Name of the program: IDEI
Duration: mai 2009 – oct. 2011
Contacting Authority: CNCSIS – UEFISCSU Bucuresti
Project Coordinator: Dr.ing. Gheorghe CRUTU
Project Manager:
Dr.ing. Gheorghe CRUTU
Scopul proiectului:
Scopul proiectului consta in elaborarea unor tehnologii ecologice, de epurare a apelorsi de decontaminare a solurilorpoluate cu ioni radioactivi, prin biosolubilizare.
Originalitatea proiectului consta in elaborarea unei tehnologii predictive si de control al efectelor factorilor de mediu asupra microbiotei din apele si solurile contaminate cu ioni radioactivi utilizand modalitati de calcul matematic, in scopul evaluarii rentabilitatii aplicarii acestor biotehnologii. De asemenea vor fi elaborate si tehnologiiaplicative inovative, cum ar fiutilizareaunei instalatii (bioreactorului) la scara pilot in cadrul procesului de biosorbtie.
Obiectivele proiectului:
- Studiul documentar al biotehnologiilor utilizate pentru remedierea mediului poluat cu ioni radioactivi si prelevarea de probe din siturile contaminate din zona Banat in vederea studiului microbiotei indigene;
2.Determinarea factorilor care conduc la degradarea siturilor contaminate si identificarea, caracterizarea, selectionarea, ,izolarea de sisteme microbiene pentru depoluarea mediului;
3.Implicatiile practice ale sistemelor microbiene in biotehnologiile propusel
4.Experimente de laborator. Analize fizice, chimice, microbiologice ale apei si solurilor poluate cu radionuclizi si ioni radioactivi; prelucrarea statistica a datelor;
5.Experimentarea tehnologiei metodelor neconventionale la faza pilot, pe baza rezultatelor obtinute la faza de laborator;
- Demonstrarea functionabilitatii, utilitatii si eficientei biotehnologiei elaborate;
- Implementare managementului mediului.Indicatii practice si studii de caz (programe de mediu) privind implementarea sistemului de managementul mediului;
- Diseminarea pe scara larga a informatiilor obtinute.
Rezultate partiale :
Principalele surse de deseuri cu impact asupra mediului sunt:
-efluentii rezultati in procesele miniere, care contin elemente radioactive peste nivelul maxim admisibil;
-rocile aterile provenite din extractie;
-minereu neindustrial slab radioactiv, cu continut de uraniu (0,01 – 0,05 %) stocat in siturile miniere;
-“cozile” de la activitatea de procesare, stocate in iazuri de decantare de la Feldioara;
-deseuri metalice si lemnoase contaminate radioactiv in timpul exploatarii si procesarii minereului;
-arealele de lucrari miniere in exploatare incheiate, unde au ramas halde de steril;
-pulberile de minereu sau de concentrat de uraniu antrenate de curentii de aer din zonele de manipulare sau prelucrare a acestora.
Gestiunea deseurilor industriale produse consta in valorificare (reciclare), stocare, depozitare finala, incinerare. Ponderea acestor optiuni este in medie aproximativ aceeasi in fiecare an:
- depozitare 81,0%
- valorificare 15,0%
- stocare temporara 3,3%
- incinerare 0,7%.
Probele de sol si apa sunt prelevate din zona Banat, Perimetrul Ciudanovita si perimetrul Lisava, ce cuprinde zacamintele: Dobrei Nord, Dobrei Sud si Natra.
In urma analizelor efectuate in laboratoarele institutului au rezultat urmatoarele valori:
– pH-ul probelor de apa este cuprins intre 6,41 si 8,18, tabelul nr. 1;
pH-ul probe apa Tabel nr.1
| Proba | pH |
| Lisava 1 | 7,99 |
| Lisava 2 | 8,18 |
| Lisava 3 | 7,44 |
| Lisava 4 | 7,03 |
| Lisava 5 | 8,04 |
| Apa 1 – 100 m pr. Jitin | 7,36 |
| Apa 2 paraias care provine de la exploatare | 7,87 |
| Apa 3 – gura galeriei G4 | 6,41 |
| Ciudanovita – aval statie epurare | 7,57 |
| Ciudanovita – amonte statie epurare | 7,67 |
– analize spectrometrie gamma, tabelul nr.2;
Spectrometrie Gamma Tabel nr.2
| Nr.
