BARRIEREPERMEABILIREATTIVEBARRIERE PERMEABILI REATTIVE

BARRIERE PERMEABILI REATTIVEBARRIERE PERMEABILI REATTIVE

PRINCIPALI SOLVENTI CLORURATIPRINCIPALI SOLVENTI CLORURATIE LORO UTILIZZOE LORO UTILIZZO

Pulitura a secco e industria Percloroetilenetessile, Intermedio chimico (fluorocarburi), Pulitura C C

Cl Cl

PCE

Tricloroetilene

( )metalli industriale (sgrassante)Cl Cl

Pulitura metalli industriale (sgrassante) , Pulitura a secco,

di hi i ( hi i

Tricloroetilene

C C

H Cl

TCE Intermedio chimico (chimica organica e farmaceutici)

C C

Cl Cl

TCE

Valori di concentrazione limite accettabili nelle acque Valori di concentrazione limite accettabili nelle acque sotterranee (DM n.471/1999 o CSC D.Lgs. 152/2006)sotterranee (DM n.471/1999 o CSC D.Lgs. 152/2006)

Valore limite(µg L-1)

Cl C

C C

Cl ClPCE – Percloroetilene C2Cl4

(cancerogeno)1.1

Cl Cl(cancerogeno)

H Cl

C C

Cl Cl

TCE – Tricloroetilene (trielina) C2HCl3(cancerogeno)

1.5Cl Cl

Valori di concentrazione limite accettabili nelle acque Valori di concentrazione limite accettabili nelle acque

Valore limite

sotterranee (DM n.471/1999 o CSC D.Lgs. 152/2006)sotterranee (DM n.471/1999 o CSC D.Lgs. 152/2006)

0 051,1 - DCE – Dicloroetilene C2H2Cl2C C

Cl H

Valore limite(µg L-1)

0.05(cancerogeno)C C

Cl H

C C

H H

C C

H Cl1,2 - Dicloroetilene C2H2Cl2 60C C

Cl Cl

C C

Cl H(non cancerogeno) 60

C C

H HVC – Cloruro di vinile C2H3Cl

( )0.5

Cl H(cancerogeno)

Alcune proprietà dei solventi clorurati

Densità (20°C) (g/ml)

Solubilità (25°C) (mg/l)

KOC

C C

Cl Cl

(g ) ( ) ( g )

PCE 1.62 140 263Cl Cl

H Cl

TCE 1 46 1100 137C C

Cl Cl

H H

TCE 1.46 1100 137

C C

H

Cl Cl

H

1,2 - DCE 1.21 3500 80

C C

H H

VC gas 2700 2.45Cl H

g

SCENARIO DI RIFERIMENTOSCENARIO DI RIFERIMENTO

Trasporto e destino dei solventi clorurati (DNAPL)

2’ 15’’ 9’ 25” 21’ 5”

Trasporto e destino dei solventi clorurati (DNAPL)Simulazione di uno scenario di contaminazione in box model

2 15 9 25 21’ 5”

33’ 40” 1h 1’ 55”28’ 20”

1h 38’ 25” (Infiltration ends) 2h 28’ 46” 3h 28’ 16”

P. Viotti e collaboratori, DITS, “Sapienza” Università di Roma, 2008

Trasporto e destino dei solventi clorurati (DNAPL)

2’ 15’’ 9’ 25” 21’ 5”

Trasporto e destino dei solventi clorurati (DNAPL)Simulazione di uno scenario di contaminazione in box model

10

20

30

40

10

20

30

40

10

20

30

402 15 9 25 21’ 5”

10 20 30 40 50 60 70 80

10

10 20 30 40 50 60 70 80

10

10 20 30 40 50 60 70 80

10

40 4040 33’ 40” 1h 1’ 55”28’ 20”

10

20

30

10

20

30

10

20

30

10 20 30 40 50 60 70 80 10 20 30 40 50 60 70 80

30

40

30

40

30

40

10 20 30 40 50 60 70 80

1h 38’ 25” (Infiltration ends) 2h 28’ 46” 3h 28’ 16”

