ITRM20080183A1

ITRM20080183A1 - Rimozione microbiologica di mercurio da materiali contaminati.

Info

Publication number: ITRM20080183A1
Application number: IT000183A
Authority: IT
Inventors: Giuseppina Bestetti; Andrea Franzetti; Isabella Gandolfi
Original assignee: Univ Milano Bicocca
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2009-10-08
Also published as: US20110033913A1; WO2009125341A3; WO2009125341A2; EP2274452A2

Description

DESCRIZIONE

CAMPO TECNICO

La presente invenzione attiene al settore della rimozione del mercurio da materiali. In particolare, si riferisce a sistemi, apparecchi e metodi per la rimozione microbiologica di mercurio da materiali contaminati, quali ad esempio matrici ambientali contaminate, come suolo e sedimenti.

STATO DELLA TECNICA

Tecnologie basate sull’utilizzo di microrganismi, che consentano la rimozione e il recupero del mercurio, soprattutto qualora la matrice da trattare sia costituita da acque contaminate, sono note. Alcuni sistemi di trattamento prevedono l’accumulo di mercurio all’interno di cellule microbiche geneticamente ingegnerizzate, che vengono rimosse al termine del trattamento, permettendo così l’allontanamento del mercurio dalla matrice contaminata (vedi riferimenti 1, 2). Altre tecnologie, invece, sono basate sulla riduzione microbiologica del mercurio per via enzimatica, che consente di ottenere mercurio in forma elementare, più facilmente allontanabile dalla matrice contaminata rispetto alle sue forme ioniche. Sono note in letteratura alcune applicazioni di queste ultime tecnologie al trattamento di acque reflue contaminate, realizzate su diverse scale, da piccoli sistemi in batch (vedi riferimento 3) a fermentatori fed-batch e chemostati di dimensioni maggiori (vedi riferimento 4). Tale processo è stato sviluppato fino a scala pilota: il sistema è costituito da un bioreattore del volume di 0,7 m<3>, in grado di trattare le acque reflue in uscita da un piccolo impianto industriale (vedi riferimento 5).

Le tecnologie di cui sopra sono essenzialmente basate sull’utilizzo di microrganismi, anche geneticamente modificati, all’interno di un bioreattore chiuso e controllato, nel quale le cellule sono per lo più immobilizzate come biofilm su supporti costituiti da diversi materiali inerti. Il mercurio ridotto a forma elementare dai microrganismi viene accumulato all’interno del bioreattore o allontanato tramite un flusso di aria e raccolto in apposite trappole, generalmente costituite da carbone attivo. La crescita dei microrganismi nel biofilm è controllata fornendo nutrienti in quantità adeguata.

Ancora meno numerosi sono i tentativi effettuati per applicare le capacità microbiche di riduzione del mercurio al risanamento di suoli e sedimenti contaminati (vedi riferimento 6). In tale caso sono note solo applicazioni costituite da semplici sistemi in beuta, all’interno delle quali vengono posti il suolo da trattare e i microrganismi. Anche qui il mercurio ridotto viene raccolto in trappole poste all’uscita del sistema.

Secondo quanto noto agli inventori, la tecnica più avanzata per quanto riguarda il trattamento di suoli contaminati da mercurio (vedi riferimenti 7, 8) è costituita da un apparato formato da una bottiglia Drechsel contenente i sedimenti contaminati, preventivamente trattati con composti chimici che solubilizzano il mercurio quanto più possibile, e un inoculo di microrganismi. L’apparato è attraversato da un flusso d’aria che allontana il mercurio ridotto, che viene quindi raccolto in una trappola posta a valle del sistema. Tuttavia la tecnologia già sviluppata prevede una fase di lisciviazione del mercurio con composti chimici, precedente alla fase di riduzione biologica del metallo, i cui svantaggi consistono principalmente nell’alto costo dei reagenti utilizzati e nell’alterazione delle caratteristiche della matrice. Inoltre, il trattamento già sviluppato è focalizzato quasi esclusivamente sulla rimozione di un singolo composto del mercurio, HgS, presente in particolare in sedimenti anaerobici, molto scarsamente solubile e chimicamente stabile e di conseguenza poco biodisponibile, mentre non offre soluzioni per la rimozione di altre forme di mercurio, più abbondanti ad esempio in ambienti aerobici, più mobili e quindi potenzialmente più biodisponibili.

Scopo della presente invenzione è quello di rimuovere gli svantaggi dell'arte anteriore.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

L’invenzione propone un trattamento costituito da un’unica fase, in cui i microrganismi rimuovono la frazione di mercurio maggiormente biodisponibile, e quindi potenzialmente più tossica, in matrici provenienti da ambienti sia aerobici sia anaerobici.

