de residus, cal minimitzar-ne al màxim la seva producció i gestionar racionalment els recursos (matèries primeres, aigua, energia). Es fa imprescindible dirigir tots els esforços cap a la gestió deis residus, per tal de disminuir en la mesura del possible les conseqüències adverses anteriorment exposades. Cal en primer lloc tenir ben clar el concepte de residu en sentit ampli i assumir que allò que malmet realment el medi no és pròpiament el residu sinó la seva gestió, destí o tractament posterior, quan aquests no són correctes. L'existència del residu és fins a cert punt inevitable, i també ho son les implicacions negatives que comporta, però, una millora en la gestió, incidint primerament en una minimització, ja a nivell de producció, de la quantitat i millora de la qualitat del residu; per a considerar posteriorment les alternatives de valorització, tractament i eliminació mes adequades asseguraria una reducció molt interessant i valuosa deis efectes indesitjables ocasionats. Les solucions a aquesta problemàtica passen per: - Evitar el malbaratament, augmentant la durada i funcionalitat deis béns. - Modificar la composició deis productes, de forma que sigui fàcil de recuperar o reciclar o que permetin un ulterior aprofitament i en tot cas una eliminació mes fàcil i menys costosa. - Aproximar el règim de substàncies al de residus que tinguin en elles el seu origen, és a dir, vetar allò que produeix determinat producte residual serà millor que incidir sobre el propi residu. - Definir convenientment els residus i establir-ne categories que justifiquin règims diversificats, segons naturalesa i perillositat. - Optimitzar els processos productius en funció de tecnologies netes o pròpies sense residus o en què aquests siguin escassos. - Valoritzar els residus, convertint-los en matèries primeres com subproductes o formes d'energia d'altres processos productius establint tècniques de gestió integrades orientades a la destinació final més conforme amb la naturalesa i comportament deis residus. - Establir tècniques adequades de planificació i gestió. - Disminuir els possibles riscos sobre la salut humana, els recursos naturals i medi ambient mitjançant la transformació deis residus perillosos en innocus, evitant la transferència de la contaminació a un altre medi receptor. - Prevenir i evitar situacions d'abandonament incontrolat.

L’objectiu d’aquest treball és la caracterització de l’oliassa des del punt de vista ambiental i també agrològic, amb un interès particular pel que fa a la càrrega fenòlica i la seva dinàmica als sòls, els mètodes d’extracció i d’identificació, etc. També s’ha aïllat un emplaçament contaminat per oliassa i s’han realitzat estudis a escala de laboratori (lisímetres, incubacions respiromètriques) de la seva aplicació al sòl en dosis agrològiques i també a escala real, per poder analitzar el possible impacte ambiental i les possibilitats de recuperació. Dels resultats obtinguts es dedueix que l’impacte del vessament de l’oliassa té relació amb les seves característiques de salinitat i de contingut en compostos fenòlics, que són solubles i per tant fàcilment mobilitzables, de manera que poden afectar les aigües continentals. El treball permet determinar les dosis d’aplicació i les condicions adients per a l’ús de l’oliassa com a adob, per poder aprofitar el potencial fertilitzant que té (matèria orgànica, potassi i fòsfor), sense provocar efectes negatius al medi ambient. Pel que fa a la dinàmica dels fenols al terra, el procés més important ha estat el de biodegradació. S’ha observat, a més, que es poden produir reaccions semblants a les que es produeixen durant el procés d’humificació. Els sòls contaminats presenten un augment de la fracció soluble de compostos fenòlics, tot i que una part s’absorbeix al terra per mitjà de les interaccions iòniques (aniòniques mediades per ponts catiònics) i una altra per enllaços covalents que s’estableixen amb la matèria orgànica del sòl. Per poder analitzar i identificar els fenols presents en la fracció soluble del sòl, ha estat molt útil l’anàlisi per cromatografia de gasos acoblada a espectrometria de masses. L’anàlisi demana, però, un pas previ de despolimerització dels fenols polimeritzats en unitats simples mitjançant una oxidació suau en un medi bàsic.