10 20 30 40 50 60 70 80

10

20

10 20 30 40 50 60 70 80

10

20

10 20 30 40 50 60 70 80

10

20

P. Viotti e collaboratori, DITS, “Sapienza” Università di Roma, 2008

SCENARIO DI RIFERIMENTOSCENARIO DI RIFERIMENTO

Principali meccanismi di Principali meccanismi di ppattenuazione biologiciattenuazione biologici

Declorazione Ossidativa Processo metabolico o

Declorazione Riduttiva

Processo metabolico o cometabolico

“Le reazioni biologiche negli ambienti g gsuolo e sottosuolo sono generalmente piu’ rapide che le reazioni abiotiche per larapide che le reazioni abiotiche per la gran parte dei composti”

Declorazione riduttivaDeclorazione riduttiva

C C

C l C l

PCECoinvolge una serie di riduzioni a stadiC l C l

C l C l

H+ + 2e-

Cl-

stadi

In ogni stadio un atomo di cloro è sostituito con un idrogenoC C

C l HH+ + 2e-

Cl-

TCE sostituito con un idrogeno

Ogni stadio è una riduzione: è i f i d t di

C C

C l

H H

C l

Cl

H+ + 2e-

cis-DCEnecessario fornire un donatore di elettroni per sostenere il processo (H2 metanolo etanolo )

C C

C l H

H+ + 2e

Cl-

VC

(H2, metanolo, etanolo…)

VC e DCE sono spesso i prodotti finali dell’incompleta declorazione

H H

H H

H+ + 2e-

Cl-

finali dell incompleta declorazione del PCE

Il VC è iù t i d l PCE diC C

H

H H

H

ETH Il VC è più tossico del PCE di partenza

Pathway di declorazione riduttiva del PCE Pathway di declorazione riduttiva del PCE (PCE(PCE→→ETH)ETH)

0 5

0,6

0,4

0,5

0,3

[mM

]

PCE TCEDCE VC

0 1

0,2DCE VCETH

0

0,1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3Tempo [days]

Soil Venting (Soil Vapor Estraction Soil Venting (Soil Vapor Estraction –– SVE)SVE)

Air SpargingAir Sparging

In In –– Well Air StrippingWell Air Stripping

Pump and TreatPump and Treat

Air StrippingAir Stripping

Adsorbimento su carbone attivoAdsorbimento su carbone attivo

Problemi connessi con le tecnologie di Pump & Treat

Devono restare in funzione per lunghi periodi di tempo finoall’esaurimento della sorgente e del plume (10 ÷ 100 anni)con conseguenti costi operativi elevati (energia e costi ditrattamento 1 ÷ 3 € m3)trattamento, 1 ÷ 3 € m )

Grande spreco di acqua (generalmente grandi quantità diacqua da trattare con basse concentrazioni)acqua da trattare con basse concentrazioni)

Necessità di impianti on-site (non consentono il pieno usodella proprietà)della proprietà)

Processo controllato dalla cinetica di dissoluzione dellasorgenteg

Cosa è una barriera reattiva Cosa è una barriera reattiva permeabile?permeabile?

Vantaggi delle PRB

Il trattamento avviene nel sottosuolo

Il trattamento è generalmente “passivo”

Costi di gestione potenzialmente inferioriCosti di gestione potenzialmente inferiori

Permettono il pieno uso economico di una proprietàp p p

Non necessitano di strutture sopra il piano campagna nè di attività giornalieraIl monitoraggio può essere meglio indirizzato

PRBs PRBs –– U.S.A.U.S.A.Circa 100 installazioni

United States Field InstallationsUnited States Field InstallationsUnited States Field Installations

Field Test SiteField Test Site

Installations Around the GlobeInstallations Around the GlobeInstallations Around the Globe

enviroenvirometalmetal technologies inc.technologies inc.AustraliaAustralia

JapanJapanEuropeEurope

enviroenvirometalmetal technologies inc.technologies inc.

PRBsPRBsCirca 20 Europa

11 Giappone

Installations Around the GlobeInstallations Around the GlobeInstallations Around the Globe

pp1 Australia

JapanJapanEE

A t liA t li

EuropeEurope

AustraliaAustralia

enviroenvirometalmetal technologies inc.technologies inc.

