Migliari Corso Base Siti Contaminati Parte 3 Di 3

LEZIONE 5Analisi di rischio sanitario

Ing. Emanuele MigliariCorso Base di Siti Contaminati

per studenti universitari, professionisti e personale della pubblica amministrazione

PRESENTAZIONE

L’analisi di rischio sanitario ha acquisito rinnovato impulso con l’emanazione del Testo unico Ambiente (D.Lvo 152/2006) che ha assegnato ad essa il compito di:

Valutare lo stato di contaminazione di un sitoDefinire gli obiettivi delle azioni di risanamento

Alla luce di questa premessa la lezione 5 illustra la procedura d’analisi di rischio sanitario secondo la duplice angolazione della sua articolazione in fasi operative ed in livelli di approfondimento. Una panoramica sugli aspetti tossicologici completa il quadro, fornendo tutti gli strumenti analitici e i riferimenti in letteratura per il calcolo del rischio tossico e del rischio cancerogeno.Infine, con qualche rapido cenno all’approccio probabilistico all’analisi di rischio si è voluto sottolineare che occorre avere consapevolezza della opportunità di una valutazione più avanzata del rischio sanitario, basata sulla trattazione probabilistica dei dati in ingresso al calcolo e sulla gestione/valutazione delle incertezze fenomenologiche, modellistiche, parametriche.

Obiettivi di apprendimento:Concetto di rischio sanitarioFasi e livelli dell’analisi di rischio sanitarioAspetti tossicologiciCalcolo del rischio tossico e di quello cancerogeno: Rischio individuale e cumulativoFondamenti dell’approccio probabilistico

Corso Base di Siti Contaminati Lezione 5.Analisi di rischio sanitario

L5/PAG1

ANALISI DI RISCHIO

SOMMARIO GENERALE

INTRODUZIONE ALL’ANALISI DI RISCHIOPROCEDURA DI ANALISI DI RISCHIO

Articolazione in fasiArticolazione in livelli

MODELLI E PARAMETRI TOSSICOLOGICICALCOLO DEL TASSO DI ESPOSIZIONECALCOLO DEL RISCHIOCENNI DI ANALISI DI RISCHIO PROBABILISTICAAPPENDICE

Rischio sanitario nei siti contaminati

Si definisce rischio sanitario la:

“Quantificazione del danno tossicologico prodotto

all’uomo per effetto della presenza di una sorgente

inquinante, i cui rilasci possono giungere, attraverso vie

di migrazione diverse, ad un soggetto recettore

potenzialmente esposto”

INTRODUZIONE ALL’ANALISI DI RISCHIO

La valutazione del rischio sanitario ambientale

presuppone, pertanto, la definizione quantitativa

del sistema relazionale

“sorgenti–percorsi–recettori”


sorgente percorsi recettori


Il rischio sanitario rappresenta l’incremento di rischio a cui il recettore è soggetto per effetto dell’esposizione ad un determinato stato di contaminazione ambientale.Il valore del rischio è ovviamente legato:

al valore di concentrazione del contaminante in corrispondenza del punto di esposizione,

al tasso di esposizione alla natura tossicologica del contaminante.



La procedura per la valutazione del rischio sanitario viene definita analisi del rischio sanitario (ARS)

Rappresenta una valutazione di tipo assoluto, specifica del sito in esame e indipendente da situazioni riscontrabili in altri contesti.


Non va confusa con le molteplici metodologie di Non va confusa con le molteplici metodologie di analisi di rischio relativoanalisi di rischio relativo, , basate sulla pibasate sulla piùù o meno semplice adozione di pesi e punteggi per pervenire ad o meno semplice adozione di pesi e punteggi per pervenire ad una graduatoria di pericolosituna graduatoria di pericolositàà relativa dei siti esaminati.relativa dei siti esaminati.

Rischio sanitario nei siti contaminati Finalità dell’analisi di rischio

L’analisi di rischio sanitario è la procedura attualmente adottata dalle norme vigenti per:

valutare il grado di inquinamento di un sito

quantificare i reali pericoli per la salute dell’uomo e dell’ambiente

definire le priorità di intervento (di messa in sicurezza, bonifica e ripristino ambientale)

fissare gli obiettivi delle azioni di risanamento



L5/PAG2

I riferimenti più significativi per la procedura di ARS sono:

Risk-Based Corrective Action Applied at Petroleum Release Sites

Standard E 1739 dell’ASTM (American Standard Testing Materials) del 1995, aggiornato con lo standard ASTM PS 104 “Standard Provisional Guide for Risk Based Corrective Action” del 1998.

Technical Background Document for Soil Screening Guidance

Pubblicato dall’USEPA (United States Environmental ProtectionAgency), ove viene esplicitata la procedura di analisi di rischio utilizzata per i siti “Superfund” (1996)

In Italia Linee Guida Apat (2006)


Riferimenti dell’analisi di rischio

ANALISI DI RISCHIO

SOMMARIO GENERALE



MODELLI E PARAMETRI TOSSICOLOGICICALCOLO DEL TASSO DI ESPOSIZIONECALCOLO DEL RISCHIOCENNI DI ANALISI DI RISCHIO PROBABILISTICAAPPENDICE

L’articolazione in fasi rappresenta lo sviluppo della procedura attraverso il percorso logico che va dalle indagini per la valutazione del sito alle scelte di gestione del rischio:

1. site assessment (CARATTERIZZAZIONE)2. definizione del modello concettuale3. determinazione delle concentrazioni nel punto di esposizione4. calcolo del rischio5. analisi decisionale

Articolazione in fasi

PROCEDURA DI ANALISI DI RISCHIO

1

2

3

4

5



La fase di site assessment comprende tutte le indagini ambientali necessarie per caratterizzare le sorgenti contaminanti e le matrici ambientali interessate dall’inquinamento:

Storia del sito

Identificazione sorgenti primarie e secondarie

Mappatura sorgenti secondarie

Caratterizzazione chimico – fisica matrici ambientali contaminate

1



Site-assessment



L5/PAG3

Sulla base dei risultati del site assessment potràessere definito il modello concettuale:

Contaminanti indice Concentrazioni rappresentative sorgenti

secondarie (in ogni matrice ambientale)Soggetti esposti DIRETTAMENTESoggetti esposti INDIRETTAMENTEVie di esposizioneVie di migrazione

2



Sorgenti secondarie Contaminanti indice Concentrazioni rappresentative

2



Vie di migrazioneVie di esposizioneModalità esposizioneEsposizione diretta/indiretta

Modello concettuale

Tipologia soggetti esposti

A BC

Sorgenti secondarie

Suolo superficiale (SS)

Suolo profondo (SP)

Acque di falda (GW)



2 A Selezione contaminanti indicelivello di superamento della concentrazione

accettabile definita dalla normativa vigentepresenza, in una o più delle matrici

ambientali, direttamente collegabile all’attività svolta sul sito

livello di tossicitàgrado di mobilità e persistenza (nel suolo

e/o nelle acque e/o in atmosfera)



