I.T.I.S.“B. FOCACCIA” Salerno
Progetto CHISS : Gruppo WP3 - Prof.ssa Madaio
Inquinamento del suolo da Piombo
e principali tecniche di bonifica
Alunni della V I: Ciullo Alessandro, Coppola Federico, Corbisiero Rita, Intiso Adriano
Alunni della V M: Frasca Anna, Memoli Davide, Oliva Michela, Stanzione Lucia,
Trapanese Vincenzo
Introduzione
I metalli pesanti
(in particolare il piombo)
sono estremamente tossici
per l’ambiente poichè
tendono a bioaccumularsi e
a dare fenomeni di
biomagnificazione.
Dal suolo essi sono
trasmessi alle piante e agli
animali e quindi agli
alimenti fino all'uomo.
Cause di contaminazione da metalli
pesanti
 Vari processi industriali
 Centrali termoelettriche
 Traffico motorizzato
 Utilizzo di fertilizzanti
 Sfruttamento e successiva dismissione di miniere
 Accumulo di rifiuti urbani e loro incenerimento
Utilizzi del Piombo
Fabbriche di munizioni ed esplosivi
Batterie ed accumulatori
Vernici e smalti
 Vetri e ceramiche
Tossicità dei metalli pesanti
Deposizione nelle cellule mediante
interazioni con biomolecole
(proteine,enzimi ed acidi nucleici)
Forte affinità del catione metallico per i
gruppi -SH dell’amminoacido cisteina con
formazione di un complesso metallo-zolfo
che compromette la funzionalità
enzimatica
 Modifica della conformazione
attiva
 Blocco di siti funzionali
 Spostamento di ioni metallici
essenziali
Saturnismo
L’intossicazione proveniente da una elevata esposizione al piombo
è chiamata saturnismo (dal nome dato al piombo dagli alchimisti
medioevali) e si manifesta con :




anemia
ipertensione
neuropatia
coliche addominali
 impotenza e sterilità
Curiosità:
La morte di personaggi famosi come Beethoven, Goya e Van
Gogh è stata attribuita al saturnismo. Per i pittori si assume
che l'intossicazione cronica sia dovuta al loro contatto con i
colori: Goya inumidiva i pennelli con la bocca.
Bonifica dei Siti Inquinati
Trattamenti chimico-fisici
Biorisanamento:
trattamenti microbiologici
fitodepurazione
Artemisia princeps
Acidithiobacillus ferrooxidans
in situ
Trattamento sul
posto del
materiale
contaminato
INTERVENTI
DI BONIFICA
ex situ
Rimozione fisica
del materiale e
successivo
trattamento
on-site
off-site
Trattamenti chimico-fisici
 metodi di precipitazione/sedimentazione
Sfruttano la proprietà dei metalli di essere precipitati come idrossidi,
solfuri o carbonati per poi essere separati per sedimentazione
 complessazione mediante ligandi
Prevedono l’utilizzo di ligandi (es.EDTA) in grado di complessare i cationi
metallici con conseguente solubilizzazione
 metodi di ossidazione/riduzione chimica
Si effettuano con l'aggiunta di agenti riducenti,ossidanti o neutralizzanti in
grado di trasformare il metallo nelle sue forme meno tossiche o meno solubili
Esempio di trattamento
chimico-fisico
 Utilizzo di argille (vermiculite e montmorillonite) per
la demetallizzazione di soluzioni contenenti specie
metalliche rimosse dal terreno inquinato mediante
ligandi (acido ossalico, acido citrico, acido tartarico
e acido malonico) in grado di complessare i cationi
metallici.
 Le soluzioni estraenti devono essere in grado di
rimuovere dal suolo i metalli potenzialmente tossici
mediante contatto prolungato, lisciviazione e
successiva decantazione e raccolta
Il lisciviato così ottenuto viene demetallizzato
mediante fissaggio su argille le quali possono
assorbire i metalli pesanti, compreso il piombo,
attraverso meccanismi di scambio cationico e di
formazione di complessi a sfera interna con i
gruppi Si-O- e Al-O- presenti sulle argille.
Biorisanamento
Il biorisanamento utilizza il
potenziale metabolico dei
microrganismi e/o piante
per la riduzione
dell'inquinamento di aria,
acque e suolo.