Primo oggetto della presente invenzione è un metodo per la rimozione di mercurio in forma ionica da un materiale. In particolare, secondo la presente invenzione, detto metodo comprende la operazione di miscelare detto materiale con almeno uno dei microrganismi qui descritti, per un tempo e sotto condizioni adatte a consentire la riduzione enzimatica di detto mercurio in forma ionica a mercurio in forma elementare. In particolare il materiale non è sottoposto ad alcun pre-trattamento di modificazione chimica del mercurio presente come contaminante. Il metodo può comprendere inoltre la rimozione di detto mercurio in forma elementare da detto materiale.

Secondo oggetto della presente invenzione è un microrganismo capace di ridurre il mercurio in forma ionica a mercurio in forma elementare.

Terzo oggetto della presente invenzione è l'uso di almeno una specie dei microrganismi sopra indicati per la rimozione di mercurio da un materiale contaminato.

Quarto oggetto della presente invenzione è un sistema per la rimozione biologica di mercurio da un materiale contaminato. In particolare secondo la presente invenzione, tale sistema comprende: un bioreattore, atto a consentire il contatto tra detto materiale contaminato e i microrganismi sopra indicati per un tempo e sotto condizioni tali da consentire la riduzione di mercurio in forma ionica a mercurio in forma elementare; e tali microrganismi.

Quinto oggetto della presente invenzione è un metodo per la preparazione di una coltura di microrganismi appartenenti al genere Bacillus capaci di ridurre mercurio in forma ionica a mercurio in forma elementare. In particolare, secondo la presente descrizione, tale metodo comprende l'operazione di preparare una coltura di detto microrganismo per un tempo e sotto condizioni tali da ottenere una densità cellulare corrispondente ad una densità predeterminata in modo da massimizzare la riduzione di mercurio in forma ionica a mercurio in forma elementare da parte di detto microrganismo.

I microrganismi, usi, metodi e sistemi della presente invenzione possono essere eseguiti in modo da consentire la rimozione di un ampio gruppo di composti del mercurio rispetto a metodi noti in arte. I composti del mercurio rimuovibili con le applicazioni indicate nella presente descrizione comprendono infatti non solo i sali inorganici di mercurio, come ad esempio HgCl2, ma anche i composti organici del mercurio, noti per essere più tossici e potenzialmente più biodisponibili, quali il metilmercurio. I microrganismi, usi, metodi e sistemi della presente descrizione possono essere utilizzati, inoltre, in modo da consentire il trattamento di materiale contaminato in un’unica fase, e dunque da omettere un pretrattamento costituito dalla lisciviazione del mercurio con composti chimici, che è generalmente associato ad alti costi per i reagenti utilizzati e alla possibile alterazione delle caratteristiche della matrice.

Vantaggi offerti dalla presente invenzione sono quelli di consentire: a) la prevalente rimozione della frazione di mercurio maggiormente biodisponibile, potenzialmente più pericolosa; b) la possibilità di trattare una maggiore quantità di materiale nel corso di un singolo trattamento; c) la possibilità di riutilizzare la matrice trattata, in quanto le sue caratteristiche non risultano alterate dal trattamento; d) il risparmio economico, dovuto all’eliminazione della fase di lisciviazione chimica che prevede l’uso di reagenti costosi e all’utilizzo di una minore quantità di acqua per grammo di suolo.

Le applicazioni della presente invenzione verranno meglio descritte con l’ausilio delle figure annesse. Ulteriori caratteristiche forme di realizzazione, e vantaggi dei microrganismi, usi, metodi e sistemi qui indicati saranno evidenziati dalla descrizione, dai disegni e dalle rivendicazioni.

DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Le figure annesse che sono incorporate e costituiscono parte integrale di questa descrizione illustrano una o più forme di realizzazione della presente invenzione ed, unitamente alla descrizione dettagliata spiegano i principi e le forme di realizzazione della presente invenzione.

La Figura 1 mostra una rappresentazione schematica di un sistema per la rimozione di mercurio da una matrice secondo alcune forme di realizzazione della presente descrizione.

La Figura 2 mostra una rappresentazione schematica di un bioreattore secondo alcune forme di realizzazione della presente descrizione.

La Figura 3 mostra una rappresentazione schematica di un bioreattore secondo alcune forme di realizzazione della presente descrizione.

Simili simboli nei vari disegni indicano simili elementi.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

I Microrganismi

I microrganismi secondo la presente invenzione appartengono a varie generi di batteri in grado di produrre gli enzimi necessari per consentire l’ingresso dei composti di mercurio nella cellula e la loro riduzione. Pertanto, sono capaci di ridurre per via enzimatica mercurio in forma ionica a mercurio in forma elementare. Tali microrganismi sono scelti tra i generi: Aeromonas, Acinetobacter, Alcaligenes, Bacillus, Flavobacterium, Pseudomonas, Rhodococcus.