El objetivo del trabajo consiste en caracterizar el alpechín desde el punto de vista ambiental y agrológico, con especial referencia a la carga fenólica y su dinámica en suelos, métodos de extracción e identificación, etc. Se ha caracterizado asimismo un emplazamiento contaminado por alpechines y se han realizado estudios de aplicación de los mismos al suelo en dosis agrológicas a escala de laboratorio (lisímetros, incubaciones respirométricas) y a escala real, para ver el posible impacto ambiental y las posibilidades de recuperación. De los resultados se deduce que el principal impacto del vertido del alpechin al suelo se deriva de las características de salinidad y contenido en compuestos fenólicos, que son solubles y fácilmente movilizables, pudiendo afectar las aguas continentales. El trabajo permite acotar dosis de aplicación y condiciones óptimas para el uso del residuo en suelos, para aprovechar el potencial fertilizante que posee (materia orgánica, potasio y fósforo) sin causar efectos negativos sobre el medio. En cuanto a la dinámica de fenoles en el suelo el proceso de biodegradación es el que ha resultado más importante. Además, se ha observado la posibilidad de reacciones son similares a las que tienen lugar en el propio proceso de humificación. Los suelos contaminados presentan un incremento en la fracción soluble de compuestos fenólicos, aunque una parte se adsorbe al suelo por medio de interacciones iónicas (aniónicas mediadas por puentes catiónicos) y otra por enlaces covalentes que se establecen con la materia orgánica del suelo. Para el análisis e identificación de los fenoles presentes en la fracción soluble del suelo, ha resultado útil el análisis por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas. El análisis requiere un paso previo de despolimerización de los fenoles polimerizados en unidades simples mediante una oxidación suave en medio básico.

Despite significant efforts have been directed toward reducing waste generation and encouraging alternative waste management strategies, landfills still remain the main option for Municipal Solid Waste (MSW) disposal in many countries. Hence, landfills and related impacts on the surroundings are still current issues throughout the world. Actually, the major concerns are related to the potential emissions of leachate and landfill gas into the environment, that pose a threat to public health, surface and groundwater pollution, soil contamination and global warming effects. To ensure environmental protection and enhance landfill sustainability, modern sanitary landfills are equipped with several engineered systems with different functions. For instance, the installation of containment systems, such as bottom liner and multi-layers capping systems, is aimed at reducing leachate seepage and water infiltration into the landfill body as well as gas migration, while eventually mitigating methane emissions through the placement of active oxidation layers (biocovers). Leachate collection and removal systems are designed to minimize water head forming on the bottom section of the landfill and consequent seepages through the liner system. Finally, gas extraction and utilization systems, allow to recover energy from landfill gas while reducing explosion and fire risks associated with methane accumulation, even though much depends on gas collection efficiency achieved in the field (range: 60-90% Spokas et al., 2006; Huitric and Kong, 2006). Hence, impacts on the surrounding environment caused by the polluting substances released from the deposited waste through liquid and gas emissions can be potentially mitigated by a proper design of technical barriers and collection/extraction systems at the landfill site. Nevertheless, the long-term performance of containment systems to limit the landfill emissions is highly uncertain and is strongly dependent on site-specific conditions such as climate, vegetative covers, containment systems, leachate quality and applied stress. Furthermore, the design and operation of leachate collection and treatment systems, of landfill gas extraction and utilization projects, as well as the assessment of appropriate methane reduction strategies (biocovers), require reliable emission forecasts for the assessment of system feasibility and to ensure environmental compliance. To this end, landfill simulation models can represent an useful supporting tool for a better design of leachate/gas collection and treatment systems and can provide valuable information for the evaluation of best options for containment systems depending on their performances under the site-specific conditions. The capability in predicting future emissions levels at a landfill site can also be improved by combining simulation models with field observations at full-scale landfills and/or with experimental studies resembling landfill conditions. Indeed, this kind of data may allow to identify the main parameters and processes governing leachate and gas generation and can provide useful information for model refinement. In view of such need, the present research study was initially addressed to develop a new landfill screening model that, based on simplified mathematical and empirical equations, provides quantitative estimation of leachate and gas production over time, taking into account for site-specific conditions, waste properties and main landfill characteristics and processes. In order to evaluate the applicability of the developed model and the accuracy of emissions forecast, several simulations on four full-scale landfills, currently in operative management stage, were carried out. The results of these case studies showed a good correspondence of leachate