Configurazione PRB - Continuous Wall

Warren AFB, WY (1999)PRB F (0)

, ( )PRB con Fe(0)

Barriera Permeabile Reattiva, Torino (ottobre 2004)(Di Molfetta Sethi Politecnico di Torino)(Di Molfetta, Sethi, Politecnico di Torino)

Configurazione PRBConfigurazione PRB

Funnel & Gate(s)Funnel & Gate(s)

Funnel and Multiple Gates - Karlsruhe

Diametro = 1.8 m

Profondità = 17 m

Mezzo reattivo = carbone attivo

Portata = 10 L/sPortata 10 L/s

ipea gravel

groundwateroutflow

2" monitoring wells

clay seal

casing(temporary)

activatedfunnel

separatorclosing sheet pile

g

activatedcarbon

open areas

gate, perforated

2,00 m2,50 m

2" monitoring wellgroundwater

inflow

Installa ione del f nnelInstallazione del funnel (palancole)

Tipologie di barriere permeabili reattive

Barriere AdsorbentiBarriere Adsorbenti

Barriere ChimicheBarriere Chimiche

Barriere Biologiche

Installazione PRB per materiale reattivo utilizzato

11 1 1 2 1 1 1 1

2111

292

111

6Zero-valent Iron Iron and Sand Iron and Gravel Iron SpongeIron and Wood Chips Granular Cast Iron Activated Carbon Catalyzed HydrogenZ lit S di Dithi it O i C b Li tZeolite Sodium Dithionite Organic Carbon LimestoneOxygen Copper Wool Steel Wool Amorphous Ferric OxidePhosphate

Composti organici alogenati e Fe(0)

Numerose ricerche sulla degradazione di solventi clorurati (PCE e TCE) alla ( )superficie di Ferro zero-valente

Processo di degradazione largamenteProcesso di degradazione largamente riconosciuto come dealogenazione riduttiva abiotica che implica la corrosione del Fe(0) ad opera degli idrocarburi alogenati

Declorazione riduttiva netta promossa dal Fe(0) come somma di reazioni ( )anodiche (ossidazione) e catodiche (riduzione) che avvengono sulla

fi i d l t llsuperficie del metallo

Fe0 Fe+2 + 2e-

R-Cl+H+ +2e- R-H + Cl-

R-Cl+H+ + Fe0 R-H +Cl- + Fe +2

Degradazione di TCE con Ferro (0) β - eliminazione (percorso principale) e β (p p p )

Idrogenolisi (percorso minore)

Roberts, A. L., et. al, 1996 Reductive Elimination of Chlorinated Ethylene by Zero-Valent Metals. Environmental Science and Technology,

Corrosione del Ferro in sistemi acquosi

2Fe0 + O2 + 2H2O 2Fe+2 +4OH-

4F +2+4H+ + O 4F +3 +2H O4Fe+2+4H+ + O2 4Fe+3 +2H2O

Fe+3 + 3OH- Fe(OH)3 (s)Fe + 3OH Fe(OH)3 (s)

Fe0 + 2H2O Fe2+ + H2 (g) + 2OH-

Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2 (s)

M difi d ll hi i d ll f ldModifica della geochimica della falda

Upgradient Iron Zone Transition DowngradientUpgradient Iron Zone Transition Downgradient

FeBuffering Capacity of Aquifer

2+pH

Background Levels Ca

Alkalinity

Fe

Eh

CaCO dissolution3pHBackground Levels

Eh

pptes - CaCO

EhDO

3 - FeCO - Fe(OOH) - M g(OH) - M gCaCO

F S

m inor O and CO diffusion/dissolution

Distance: flow velocity/aquifer conditions

2 233

23

Flow - FeS

Tipologie di Ferro zero-valentep g

Connelly Iron (USA)

Cast Iron (Europa)(Europa)

Iron sponge (Germania)

Connelly Iron Quarzo puro y(USA)

Quarzo puro(sabbia)

Caratteristiche tipiche del Ferro zero-valente

dimensioni: dimensioni: 2.0 2.0 -- 0.25 mm0.25 mmb lk d itb lk d it 2 4 /2 4 / 33bulk density: bulk density: 2.4 g/cm2.4 g/cm33

area superficiale: area superficiale: > 1.0 m> 1.0 m22/g/gconducibilità conducibilità idraulica: idraulica: 5 x 105 x 10--22 cm/seccm/sec