In una specifica forma di realizzazione dell'invenzione i microrganismi appartengono al genere Bacillus, in particolare il ceppo depositato, in accordo al Budapest Treaty, il 25 marzo 2008 presso BCCM/LMG Bacteria Collection -Laboratorium voor Microbiologie - Universiteit Gent - Gent (Belgium), con il numero di deposito .... La preparazione del microrganismo viene eseguita coltivando un’adeguata quantità di microrganismi appartenenti al genere Bacillus, fino ad ottenere la densità iniziale di cellule desiderata nella fase acquosa. Il mezzo di coltura è costituito preferibilmente da terreni completi, contenenti estratti proteici.

Materiale da decontaminare

I sistemi, metodi e usi qui descritti sono in particolare basati sulle capacità naturali di tali microrganismi di ridurre il mercurio in forma ionica, preferibilmente mercurio II (Hg<2+>) alla forma elementare per via enzimatica.

In assenza di ulteriore qualificazione il termine “mercurio” ai fini della presente descrizione deve intendersi comprendere sia mercurio in forma elementare (identificato nella presente descrizione anche come mercurio 0 o mercurio metallico) che mercurio in forma ionica (qui anche identificato come mercurio 1 o 2), quest’ultimo includente sia gli ioni Hg2<2+>ed Hg<2+>che anche i relativi sali o composti organici includenti tali ioni, come ad esempio sali ionizzabili di mercurio (e.g. HgCl2), normalmente solubili, e composti organomercuriali, quali alchil- o aril- derivati di mercurio (e.g. CH3Hg).

Il termine "biodisponibile" relativo al composto di mercurio indica composti che possono facilmente entrare e/o accumularsi negli organismi viventi, a causa della loro elevata solubilità o della affinità con i componenti idrofobici degli organismi.

Il termine “materiale” come utilizzato nella presente descrizione indica una qualunque sostanza indifferenziata che può essere soggetto a contaminazione di mercurio.

Il termine “matrice” ai fini della presente descrizione deve intendersi esteso ad un qualunque sistema comprendente il materiale contaminato, incluse matrici in fase solida, semisolida o liquida ed include a titolo esemplificativo e non limitativo matrici, quali suoli, rocce, sedimenti, materiali filtranti e/o materiali assorbenti .

Il termine “contaminato” come utilizzato nella presente descrizione con riferimento ad un materiale, ed ad una matrice, indica la presenza, in tale materiale, di mercurio come definito nella presente descrizione a concentrazioni superiori a quelle previste come limiti dalla normativa vigente, quantificabile con metodi, tecnologie e/o strumenti identificabili da un tecnico del ramo. I METODI

Il metodo secondo l'invenzione comprende una fase in cui si miscelano almeno uno dei suddetti microrganismi con un materiale o una matrice contenente mercurio, ed in particolare mercurio in forma ionica, per un tempo e sotto condizioni adatte a consentire la riduzione enzimatica del mercurio in forma ionica a mercurio in forma elementare da parte dei microrganismi. La rimozione del mercurio dalla matrice tramite i microrganismi identificati nella presente descrizione, viene effettuata mediante un metodo in cui i parametri di trattamento possono essere ottimizzati per massimizzare la rimozione di mercurio.

In alcune forme di realizzazione, il contatto è eseguito risospendendo i microrganismi e la matrice in un’unica soluzione acquosa contenente gli elementi chimici necessari al metabolismo microbico e per un tempo tali da ottimizzare anche la crescita di detti microrganismi su detta matrice. Il metodo comprende inoltre l'operazione di rimozione del mercurio in forma elementare dalla matrice trattata con i microrganismi.

Il metodo qui descritto è essenzialmente un metodo a fase unica. Con l'espressione "a fase unica" si intende un metodo che non comprende alcun passaggio di pre-trattamento del materiale o matrici contaminate finalizzato alla modificazione chimica e/o alla biodisponibilità del mercurio presente come contaminante. Quindi il metodo non prevede trattamenti preliminari del materiale o delle matrici quali la lisciviazione con acidi o la trasformazione delle specie contenenti mercurio, per esempio ossidazioni, a composti più solubili. L'operazione di miscelazione dei microrganismi con la suddetta matrice viene eseguita mediante preparazione di una coltura di detto microrganismo per un tempo e sotto condizioni tali da ottenere una densità cellulare corrispondente ad una densità predeterminata, seguita dal successivo contatto di tale coltura con il materiale da decontaminare. In particolare, la densità cellulare viene predeterminata in modo da massimizzare la riduzione di mercurio in forma ionica a mercurio in forma elementare da parte del microrganismo quando posto a contatto con il materiale da decontaminare. La densità cellulare ottimale viene raggiunta preferibilmente coltivando i microrganismi in terreni completi contenenti estratti proteici per un tempo necessario ad ottenere valori di densità ottica della coltura non inferiori a 1 UA (Unità di Assorbanza), misurata a 600nm.