estimations with monthly trend observed in the field and revealed that the reliability of model predictions is strongly influenced by the quality of input data. In particular, the initial waste moisture content and the waste compression index, which are usually data not available from a standard characterisation, were identified as the key unknown parameters affecting leachate production. Furthermore, the applicability of the model to closed landfills was evaluated by simulating different alternative capping systems and by comparing the results with those returned by the Hydrological Evaluation of Landfill Performance (HELP), which is the most worldwide used model for comparative analysis of composite liner systems. Despite the simplified approach of the developed model, simulated values of infiltration and leakage rates through the analysed cover systems were in line with those of HELP. However, it should be highlighted that the developed model provides an assessment of leachate and biogas production only from a quantitative point of view. The leachate and biogas composition was indeed not included in the forecast model, as strongly linked to the type of waste that makes the prediction in a screening phase poorly representative of what could be expected in the field. Hence, for a qualitative analysis of leachate and gas emissions over time, a laboratory methodology including different type of lab-scale tests was applied to a particular waste material. Specifically, the research was focused on mechanically biologically treated (MBT) wastes which, after the introduction of the European Landfill Directive 1999/31/EC (European Commission, 1999) that imposes member states to dispose of in landfills only wastes that have been preliminary subjected to treatment, are becoming the main flow waste landfilled in new Italian facilities. However, due to the relatively recent introduction of the MBT plants within the waste management system, very few data on leachate and gas emissions from MBT waste in landfills are available and, hence, the current knowledge mainly results from laboratory studies. Nevertheless, the assessment of the leaching characteristics of MBT materials and the evaluation of how the environmental conditions may affect the heavy metals mobility are still poorly investigated in literature. To gain deeper insight on the fundamental mechanisms governing the constituents release from MBT wastes, several leaching experiments were performed on MBT samples collected from an Italian MBT plant and the experimental results were modelled to obtain information on the long-term leachate emissions. Namely, a combination of experimental leaching tests were performed on fully-characterized MBT waste samples and the effect of different parameters, mainly pH and liquid to solid ratio (L/S,) on the compounds release was investigated by combining pH static-batch test, pH dependent tests and dynamic up-flow column percolation experiments. The obtained results showed that, even though MBT wastes were characterized by relatively high heavy metals content, only a limited amount was actually soluble and thus bioavailable. Furthermore, the information provided by the different tests highlighted the existence of a strong linear correlation between the release pattern of dissolved organic carbon (DOC) and several metals (Co, Cr, Cu, Ni, V, Zn), suggesting that complexation to DOC is the leaching controlling mechanism of these elements. Thus, combining the results of batch and up-flow column percolation tests, partition coefficients between DOC and metals concentration were derived. These data, coupled with a simplified screening model for DOC release, allowed to get a very good prediction of metal release during the experiments and may provide useful indications for the evaluation of long-term emissions from this type of waste in a landfill disposal scenario. In order to complete the study on the MBT waste environmental behaviour, gas emissions from MBT waste were examined by performing different anaerobic tests. The main purpose of this study was to evaluate the potential gas generation capacity of wastes and to assess possible implications on gas generation resulting from the different environmental conditions expected in the field. To this end, anaerobic batch tests were performed at a wide range of water contents (26-43 %w/w up to 75 %w/w on wet weight) and temperatures (from 20-25 °C up to 55 °C) in order to simulate different landfill management options (dry tomb or bioreactor landfills). In nearly all test conditions, a quite long lag-phase was observed (several months) due to the inhibition effects resulting from high concentrations of volatile fatty acids (VFAs) and ammonia that highlighted a poor stability degree of the analysed material. Furthermore, experimental results showed that the initial waste water content is the key factor limiting the anaerobic biological process. Indeed, when the waste moisture was lower than 32 %w/w the methanogenic microbial activity was completely inhibited. Overall, the obtained results indicated that the operative conditions drastically affect the gas generation from MBT waste, in terms of both gas yield and generation rate. This suggests that particular caution should be paid when using the results of lab-scale tests for the evaluation of long-term behaviour expected in the field, where the boundary conditions change continuously and vary significantly depending on the climate, the landfill operative management strategies in place (e.g. leachate recirculation, waste disposal methods), the hydraulic characteristics of buried waste, the presence and type of temporary and final cover systems.

