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Title: Natural microbial communities and their role in organic contaminant removal
Other Titles: Comunità microbiche naturali e il loro ruolo nella rimozione di contaminanti organici
Authors: Rolando, Ludovica
Keywords: Microorganisms;Bioremediation;Biodegradation;Organic contaminant;Microrganismo;Biorimedio;Biodegradazione;Contaminanti organici;BIO/07
Issue Date: 16-Jul-2021
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato. 33. ciclo
Abstract: 
The ever-growing industrialization and anthropogenic activities cause a continuous release of contaminants into environment with detrimental effects on water and soil ecosystems.
Organic contaminants include a very large number of substances of both natural and xenobiotic origin. They are a global environmental issue if they persist, bioaccumulate and are toxic for biota. Consequently, environmental remediation from chemicals is a priority. In this context, microorganisms play an important role in maintaining environmental stability (resistance and resilience), providing key ecosystem services, which ensure soil and water quality.
The overall purpose of this thesis was to evaluate the role of natural microbial communities in removing two different classes of common organic contaminants. The organic compounds were: Anionic surfactants and Polycyclic aromatic hydrocarbons.
In the first experimental research, a bacterial consortium, capable of utilising SLES as a sole carbon source and degrading it in few hours, was isolated from a real soil excavated for a railway tunnel construction. The soil contained SLES residues deriving from the foaming agent used with the tunnel-boring machine. The bioaugmentation of the bacterial consortium on soil debris can lessen its temporary storage and makes it possible a prompt re-use of the soil for different purposes. This nature-based solution meets the objective of the circular economy, saving money and avoiding un-useful waste production.
In the second experimental research, the potential role of the motile strain Pseudomonas putida G7 in cometabolism and biosorption of the hydrocarbon pyrene was demonstrated. The motile strain G7 was able in a porous system through biosorption to mobilize pyrene and to transform it by cometabolism. This work provides new insights on how bioremediation of contaminated areas can take advantage from the use of bacterial strains that can be actively mobilized toward the contamination source, even at a certain depth or distance, favouring transformation of recalcitrant pollutants, as PAHs. This research is the starting point for the development of more efficient, low-risk bioremediation strategies of poorly bioavailable contaminants in soils.

L'industrializzazione in continua crescita e le attività antropiche causano il rilascio continuo di contaminanti nell'ambiente con effetti dannosi sugli ecosistemi acquatici e del suolo.
I contaminanti organici includono un numero molto elevato di sostanze di origine sia naturale che xenobiotica. Se persistono, bioaccumulano e sono tossici per il biota diventano un problema ambientale globale. Di conseguenza, la bonifica ambientale da sostanze chimiche è una priorità. In questo contesto, i microrganismi svolgono un ruolo importante nel mantenimento della stabilità ambientale (resistenza e resilienza), fornendo servizi ecosistemici chiave che garantiscono la qualità del suolo e dell'acqua.
Lo scopo generale di questa tesi è stato di valutare il ruolo delle comunità microbiche naturali nella rimozione di due diverse classi di contaminanti organici comuni. I composti organici studiati sono stati: tensioattivi anionici ed idrocarburi aromatici policiclici.
Nella prima ricerca sperimentale, da un terreno reale proveniente dallo scavo di un tunnel ferroviario, è stato isolato un consorzio batterico in grado di utilizzare lo SLES come unica fonte di carbonio e degradarlo in poche ore. Il terreno conteneva residui di SLES derivanti dagli agenti schiumogeni utilizzati dalla fresa meccanica per la perforazione del tunnel. La bioaugmentation del consorzio batterico nel terreno scavato può ridurre i tempi del suo stoccaggio e consentire un rapido riutilizzo del terreno per diversi scopi. Questa soluzione risponde ad uno degli obiettivi dell'economia circolare, consentendo di risparmiare denaro ed evitare una produzione di rifiuti inutile.
Nella seconda ricerca sperimentale è stato dimostrato il ruolo potenziale del ceppo mobile Pseudomonas putida G7 nel cometabolismo e nel bioassorbimento dell’idrocarburo pirene. Il ceppo mobile G7 è stato in grado, attraverso il bioassorbimento, di mobilitare il pirene e trasformarlo per cometabolismo. Questo lavoro fornisce nuove informazioni su come il biorimedio di aree contaminate possa trarre vantaggio dall'uso di ceppi batterici che possono essere attivamente mobilitati verso la fonte di contaminazione, anche a una certa profondità o distanza, favorendo la trasformazione di inquinanti recalcitranti, come gli IPA. Questa ricerca può essere il punto di partenza per lo sviluppo di strategie di bioremedio, di contaminanti scarsamente biodisponibili nei suoli, più efficienti e a basso rischio.
Description: 
Dottorato di ricerca in Ecologia e gestione sostenibile delle risorse ambientali
URI: http://hdl.handle.net/2067/50371
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