Costo ~ $600/750 US/tonCosto ~ $600/750 US/tonCosto ~ $600/750 US/tonCosto ~ $600/750 US/ton

Contaminanti Trattati con il MezzoContaminanti Trattati con il MezzoContaminanti Trattati con il Mezzo Contaminanti Trattati con il Mezzo Reattivo più Comune Reattivo più Comune –– FeFe00

Intervallo di Intervallo diconcentrazioni concentrazioni

Composto (ppb) Composto (ppb)

PCE 10 50 000 CT 10 200 000PCE 10 - 50,000 CT 10 - 200,000TCE 10 - 400,000 TCM 10 - 30,000cis1,2-DCE 10 - 220,000 1,1,1-TCA 10 - 400,000VC 10 - 50,000 1,1-DCA 10 - 10,000, , ,

Metani: TBMEtani: HCA, 1,1,2,2-TECA, 1,1,2-TCA, EDBEteni: 1 1 DCE t1 2 DCEEteni: 1,1 DCE, t1,2 DCEaltri: 1,2,3-TCP, DCP, NDMA, DBCP, Lindane,

Freon 113® , Freon 11® , HCBD

Contaminanti inorganiciContaminanti inorganici

Rispetto a quelli organici che possono essereRispetto a quelli organici, che possono essere “convertiti” in composti non tossici (CO2, H2O, etc) gran parte dei contaminanti inorganicietc), gran parte dei contaminanti inorganici non possono essere “distrutti”.

Si agisce allora cambiando la loro “speciazione” e convertendoli in forme meno tossiche, non biodisponibili, immobili.

Anioni Inorganici e Fe(0)

Molti studi, dalla scala di laboratorio adinstallazioni su campo, sono stati condotti

l t tt bilità di t i ti i i iper la trattabilità di contaminanti inorganicianionici quali:

SO42-, NO3

- e quelli contenenti Cr(VI) (CrO42-),

As (III) e As (V) (H3AsO3 e H2AsO4-/HAsO4

2-) eS (VI)Se (VI)

Tra i diversi contaminanti anionici il cromato,CrO4

2-, è stato il piu’ estensivamente studiato.

Nelle tipiche condizioni di pH eNelle tipiche condizioni di pH epotenziale degli acquiferi il Cr (VI) èpresente come CrO4

2- (cancerogeno,p 4 ( g ,molto mobile e persistente)

M d diMetodo di trattamento

3Riduzione a Cr 3+ e precipitazione come idrossido

CrO42- + Fe0 + 8H+ Cr3+ + Fe3+ + 4H2O

(1-x) Fe3+ + (x) Cr3+ + 2H O Fe Cr OOH + 3H+(1-x) Fe3 + (x) Cr3 + 2H2O Fe (1-x)Cr (x) OOH + 3H

Trattamento con ZeolitiSono alluminosilicati largamente presenti innatura caratterizzati da una elevata areasuperficiale e capacità di scambio cationica(processi di trattamento di effluenti inquinatiper la rimozione di cationi come ammonio emetalli pesanti)

Possiedono unaPossiedono una caratteristica struttura tridimensionale a gabbia che ne ha comportato l’uso come setacci molecolari

Zeoliti modificate (SMZ)

Si è trovato che i cationi scambiabili presenti nel pmateriale di partenza (Na+, K+, Ca2+ e Mg2+) possono essere sostituiti in modo quantitativo d i ibil i t i d lted irreversibile con ammine quaternarie ad alto

peso molecolare come l’HDTMA (tensioattivi cationici)cationici).

Le loro dimensioni impediscono il raggiungimento della porosità interna cheraggiungimento della porosità interna che rimane quindi disponibile per le reazioni di scambio ionico con cationi inorganici di gdimensioni inferiori

Viene alterata la chimica della superficie esterna e si forma una struttura a due strati portando la carica da negativa auna struttura a due strati portando la carica da negativa a positiva e il contenuto di carbonio organico a circa il 5% in peso.p

La carica positiva fornisce siti per l’adsorbimento di anioni come CrO4

2- e NO3- mentre lo strato organico crea uncome CrO4 e NO3 mentre lo strato organico crea un

mezzo di ripartizione per la rimozione di sostanze organiche (solventi clorurati e idrocarburi).