crt. |
Proba | Cod pus pe etichete | Ra226
Bq/kg |
Th232
ppm |
K40
% |
Coeficientul de emanare % |
| 1 | Ciudanovita 1 | Sol | 48,35 | 5,89 | 2,36 | 42,4 |
| 2 | Ciudanovita 2 | Sol | 146,3 | 10,73 | 2,52 | 12,8 |
| 3 | Ciudanovita 3 | Sol | 253,7 | 9,98 | 3,00 | 9,2 |
| 4 | Ciudanovita 4 | Sol | 203,5 | 8,19 | 1,21 | 14,0 |
| 5 | Lisava L1 | Sol | 148,7 | 4,75 | 1,42 | 39,2 |
| 6 | Lisava L2 | Sol | 137,7 | 12,18 | 1,88 | 10,6 |
| 7 | Lisava L3 | Sol | 146,3 | 8,48 | 1,87 | 20,0 |
Screenningul sistemlor microbiene:
Microorganismele utilizate in bioremediere trebuie sa :
sa provina din natura , de preferinta din situsul poluat supus bioremediere
sa nu fie rezultatul unor procese de manipulare
sa nu fie patogene sau toxice
sa manifeste flexibilitate metabolica
sa posede echipament enzimatic adwcvat
sa se dezvolte pe seama agentului poluant disparand odata cu mineralizarea acestuia
sa se integreze in conditiile naturale ale habitatului, fara sa afecteze echilibrul biologic
sa nu produca efecte nedorite care sa contravina legislatiilor si normelor de protectie a mediului
Utilizarea microorganismelor prin metoda biologica-utilizarea biomaselor imobilizate in retinerea uraniului si metalelor grele, reprezinta o cale eficienta si usor de aplicat, ce permite recircularea si refolosirea biosorbentului.
Geobacter mettallireducens este primul microorganism care are capacitatea interna de a detecta metalele si, mai mult, de a se deplasa catre ele cu ajutorul flagelilor, care ii cresc spontan in cazul in care sesizeaza prezenta unei surse de hrana. De fapt, bacteria nu elimina uraniul ci il face sa treaca de la o forma solubila la una insolubila, deci acest metal nu se mai poate infiltra in panza freatica. Microroganismele din genul Geobacter se dezvolta foarte bine in medii ostile sau poluate, pe care le detoxifiaza.
Bacteriile sulfat-reducatoare (Desulfovibrionaceae), reprezinta o categorie speciala de microorganisme utilizate pentru indepartarea din apele poluate de suprafata si subterane a sulfatilor si ionilor metalici. Bacteriile sulfat-reducatoare sunt larg raspandite in natura, dar cu deosebire in zacamintele de minereuri metalifere, dezvoltandu-se atat in conditii aerobe cat si anaerobe.
Tulpina de Trichoderma sp.fiind cea mai activa in preluarea ionilor de uraniu si molibden din apele contaminate, conform etapelor de screening efectuate. Fungii solubilizeaza metalele prin excretia acizilor organici ce sunt in plus folositori in cresterea solubiltatii si a reducerii toxicitatii ionilor metalelor grele la valori neutre ale pH-ului.
Studiul de fata urmareste efectuarea unor teste de laborator pentru :
– Obtinerea biomasei aditivate cu polimeri
Pentru acest set de experimentari am preparat doua tipuri de biomasa, notate A si B, carora le-am ajustat valoarea pH-ului la 10 folosind solutie de NaOH. Dupa imobilizare in polimer, biomasa A a fost suspendata in solutie de NaOH 3% (200g biomasa la 1 l solutie), dupa care a fost tratata termic.
Metoda de imobilizare in ambele cazuri a fost aceeasi si a constat din suspendarea biomaselor in apa deionizata (15% solid/lichid), dupa care a fost omogenizata cu polietilenamina 33% si glutaraldehida 25%. Se obtine astfel o pasta foarte vascoasa care se extrudeaza si se usuca la 60 – 65oC timp de 24 h, dupa care prin mojarare si sitare se obtin granulele de biomasa imobilizata.
– Biosorbtia metalelor grele utilizand biomasele imobilizate
Biomasele preparate anteriors-au folosit in studiul retinerii dintr-un efluent industrial a ionilor de Cr, Fe, Pb si Cu. 0,1 g particule de biomasa au fost suspendate in 100 ml efluent. Capacitatea de adsorbtie a fost calculata cu formula:
M = (Ci – Cf) Vsol./mB
unde:
M – cantitatea de metal adsorbit (mg/g biomasa)
Ci – concentratia initiala a metalului in solutie (mg/l)
Cf – concentratia finala a metalului in solutie(mg/l)
Vsol – volumul solutiei(l)
MB – cantitatea de biomasa uscata (g)
Rezultatele experimentarilor sunt prezentate in tabelul urmator.