La presente Tesi di dottorato, finanziata dal Dipartimento Innovazioni Tecnologiche dell’INAIL (DIT), è incentrata sullo studio e la valutazione delle migliori tecniche per la preparativa e l’analisi dell’amianto nei suoli. Le tecniche analitiche utilizzate sono la microscopia elettronica a scansione, la spettroscopia in trasmittanza nel medio infrarosso in trasformata di Fourier e la spettroscopia in riflettanza nell’infrarosso a onda corta. Entrambe le tecniche spettroscopiche sono state accoppiate a procedure avanzate di analisi multivariata. I risultati hanno permesso di confermare la microscopia elettronica come metodologia più sensibile e allo stesso tempo più complessa, seguita in ordine dalla spettroscopia FTIR in trasmittanza e dalla spettroscopia in riflettanza nel vicino infrarosso. Le prestazioni raggiunte dalle tecniche innovative esplorate, in termini di sensibilità e specificità, sono ancora inadeguate per la valutazione di suoli con bassi livelli di amianto, ma risultano idonee per applicazioni di screening in presenza di concentrazioni importanti, intorno all’1%.

Objetivo general Aportar nuevos conocimientos que contribuyan al desarrollo y la optimización de estrategias de biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos, tanto en áreas de clima frío extremo (Antártida) como templado (La Plata). Objetivos específicos - Estudiar a escala laboratorio y en ensayos “on site”, tanto en suelos provenientes de áreas de clima frío extremo (Antártida) como de áreas de clima templado (La Plata), el efecto de la utilización de diferentes fuentes de macronutrientes (N y P). - Estudiar el efecto que tiene la mezcla de dos tierras de zona templada, con diferente concentración de hidrocarburos, sobre la estructura de las respectivas comunidades bacterianas y sobre la eficiencia de eliminación de hidrocarburos. Analizar el efecto de la bioestimulación con distintos nutrientes.

Tesis (Grado Doctor en Ciencias Biológicas)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Lugar de Trabajo: Cátedra de Química General. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Universidad Nacional de Córdoba - Área Contaminación y Bioindicadores. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas. Instituto Multidisciplinario de Biología Vegetal-IMBIV-CONICET-Universidad Nacional de Córdoba. 2015 - 285 h. + CD. tabls.; grafs.; figuras. Contiene Referencia Bibliográfica. Abstract en español e inglés.
El objetivo de esta tesis fue desarrollar una metodología y aportar conocimientos que permitan aplicar técnicas de fitorremediación en el tratamiento de suelos contaminados con plomo,basadas en la evaluación y empleo de especies nativas vas que crecen en la provincia de Córdoba, Argentina. Con esta finalidad se evaluaron las características del suelo y la contaminación de este por metales pesados en un sitio afecta do por actividades industriales. Allí se realizó un muestreo y evaluación de las especies nativas y silvestres presentes seleccionándose por su respuesta (tolerancia y acumulación de Pb) a Tagetes minuta L. y Bidens pilosa L. como especies de interés. Se realizaron experimentos en invernadero a fin de profundizar el conocimiento sobre la incorporación y translocación de Pb, así como de los factores que podrían potenciarlo. Finalmente se estudió a campo el comportamiento de las variables estudiadas experimentalmente en invernadero y laboratorio. T. minuta y B. pilosa mostraron mayor eficiencia en la extracción de Pb que la internacionalmente reconocida como fitoextractora Brassica juncea. El Pb extraído por estas especies se acumuló principalmente en la raíz y en el tallo. Los valores más elevados de extracción total de Pb por planta en T. minuta y B. pilosa se encontraron en los estudios a campo, indicando que estas especies se comportan mejor como fitoextractoras en situaciones reales que en las experimentales. Las variables relacionadas con la acumulación de Pb en las plantas fueron la concentración de plomo en suelo, así como la concentración de Zn y Cu en suelo y plantas. El Zn estuvo directamente asociado con la incorporación y translocación de Pb, mientras que el Cu mostró fenómenos de competencia con el Pb. La variabilidad de respuesta entre individuos fue sorprendentemente elevada, siendo recomendable seleccionar un linaje de semillas de cada especie proveniente de plantas que presenten mayor eficiencia fitoextractora de Pb. Esto permitiría mejorar la extracción de Pb de suelos y estudiar los mecanismos fisiológicos implicados (tolerancia,detoxificación, sistemas de transporte y translocación, etc.). Los resultados obtenidos muestran la necesidad de ampliar el enfoque en las investigaciones sobre fitorremediación, integrando datos de concentración y biomasa en una tasa de extracción neta que indique eficacia y eficiencia de extracción de un metal, criterios no considerados en los índices que fijan los factores de acumulación tradicional. En este contexto se proponen dos nuevos factores que representan un nuevo enfoque en el estudio de la eficiencia de plantas que se emplean en fitorremediación: el factor de transferencia total y el factor de bioextracción.