In alcune forme di realizzazione la matrice solida è sospesa in una fase liquida, risultando in una fase semi solida detta slurry cioè un fango fluido.

Il materiale o la matrice solida è miscelato ad una quantità di fase liquida, per esempio acqua, non inferiore a tre volte il peso della matrice da trattare in modo da ottenere una fase semisolida, più facilmente omogeneizzabile rispetto alla fase solida. La quantità di fase liquida può essere da 3 a 20 volte, preferibilmente 5, 8, 10, 15 volte il peso del solido.

Il contatto con i microrganismi viene effettuato possibilmente in presenza di ulteriori sostanze e/o composti atti a consentire o facilitare la loro crescita e/o la riduzione enzimatica del mercurio in forma ionica.

Tali sostanze o composti possono essere disciolti nella fase liquida della sospensione e comprendono miscele di sali minerali in quantità sufficiente a mantenere la salinità del mezzo più favorevole all’attività dei microrganismi. In particolare la sospensione può essere addizionata con miscele prevalentemente di nitrati e fosfati, che possono essere appositamente preparate o essere costituite da fonti di azoto e fosforo già commercializzate, come ad esempio concimi utilizzati in agricoltura.

Le concentrazioni di azoto e fosforo preferibilmente variano, rispettivamente, tra 10 e 50 mM e tra 10 e 100 mM.

Possono inoltre essere aggiunti composti tiolici quali il tioglicolato di sodio, cisteina, glutatione o mercaptani, in concentrazioni variabili da 1 a 20 mM, per esempio 10 mM, che siano in grado di aumentare la sintesi e l’attività degli enzimi che catalizzano il processo di riduzione del mercurio, così da porre i microrganismi nelle condizioni in cui si possa ottenere la maggiore efficienza possibile. Infine, possono essere aggiunti anche vari tipi di composti, per esempio tensioattivi, che abbiano la proprietà di facilitare il desorbimento e la solubilizzazione del mercurio adsorbito sulle particelle solide della matrice, senza mutarne la natura chimica, allo scopo di favorire il processo di riduzione microbica, rendendo il mercurio stesso maggiormente disponibile per i microrganismi. Tali sostanze possono essere addizionate in concentrazione da 1 a 10 g/l, per esempio 5 g/l. Possono inoltre essere aggiunte fonti di carbonio semplici, quali glucosio, saccarosio o altri, in concentrazione variabile tra 1 e 10 g/l per favorire la crescita microbica.

Tali sostanze e composti possono essere posti a contatto con la matrice da decontaminare e/o i microrganismi prima o dopo il contatto tra microorganismi e matrice. In alcune forme di realizzazione, la matrice è miscelata con tali ulteriori sostanze e composti prima del contatto con i microrganismi. Il pretrattamento della matrice può essere effettuato direttamente all’interno del bioreattore, prima dell’aggiunta dei microrganismi, oppure omogeneizzando con mezzi meccanici la matrice e i composti da aggiungere prima dell’immissione nel bioreattore.

Il contatto tra matrice e microrganismi e possibilmente anche con le sostanze e composti sopra indicati, può essere ottimizzato ad esempio mediante mezzi di agitazione atti a consentire o facilitare la diffusione dei microrganismi e, possibilmente degli ulteriori materiali e composti, sulla matrice da decontaminare.

La rimozione del mercurio in forma elementare, specie chimica volatile, può essere effettuato mediante un flusso di gas attraverso la miscela di reazione. Per esempio si può utilizzare un flusso di una miscela di gas contenente ossigeno, come un flusso di aria, preferibilmente umidificata per mantenere le caratteristiche di umidità dello slurry trattato. Il flusso di gas rimuove e trasferisce il mercurio dalla matrice ad una trappola contenente un supporto (i.e. un materiale atto a immobilizzare mercurio) nel quale il mercurio rimosso venga accumulato per poi essere eliminato o recuperato.

La frazione di mercurio che rimane eventualmente in soluzione nella fase acquosa al termine del trattamento, e che non sia stata rimossa dai microrganismi può essere smaltita a parte, dopo concentrazione in un piccolo volume, in modo da ottenere la massima resa possibile di rimozione dei composti di mercurio dalla matrice trattata.