2 A

Concentrazione rappresentativa sorgente



2 A

Deve essere assegnata a ciascuna sorgente secondaria (SS, SP, GW) sulla base dell’analisi statistica dei dati di concentrazione dei contaminanti indice disponibili dalla caratterizzazione ambientale

UCL (Upper Confidence Limit al 95%)

Percentile 95%

Metodi di stimaValore max

Media aritmetica

Media geometrica

Mediana




2 A

UCL (Upper Class Limit)

Rappresenta una stima conservativa e attendibile del valor medio

E’ quel valore che calcolato ripetutamente per sotto-insiemi di dati del sito scelti a caso eguaglia o supera il valore medio della popolazione nel 95% dei casi

Richiede:

La scelta di un metodo di stima

La scelta di un livello di affidabilità α

Un numero di dati > 10

parametriconon parametrico


L5/PAG4




2 A

Calcolo UCL della media aritmetica - Metodo della t di Student

(valido per concentrazioni distribuite normalmente)

1. Calcolo media aritmetica campionaria (n dati)

2. Calcolo deviazione standard campionaria (n-1 dati)

3. Scelta α

4. Calcolo t sulla base di α e (n-1)

nt

CUCL 1n1

σαα

),()(

−− +=




2 A

Calcolo UCL media geometrica - Metodo di Land

(valido per concentrazioni distribuite log-normalmente)

1. Calcolo media geometrica campionaria (n LN(dati))

2. Calcolo deviazione standard campionaria (n LN(dati))

3. Scelta α

4. Calcolo H sulla base di α e σLN

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−++= −

− 1nH

50CLNUCL LN12LN1

σσ σα

α),(

)( .)(exp




2 A

SOFTWARE PRO-UCL 3.0 (distribuito dall’EPA)

Cinque metodi parametrici di calcolo della UCL della MEDIA

1. t di Student

2. Gamma approssimata

3. Gamma adattata

4. Land’s H-UCL

5. Basato sulla diseguaglianza di Chebyshev

Dieci metodi non parametrici




2 A

Confronto

UCL

vs

Percent 95%

Confronto

UCL

vs

Percent 95%




2 A

Confronto procedure implicite nei software piùdiffusi

Confronto procedure implicite nei software piùdiffusi

Vie di migrazione/esposizione



2 B

SS

SP

GW

EROSIONE

VOLATILIZ-ZAZIONE

PERCOLA-ZIONE

AERODISPERSIONE

IDRODISPERSIONE

ACCUMULO INDOOR

Contato dermico

Ingestione

Inalazione vapori e/o polveri

Ingestione acque di falda

Ingestione acque fluviali


L5/PAG5

Soggetti esposti



2 C

I potenziali recettori sono comunemente classificati sulla base dell’uso del territorio, poiché tale criterio fornisce indirettamente una indicazione di massima dell’età(bambini o adulti) e della durata dell’esposizione (giorni per anno) dei soggetti esposti:

L’individuazione dei possibili soggetti recettori e delle vie di esposizione deve tenere conto dell’uso attuale del suolo come anche delle future destinazioni

Determinata la concentrazione al punto di esposizione, la valutazione del tasso di esposizione e delle caratteristiche tossicologiche dei contaminanti indice consente di calcolare il rischio

3

4


La determinazione delle concentrazioni nei punti di esposizione richiede la capacità di simulare i fenomeni di migrazione dei diversi contaminanti indice dalla sorgente al punto di esposizione.


Analisi decisionale / gestione del rischio

accettabilità del rischio

analisi delle incertezze

calcolo concentrazione ammissibile al POE

calcolo concentrazione ammissibile alla S

definizione obiettivi di bonifica (CSR) e degli interventi necessari

5



ANALISI DI RISCHIO

SOMMARIO GENERALE



MODELLI E PARAMETRI TOSSICOLOGICICALCOLO DEL TASSO DI ESPOSIZIONECALCOLO DEL RISCHIOCENNI DI ANALISI DI RISCHIO PROBABILISTICA

L’analisi di rischio può essere approfondita a vari livelli, secondo un approccio di graduale approfondimento

In particolare, lo Standard ASTM PS 104 prevede una procedura, definita con l’acronimo RBCARBCA(Risk-Based Corrective Action), articolata in tre livelli di analisi

Articolazione in livelli


Il primo livello consiste nel confrontare la contaminazione del sito con dei valori di screening, ipotizzando che i soggetti esposti siano localizzati in prossimità della sorgente

Il valore di concentrazione di ciascun contaminante da sottoporre al confronto è il valore di massima concentrazione rilevato




L5/PAG6

LIVELLO 1Valutazione di screeningConfronto Cmax RBSLs

RBSLs = Risk-Based Screening LevelsValori di screening ricavati:

per scenari e parametri di esposizione conservativi e sito–generici

con applicazione backward della ARS (invertendo le equazioni di esposizione e rischio)

In Italia RBSLs = CSC



Il secondo livello consiste in un’analisi di rischio sito – specifica con codici analitici.

Il punto di esposizione e quello effettivo o potenziale, al di fuori della sorgente


Procedura d’analisi di rischioArticolazione in livelli

LIVELLO 2

Valutazione sito – specifica

Scenari e parametri di esposizione sito – specifici

Punto di esposizione effettivo

Concentrazione rappresentativa alla sorgente

Codici analitici per il calcolo di CPOE

Calcolo SSTLs

SSTLs = Site Specific Target Levels = CSR

Concentrazioni compatibili con il rischio massimo accettabile



Il terzo livello ha le stesse finalità del Livello 2, ma rappresenta uno stadio più approfondito di analisi di rischio, in cui vengono utilizzati codici numerici

Applicabile se disponibili dati sito-specifici in quantità sufficiente ad una adeguata parametrizzazione dei sistemi oggetto di modellazione numerica



Principali codici di calcolo analitici e numerici disponibili in letteratura



Gaussianbox SESOIL

JURYVLEACHCHEMFLO

SESOIL

JURY

JOHNSON & ETTINGER

SUMMER’S MT3D

DOMENICO

BIOPLUME




L5/PAG7

Qualunque sia il livello di approfondimento della ARS e il modello utilizzato, il calcolo della CPOE equivale a valutare il NAF (Natural Attenuation Factor)

Fattore naturale di attenuazione

definito dalla:

CPOE= Cs*NAF

CCSS

NAFNAFPOEPOE



Il NAF è la sintesi finale di una serie di:

Fattori di rilascio

che regolano l’immissione di contaminante da una sorgente nell’ambiente circostante

Fattori di attenuazione/diluizione

che regolano il trasferimento del contaminante da una matrice ambientale all’altra fino al POE,



La valutazione del NAF e quindi della CPOE è il risultato della modellizzazione di tutti i processi di rilascio e attenuazione, secondo le vie di migrazione effettivamente attivi dalla sorgente al recettore

In appendice si riporta un approfondimento della valutazione del NAF come risultato di fattori di rilascio e di attenuazione