El objetivo general del siguiente trabajo es contribuir al mejoramiento de los conocimientos básicos que permitan evaluar y mejorar las tecnologías de biorremediación. Los objetivos específicos son: • Aislar a partir de suelos de la Patagonia semiárida, microorganismos degradadores de PAH capaces de resistir condiciones ambientales de la región. • Evaluar la aplicabilidad de las estrategias ABA de bioaumento sobre la biorremediación de suelos patagónicos contaminados con PAH y con mezclas complejas de los mismos. • Estudiar los cambios producidos en la estructura y función de las comunidades microbianas de suelos contaminados por efecto del inoculante y de las variaciones en las condiciones abióticas. • Incursionar en el estudio de los mecanismos moleculares presentes en las bacterias degradadoras de PAH aisladas de suelos de la Patagonia semiárida y seleccionadas como inoculantes por su adaptación a las condiciones ambientales típicas de la región (resistencia a la desecación, déficit de nutrientes, entre otros).

La caratterizzazione ambientale rappresenta un’attività molto complessa, soprattutto se riferita ad un terreno destinato ad uso agricolo, a causa dell’eterogeneità e dell’estensione dell’area da investigare Un considerevole numero di campioni aumenta l’attendibilità dei processi di caratterizzazione, ma i tempi e i costi legati alle analisi costringono a ridimensionare il numero di prelievi, influenzando negativamente la rappresentatività dei risultati Esiste una relazione, anche se non necessariamente lineare, tra contaminanti organici ed inorganici I modelli neurali sono in grado di stimare in maniera efficiente contaminanti organici a partire dai valori dei metalli misurati con la FP-XRF La strumentazione FP-XRF unitamente alla metodologia ANN è un valido metodo di screening per rilevare in modo rapido e poco costoso gli hot spots sui quali orientare le attività di caratterizzazione Il metodo proposto è site specific Come tutti i metodi di screening, i risultati ottenuti con la procedura proposta devono essere confermati attraverso le procedure analitiche standard, e, soprattutto per quanto riguarda i contaminanti organici, anche a bassa risoluzione

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2015
La importancia de la agricultura en nuestro país ha llevado a un aumento de la cantidad y variedad de químicos de uso agronómico, siendo los ecosistemas acuáticos los principales receptores de estos compuestos. El objetivo de esta tesis fue evaluar la contaminación con plaguicidas de uso frecuente en distintos compartimentos abióticos del hábitat acuático en la cuenca del río Suquía y realizar un análisis integral del efecto y acumulación de dos de los plaguicidas presentes en la cuenca considerados de mayor riesgo para la biota: cipermetrina y clorpirifós en la especie ictícola autóctona Jenynsia multidentata. Para el monitoreo temporal y espacial en la cuenca de río Suquía, fueron seleccionados los plaguicidas más utilizados: atrazina, acetoclor, clorpirifós, alfa-endosulfán, betaendosulfán, alfa-cipermetrina y glifosato. También se incluyeron dos productos de degradación como endosulfán sulfato, metabolito de endosulfán, y ácido aminometilfosfónico (AMPA), producto de degradación de glifosato. Las muestras se recolectaron en 5 sitios ubicados a lo largo del río Suquía con variado uso del suelo: La Calera, Villa Corazón de María, Río Primero, Santa Rosa de Río Primero y La Para. Los muestreos fueron realizados en períodos de baja y alta aplicación cubriendo la campaña agrícola 2010-2011. Para la determinación de plaguicidas apolares y semi-polares (atrazina, acetoclor, clorpirifós, alfa-endosulfán, beta-endosulfán, cipermetrina y el producto de degradación de endosulfán, endosulfán sulfato) en muestras de aguas naturales y sedimentos fue necesaria la optimización de la extracción y cuantificación. Para la extracción en muestras de aguas naturales se desarrolló una metodología combinada a partir de dos métodos consecutivos: extracción en fase sólida y microextracción en fase sólida. Para la extracción en sedimentos se ajustó una metodología de microextracción en fase sólida en espacio de cabeza. La cuantificación de estos analitos se realizó por cromatografía gaseosa acoplada a espectrometría de masas, para lo cual fue necesaria la optimización de la separación y