Contaminazione da idrocarburi: confronto tra diversi approcci

Geofluid “I Siti contaminati, problematiche di bonifica” – Piacenza, 4 ottobre 2006

Luca GhiselliPM Studio Aglietto s.r.l.

Lorella Ghionna

PM AKRON SpA

Illustrazione del caso di studio

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Stato del sito e modello concettuale

Perché rimuovere la fase libera

Principali tecnologie di rimozione della fase libera

Selezione della tecnologia di recupero di LNAPL

Fattibilità di recupero della fase libera

Confronto tra le rese di recupero della fase libera

Prova pilota di TPE (Bioslurping)

Criteri progettuali per il dimensionamento Full-scale

Conclusioni

Test di recupero della fase libera

SOMMARIO SOMMARIO

Società Metalmeccanica ubicata a nord – est di Torino

L’attività produttiva può essere riassunta in:•stoccaggio dei semilavorati;•trattamenti termici;•laminatoi;•stoccaggio prodotti finiti pronti per la spedizione

Il sito è attualmente attivo e si estende su una superficie complessivadi 128.229 mq di cui circa 43.000 coperti

INFORMAZIONI GENERALI DEL CASO DI STUDIOINFORMAZIONI GENERALI DEL CASO DI STUDIO

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SINTESI DELLE ATTIVITA’ DI CARATTERIZZAZIONE SVOLTE SINTESI DELLE ATTIVITA’ DI CARATTERIZZAZIONE SVOLTE

Le indagini di caratterizzazione del sito sono state realizzate in due fasiintercorrenti tra il 2001 e il 2004 che complessivamente hanno vistol’esecuzione delle seguenti attività investigative:

•46 sondaggi a carotaggio;•installazione di 8 pozzi di monitoraggio delle acque di falda (da 2” e 3”);•esecuzione di un pozzo per acqua diam. 200 mm;•prelievo di 150 campioni di terreno per le analisi di laboratorio;•diverse campagne di monitoraggio delle acque di falda;•analisi chimiche di acque e terreni;•prove idrauliche in pozzo

La prima fase d’indagine consentì di individuare le aree dello stabilimento interessate da contaminazione del sottosuolo.

La seconda fase, di approfondimento, ha consentito di verificare e delimitarela contaminazione individuata durante la prima fase delle indagini

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PIANTA DELL’AREA E UBICAZIONE DELLE INDAGINIPIANTA DELL’AREA E UBICAZIONE DELLE INDAGINI

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Particolare della secondafase d’indagine

RISULTATI DELLE INDAGINI DI CARATTERIZZAZIONE RISULTATI DELLE INDAGINI DI CARATTERIZZAZIONE

Geologia e idrogeologia del sito:•alternanza di ghiaie e sabbia con ciottoli;•falda acquifera libera superficiale la cui sogg. si attesta a 4-5 m p.c.; •andamento di deflusso delle acque in direzione Ovest Est;•permeabilità media calcolata pari a 2.37 E -5 m/s.

Contaminazione terreni:•localizzata nella porzione nord - ovest dello Stabilimento•costituita principalmente dalla presenza di Idrocarburi pesanti (3.420 mg/kg), leggeri (1.180 mg/kg) e Totali (8.910 mg/kg);•individuata in un orizzonte a 3-5 m p.c. con prof. max. di 8 m p.c.

Contaminazione acque di falda:•costituita principalmente da Idrocarburi (93.710 ug/l), Ferro (12.040 ug/l), Manganese (4.170 ug/l);•presenza di fase libera surnatante la falda (LNAPL) sp. max 80 cm;

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MODELLO CONCETTUALEMODELLO CONCETTUALE

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AREA INTERESSATA DALLA PRESENZA DI LNAPL (Interpretata)AREA INTERESSATA DALLA PRESENZA DI LNAPL (Interpretata)

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PERCHE’ RIMUOVERE LA FASE LIBERAPERCHE’ RIMUOVERE LA FASE LIBERA

costituisce una sorgente secondaria di contaminazione

la rimozione consente di intervenire sul soluto

inibisce gli interventi di biodegradazione aerobica

azione prioritaria di qualunque intervento di messain sicurezza di emergenza in presenza di LNAPL

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SCELTA DELLA TECNOLOGIA DI RIMOZIONE DELLA FASE LIBERASCELTA DELLA TECNOLOGIA DI RIMOZIONE DELLA FASE LIBERA

impiego di skimmers (attivi o passivi)

dual pump recovery (utilizzo combinato di skimmers e pompa sommersa)

two phase extraction

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Zona satura

LNAPL

Zona vadosa

Separatore olio/acqua

SkimmerSkimmer

IMPIEGO DI SKIMMER - PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTOIMPIEGO DI SKIMMER - PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

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Zona satura

LNAPL

Zona vadosa

Separatore olio/acqua

Trattamentoacque

SkimmerSkimmerPompa

DUAL PUMP RECOVERY – PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTODUAL PUMP RECOVERY – PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

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Two-Phase Extraction Technology

(TPE, “Drop-tube entrainment extraction”):

estrazione di acqua e/o vapore e/o NAPL attraverso un tubo

unico di aspirazione sospeso nel pozzo e messo in depressione

dalla superficie; solo sul p.c. il flusso polifasico passa attraverso

separatori e l’acqua ed il vapore vengono opportunamente trattati.