Si considerino ora gli aspetti tossicologici del calcolo del rischio



ANALISI DI RISCHIO

SOMMARIO GENERALE




MODELLI E PARAMETRI TOSSICOLOGICI

SOMMARIO

Introduzione

Modelli Dose-Risposta

Chronic Reference Dose (RfD)

Slope Factor (SF)


Introduzione

Una volta fissata la concentrazione di uno dei contaminanti indice al POE, il calcolo del rischio sanitario richiede la valutazione del danno alla salute che può risultare dall’esposizione di un individuo

Le proprietà tossicologiche dei contaminanti indice possono essere ricavate da alcune fonti ufficiali di pubblico accesso:

NCEA (National Center for Environmental Assessment)

IRIS (Integrated Risk Information System)

HEAST (Health Effects Assessment Summary Tables)

Per il nostro Paese ISS (Istituto Superiore di Sanità)


L5/PAG8


Introduzione

http://www.epa.gov/iris/


Introduzione

Classificazione EPA pericolosità delle sostanze

Sostanza non cancerogena per l’uomoE

Sostanza non classificabile come cancerogena per l’uomoD

Sostanza possibilmente cancerogena per l’uomoC

Sostanza probabilmente cancerogena per l’uomo (gli studi effettuati sugli animali non sono sempre applicabili all’uomo)

B2

Sostanza probabilmente cancerogena per l’uomo (esiste un numero limitato di dati sulla cancerogenicità della sostanza)

B1

Sostanza cancerogena per l’uomoA

ComportamentoCategoria


Modelli dose-risposta

Ai fini dell’analisi di rischio si distinguono:

Sostanze contaminanti cancerogene

Sostanze contaminanti non cancerogene

sulla base del diverso modello dose-risposta.

I dati di dose–risposta consentono di stimare la “dose accettabile”, o dose di soglia, al di sotto della quale non si rilevano effetti nocivi.

Questa valutazione viene effettuata basandosi sui gli effetti avversi osservati (perdita di peso, effetti su specifici organi corporei, effetti teratogeni, effetti mutageni) all’origine dei tumori maligni.


Modelli dose-risposta

A secondo del modello tossicologico, due sono i parametri chiave:

la Chronic Reference Dose (RfD)

lo Slope Factor (SF),

validi rispettivamente per gli effetti non cancerogeni e cancerogeni.

Nella maggior parte dei casi la dose accettabile per gli esseri umani viene definita estrapolando i dati ricavati dagli esperimenti sugli animali. Solo in casi rari, si dispone di informazioni epidemiologiche umane di alcune sostanze contaminanti.


Chronic ReferenceDose (RfD)

Per tenere conto della sensibilità della popolazione, i valori di RfD sono significativamente più bassi dell’effettivo livello di tolleranza determinato sulla base di studi sull’uomo o sugli animali:

NOAEL = No Observed Adverse Effect Level

Il NOAEL viene convertito in RfD sulla base di un fattore di incertezza UF ed di un fattore di modificazione MF

La dose di riferimento RfDrappresenta la dose media giornaliera soglia, al di sotto della quale non si ha alcun effetto negativo sulla salute umana durante l’intera vita. MFUF

NOAELRfD⋅

= [mg/kg.d]


Chronic Reference Dose (RfD)

UF rappresenta il fattore di incertezza e assume valori compresi fra 10 e 10000

UF rappresenta il fattore di incertezza e assume valori compresi fra 10 e 10000

Questo fattore tiene conto dell’incertezza dell’estrapolazione di valori di soglia che hanno dimostrato l’insorgere di effetti negativi al NOAEL

10000

Estrapolazione di valori di esposizione cronica di animali all’uomo. Questo fattore intende quindi considerare la differenza di effetti cronici sull’uomo rispetto a quella sugli animali

1000

Estrapolazione di valori sulla base di sperimentazioni affidabili relative ad animali, non essendo disponibili o essendo inadeguati i dati sull’uomo. Questo fattore tiene quindi conto dell’estrapolazione dei risultati dagli animali all’uomo

100

Estrapolazioni di valori sulla base di sperimentazioni affidabili relative ad esposizione prolungate alla vita media umana. Questo valore tiene quindi conto della variabile sensibilitàdella popolazione umana

10

Condizioni di utilizzoUF

Il valore di MF ècompreso fra 0 e 10: in mancanza di indicazioni puntuali, si assume MF = 1

Il valore di MF ècompreso fra 0 e 10: in mancanza di indicazioni puntuali, si assume MF = 1


L5/PAG9


Slope Factor (SF)

La tangente SF del tratto rettilineo della relazione dose-risposta per le sostanze cancerogene consente di valutare il rischio riferito ad una dose unitaria (mg/kg.d) di una sostanza cancerogena

Consente di stimare l’incremento di probabilità di contrazione di una patologia tumorale a seguito di una esposizione cronica ad una dose unitaria della sostanza stessa

Si esprime in percentuale di casi di tumore per (mg/kg.d)

ANALISI DI RISCHIO

SOMMARIO GENERALE




SOMMARIO

Tasso di Esposizione (E)

Dose Media Giornaliera (ADI)

Scenari di esposizione

Determinazione di E

CALCOLO TASSO DI ESPOSIZIONE



Per ciascuna via di trasporto, l’esposizione o il tasso di esposizione E (exposure rate) a cui ciascun individuo èsottoposto definisce la quantità media di ciascun mezzo ambientale (acqua, aria, terreno) contaminato assunta per unità di peso corporeo e per giorno di esposizione.

L’esposizione o il tasso di esposizione E è calcolabile mediante la formula generale:

ATBWEDEFCRE

⋅⋅⋅

=



ATBWEDEFCRE

⋅⋅⋅

=

CR = fattore di contatto, vale a dire, quantità di acqua, aria o terreno ingerito, inalato o contattato per unità di tempo

[L3/T] acqua/aria (l/d, m3/d) [M/T] suolo (mg/d)

EF = frequenza di esposizione, adimensionale, ma usualmente (d/anno)ED = durata dell’esposizione [T] (anni)BW = peso corporeo durante il periodo di esposizione [M] (Kg)AT = periodo di tempo durante il quale l’esposizione è mediata [T] (d)

AT = 365*70 (VITA MEDIA PER IL RISCHIO CANCEROGENICO)

AT = 365*ED (DURATA ESPOSIZIONE PER IL RISCHIO TOSSICO)



ATBWEDEFCRE

⋅⋅⋅

=

Ne deriva che l’esposizione (o tasso di esposizione) vale dal punto di vista dimensionale:

[L3M-1T-1] acqua/aria [T-1] suolo

Tenuto conto delle unità pratiche usualmente impiegate, E si misura in:

per l’acqua per l’aria per il suolo

dkgl⋅ dkg

m⋅

3

dkgmg⋅ d

10 6−


L5/PAG10


Dose Media Giornaliera (ADI)

Dose media giornaliera (Average Daily Intake) di contaminante

assunta per unità di peso corporeo

dal recettore al punto di esposizione (POE)

POECEADI ⋅=

.

dkgg⋅

µ

Se i valori delle variabili che intervengono nell’esposizione possono variare nel tempo, occorre calcolare l’esposizione E come sommatoria dei singoli valori di esposizione che si manifestano in periodi diversi.

dkgl⋅

dkgm⋅

3

d10 6−

lgµ

3mmg

kgmg

dkgmg⋅

610dkg

mg −

⋅

acqua

aria

suolo



Gli scenari di esposizione di maggiore rilevanza sono riportati in tabella, con l’indicazione della formula per il calcolo del tasso di esposizione E.