detección. La determinación de glifosato y AMPA se realizó en muestras de agua, sedimentos y material particulado en suspensión. Las muestras de agua fueron derivatizadas sin previa extracción, a diferencia de las muestras de sedimentos y material particulado en suspensión que debieron someterse a una extracción y posterior derivatización. La cuantificación se realizó por cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas. De un total de 140 muestras analizadas el 47 % resultaron positivas. Además, al menos un plaguicida fue cuantificado en todos los sitios de monitoreo. Estos resultados muestran la amplia distribución de plaguicidas en la cuenca del río Suquía, denotando la alta probabilidad de ser encontrados en los distintos compartimentos abióticos de este recurso hídrico. Por otro lado, no se observaron variaciones temporales en relación a las épocas de baja y alta aplicación. Las mayores concentraciones de plaguicidas fueron encontradas en Villa Corazón de María donde se deduce que la contaminación podría provenir de dos fuentes: por su utilización en el cinturón verde y por uso urbano en la ciudad de Córdoba. Glifosato exhibió las mayores concentraciones en todas las matrices evaluadas, mientras que endosulfán, clorpirifós y cipermetrina presentaron valores en agua que sobrepasan los límites establecidos para protección de la biota acuática. Por medio de bioensayos se evaluó la acumulación y efecto de concentraciones subletales de cipermetrina y clorpirifós en forma individual, mezcla de productos puros y comerciales en hembras de J. multidentata. Se determinó la presencia de cipermetrina y clorpirifós acumulados en distintos órganos de los peces expuestos, evidenciando las mayores concentraciones en los órganos de ingreso del contaminante (intestino y branquias) y en el principal órgano de detoxificación (hígado). Además, en músculo se cuantificaron las menores concentraciones mientras que en cerebro y gónadas los niveles fueron siempre menores al límite de detección del método utilizado. La acumulación cuantificada en peces expuestos a mezclas fue mayor que la observada en peces expuestos a los compuestos de forma individual. Además, las mezcla técnica mostró un patrón de acumulación diferente a la mezcla comercial, siendo mayores las concentraciones acumuladas en este último tratamiento. La toxicidad de estos insecticidas se determinó a partir de biomarcadores de efecto a distintos niveles de organización. A nivel bioquímico se determinaron respuestas del sistema de biotransformación como la expresión de citocromo P4501A, expresión de Pglicoproteína y actividad de Glutatión S-transferasa, pudiendo asociarse estas respuestas con la acumulación observada. Las enzimas colinesterasas (acetilcolinesterasas y butirilcolinesterasas), fueron evaluadas en cerebro y músculo de J. multidentata,observándose cambios en su respuesta tanto a la exposición con clorpirifós, asociada a su mecanismo de acción, como a cipermetrina. Las respuestas indicativas de estrés oxidativo fueron evaluadas por la medición de la actividad de enzimas antioxidantes (Catalasa, Glutatión peroxidasa y Glutatión reductasa) y la generación de daño oxidativo (niveles de lípidos peroxidados y proteínas carboniladas). Se observó daño oxidativo en los peces expuestos clorpirifós y a las mezclas de compuestos puros y comerciales. A nivel de individuo se determinaron cambios en el comportamiento natatorio de los peces a 24 y 96 h de exposición a dos niveles de concentración mediante la filmación de los individuos, seguido por el procesamiento con un software específico. Finalmente, se evaluó la posibilidad de que estos insecticidas provoquen disrupción endócrina, interfiriendo en el proceso de esteroidogénesis por la alteración en la expresión de la enzima aromatasa. Considerando los resultados de los biomarcadores, se concluye que J. multidentata responde de forma diferente ante la exposición de clorpirifós y cipermetrina en forma individual y en mezclas. Las respuestas de los biomarcadores de efecto, integradas en un índice de respuesta, mostraron mayores cambios en los peces enfrentados a las mezclas en relación a los insecticidas en forma individual. Éste y otros estudios similares deberían ser considerados en evaluaciones de riesgo de ambientes naturales donde una gran variedad de contaminantes están presentes.