TWO-PHASE EXTRACTION - DEFINIZIONETWO-PHASE EXTRACTION - DEFINIZIONE

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Zona satura

Zona vadosa

Pompa

Trattamento liquidi

Valvola di trafilamento

Vuotometro Separatore L/G Pompa da

vuoto ad anello liquido

Suctionpipe

Vapore

Liquido

Trattamento vapori

Pozzo di estrazione

Tratto finestrato

TWO-PHASE EXTRACTION – PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTOTWO-PHASE EXTRACTION – PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

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Zona satura

LNAPL

Zona vadosa

Separatore olio/acqua

Trattamentovapori

LRPSeparatore Liq./vapore

BV

TWO-PHASE EXTRACTION IN CONFIGURAZIONE BIOSLURPINGTWO-PHASE EXTRACTION IN CONFIGURAZIONE BIOSLURPING

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Valutare fattibilità di BV e SVE

NO

SI

NO

Skimmer; procedere con l’implementazione

full-scale

Dual pump; valutare costi trattamenti SI

NOBaildown test:Vrec > 4 l/giorno?

SI

Effettuare test di recupero con BS, skimmer e

dual-pump

Recupero NAPL tecnicamente

fattibilie?

Quale tecnologia presenta Vrecmax?

TPE o DP: procedere con l’implementazione

full-scale

TPE (BS); valutare costi trattamenti

Sostenibili?

SELEZIONE DELLA TECNOLOGIA DI RECUPERO DI LNAPLSELEZIONE DELLA TECNOLOGIA DI RECUPERO DI LNAPL

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verificare la fattibilità di recupero della fase libera

definire la fattibilità della biodegradazione nella zona vadosa

determinare il raggio di influenza di recupero della fase libera,variabile localmente in funzione della distribuzione della stessa e delle eterogeneità del sottosuolo

determinare le proprietà fisiche del sottosuolo (permeabilità all’aria,ritenzione idrica, etc.)

determinare i parametri di progetto per il dimensionamento dell’impianto full scale (volumi di LNAPL recuperati, volumi di acqua,concentrazione e portate dei gas di scarico, etc.)

valutare la fattibilità economica degli interventi e definire il quadroeconomico delle attività con impianto in configurazione finale

OBIETTIVI DELLE PROVE PILOTAOBIETTIVI DELLE PROVE PILOTA

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Monitoraggio dell’andamento dello spessore di LNAPL nel pozzo. La ricostruzione delle curve di risalita “a ginocchio” consentono di stimare:

BAILDOWN TEST – FATTIBILITA’ DI RECUPERO FASE LIBERA BAILDOWN TEST – FATTIBILITA’ DI RECUPERO FASE LIBERA

• la velocità di recupero della fase libera Vrec (l/giorno);• lo spessore reale Sr dello strato di LNAPL presente in falda

(solitamente da 2 a 10 volte inferiore a quello apparente rilevato in pozzo;

Nel caso in esame:

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• l’interpretazione del BD-Test realizzato nel pozzo PZ1 ha permesso di stimare Vrec = 9,7 l/giorno;

• l’interpretazione del BD-Test realizzato nel pozzo MW1 ha permesso di stimare un Vrec = 25 l/giorno

Impianto mobile (LRP e

trattamenti)

P F

PP

D = 3”

Bentonite

D = 1”

PVC, 2”

Vuotometro

Porta di campionamento

FlussimetroValvola di diluizione

Valvola rompivuoto

D = 3/8” Al

PROVE PILOTA – P&IPROVE PILOTA – P&I

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SKIMMER TEST

BIOSLURPING TEST

DRAWDOWN TEST

TEST DI RECUPERO FASE LIBERA CON IMPIANTO MOBILETEST DI RECUPERO FASE LIBERA CON IMPIANTO MOBILE

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Pompaperistaltica

Sabbia

Bentonite2” PVC

1” drop tube

Riempimento

Cemento

Valvola

p.c.

Valvola a sferaaperta

Tavola d’acqua

LNAPL

SKIMMER TEST – CONFIGURAZIONE IMPIANTO MOBILESKIMMER TEST – CONFIGURAZIONE IMPIANTO MOBILE

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Pompaad anello liquido

Sabbia

Bentonite2” PVC

1” drop tube

Riempimento

Cemento

Valvola

p.c.