.

Inalazione di particelle volatili

Contatto dermico con il terreno

Ingestione di terreno

Inalazione durante la doccia

Ingestione di acqua potabile

Calcolo EScenario

ATBWEDEFRI

E wg

⋅⋅⋅

=

ATBWEDEFRIE shn

⋅⋅⋅

=

ATBWEDEFRI

E sg

⋅⋅⋅

=

ATBWEDEFDAAFSAE

⋅⋅⋅⋅⋅

=

ATBWEDEFRI

E vpn

⋅⋅⋅

=

IgRw = tasso di ingestione di acqua espresso in l/dInRsh = tasso di inalazione di vapori durante la doccia (m3/h).IgRs il tasso di ingestione di terreno (mg/d)InRvp il tasso di inalazione di particelle volatili



L’ingestione di terreno contaminato da parte dei bambini è i genere, insieme all’ingestione di acqua potabile, la via di esposizione che si ritrova con maggiore frequenza nei siti contaminati.

Tuttavia, recenti studi hanno dimostrato che il rischio conseguente all’esposizione per inalazione durante la doccia può essere addirittura superiore a quello legato all’ingestione di acqua potabile.

.



.

ATBWEDEFDAAFSAE

⋅⋅⋅⋅⋅

=

CONTATTO DERMICOIl processo di absorbimento CUTANEO dipende:

dall’ammontare di terreno a contatto con la pelle dall’area della superficie di pelle esposta dalla tendenza propria di ciascun contaminante di essere

absorbito

SA = area della superficie della pelle esposta al terreno (cm2)AF = fattore di contatto terreno–pelle (mg/cm2/d)DA = fattore di absorbimento dermico (mg/mg)


Determinazione di E

.

La fonte di riferimento più accreditata per ricavare e verificare i fattori di esposizione che entrano nel calcolo di E è:

Exposure Factors Handbook pubblicato dall’EPA

L’ esposizione dipende dalla tipologia di utilizzo del sito indagato (residenziale o commerciale-industriale) e dal fattore di sicurezza assunto nella stima. L’EPA riporta due valori:

• MLE (Most Likely Exposure), che rappresenta l’esposizione media piùprobabile dal punto di vista statistico per il campione medio dipopolazione• RME (Reasonable Maximum Exposure), che rappresenta l’esposizione massima ragionevolmente possibile, vale a dire l’esposizione massima sopportata dal 95% della popolazione esposta.

Se si vuole dare carattere conservativo alla stima, ci si riferisce a questo valore.


Determinazione di E

.

metalli: 0,001

organici: 0,04

1,058007030350-RME

metalli: 0,001

organici: 0,04

0,2500070940-MLE

Contatto dermico col

suolo

indoor = 15 m3/d

----30350

Totale = 20 m3/d

RME

Indoor = 12 m3/d

----8350

Totale = 18 m3/d

MLE

Inalazione di particelle

volatili

---7030350100 mg/dRME

---70835025 mg/dMLEIngestione di suolo e

polveri

---70303650.89 m3/hRME

---7093500.63 m3/hMLEInalazione durante la

doccia

---70303502 l/dRME

---7083501,4 l/dMLEIngestione di acqua potabile

USO RESIDENZIALE

DA(mg/mg)

AF(mg/cm2/

d)

SA(cm2)

BW(kg)

ED(anni)

EFgiorni/annoCRVia di esposizione


L5/PAG11


Determinazione di E

.

metalli: 0,001

organici: 0,04

1,058007025250-RME

metalli: 0,001

organici: 0,04

0,2500070440-MLE

contatto dermico col

suolo

---702525020 m3/dRME

---70425020 m3/dMLEInalazione di particelle

volatili

---702525050 mg/dRME

---70425050 mg/dMLEIngestione di suolo e

polveri

---70303650.89 m3/hRME

---7093500.63 m3/hMLEInalazione durante la

doccia

---70252501 l/dRME

---7042501 l/dMLEIngestione

di acqua potabile

USO COMMERCIALE/INDUSTRIALE

DA(mg/mg)

AF(mg/cm2

/d)

SA(cm2)

BW(kg)

ED(anni)

EFgiorni/anno

CRVia di esposizione

ANALISI DI RISCHIO

SOMMARIO GENERALE



MODELLI E PARAMETRI TOSSICOLOGICICALCOLO DEL TASSO DI ESPOSIZIONECALCOLO DEL RISCHIO (individuale, cumulativo)CENNI DI ANALISI DI RISCHIO PROBABILISTICA

CALCOLO DEL RISCHIO

SOMMARIO

Rischio cancerogeno

Rischio tossico (non cancerogeno)

Criteri di accettabilità

Site-Specific Target Levels (SSTLs), Risk-Based Screening Levels (RBSLs)

CALCOLO DEL RISCHIO

Rischio cancerogeno

.

R = IELCR = Individual Excess Lifetime Cancer Risk

Incremento di probabilità di contrarre un tumore nel corso della vita a causa dell’esposizione ad una singola sostanza

E’ dato dal prodotto della dose media giornaliera (calcolata per la durata della vita) per la tangente SF alla correlazione dose-risposta

SFENAFCSFECSFADIIELCR s

POE ⋅⋅=⋅⋅=⋅=

CALCOLO DEL RISCHIO

Rischio cancerogeno

.

R quantifica:

il numero di eventi di cancro probabilmente rilevabile in una popolazione esposta, eventi da considerarsi in eccesso rispetto al numero di casi di cancro che normalmente colpiscono un’analoga popolazione non esposta (popolazione di controllo).

SFENAFCR s ⋅⋅=

Il rischio così calcolato va inteso come un limite di confidenza superiore al 95%, ossia, vi è soltanto il 5% di probabilità che il rischio effettivo possa essere più alto di quello stimato.

CALCOLO DEL RISCHIO

Rischio cancerogeno

.Per il calcolo del rischio cancerogeno interviene il termine ED, durata dell’esposizione.

Un approccio corretto nella valutazione del rischio cancerogeno comporterebbe che il valore di concentrazione che compare nell’equazione non sia la concentrazione ad un determinato istante nel POE, bensìuna concentrazione rappresentativa sull’intera durata del periodo di esposizione

SFADISFENAFCR s ⋅=⋅⋅=


L5/PAG12

CALCOLO DEL RISCHIO

Rischio cancerogeno

.

Gli effetti cumulativi conseguenti all’esposizione di piùcomposti tossici e/o cancerogeni non sono ancora ben noti.