Bonansea, Rocío Inés. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
Amé, María Valeria. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Bioquímica Clínica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología; Argentina.
Wunderlin, Daniel Alberto. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Orgánica; Argentina.
Bujan de Vargas, Elba Ines. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Orgánica; Argentina.
Rivas, Gustavo Adolfo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Fisicoquímica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina.
Ríos, María del Cármen. Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Cienicas Exactas y Naturales. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

Seminario de Título entregado a la Universidad de Chile en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al Título de Química Ambiental.
Los suelos se han constituido como el principal sumidero de metales pesados y otros contaminantes producto de causas naturales y actividades antropogénicas. Ejemplo de estas actividades son las mineras que liberan metales pesados, tales como Hg+2, Pb+2, Cu+2 y Zn+2, y las plantas petroquímicas que producen hidrocarburos aromáticos como Benceno, Tolueno, Etilbenceno, y Xilenos (BTEX) a partir de la fracción volátil del petróleo. El objetivo de este seminario de título consiste en validar un método analítico para la cuantificación de benceno en microcosmos conformados por muestras de suelo co-contaminado contenidas en viales, a los cuales se le adiciona una bacteria especializada. De esta forma, se desarrolla una metodología para determinar benceno remanente en suelo, carente de solventes orgánicos, simple y costo-efectiva, mediante un sistema de extracción de espacio de cabeza acoplado a un cromatógrafo de gases junto a un detector de ionización de llama (HS-GC-FID), que permita monitorear la cinética de remoción de benceno en un suelo co-contaminado con Hg (II), durante un proceso de biorremediación bacteriana utilizando la cepa modificada genéticamente Cupriavidus metallidurans MSR33 que es altamente resistente a mercurio. De esta manera, en el presente trabajo se utilizó un suelo contaminado con benceno y mercurio como una aproximación a una situación real de co-contaminación, donde se aplicó una técnica de remediación a través de la utilización de bacterias especializadas capaces de remover benceno en presencia de mercurio. La medición de benceno con la metodología validada permitió monitorear la cinética de biorremediación utilizando la bacteria C. metallidurans MSR33 entregando información rápida y veraz al aplicar directamente en viales con microcosmos de suelo contaminados con Benceno 200 mg×Kg-1 y Hg (II) 2 mg×Kg-1. La determinación de benceno permitió demostrar que este proceso de biorremediación conforma una novedosa tecnología costo-efectiva y amigable con el medioambiente, aplicable a suelos impactados con BTEX en presencia de metales tóxicos.
Soils have been established as the main sink for heavy metals and other pollutants due to natural causes and anthropogenic activities. Examples of these are mining activities which release heavy metals, such as Hg+2, Pb+2, Cu+2 and Zn+2, and petrochemical plants which produce aromatic hydrocarbons such as Benzene, Toluene, Ethylbenzene, and Xylene (BTEX) from volatile fractions of petroleum. The aim of this seminar consists of validate an analytical method for the quantification of benzene in microcosms consisting on vials containing co-contaminated soil samples, which are inoculated with a specially adapted bacterial culture. The methodology was developed in order to measure benzene concentrations remaining in soil in an organic solvent-free, simple and cost-effective manner. This was carried by means of a headspace extraction system coupled to a gas chromatograph with flame ionization detector (HS-GC-FID), that allowed to monitor the kinetics of benzene removal in a soil co-contaminated with Hg (II), during the process of bacterial bioremediation with the genetically modified strain Cupriavidus metallidurans MSR33 that is highly resistant to mercury. Thus, soil samples polluted with benzene and mercury were used on this research as a practical approach to a real co-contamination scenario. A remediation technique was applied by means of bacteria specially adapted to remove benzene from soil in presence of mercury. The measurement of benzene with the validated methodology allowed to monitor the kinetics of bioremediation using the C. metallidurans MSR33 bacterial strain delivering fast and accurate information when applied directly in vials with soil microcosms contaminated with Benzene 200 mg×Kg-1 and Hg (II) 2 mg×Kg-1. The determination of benzene allowed to demonstrate that this process of bioremediation forms a novel, cost-effective and environmental-friendly technology, potentially useful for treatment of soils impacted with BTEX in the presence of toxic metals.