Il mercurio raccolto nelle trappole viene periodicamente quantificato tramite spettroscopia ad assorbimento atomico. La concentrazione residua finale di mercurio in entrambe le fasi, liquida e solida, della slurry viene misurata, al termine del trattamento, in modo da poter calcolare un bilancio di massa, per verificare che l’intera frazione di mercurio ridotta dai microrganismi sia raccolta nelle trappole. La frazione di mercurio biodisponibile viene inoltre quantificata, con apposita metodica, prima e dopo il trattamento, al fine di valutare la riduzione di pericolosità della matrice trattata.

BIOREATTORE

La decontaminazione di matrici dal mercurio può essere effettuata in un bioreattore atto a contenere i microrganismi qui indicati unitamente alla matrice stessa. Il bioreattore è parte di un sistema che utilizza i microrganismi qui descritti per la rimozione e, possibilmente, il recupero del mercurio dalla matrice stessa.

In accordo con la presente invenzione, tale sistema contiene a) un bioreattore all’interno del quale avviene il trattamento; unitamente a b) un sistema di agitazione del materiale contenuto nel bioreattore; c) un sistema per il passaggio del fluido utilizzato per la rimozione del mercurio dal bioreattore e/o d) un supporto per la immobilizzazione del mercurio rimosso dal bioreattore attraverso l'aerazione forzata.

Una particolare forma di realizzazione del sistema è illustrata nelle Figura 1, dove è rappresentato un sistema (1) che comprende

- un bioreattore (10) chiuso all’interno del quale avviene il trattamento;

- un sistema di agitazione (11) del materiale contenuto nel bioreattore;

- un sistema di aerazione forzata (12) che permetta l’apporto di ossigeno e la rimozione del mercurio ridotto dai microrganismi;

- una trappola (13) a valle del bioreattore per intrappolare il mercurio allontanato dal sistema; Il bioreattore (10) può essere un bioreattore ad agitazione continua con rotore a palette che consente una continua redistribuzione di massa e fluido (gas/liquido) unitamente a trasferimento di calore all’interno del bioreattore nel quale il contenuto viene miscelato.

Tale bioreattore può essere costituito da un contenitore (15) con pareti a tenuta stagna, realizzato in materiale che non adsorba mercurio, che possa essere chiuso ermeticamente dopo l’introduzione del materiale contaminato da trattare, con l’eccezione di un ingresso (16) ed un’uscita per il flusso d’aria (17). Il flusso d’aria in uscita passa attraverso la trappola (13). Il trattamento avviene quindi preferibilmente in batch. Il bioreattore può essere di volume variabile ed essere realizzato in un singolo pezzo o essere formato da un corpo principale ed un coperchio che possa essere fissato in modo da ottenere una chiusura ermetica per evitare la dispersione del mercurio per volatilizzazione.

In alcune forme di realizzazione del sistema illustrato nella presente descrizione il bioreattore contiene un sistema di agitazione, possibilmente regolabile che consenta di mantenere il più omogenea possibile la miscela costituita dal materiale solido da trattare e dall’acqua eventualmente addizionata di composti che favoriscano il processo biologico (tale miscela identificata nella presente descrizione anche con il termine inglese “slurry’). Nel bioreattore (10) illustrato in Figura 1, viene utilizzato un sistema di agitazione a paletta (11) la cui rotazione è mantenuta da un motore (18).

A monte del bioreattore viene posto un sistema (12) che garantisca l’aerazione forzata del sistema e che garantisca un flusso non inferiore ad un valore prescelto. L’aria in entrata deve sempre essere umidificata per garantire un contenuto d’acqua costante all’interno del bioreattore. Il flusso d’aria può in particolare essere mantenuto da sistemi come pompe o compressori, che mantengano una portata nota e, possibilmente, costante. Tale flusso può essere introdotto nel sistema tramite diffusori di vario genere, generalmente immersi nella slurry, quale ad esempio il diffusore (19) che consentano una più efficace ossigenazione.

A valle del bioreattore viene posta una trappola (13), costituita da un supporto che contenga forti ossidanti o da carboni attivi, che permettano di accumulare e recuperare il mercurio rimosso dalla matrice trattata.

Il bioreattore può essere costituito da un bioreattore a ciclo chiuso, come ad esempio i bioreattori (20) e (21) illustrati in maniera schematica rispettivamente nelle Figure 2A e 2B, nel quale il sistema di agitazione è costituito da un sistema di pompaggio (22) di aria all’interno del reattore, che consente la creazione di un flusso di aria (221) possibilmente regolabile e costante. I bioreattori (20) e (21) sfruttano la diffusione dell’aria per creare un flusso forzato e controllato di liquido nel bioreattore con l’ulteriore vantaggio di consentire un piu’ basso consumo di energia. Il sistema di pompaggio (22) dei bioreattori (20) e (21) può, ad esempio essere costituito da un sistema meccanico o da un sistema pneumatico (e.g. sistema di pompaggio del bioreattore ad aria compressa). Anche in questo bioreattore, il flusso d'uscita passa attraverso una trappola (23).