In assenza di informazioni più dettagliate, al fine di procedere a valutazioni di carattere conservativo, si èsoliti procedere alla sommatoria dei singoli valori di rischio di tutte le N sostanze indice considerate per tutte le M vie di esposizione.

∑∑= =

=N

1i

M

1jijT RRRISCHIO CANCEROGENO

TOTALE

CALCOLO DEL RISCHIO

Rischio non cancerogeno

.

Per le sostanze non cancerogene il rischio èespresso da un indicatore definito “quoziente di rischio” HQ (Hazard Quotient), adimensionale, determinato dividendo la dose media giornaliera (calcolata sulla durata effettiva di esposizione) per la dose di riferimento RfD:

RfDADIHQ =

CALCOLO DEL RISCHIO


.

RfDADIHQ =

Il quoziente di rischio esprime quante volte la dose media giornaliera, calcolata sulla base dell’effettivo periodo di esposizione, supera la dose di riferimento.

L’indicatore HQ non esprime, pertanto, una probabilità, ma rappresenta il rapporto tra l’effettivo livello di esposizione e la soglia che non comporta effetti tossici.

CALCOLO DEL RISCHIO


.

Analogamente a quanto riportato per le sostanze cancerogene, anche per le sostanze tossiche il rischio totale HI (Hazard Index) viene calcolato sommando i contributi dovuti a tutte le N sostanze indice considerate per tutte le M vie di esposizione attive:

∑∑= =

=N

i

M

jjiHQHI

1 1

RISCHIO TOSSICOTOTALE

CALCOLO DEL RISCHIO


.

A rigore l’approccio additivo fin qui esposto sarebbe valido nell’ipotesi che non vi sia interazione sinergica e/o antagonista tra le differenti sostanze chimiche in oggetto.

Di conseguenza, il valore cumulativo di HI andrebbe calcolato sommando tra loro solamente le sostanze che presentano i medesimi meccanismi di azione sull’organismo umano

∑∑= =

=N

i

M

jjiHQHI

1 1

CALCOLO DEL RISCHIO


.

Gli standard per la protezione della salute umana, ormai condivisi a livello internazionale, prevedono i seguenti criteri:Rischio cancerogeno:

per una singola sostanzaR < 10-6 (una probabilità in più di tumore per ogni milione di individui esposti)

per più sostanzeRT < 10-5 (una probabilità in più di tumore per ogni 100’000 individui esposti)

Rischio tossico (esposizione ad una o più sostanze)HQ, HQT < 1.0


L5/PAG13

CALCOLO DEL RISCHIO


.

Per quanto riguarda il Rischio tossico:

bisogna considerare gruppi di sostanze i cui effetti indesiderati si manifestano sul medesimo organo

non bisogna sommare il rischio tossico derivante da sostanze i cui effetti non interessano il medesimo organo

I limiti sopra riportati sono quelli indicati e comuni a tutti i Paesi che adottano lo strumento dell’analisi di rischio.

Si noti tuttavia che molti dubbi e alcune riserve sono spesso manifestati nei confronti dei limiti per il rischio cumulato dall’effetto di più sostanze

CALCOLO DEL RISCHIO

Site-Specific Target Levels

Risk-Based Screening Levels

.

L’applicazione della procedura di analisi di rischio è bidirezionale.

APPLICAZIONE FORWARD

Si calcola il rischio conseguente alla presenza di una sorgente contaminante sviluppando il sistema relazionale:

concentrazione ⇒ esposizione ⇒ tossicità ⇒ rischio

APPLICAZIONE BACKWARD

Si determinano gli obiettivi di bonifica del sito (SSTLs)) o i valori di concentrazione limite alla sorgente (RBSLs), sviluppando la relazione inversa:

rischio ⇒ tossicità ⇒ esposizione ⇒ concentrazione

CALCOLO DEL RISCHIO

.

Si fissa CPOE

Si calcola il Rischio

TARGET

Si fissa il Rischio accettabile Rmax,

Si calcola l’obiettivo di bonifica CTARGET al punto di esposizione (SSTL) o alla sorgente (RBSL)



CALCOLO DEL RISCHIO

.

RMAX = rischio cancerogeno accettabile

SFENAFCSFECR S

POE ⋅⋅=⋅⋅=

SFERCSSTL MAXPOE

OB ⋅==

NAFSFE

RCRBSL MAXSOB ⋅

==

CSR

al punto di esposizione

CSR


CSR

alla sorgenteCSR

alla sorgente



⎩⎨⎧

==

POEOBPOE

MAX

CCRR

⎩⎨⎧

==

SOBS

MAX

CCRR

CALCOLO DEL RISCHIO

.

SFENAFCSFECR S

POE ⋅⋅=⋅⋅=

POEMAXMAXPOE

OB CR

RSFE

RC =⋅

=

SMAXMAXS

OB CR

RNAFSFE

RC =⋅

=



SPOE CNAFR

CRSFE ==⋅

CALCOLO DEL RISCHIO

.

HQMAX = rischio tossico accettabile

ERfDHQCSSTL MAXPOE

OB⋅

==

ERfDNAFHQCRBSL MAXS

OB⋅⋅

==

NAFEC

RfDRfDECHQ SPOE ⋅

=⋅

=1



CSR


CSR


CSR

alla sorgenteCSR

alla sorgente

⎩⎨⎧

==

POEOBPOE

MAX

CCHQHQ

⎩⎨⎧

==

SOBS

MAX

CCHQHQ


L5/PAG14

CALCOLO DEL RISCHIO

.

POEMAXPOE

OB CHQ

HQC =

SMAXS

OB CHQ

HQC =

NAFEC

RfDRfDECHQ SPOE ⋅

=⋅

=1



SPOE CNAFHQ

CHQ

RfDE

==

ANALISI DI RISCHIO

SOMMARIO GENERALE




SOMMARIO

MOTIVAZIONI DELLA ANALISI DI RISCHIO PROBABILISTICA

CONCETTI DI VARIABILITÀ ED INCERTEZZA

INCERTEZZA FENOMENOLOGICA, MODELLISTICA, PARAMETRICA

SEQUENZA OPERATIVA ARS PROBABILISTICA

SCELTA DELLA DISTRIBUZIONE DI PROBABILITÀ

PROPAGAZIONE DELLE INCERTEZZE: METODO MONTE CARLO

ANALISI DI SENSITIVITA’

INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI

CENNI DI ANALISI DI RISCHIO PROBABILISTICA

.

Approccio deterministico = calcolo di un singolo valore di rischio

• Fino ad ora si è visto che il calcolo del rischio viene sviluppato attraverso la risoluzione di una serie di equazioni più o meno complesse, che a fronte di un numero elevato di parametri di input forniscono come risultato un singolo valore del rischio

MOTIVAZIONI DELL’ANALISI DI RISCHIO PROBABILISTICA


.