Una parte della originale Capacità dioriginale Capacità di Scambio Cationica è

mantenuta permantenuta per l’adsorbimento di ioni

positivi

Stadi nella progettazione di una barriera permeabile reattivapermeabile reattiva

Metodologia di applicazionedelle PRB

Modello Concettuale

CaratterizzazioneCaratterizzazione del sito

Test di trattabilità

Progetto PRBPermessi

Realizzazione piena scala

Monitoraggio

Studi di trattabilità

Batch tests Column tests

Studi di trattabilità mediante i ti i lesperimenti in colonna

Interpretazione degli esperimenti in colonnaInterpretazione degli esperimenti in colonna

Per ogni portata vengono rappresentate graficamente le concentrazioni deld f d ll d ll lcontaminante di interesse in funzione della distanza nella colonna

Dalla portata e porosità le distanze sono convertite in tempi di residenza

20

25

ppb) 15

20P

CE

(

10

0

5

tempo di residenza medio (min)0 400 800 1200 1600

0

In prima approssimazione si usa un modello cinetico del primo ordine per determinare il tempo di dimezzamento t1/2primo ordine per determinare il tempo di dimezzamento t1/2

ktC C e−= ln C kt⎛ ⎞

= −⎜ ⎟ln(2) 0.693t = =0C C e=

0

ln ktC

=⎜ ⎟⎝ ⎠

1/ 2tk k

= =

1,00

PC

E0

PC

E/P 0,10

t1/2

0 01

t1/2

tempo di residenza medio (min)0 100 200 300 400 500

0,01

Velocità di degradazione per I VOC più comuniVelocità di degradazione per I VOC più comuni

Half-Life * Half-Life *Compound (hours) Compound (hours)

Half-Life * Half-Life *Compound (hours) Compound (hours)( ) ( )

PCE 0.5 - 1.5 CT 0.5 - 1.0TCE 0.5 - 1.5 TCM 1.0 - 3.0cis 1 2 DCE 2 0 3 0 1 1 1 TCA 0 5 1 0

( ) ( )

PCE 0.5 - 1.5 CT 0.5 - 1.0TCE 0.5 - 1.5 TCM 1.0 - 3.0cis 1 2 DCE 2 0 3 0 1 1 1 TCA 0 5 1 0cis 1,2-DCE 2.0 - 3.0 1,1,1-TCA 0.5 - 1.0VC 2.0 - 3.0 Freon 113 1.0 - 3.0

* H lf Lif Ti t k t d t ti b 50%

cis 1,2-DCE 2.0 - 3.0 1,1,1-TCA 0.5 - 1.0VC 2.0 - 3.0 Freon 113 1.0 - 3.0

* H lf Lif Ti t k t d t ti b 50%* Half-Life: Time taken to reduce concentration by 50%* Half-Life: Time taken to reduce concentration by 50%

Dimensionamento della PRBDimensionamento della PRBi tt i tt d ttii tt i tt d ttirispetto ai sottoprodottirispetto ai sottoprodotti

Realizzare gli studi di fattibilità in colonnacolonna.

Comparare i risultati con glirisultati con gli MCLs.

Selezionare il tempo di residenza per l’ultimo

tt d tt hsottoprodotto che raggiunge il suo MCL (e.g., t3).ETI, ca. 1996, various sources

Esperimenti batch ad elevata concentrazione di TeCA (650 µM)

Identificazione dei percorsi di degradazione

250

300

TeCA

H

Cl

Cl

Cl

Cl

H

trat

ion

(µM

)

150

200 1,1,2,2 - TeCA

Conc

ent

50

100

0 20 40 60 80 100 120 140

0

50

time (h)

• Rapida degradazione del TeCA



250

300

TeCA cDCEtDCE H

Cl

Cl

Cl

Cl

H

2Cl-2e-

trat

ion

(µM

)