I microrganismi, metodi usi e sistemi bioreattori ed apparati qui descritti trovano applicazione a) per la rimozione di composti organici e inorganici del mercurio in suoli e sedimenti contaminati; b) per la bonifica con un trattamento ex situ di siti contaminati, in cui la contaminazione principale sia costituita da mercurio, c) per la concentrazione di mercurio in piccoli volumi di materiale, in modo da facilitarne lo smaltimento, o per il recupero di mercurio metallico che può essere in questo modo riutilizzato; e/o d) per il riutilizzo ed il recupero delle matrici trattate, una volta decontaminate.

I microrganismi, usi, sistemi, metodi qui descritti sono di seguito illustrati, in alcuni loro aspetti, a mezzo di esempi specifici riguardanti le fasi sperimentali della preparazione e valutazione della rimozione del mercurio da matrici da decontaminare. Tali esempi hanno scopo puramente illustrativo, ed in nessun modo limitativo sulla portata della rivendicazioni.

ESEMPI

Alcuni aspetti della presente descrizione verranno ulteriormente illustrati con l’ausilio dei seguenti esempi:

Esempio 1:

La rimozione del mercurio da un suolo contaminato con HgCl2ad una concentrazione di 100 mg/kg è stata condotta in fase slurry in un bioreattore del volume di 1 litro, dotato di un agitatore a pala collegato ad un motore per mantenere l’omogeneità della slurry; l’agitazione è stata mantenuta costante in tutte le prove a 150 rpm. Il flusso d’aria, mantenuto da una pompa esterna al bioreattore, è immesso tramite un setto poroso di dimensioni di poco inferiori al diametro del bioreattore, posto sul fondo del bioreattore stesso; la portata dell’aria in ingresso è stata mantenuta costante a 1 L/min.

A valle del bioreattore sono state collocate due trappole in serie, ognuna costituita da 50 mL di una soluzione di H2SO4al 5% e KMnO4allo 0,6 %, in cui viene raccolto il mercurio strippato dal flusso di aria. Le trappole sono state periodicamente sostituite e analizzate per determinare la concentrazione di mercurio.

La prova è stata conclusa dopo 144 ore, ed è stata determinata la percentuale residua di mercurio in entrambe le fasi, solida e liquida. E’ stata inoltre determinata la percentuale di mercurio biodisponibile, rispetto al totale, al tempo iniziale e al tempo finale, utilizzando la seguente metodica: 5 g di suolo sono stati posti in un becker con 10 mL di soluzione estraente (DTPA 1,97 g/L, CaCl2· 2 H2O 1,46 g/L, trietanolamina 14,92 g/L) e lasciati in agitazione per 2 ore. La slurry è stata quindi centrifugata a 5000 rpm per 5 minuti; il surnatante è stato filtrato con carta da filtro ed analizzato. Tutte le analisi del mercurio sono state effettuate utilizzando un analizzatore di mercurio basato sulla spettrometria ad assorbimento atomico.

L’inoculo di microrganismi era costituito da una coltura di Bacillus sp. RM1, coltivato overnight in terreno ricco (triptone 10%, estratto di lievito 5%, NaCl 5%) e risospeso nella fase acquosa della slurry in modo da ottenere una densità ottica delle cellule, misurata a 600 nm, pari a 1.

Il rapporto suolo/acqua è stato fissato in 1:10; alla fase acquosa è stata aggiunta una miscela di terreno minerale così composta: Na2HPO47 g/L, KH2PO43 g/L, NaCl 0,5 g/L, NH4Cl 1 g/L. È stato inoltre aggiunto tioglicolato di sodio ad una concentrazione di 10 mM, riferita alla fase acquosa.

Tale prova ha consentito di ottenere una percentuale di rimozione del mercurio presente nel suolo pari al 67 ± 7%, mentre il residuo nella fase solida al termine del trattamento è risultato pari al 20 ± 6%. La frazione di mercurio biodisponibile presente nel suolo, pari al 18,9 ± 0,4% prima del trattamento, si è ridotta al 3,4 ± 0,6% al termine del trattamento.