Approccio deterministico conservatività

dovendo assegnare un singolo valore a ciascuno dei parametri di input si è portati a scelte conservative

può essere molto elevata la sovrastima del rischio



Se si pensa che dovrebbe essere l’analisi di rischio a definire gli obiettivi di bonifica e, quindi, i costi della bonifica, si comprende quali possono essere le conseguenze di scelte troppo conservative

.

Anche nella semplice equazione di calcolo dell’esposizione:

i parametri che intervengono sono soggetti ad un elevato grado di variabilità, cambiando di fatto:

nel tempoda individuo ad individuo

ATBWEDEFCRE

⋅⋅⋅

=




L5/PAG15

Un approccio maturo all’analisi di rischio non dovrebbe essere deterministico



Assegnando a ciascuno dei parametri di input non un singolo valore bensì un intervallo di valori possibili, si ottiene come risultato un intervallo di possibili valori di rischio, per ciascuno dei quali viene specificata la probabilità di accadimento

.

La valutazione probabilistica del rischio trova la

sua naturale applicazione nel caso in cui il rischio

calcolato con l’approccio deterministico si

collochi al di sopra dei limiti di accettabilità



QUARTO LIVELLO

.

I risultati di una valutazione conservativavalutazione conservativa del rischio sono comunque molto importanti in quanto, anche nel caso di rischio totale non accettabile, consentono di individuare:

• i livelli max di rischio

• quelle vie di esposizione e/o quei contaminanti indice per i quali anche sotto ipotesi conservative il rischio risulta accettabile



In una procedura a 4 livelli la fase di valutazione conservativapermette di snellire gli ulteriori approfondimenti della procedura e conseguentemente di limitare la complessità dell’analisi di incertezza.

.

Ovviamente l’analisi probabilistica diventa superflua almeno in due casi:

una valutazione deterministica fortemente conservativa indica che il rischio è inequivocabilmente al di sotto dei limiti di accettabilità

l’analisi probabilistica non farebbe altro che confermare che il rischio “reale” si trova al di del livello max ottenuto con criteri deterministici e conservativi



1

.

l’onere economico richiesto per ridurre l’esposizione o il rischio è fortemente contenuto

è il caso di siti contaminati nei quali la messa in sicurezza o la bonifica del sito non comportano una spesa rilevante, mentre i tempi ed i costi di un’analisi probabilistica potrebbero non essere giustificati



2

.

Di contro, l’approccio probabilistico consente di:

determinare il livello di conservatività dei valori utilizzati nel processo deterministico

verificare quali sono i parametri di input caratterizzati da una maggiore incertezza e la cui variabilitàmaggiormente influisce sulla curva di distribuzione di probabilità del rischio



parametri per i quali è necessario acquisire ulteriori informazioni sperimentali


L5/PAG16

.

Ancora:

si possono definire obiettivi di bonifica meno restrittivi che, a parità di livello di protezione garantito alla salute dell’uomo, consentono il risparmio di risorse economiche

è più trasparente la fase di gestione del rischio



.

Gestione del rischio


Con un approccio di tipo deterministico si deve valutare l’accettabilità di un valore puntuale di rischio, del quale non si conosce il livello di conservatività e quindi il suo scostamento dal valore di rischio “reale”

Con un approccio di tipo stocastico si analizza una curva di valori, a ciascuno dei quali si può associare un grado di conservatività, espresso in termini di probabilità di accadimento


.

Prima di entrare nel merito dell’approccio probabilistico all’analisi di rischio occorre precisare il significato di due termini spesso utilizzati in ambito ingegneristico con riferimento alle grandezze ed ai parametri in gioco in un problema

• Variabilità

• Incertezza



.

Per variabilità di un parametro si intende ll’’eterogeneiteterogeneitàà che lo caratterizza all’interno del suo dominio di esistenza

La variabilità viene spesso definita come:

“incertezza intrinseca” o “incertezza naturale”

che non può essere ridotta tramite misure o studi



.

Per esempio: ciascun individuo beve ogni giorno un quantitativo di acqua differente, sia rispetto al giorno precedente o successivo sia rispetto agli altri individui

Non è possibile acquisire informazioni che riducono il grado di variabilità del parametro “tasso di ingestione di acqua potabile”



La variabilità non può essere ridotta, tuttavia la si può meglio caratterizzare con l’acquisizione di più dati.

.

L’incertezza rappresenta “l’ignoranza” nei confronti di fenomeni e parametri,

per i quali si ha una conoscenza campionaria o comunque parziale




L5/PAG17

.

Nell’ambito di una procedura di analisi di rischio le fonti di incertezza

possono essere suddivise in almeno tre categorie:

Incertezza fenomenologica. E’ la carenza di dati che descrivono il

fenomeno di inquinamento e più in generale il sito, che si ripercuote

sulla definizione del modello concettuale modello concettuale sorgentisorgenti--percorsipercorsi--recettorirecettori

Incertezza nei modelli. Si tratta dell’incertezza insita nella

struttura dei modellistruttura dei modelli utilizzati nella procedura, ed in particolare dei

modelli di rilascio e trasporto degli inquinanti, nonché di esposizione.

Incertezza parametrica. E’ l’incertezza legata ai parametri di input parametri di input

dei modellidei modelli.



.



A differenza della variabilità, l’incertezza può essere:

ridotta - attraverso l’acquisizione di maggiori elementi conoscitivi durante il site-assessment

gestita

attraverso l’implementazione iterativa/selettiva della procedura (incertezza fenomenologica)

attraverso la teoria delle variabili casuali, il calcolo delle probabilità, l’analisi di sensitività (incertezza parametrica)

.

⃞ Incertezza fenomenologica

⊠ Incertezza nei modelliIncertezza nei modelli

⃞ Incertezza parametrica



.

INCERTEZZA MODELLISTICA

L’incertezza in un modello matematico, analitico o numerico, esiste quando vi è la possibilità di ottenere un risultato errato anche possedendo valori esatti di tutti i parametri di input

In caso contrario, partendo da un valore di input esatto, si otterràsempre un risultato esatto.

La valutazione dell’incertezza o meglio dell’affidabilità di un modello matematico è problema alquanto complesso, da risolvere in sede di validazione del modello stesso.

Di conseguenza, chi implementa l’analisi di rischio deve chiedere opportune garanzie sulla affidabilità dei modelli che utilizza, esplicitamente o implicitamente nella procedura di AR.


.

⊠ Incertezza Incertezza fenomenologicafenomenologica

⃞ Incertezza nei modelli

⃞ Incertezza parametrica



.

Si può pensare di trattare l’incertezza fenomenologica, scremando gli scenari significativi da quelli non scremando gli scenari significativi da quelli non significativisignificativi, attraverso un approccio di tipo iterativo.

Il primo step di questo approccio consiste nel procedere ad una valutazione di screening al fine di verificare l’effettiva necessità di ulteriori approfondimenti conoscitivi.

In questa prima fase occorre definire con un buon margine di affidabilità l’intervallo di variabilità del rischio.

INCERTEZZA FENOMENOLOGICA



L5/PAG18

.