Esiste una vasta gamma di
microrganismi in grado di vivere in presenza di
elevate concentrazioni di ioni metallici verso i
quali hanno sviluppato meccanismi di resistenza
molto conservati nel tempo e tra le diverse
specie
Meccanismi biochimici di resistenza
microbica ai metalli pesanti
 alterazione della speciazione chimica dei
metalli con variazione dello stato di
ossidazione e loro trasformazione in forme
meno tossiche e spesso con minor solubilità;
 concentrazione dei metalli all’esterno della
cellula grazie alla formazione di legami con
siti carichi negativamente situati sulle
membrane cellulari (es. gruppi fosfato dei
fosfolipidi di membrana).
 concentrazione dei metalli all’interno della
cellula, mediante specifici canali di trasporto
Meccanismi biochimici di resistenza
microbica ai metalli pesanti
 A livello intracellulare le metallotioneine, proteine a
basso peso
molecolare e ad
elevato
contenuto di
residui
–SH
dell’amminoacido
cisteina,
formano
biocomplessi con i metalli pesanti sequestrando i metalli
dal citoplasma prevenendo la loro interazione con i
componenti cellulari.(Nelle piante : fitochelatine)
cadmio-metallotioneine.
Tecniche di biorisanamento microbiologico
 biolisciviazione (bioleaching)
Utilizzo di microrganismi capaci di permettere il passaggio in
soluzione di specie metalliche che verranno successivamente
estratte dal lisciviato mediante metodi chimico-fisici o biologici.
Saccaromyces cerevisiae
Rhizopus arrhizus
Leptospirillum ferrooxidans
 bioadsorbimento (biosorption)
I metalli vengono adsorbiti e/o complessati sulla superficie della
biomassa che, precipitando come fango attivo, trasforma i metalli
solubili in composti insolubili. L’adsorbimento degli ioni metallici
avviene mediante interazione con vari tipi di ligandi o gruppi
funzionali localizzati sulle membrane cellulari
Esempio di trattamento
chimico-microbiologico
 Il terreno contaminato viene dapprima
lisciviato con acido citrico, un agente legante
per metalli più efficace e meno costoso
dell’EDTA.
 Il lisciviato, ricco in ferro-citrato,
addizionato di ioni fosfato e ammonio,
diventa un buon terreno di coltura, per un
ceppo batterico di Klebsiella oxytoca.
 I metalli vengono bioprecipitati dal lisciviato
e concentrati in un ferro-gel di origine
batterica.

Con questa tecnica di lisciviazione quasi il
100% di piombo, rame e arsenico presenti
come inquinanti precipitano nel ferro-gel.
Fitodepurazione
Specie vegetali come filtri biologici:
Crescita di piante su terreni contaminati in modo che gli
inquinanti possano percolare attraverso il sistema radicale e
accumularsi in radici, fusti, foglie etc.
La biodisponibilità di un metallo può essere incrementata
attraverso la somministrazione di agenti chelanti (EDTA),
che facilitano l’assorbimento del metallo da parte delle
piante.





Tali agenti devono essere:
non tossici
biodegradabili
economici
facilmente reperibili
assorbibili dalle specie accumulatrici
Fitostabilizzazione
Sfrutta la capacità di alcune piante di
produrre composti chimici nelle radici
in grado di immobilizzare i metalli
all’interfaccia radici-suolo riducendone
la biodisponibilità ed evitandone la
migrazione verticale verso le falde
acquifere
Fitoestrazione
Sfrutta la capacità di alcune piante, dette
metalloaccumulatrici, di estrarre i metalli
dal terreno attraverso l’apparato radicale e
di concentrarli in germogli e foglie.
Piante a crescita rapida e non da
utilizzare come foraggio
Riportiamo alcune specie vegetali accumulatrici di metalli pesanti,
tra cui il piombo:
Specie vegetale
Metalli accumulabili
Artemisia princeps
Beta maritima
Brassica campestris
Brassica nigra
Brassica juncia
Poa annua
Brassica hirta
Cd, Zn, Cu, Pb
Pb, Cu, Zn
Pb
Pb
Cd, Ni, Pb, Se
Cd, Cu, Ni, Cd, Zn, Pb
Hg, Pb
Utilizzate soprattutto piante
della famiglia delle Brassicaceae.
Brassica juncia può rapidamente
concentrare all’interno dei suoi
tessuti radicali, cadmio, nikel,
piombo e selenio, abbassandone il
livello nel suolo circostante del
55% il primo anno e di un
ulteriore 16% il secondo.
Al termine del trattamento la biomassa vegetale
deve essere raccolta e smaltita.
Le piante vengono essiccate ed incenerite a
temperature inferiori a 600°C per non disperdere il
metallo nell’ambiente.
Talvolta si rende necessario effettuare più cicli di
coltivazione e raccolta per il recupero totale del sito
Sezione schematica di un impianto di fitodepurazione
Phytoremediation del Piombo
Piuttosto difficoltosa per il piombo perché:
 saldamente trattenuto dai materiali presenti nel suolo
 poche piante sono in grado di iperaccumulare piombo
senza subire danni irreparabili alle proprie cellule.