Esempio 2:

La rimozione del mercurio da un suolo contaminato con HgCl2ad una concentrazione di 40 mg/kg è stata condotta come descritto nell’esempio precedente. In aggiunta, la fase liquida è stata addizionata con una soluzione di un composto ad azione biotensioattiva, un ramnolipide presente sul mercato, ad una concentrazione di 5 g/L. Tale prova ha consentito di ottenere una percentuale di rimozione del mercurio presente nel suolo pari al 47 ± 9%, mentre il residuo nella fase solida al termine del trattamento è risultato pari al 40 ± 9%. La frazione di mercurio biodisponibile presente nel suolo, pari al 14,3 ± 1,5% prima del trattamento, si è ridotta al 8,6 ± 1,0% al termine del trattamento.

E’ da intendersi che la presente descrizione non è da limitare a particolari configurazioni dell’apparato, a particolari materiali, applicazioni o sistemi, che possono ovviamente variare.

E’ inoltre da intendersi che la terminologia utilizzata nella presente domanda, che e’ stata utilizzata allo scopo di descrivere particolari forme di realizzazione non deve intendersi come limitante.

A meno che definiti in altro modo tutti i termini tecnici e scientifici utilizzati nella presente descrizione hanno lo stesso significato usualmente inteso da un esperto del ramo al quale la descrizione pertiene. Sebbene ogni metodo e materiale simile o equivalente a quelli descritti possa essere utilizzato per realizzare la invenzione, specifici materiali e metodi sono descritti a carattere esemplificativo.

L’intera descrizione di ciascun documento citato e’ da intendersi a tutti gli effetti ripetuta e trascritta nella sua interezza nella presente domanda.

Esempio 3:

La rimozione del mercurio da un suolo contaminato con HgCl2ad una concentrazione di 100 mg/kg è stata condotta in fase slurry in un bioreattore del volume di 1 litro, come descritto nell’esempio 1. L’inoculo di microrganismi era costituito da una coltura di Pseudomonas fluorescens, coltivato overnight in terreno ricco (triptone 10%, estratto di lievito 5%, NaCl 5%) e risospeso nella fase acquosa della slurry in modo da ottenere una densità ottica delle cellule, misurata a 600 nm, pari a 1.

Il rapporto suolo/acqua è stato fissato in 1:10; alla fase acquosa è stata aggiunta una miscela di terreno minerale così composta: Na2HPO47 g/L, KH2PO43 g/L, NaCl 0,5 g/L, NH4Cl 1 g/L. È stato inoltre aggiunto tioglicolato di sodio ad una concentrazione di 5 mM, riferita alla fase acquosa. Tale prova ha consentito di ottenere una percentuale di rimozione del mercurio presente nel suolo pari al 53 ± 18%, mentre il residuo nella fase solida al termine del trattamento è risultato pari al 37 ± 17%. La frazione di mercurio biodisponibile presente nel suolo, pari al 30,9 ± 9,7% prima del trattamento, si è ridotta al 2,8 ± 1,2% al termine del trattamento.

Esempio 4:

La rimozione del mercurio da un suolo contaminato con HgCl2 ad una concentrazione di 40 mg/kg è stata condotta come descritto nell’esempio 1, con la differenza che è stata utilizzata una coltura di Pseudomonas fluorescens come inoculo, invece che una coltura di Bacillus sp. RM1. La coltura di Pseudomonas fluorescens è stata preparata come descritto nell’esempio 3. In aggiunta, la fase liquida è stata addizionata con una soluzione di un composto ad azione biotensioattiva, un ramnolipide presente sul mercato, ad una concentrazione di 5 g/L. Tale prova ha consentito di ottenere una percentuale di rimozione del mercurio presente nel suolo pari al 51 ± 8%, mentre il residuo nella fase solida al termine del trattamento è risultato pari al 23 ± 5%. La frazione di mercurio biodisponibile presente nel suolo, pari al 23,9 ± 5,9% prima del trattamento, si è ridotta al 14,4 ± 1,0% al termine del trattamento.