Il limite superiore del range di variazione del rischio viene ottenuto facendo considerazioni cautelative e utilizzando i valori più conservativi per ciascun parametro di input sovrastima del rischio

Il limite inferiore si ottiene capovolgendo l’impostazione, facendo assunzioni non cautelative e attribuendo ai parametri di input i valori meno conservativi sottostima del rischio



.

La definizione del limite superiore (conservativo) consentirà di scartare i contaminanti e le vie di migrazione/esposizione per cui il rischio, pur sovrastimando, risulta comunque accettabile

La definizione del limite inferiore (non conservativo) consentirà di identificare i contaminanti per i quali il rischio, pur sottostimando, è comunque inaccettabile: èinevitabile la bonifica.



.

Iterando il procedimento, ad ogni successivo approfondimento

verranno limitati i contaminanti indice, le vie di migrazione e le vie di esposizione considerati, focalizzando l’attenzione su quelli verso i quali appare più sensibile la variazione del risultato finale

verranno identificati i parametri e le vie di migrazione/esposizione su cui è necessario acquisire ulteriori approfondimenti conoscitivi sul sito.


Ad esempio: si assuma che in un sito siano stati rilevati 100 contaminanti presenti in quattro comparti ambientali, ciascuno di essi interessante 5-10 vie di esposizione.


.

Condurre l’analisi di rischio in un simile contesto comporterebbe degli sforzi di calcolo non indifferenti. Pertanto:

occorre individuare i contaminanti e le vie di migrazione per i quali è necessario approfondire le indagini conoscitive

un primo approccio conservativo generalmente indicherà che la maggior parte degli scenari considerati necessitano di ulterioriapprofondimenti

in altri casi consentirà di scartare la prosecuzione dell’analisi, qualora per tutti i contaminanti indice e per tutte le vie di esposizione il rischio si presenti al di sotto della soglia di accettabilità

di contro, una valutazione non conservativa dei parametri di input, potrà portare ad identificare quei contaminanti per i quali ècomunque necessario l’intervento di bonifica



.

⃞ Incertezza fenomenologica

⃞ Incertezza nei modelli

⊠ Incertezza parametricaIncertezza parametrica



.

L’incertezza parametrica è parte preponderante dell’incertezza complessiva

Può essere trattata associando ai vari parametri delle variabili casuali, ossia, variabili che assumono valori in accordo ad una prefissata distribuzione di probabilità

INCERTEZZA PARAMETRICA



L5/PAG19

.

Si possono distinguere quattro categorie di parametri:

1. Parametri atti a descrivere l’estensione e la composizione chimico - fisica della sorgente di inquinamento

2. Parametri atti a caratterizzare le matrici ambientali interessate dai fenomeni di migrazione dei contaminanti

3. Parametri atti a definire mobilità e tossicità dei contaminanti

4. Parametri atti a definire la dose assorbita dal recettore nel punto di esposizione



.

I parametri di cui ai punti 1 e 2 sono quelli per i quali è maggiore il dispendio di risorse economiche.I parametri richiesti nei punti 3 e 4 si possono ricavare da specifiche banche dati. Tuttavia, per i dati appartenenti a questo secondo gruppo:

il grado di incertezza è elevato, in particolare per i parametri di natura tossicologica

non si tratta di dati sperimentalmente ricavabili nei tempi normalmente a disposizione per uno studio di valutazione del rischio

il grado di incertezza è essenzialmente legato agli errori di misura degli strumenti utilizzati in laboratorio ed al processo di estrapolazione su scala reale



.

SEQUENZA OPERATIVA ANALISI DI RISCHIO PROBABILISTICA

Si assumi di avere il modello sorgenti percorsi recettori rispondente al sito da valutare e si assumi di avere modelli matematici validati.

L’analisi di rischio probabilistica consiste nel trattare come variabili casuali i parametri fonte di incertezza.

La sequenza operativa è quindi di questo tipo:

1. calcolare il rischio sulla base di ipotesi conservative, con un approccio deterministico

2. individuare, per ciascuno dei parametri di input, il massimo intervallo di variazione

(continua) (continua)


.


3. specificare una distribuzione di probabilità adatta per i valori individuati all’interno del range di variabilità

4. verificare e determinare l’esistenza di correlazioni tra i parametri

5. utilizzare procedure di calcolo analitiche e/o numeriche, al fine di determinare come l’incertezza presente nei parametri di input del modello si «propaga» sui risultati, ricavando una distribuzione di probabilità del rischio

(continua) (continua)


.

6. esprimere i valori di rischio cancerogeno e non cancerogeno in termini di intervallo di confidenza

7. identificare i parametri la cui variabilità contribuisce maggiormente al grado di incertezza del modello, tramite un’analisi di sensitività

8. approfondire il grado di conoscenza e di informazioni inerenti i parametri che si rilevano maggiormente importanti per il modello e ripetere la procedura dal punto 2 al punto 7

9. presentare ed interpretare i risultati.



.


Procederemo di seguito approfondendo i seguenti passi della sequenza operativa:

scelta della legge di probabilità

metodi per propagare l’incertezza parametrica sui risultati finali

analisi di sensitività

interpretazione dei risultati



L5/PAG20

.


Distribuzione binomiale

Distribuzione di Poisson

Distribuzione normale

Distribuzione lognormale

Distribuzione esponenziale

Distribuzioni di Pearson

Distribuzione Beta

Distribuzione Gamma

Distribuzione binomiale

Distribuzione di Poisson

Distribuzione normale

Distribuzione lognormale

Distribuzione esponenziale

Distribuzioni di Pearson

Distribuzione Beta

Distribuzione Gamma

Distribuzione di Gumbel

Distribuzione t di Student-Fisher

Distribuzione del χ2

Distribuzione uniforme (o rettangolare)

Distribuzione triangolare

Distribuzione di Weibull

Distribuzione di Gumbel

Distribuzione t di Student-Fisher

Distribuzione del χ2

Distribuzione uniforme (o rettangolare)

Distribuzione triangolare

Distribuzione di Weibull


Distribuzioni probabilistiche note

.

Nell’ambito di una procedura di analisi di rischio, sono pochi i casi in cui si disponga di un campione di dati sufficiente per applicare i la procedura propria dell’inferenza statistica di una grandezza aleatoria:

Ipotesi di lavoro (legge di probabilità)

Precisazione ipotesi (calcolo parametri della legge di probabilità)

Verifica ipotesi (studio su cartogramma)

Test d’ipotesi (accettazione/rifiuto)

La scelta è “a priori” e si basa su casi di studio simili riportati nella letteratura scientifica e sulla valutazione del massimo intervallo di variazione determinato ai passi 1 e 2



.

Interviene pertanto anche una componente soggettiva.

Si tengano presente le seguenti indicazioni di validità generale:

quando i dati a disposizione sono pochi ed il grado di variabilità èrelativamente basso (inferiore ad un ordine di grandezza), si può generalmente ricorrere ad una distribuzione di tipo uniforme

quando, tra i possibili valori che può assumere il parametro all’interno di un range di variabilità, ve ne è uno altamente probabile, si adatta bene una distribuzione triangolare

quando il range di variabilità ha un’ampiezza superiore ad un ordine di grandezza, di solito per prudenza è opportuno fare riferimento ad una distribuzione logaritmica, come una distribuzione uniforme-logaritmica o triangolare-logaritmica.