– Imobilizarea pe gel si materiale poroase
Imobilizarea microorganismelor pe geluri a fost folosita cu succes in studiile de laborator. Gelul cu biomasa incorporata se obtine prin adaugarea unui polimer in suspensia de celule. Produsul obtinut se sintetizeaza si este apoi folosit ca umplutura in coloane cromatografice. Metalele grele sunt adsorbite la trecerea efluentului prin coloana, iar desorbtia si recuperarea acestora se face prin spalare cu HCl.
Imobilizarea pe materiale poroase reprezinta o metoda imbunatatita de imobilizare bacteriana, deoarece procesul de difuzie in acest caz este mai rapid si poate fi controlat prin alegerea porozitatii optime a materialului.
Ca materiale suport in aceasta metoda se folosesc de regula spume de poliester. Materialul este taiat in discuri de dimensiuni relativ mici si se scufunda in mediul de cultura continand biomasa viabila. Celulele bacteriene se multiplica si ocupa zonele poroase ale pieselor de poliester. Metoda a dat rezultate satisfacatoare in special aplicata pe efluenti uraniferi.
Izolarea, purificarea si selectarea unor microorganisme cu capacitati biodegradative. Tehnica de lucru a fost foarte laborioasa si a implicat urmatoarele etape:
– (1) Efectuarea de suspensii dilutii de sol 10-1-10-7;
– (2) Insamantarea dilutiilor realizate pe medii de cultura solide pentru obtinerea de colonii izolate ;
– (3) Replicarea coloniilor izolate si pastrarea lor pe medii minerale solide in care unica sursa de carbon a fost reprezentata de uraniu si metalele grele(0,5%);
– (4) Observarea zilnica a dezvltarii microorganismelor insamantate pe substrate. Astfel s-au obtinut colonii microbiene care s-au dezvoltat intr-un mediu ce continea ca unica sursa de carbon metale si uraniu
Fig.nr.2 .Coloniide Pseudomonas sp. izolateFig.nr.3. Aspect microscopic al tulpinii
Concluzii:-microorganismele selectate apartin bacteriilor;
-coloniile sunt rotunde, lucioase si colorate galben-fluorescent;
-sunt forme bacilare (fig.2) si sunt Gram-negative.
Adaptarea microorganismelor selectate, in conditii de laborator. Pentru aceasta a fost necesara cultivarea microorganismelor selectate in fermentatie submersa, la nivel de flacon cu capacitate de 500 ml, in care s-au introdus 100 ml mediu mineral de cultura si o cantitate de metale grele si radioactive 0.5 %.
Fig.nr.4. Adaptare microorganisme in conditii de laborator
Cap. 8- Ecologia si managementul sistemelor microbiene in ingineria ecologica
Lucrarea prezinta unele aspecte privind utilizarea biotehnologiilor in ingineria ecologica, modelarea ecologica si managementul ecologic, ce permit obtinerea unor rezultate consistente in problemele de protectie a mediului. Dezvoltarea tehnologica a secolului XX a determinat o crestere economica puternica, insa a lasat pe un plan secundar protectia mediului inconjurator, echilibrul ecologic al planetei suferind grave deteriorari si ajungandu-se astfel sa fie periclitata insasi existenta vietii pe Pamant.
Intr-o maniera rapida, putem defini biotehnologiile ca fiind un ansamblu de tehnici si cunostinte legate de utilizarea viului in procesele de productie, ca rezultat al progreselor recente ale biologiei moleculare.
Biotehnologiile mediului ofera beneficiile utilizarii unor combinatii de microorganisme selectate pentru capacitatile lor sinergetice de a imbunatati calitatea apei, solului si a aerului.
Ultimele cercetari in domeniul biotehnicilor mediului ofera informatii extrem de interesante asupra comportamentului microorganismelor, deschizand perspective noi in utilizarea acestora pentru protectia mediului. Astfel, s-a constatat faptul ca purificarea apei este realizata in cea mai mare parte de catre comunitati de bacterii, nu doar de catre o singura specie.
Spre deosebire de alte domenii ale biotehnologiei, in care ingineria genetica joaca un rol important in crearea de noi structuri vii, principala preocupare a biotehnologiei mediului este aceea de a asigura integrarea noilor structuri biologice create in sistemul ecologic, fara a-i altera echilibrul.
Tehnicile de imobilizare a structurilor microbiale si de cultivare a acestora sunt utilizate in biotehnologiile mediului cu aceeasi pondere ca in procesele farmaceutice, diferentele constand in modalitatile de adaptare a tehnicilor pentru obtinerea unui raport eficienta/cost optim pentru utilizatori.
Cercetarile sunt in derulare.