150

200 1,1,2,2 - TeCA

HCl HH

Conc

ent

50

100ClH

1,2 – trans DCEClCl

1,2 – cis DCE

0 20 40 60 80 100 120 140

0

50

time (h)

• β−dichloro elimination with formation of DCE isomers



H

Cl

Cl

Cl

Cl

H

12

14TCE

Cl

CH3Cl

Cl

HCl

1,1,2,2 - TeCA

HCl HH

trat

ion

(µM

)

8

10TCE

ClH


1,2 – cis DCE

Conc

ent

4

6

0 20 40 60 80 100 120 140

0

2

time (h)


• Dehydrochlorination with TCE accumulation



H

Cl

Cl

Cl

Cl

H

12

14TCE TCA

Cl

CH3Cl

Cl

1,1,2,2 - TeCA

HCl HH

trat

ion

(µM

)

8

10TCE

Cl-H++2e-

ClH


1,2 – cis DCE

Conc

ent

4

6

H

Cl

H

Cl

Cl

H

0 20 40 60 80 100 120 140

0

2 1,1,2 - TCA

time (h)


• Dehydrochlorination with TCE accumulation

• Hydrogenolysis



H

Cl

Cl

Cl

Cl

H

Cl

CH3Cl

Cl250

300

TeCA cDCEtDCE

1,1,2,2 - TeCA

HCl HH

TCE

trat

ion

(µM

)

150

200

ETH

ClH


1,2 – cis DCEH

Cl

H

Cl

Cl

H

Conc

ent

50

100

1,1,2 - TCA

0 20 40 60 80 100 120 140

0

50

Cl

HH

H

time (h) VC

HH• β − elimination

HH

etilene

• Dehydrochlorination

• Hydrogenolysis



H

Cl

Cl

Cl

Cl

H

Cl

CH3Cl

Cl250

300

TeCA cDCEtDCE

1,1,2,2 - TeCA

HCl HH

TCE

trat

ion

(µM

)

150

200

ETHETA

ClH


1,2 – cis DCEH

Cl

H

Cl

Cl

H

Conc

ent

50

100

1,1,2 - TCA

Cl

HH

H0 20 40 60 80 100 120 140

0

50

VC

HHHH H

time (h)

• β − eliminationHydrogenation

HH

ethene

HHH

ethane

• Dehydrochlorination

• Hydrogenolysis

2H++2e-

Sviluppo del modello cinetico della trasformazione di TeCA su Ferro zerovalente granulareTeCA su Ferro zerovalente granulare

T CAM1, K1

TeCALTeCAS k1

M K

TCEL TCESk2

k3k4

k

M2, K4

c-DCESc-DCELt-DCELt-DCES

k7

M2, K3M2, K2

TCAL

c DCESc DCELt DCELt DCES

k5k6

kVCL

k8

ETHLETAL

Confronto dati sperimentali con le previsioni del modello

Kinetic Parametrs

1st order rate coefficient

Value (h-1)250

300

TeCAcis - DCEtrans - DCE coefficient

kTECA-TCE (k1) 0.0513

k TECA - cDCE (k2) 0.274

k (k3) 0 149entr

atio

n (µ

M)

150

200

trans - DCE

kTECA - tDCE (k3) 0.149

kTECA -TCA (k4) 0.0052

k cDCE - ETH (k5) 0.0153

k (k6) 0 0365

Conc

e

50

100

k tDCE - ETH (k6) 0.0365

kTCE -cDCE (k7) 0.219

kTCA-ETH (k8) 0.0657time (h)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

0

14TCE

Adsorption maximum

Affinity constant

tion

(µM

)

8

10

12

TCE TCA

(µmol/g Fe0) (l/µmol)

TeCA 0.913 0.0167

TCE 0.700 0.0061

Conc

entr

at

2

4

6

8

cDCE 0.095 0.0285

tDCE 0.200 0.0061time (h)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

0

2

Tracer experiments (chloride step injection)

(mg

L-1)

200

250

conc

entra

tion

150

fluen

t chl

orid

e

50

100

time (min)

0 100 200 300 400 500 600 700 800

eff

0

time (min)