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1999. Removal of mercury from mercury-contaminated sediments using a combined method of chemical leaching and volatilization of mercury by bacteria. Biodegradation 10:443-447.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la rimozione di mercurio in forma ionica da un materiale solido o semisolido, detto metodo comprendente fasi in cui: si miscela detto materiale con almeno un microrganismo scelto tra i generi Aeromonas, Acinetobacter, Alcaligenes, Bacillus, Flavobacterium, Pseudomonas, Rhodococcus, capace di ridurre mercurio in forma ionica a mercurio in forma elementare per un tempo e sotto condizioni idonee a consentire la riduzione enzimatica di detto mercurio in forma ionica a mercurio in forma elementare, e si rimuove detto mercurio in forma elementare da detto materiale.
2. Il metodo secondo la rivendicazione 1, in cui il materiale non è sottoposto ad alcun pre-trattamento di modificazione chimica del mercurio presente come contaminante.
3. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazione 1 o 2, in cui il microrganismo è un ceppo di Bacillus depositato presso BCCM/LMG Bacteria Collection - Laboratorium voor Microbiologie - Universiteit Gent - Gent (Belgium) il 25.03.2008 con numero di deposito ....
4. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazione 1 a 3, in cui il materiale è costituito da una matrice in forma solida, semisolida.
5. Il metodo secondo la rivendicazione 4, in cui il materiale è una sospensione di terreno, sedimenti o altra matrice in una fase acquosa.
6. Il metodo secondo la rivendicazione 5 in cui la fase acquosa è addizionata di miscele di sali minerali, composti tiolici e opzionalmente di tensioattivi.
7. Il metodo secondo la rivendicazione 6, in cui la fase acquosa è presente in quantità non inferiore a tre volte il peso del materiale solido da trattare.
8. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 7, che comprende la fase in cui si prepara una coltura di detto microrganismo per un tempo e in condizioni tali da ottenere una densità ottica della coltura non inferiore a 1 UA (Unità di Assorbanza), misurata a 600nm,corrispondente ad una densità che massimizza la riduzione di mercurio in forma ionica a mercurio in forma elementare da parte di detto microrganismo.
9. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui si rimuove detto mercurio in forma elementare attraverso un sistema di ventilazione forzata atto ad apportare un flusso di gas a contatto con il materiale
10. Il metodo della rivendicazione 9, in cui il flusso di gas è aria umidificata.
11. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui successivamente alla rimozione da detto materiale si recupera detto mercurio in forma elementare.
12. Il metodo secondo la rivendicazione 11, in cui si quantifica il mercurio recuperato mediante misurazione della concentrazione residua finale di mercurio sia in fase solida che in fase liquida in modo da calcolare un bilancio di massa, tramite spettroscopia ad assorbimento atomico.
13. Microrganismo capace di ridurre mercurio in forma ionica a mercurio in forma elementare, detto microrganismo appartenente al genere Bacillus.
14. Microorganismo secondo la rivendicazione 13, detto microorganismo depositato presso BCCM/LMG Bacteria Collection - Laboratorium voor Microbiologie - Universiteit Gent - Gent (Belgium) con numero di deposito ... .
15. Uso di microrganismi secondo la rivendicazione 13 o 14, per la rimozione di mercurio da un materiale.
16. Uso secondo la rivendicazione 15, in cui detto materiale e’ costituito da una matrice in forma solida, semisolida o liquida.
17. Apparato per la rimozione biologica di mercurio da un materiale contaminato, comprendente: un bioreattore, atto a consentire il contatto tra detto materiale contaminato ed almeno uno dei microrganismi secondo la rivendicazione 13 o 14 per un tempo e sotto condizioni tali da consentire la riduzione di mercurio in forma ionica in mercurio in forma elementare.
18. L'apparato secondo la rivendicazione 17, comprendente inoltre un sistema di ventilazione forzata, atto ad apportare un fluido per la rimozione del mercurio in forma elementare.
19. L'apparato secondo la rivendicazione 18, in cui il sistema di ventilazione comprende un ingresso del fluido praticato sul bioreattore, una uscita del fluido praticata sul bioreattore, ed un flusso di fluido atto a scorrere tra detta entrata e detta uscita.
20. L'apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 17 a 19, comprendente inoltre un sistema di agitazione del materiale contenuto in detto bioreattore.
21. L'apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 17 a 20, in cui i mezzi di agitazione del materiale comprendono un sistema rotante a palette.
22. L'apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 17 a 21, comprendente inoltre una trappola a valle del bioreattore per intrappolare il mercurio in forma elementare una volta rimosso dal materiale contaminato.
23. L'apparato secondo la rivendicazione 22, in cui la trappola comprende forti ossidanti o carboni attivi.
24. L'apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 17 a 23, in cui il bioreattore è a volume variabile.
25. Metodo per la preparazione di una coltura di microrganismi appartenenti al genere Aeromonas, Acinetobacter, Alcaligenes, Bacillus, Flavobacterium, Pseudomonas o Rhodococcus, e capaci di ridurre mercurio in forma ionica in mercurio in forma elementare, detto metodo comprendente le fasi in cui: si prepara una coltura di detto microrganismo in un mezzo costituito da terreni completi, contenenti estratti proteici, per un tempo e sotto condizioni tali da ottenere una densità ottica della coltura non inferiore a 1 UA (Unità di Assorbanza), misurata a 600nm, corrispondente ad una densità che massimizza la riduzione di mercurio in forma ionica a mercurio in forma elementare da parte di detto microrganismo.