E’ stato dimostrato che i cationi
metallici inibiscono l’attività mitotica e
di conseguenza la divisione cellulare
Il piombo, alterando le strutture
mitocondriali, può disaccoppiare la
fosforilazione ossidativa e interferire
con la sintesi proteica delle cellule
vegetali.
Svantaggi dei trattamenti
chimico-fisici
Vantaggi dei trattamenti
microbiologici
 Costi elevati
 Costi minori
 Rimozione incompleta dei
metalli e bassa
selettività
 Minimo impatto
ambientale per i
trattamenti in situ
 Alti consumi energetici e
di reagenti
 Maggiore semplicità di
processo
 Produzione di fanghi
tossici e altri prodotti di
rifiuto.
 Tempi di bonifica
relativamente brevi
Ricerca e Quantificazione del
Piombo negli alimenti a foglia larga
e in funghi
Funghi
Grazie alle ife fungine sono
capaci di assorbire e/o
accumulare elevate quantità di
contaminanti metallici,nonostante
i bassi livelli presenti nel
terreno, e trattenere a lungo
elevate concentrazioni di
inquinanti.
Presentano molecole proteiche
analoghe alle metallotioneine.
Si ritiene che siano molto utili nell'identificazione di bassi livelli
di inquinamento come bioindicatori
Ricerca e Quantificazione del
Piombo negli alimenti a foglia larga
e in funghi
Per valutare quanto il piombo,
presente nell’ambiente, si accumula
negli alimenti, abbiamo svolto una
ricerca finalizzata alla
determinazione del Pb in verdure a
foglia larga, raccolte in terreni
adiacenti zone potenzialmente
inquinate, e in funghi raccolti in
zone montagnose.
Metodica analitica
Il campione fresco (non lavato)
viene triturato ed estratto con
adatta soluzione estraente:
(CH3COO-NH4+ 10g/l EDTANa2
2 g/l; correzione del pH con
CH3COOH fino a pH 4,65)
Metodica analitica
L’estrazione viene eseguita in un
vortex per 20 minuti fino a
completa omogeneizzazione del
campione.
L’omogenato ottenuto viene
centrifugato ed il surnatante,
versato in matraccio, è portato a
volume con la medesima soluzione
estraente.
Metodica analitica
La soluzione ottenuta è analizzata
tal quale o previa diluizione in AA con
fornetto di grafite, (modello GBC
Avanta) contro bianco fatto dalla
medesima soluzione estraente.
Si adotta la tecnica dello standard
esterno ottenendo una retta di
regressione lineare con R2 circa 1,
sinonimo di ottima linearità
Sequenza delle operazioni
Risultati ottenuti
Campione
Peso umido
Peso secco
Volume
(sol.estr)
ppm Pb
Campione n.1
70.0 g
2.82 g
150 ml
0.26
Campione n. 2
70.0 g
2.00 g
200 ml
0.32
Campione n. 3
16.6 g
2.30 g
125 ml
11.6
Campione n. 4
44.397 g
n.d.
125ml
0.23
Campione insalata n. 1: Prodotto acquistato in un supermercato in busta
chiusa
Campione insalata n. 2: Prodotto raccolto in località Pellezzano (Salerno) area
a vocazione prevalentemente agricola
Campione insalata n. 3: Prodotto raccolto in località Fuorni (Salerno) area a
vocazione industriale
Campione n. 4: Fungo porcino raccolto in località Montoro (Avellino) area
montana con varie attività artigianali
Conclusioni
 Nel campione insalata n. 3 la concentrazione di Pb è circa quaranta
volte superiore ai limiti consentiti dalla Normativa vigente pari a
0,3 ppm
Abbiamo sospettato che nell’area di raccolta sia stata interrata
una vecchia batteria al piombo, un metodo di smaltimento in
passato spesso adottato
La significativa presenza di Piombo nel campione n. 4 (fungo),
prelevato in un’area prevalentemente agricola, con un apparente
basso grado d’ inquinamento, conferma l’attitudine di questa specie
vegetale ad accumulare metalli pesanti nella sua struttura cellulare
La contaminazione
alimentare da piombo e
da metalli pesanti è una
realtà!
La nostra indagine ci ha confermato
che le popolazioni sono esposte
inconsapevolmente ad un rischio non
trascurabile, che può diventare
significativo per quegli individui che,
per età o per stato di salute, sono più
vulnerabili di altri.
I.T.I.S.“B. FOCACCIA”
SALERNO
Progetto CHISS
Gruppo WP3 - Prof.Madaio
Alunni V I
Ciullo Alessandro
Coppola Federico
Corbisiero Rita
Intiso Adriano
Alunni V M
Frasca Anna
Memoli Davide
Oliva Michela
Stanzione Lucia
Trapanese Vincenzo
Ringraziamo il Prof. G.Barone per il suo contributo