Valvola a sferaaperta

Tavola d’acqua

LNAPL

BIOSLURPING TEST – CONFIGURAZIONE IMPIANTO MOBILEBIOSLURPING TEST – CONFIGURAZIONE IMPIANTO MOBILE

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Pompaad anello liquido

Sabbia

Bentonite2” PVC

1” drop tube

Riempimento

Cemento

Valvola

p.c.

Valvola a sferaaperta

Tavola d’acqua

LNAPL

DRAWDOWN TEST – CONFIGURAZIONE IMPIANTO MOBILEDRAWDOWN TEST – CONFIGURAZIONE IMPIANTO MOBILE

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recu

pero

fase

libe

ra (l

/g)

skimmertest

bioslurpingtest

drawdowntest

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20

40

60

80

100

120

140

CONFRONTO DELLE RESE DI RECUPERO DELLA FASE LIBERACONFRONTO DELLE RESE DI RECUPERO DELLA FASE LIBERA

160175

180

80

15

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PROVA PILOTA BIOSLURPING - DESCRIZIONI PROVA PILOTA BIOSLURPING - DESCRIZIONI

Valutazione pozzi di monitoraggio esistenti: è stato scelto un pozzo (MW1) da attrezzare a punto di estrazione in quanto già dotato di opportuna impermeabilizzazione (bentonite) e di filtro posizionato per almeno 80 cm nella zona vadosa;

Modi, mezzi, materiali e tempi: è stato utilizzato un impianto dipompaggio mobile, connesso ad una testa pozzo alla volta mediante tubazione flessibile da 2”, per una durata di 8h/pozzo. L’apertura del “suction tube”, in PVC e di 1” di diametro nom., è stata posizionata inizialmente 1m sotto la tavola d’acqua e sollevata leggermente durante la prova.

Punti di monitoraggio: sono stati installati tre punti di monitoraggio per la valutazione delle variazioni di P, ciascuna postazione èstata attrezzata con manometro differenziale e valvola di campionamento dei vapori;

Parametri misurati: P, conc. Di VOC e CH4 (% in volume), O2 e CO2 (% in vol.), sia nei vapori estratti che sui punti di monitoraggio

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0.01 0.1 1 10 100

Distanza dal pozzo (m)

Vuot

o (m

mH

g)

Rc = 9 m

PROVE PILOTA – RAGGIO D’INFLUENZA DELLA ZONA VADOSAPROVE PILOTA – RAGGIO D’INFLUENZA DELLA ZONA VADOSA

Raggio relativo alla zona di influenza nel terreno soggetta alla depressione indotta dall’impianto

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LNA

PL

recu

pera

to (l

/g)

1

distanza dal pozzo(m)0.1 1 10

10

100

100

Rc = 9 mRc = 9 m

PROVA PILOTA – TEST DI RECUPERO FASE LIBERAPROVA PILOTA – TEST DI RECUPERO FASE LIBERA

Raggio della zona di influenza, nell’intorno del pozzo, identifica tutti i punti sulla superficie piezometrica interessati dal movimento diolio vero il pozzo di estrazione

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posizionare correttamente i pozzi di recupero di LNAPL

impostare la rete di monitoraggio

selezionare qualità e quantità di pompe ad anello liquido

selezionare i separatori olio-acqua

scegliere l’impianto di trattamento acque

definire i sistemi di trattamento dei gas di scarico

ELEMENTI OGGETTO DI VALUTAZIONE PER IL DIMENSIONAMENTO FULL-SCALE

ELEMENTI OGGETTO DI VALUTAZIONE PER IL DIMENSIONAMENTO FULL-SCALE

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CRITERIO DI DISPOSIZIONE DEI POZZICRITERIO DI DISPOSIZIONE DEI POZZI

L = 2rc cos(30) = 1,732 rc

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SCELTA DEL SISTEMA TRATTAMENTO VAPORISCELTA DEL SISTEMA TRATTAMENTO VAPORI

1 10 100 1000 10000 100000(ppmv)

Reiniezione

Carboni attivi

Biofiltri

Catalizzatore

Inceneritore

Motore C.I.

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CONCLUSIONICONCLUSIONI

L’applicazione della tecnologia MPE a decine di siti caratterizzati da permeabilità medio-bassa ha permesso di provare la maggiore efficacia nella rimozione di VOC e soprattutto di LNAPL rispetto ai sistemi convenzionali;

La determinazione dei parametri di progetto di un sistema MPE è fortemente condizionata dalla corretta impostazione e dall’accurata interpretazione del test pilota;

La TPE in configurazione Bioslurping risulta efficace (e conveniente) per la rimozione di LNAPL da acquiferi a conducibilitàidraulica medio bassa;

Si osserva la sempre più frequente combinazione di TPE come “jump start” per l’attivazione di procedure di bioremediatin ed MNA;

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