Porosity = 0.22

Tracer Column test performed at 1 3 L i 1 (1 9 d 1)First and last 6 cm packed with

silica sand

1.3 mL min-1 (1.9 m d-1)

Iron concentration = 1.91 g ml-1

ss

44 cm6 cm 6 cm

sand filter

sand filter

iron reactive zone

Column experiment

Flow rate = 1 3 mL min-1Flow rate = 1.3 mL min

Effective porosity = 0.225

Average pore water velocity = 1.88 m d-1

Feed concentration = 358 µmol L-1 TeCAFeed concentration 358 µmol L TeCA

ss

44 cm6 cm 6 cm

sand filter

sand filter

iron reactive zone

400

TeCA iron reactive

mol

L-1

)

300

TeCA

nd fi

lteriron reactive

zone

ntra

tion

(µm

200 filte

r san

ent c

once

n

100

sand

f

efflu

e 100

Column lenght (cm)

0 10 20 30 400

ss

44 cm6 cm 6 cm

sand filter

sand filter

iron reactive zone

400

TeCA iron reactive

mol

L-1

)

300

TeCA cis - DCEtrans - DCE

nd fi

lteriron reactive

zone

ntra

tion

(µm

200 filte

r san

ent c

once

n

100

sand

f

efflu

e 100

Column lenght (cm)

0 10 20 30 400

ss

44 cm6 cm 6 cm

sand filter

sand filter

iron reactive zone

400

Eta + Eth iron reactive

mol

L-1

)

300

Eta + Eth TeCA cis - DCEtrans - DCE

nd fi

lteriron reactive

zone

ntra

tion

(µm

200 filte

r san

ent c

once

n

100

sand

f

efflu

e 100

Column lenght (cm)

0 10 20 30 400

Metodologia di applicazione delle Metodologia di applicazione delle PRBPRB

Modello Concettuale





Monitoraggio

Obiettivi nella progettazione della PRB Obiettivi nella progettazione della PRB l d ll d lli i d ll’l d ll d lli i d ll’e ruolo della modellizzazione dell’acqua e ruolo della modellizzazione dell’acqua

di faldadi falda

D t i l iù d tt ll i i t tDeterminare la più adatta collocazione, orientamento e configurazione della PRB

Determinare lo spessore richiesto della PRB (per uno specifico tempo di residenza)

Determinare la profondità richiesta della PRB (per una zona di cattura specificata)zona di cattura specificata)

Localizzazione dei pozzi di monitoraggio e frequenza diLocalizzazione dei pozzi di monitoraggio e frequenza di campionamento

PRB Modeling ScenarioPRB Modeling Scenario

Simulazione del flusso:d fi i i d ll’ di tt d ll PRB di T idefinizione dell’area di cattura della PRB di Torino


Modello Concettuale





Monitoraggio

Metodi di realizzazione delle PRBMetodi di realizzazione delle PRB

Escavazione convenzionale (Backhoe, retroescavatore)

C ( f )Continuous Trencher (scavafossi)

Caisson (cassone)

Tremie Tube / Mandrel (tramoggia per getti subacquei)

Deep Soil MixingDeep Soil Mixing

High Pressure Grouting (Jetting – iniezione a pressione)

Vertical Hydraulic Fracturing

Geochemical Manipulation

Escavazione convenzionalet tsupportata

Intersil Site, Sunnyvale, Ca., 1995

profondità 9 metri

Trench Gate (backhoe) and ( )slurry funnel wall

Trench box

àSi usano per mantenere l’integrità della trincea durante la escavazione

e le operazioni di riempimento

Scavo iniziale della trincea Riempimento con il materiale reattivo

Barriera reattiva e punti di monitoraggio prima della ricopertura Barriera reattiva dopo la ricopertura

Continuous TrencherContinuous TrencherContinuous TrencherContinuous Trencher

Coast Guard site, Elizabeth CityElizabeth City, NC 1996

Profondità della parete 7.5 m

Parete continua usando unusando un continuous trencher

Biopolimeri (scavo della trincea)Biopolimeri (scavo della trincea)

Biopolimeri (aggiunta di ferro)Biopolimeri (aggiunta di ferro)

PRB EconomicsPRB EconomicsPRB EconomicsPRB Economics

Costi di investimento– Caratterizzazione del sito, test di trattabilità, Ca atte a o e de s to, test d t attab tà,

progettazione– Mezzo reattivo e realizzazione

C ti di i iCosti di esercizio– Monitoraggio

Costi di mantenimento del mezzo reattivoCosti di mantenimento del mezzo reattivo (potrebbero essere richiesti nel futuro per la sostituzione o rigenerazione del mezzo reattivo)

– La frequenza dipende dalla “longevità” del mezzo reattivo

– Il ferro zero valente può durare per diversi anniIl ferro zero valente può durare per diversi anni

C t C iCost ComparisonCost ComparisonCost ComparisonTCE 10 mg/L, 400 ft (122 m) wide, 80 ft (24 m) deepCost ComparisonCost ComparisonTCE 10 mg/L, 400 ft (122 m) wide, 80 ft (24 m) deepTCE 10 mg/L, 400 ft (122 m) wide, 80 ft (24 m) deep

10

89

10

678

$M)

PUMP & TREAT

345

NPV

($

PRB ( 10 yr Life )

123 PRB ( 10 yr Life )

PRB with NA ( 10 yr Life )

00 5 10 15 20 25 30

NATURAL ATTENUATION

Time (years) Source: Dupont 2000Source: Dupont 2000

F i fi ld NJ Sit (98)F i fi ld NJ Sit (98)Fairfield, NJ Site (98)Fairfield, NJ Site (98)Fairfield, NJ Site (98)$1 8

$1.4$1.6 $1.8

PUMP & TREAT PRB ( 7 yr Life )

$1.0 $1.2 $1.4

($M

)

PUMP & TREAT PRB ( 7 yr Life )

$0.6 $0.8

NPV

(

PRB ( 15 yr Life )

PRB ( 10 yr Life )

$0.2 $0.4 PRB ( 30 yr Life )

$0.0 0 5 10 15 20 25 30

Ti ( )Time (years)Source: ITRC 1999Source: ITRC 1999


Modello Concettuale





Monitoraggio

MonitoraggioMonitoraggioMonitoraggioMonitoraggio

– Verificare il raggiungimento degli obiettivi nel punto di conformità

– Controllare e verificare la performance della PRB

– Monitorare l’andamento dei parametri chimico-fisici e geochimici nel tempo

– Eventualmente variare la frquenza del monitoraggio in funzione di condizioni mutatemonitoraggio in funzione di condizioni mutate

Posizionamento ipotetico dei Posizionamento ipotetico dei pozzi di monitoraggiopozzi di monitoraggio

Frequenza di monitoraggioFrequenza di monitoraggioFrequenza di monitoraggioFrequenza di monitoraggio

Primi tre mesi dopo l’installazione - mensilmentePrimi tre mesi dopo l installazione - mensilmente

Fino al termine del secondo anno – ogni tre mesig

A lungo termine – ogni tre mesi (può essere difi t i b ll l t i d ll f )modificato in base alla valutazione della performance)

Dopo la chiusura (collaudo finale)Dopo la chiusura – (collaudo finale)

Warren AFB WY (1999)Warren AFB, WY (1999)( 9, 12, 15, 18 months)D d i d l TCEDegradazione del TCE

3000

) PRB

2000

2500

tion

( µg/

L)

GW

1000

1500

once

ntra

t

direction

500

1000

TCE

C

0-5 0 5 10 15 20 25 30

Distance Along Flow Path (ft)

Warren AFB WY (1999)Warren AFB, WY (1999)( 9, 12, 15, 18 months)

D d i d l i DCEDegradazione del cis-DCE

350

400

L) PRB

250

300

350

atio

n ( µ

g/L

GW

di ti

150

200

Con

cent

ra direction

50

100

cD C

E C

0-5 0 5 10 15 20 25 30


Warren AFB WY (1999)Warren AFB, WY (1999)( 9, 12, 15, 18 months)

H t i lpH e potenziale

11

12 300GW

direction

10

11

H

0

EhpH

8

9pH -300

h (mV)

p

6

7

900

-600Eh

6-5 0 5 10 15 20 25 30


-900

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