.


NormaleBulk density

LognormaleFrazione di carbonio organico

NormalePorosità totale

Lognormale, triangolareSoggiacenza della falda

Parametri ZONA NON SATURA:

Uniforme, lognormaleInfiltrazione efficace

LognormaleConcentrazione dei contaminanti indice

Uniforme, esponenzialeArea della sorgente

Parametri SORGENTE:

Distribuzioni di probabilitàParametro


.


TriangolareVelocità effettiva

NormaleRapporto dispers. long/disper. trasv.

LognormaleDispersività longitudinale

LognormaleCoeff. di decadimento del primo ordine

LognormaleFrazione di carbonio organico

NormaleGradiente idraulico

NormalePorosità

LognormaleConducibilità idraulicaParametri ACQUIFERO:



.



TriangolareReference Doselognormale, triangolareSlope factor

Parametri TOSSICOLOGICI:

LognormaleFattore di aderenza del terreno

BetaFrazione di area corporea esposta

BetaCoefficienti di assorbimentotriangolare, lognormaleTasso di ingestione di terrenoUniformeTasso di inalazione d’ariaLognormaleTasso di ingestione di acquaLognormale, normalePeso corporeotriangolare, esponenzialeFrequenza dell’esposizionelognormale, esponenzialeDurata dell’esposizione

Parametri di ESPOSIZIONE:



L5/PAG21

.

Un aspetto importante legato all’assegnazione delle distribuzioni di probabilità è la valutazione delle possibili correlazioni esistenti tra due o più delle variabili casuali di input:

ignorare la presenza di detti legami di correlazione può significare distorcere la distribuzione finale del rischio

il risultato finale si presenta particolarmente sensibile a questo aspetto soprattutto se esistono legami forti di correlazione tra i parametri che maggiormente influenzano il risultato finale

non incorporare questi legami di correlazione all’interno della struttura del modello di analisi di rischio comporta ottenere una distribuzione del rischio sfalsata, non tanto nei suoi valori medi, quanto piuttosto nelle code della sua distribuzione.



.

Lo studio e la valutazione di come errori e/o incertezze sull’input di

una procedura di calcolo si propaghino sui risultati può essere

affrontato attraverso:

metodi analitici

metodi numerici

L’approccio analitico più frequentemente utilizzato per l’analisi di

incertezza di modelli non complessi è la propagazione della varianza.

L’approccio numerico più diffuso, viceversa, è il:

Metodo Monte Carlo



.

Il metodo Monte Carlo si sviluppa in iterazioni successive:

1. fissata la variabile su cui operare, ad ogni iterazione viene generato, da

un apposito algoritmo di calcolo, un valore random della variabile sulla

base della distribuzione di probabilità scelta

2. ciascun valore ha la medesima probabilità di essere campionato

3. i valori così ricavati vengono inseriti nel modello di analisi di rischio che

genererà a sua volta un valore rappresentante uno dei possibili valori di

rischio

4. all’iterazione successiva il procedimento si ripeterà originando un altro

risultato di rischio

5. procedendo si otterrà la distribuzione di probabilità del rischio



.



Esemplificazione del metodo Monte Carlo applicato alla ARS

Esemplificazione del metodo Monte Carlo applicato alla ARS

.

In presenza di un numero scarso di iterazioni può sussistere un problema di “clustering”

raggruppamento dei valori campionati all’interno della funzione di probabilità, la cui conseguenza è una scarsa rappresentatività dei valori stessi

ciò è particolarmente per le distribuzioni di probabilità asimmetriche con code di valori poco probabili

per campionare questi valori occorrono molte iterazioni



Il fattore critico del metodo Monte Carlo è il numero di iterazioni richieste per ricreare in modo accurato e il più preciso possibile la curva di distribuzione di probabilità iniziale (convergenza)

.

L’analisi di sensitività consente di identificare:

i parametri di input che maggiormente influenzano il risultato finale, ovvero quei parametri, la cui leggera variazione si ripercuote in maniera significativa sulla curva di distribuzione del rischio.

Il risultato dell’analisi di sensitività è:

il valore percentuale di variazione del rischio al variare dei valori di ciascun parametro di input trattato come variabile casuale.

Il valore può essere positivo o negativo a seconda che il parametro in esame rappresenti un termine di “carico” o di “resistenza”.

La seconda situazione si verifica ad esempio per le variabili che compaiono a denominatore in un modello moltiplicativo.




L5/PAG22

.

L’analisi di sensitività è inoltre utile per valutare:

gli effetti della variazione della media e della deviazione standard

dei parametri di input sulla curva di distribuzione del rischio,

laddove:

aumentare la deviazione standard di un parametro

significa di fatto aumentarne l’incertezza.

I parametri nei confronti dei quali il valore di rischio si mostra più

sensitivo, saranno quelli verso i quali dovranno essere indirizzate

ulteriori risorse per acquisire maggiori informazioni sperimentali.



.

Determinata la curva di densità di probabilità del rischio, sia esso cancerogeno o non cancerogeno, si pone il problema di definire quale sia il punto su detta curva da confrontare con il rischio accettabile.

Il criterio che riscontra maggior consenso prevede che il rischio possa essere considerato accettabile quando siano contemporaneamente soddisfatte tre condizioni:


INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI

6101 −⋅<R(

( ) 5101 −⋅<Rµ

495 101 −⋅<R

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

<

<

<

%.

.

.~~

95percentile01HI

media50IH

mediana20IH

95

.


UN CASO DI STUDIO

Pertusola Sud

CO

NN

ES

SIO

NE

CO

N IL

CA

NA

LE E

SIS

TEN

TES9

S8

S7

S6

S4

S3 S2

S1

PzB

PzA

PzL

PzI

S64 S63 S62

S66

S65

S61

S58

S57

PzC

PO1

S56

S55

S12S16

S22S27

S35

S48

S51

S52

S60

S67

S54

S53

S50

S45

S47

S49

PzDS46

S44

S43

S42 S40

S39

S38

S37

PzE

PO2

S36

S32

S33

S34

S31

S29

S30

S26

S25

S24

S28S23

PzF

S21 S20

S19

S18

S17

PzH

S15

S13

S59

S11 S10

Pz1A

Pz8A

Pz9A

Pz7A

Pz6A

Pz4A

Pz3A

Pz2A

Pz11A

Pz10A

S5

PzG

S41

Pz5A

S14

BON

IFICA HO

T-SPOT

LEGENDAzona nord: interventi di asportazione localizzata

zona intermedia: interventi di scotico superficiale

zona sud: interventi di messa in sicurezza permanente mediante confinamento

trincea drenante

tubazione di raccolta

canalizzazione di raccolta acque da monte

diaframma

pozzi di monitoraggio

pozzi di abbattimanto livello freatico

discarica

isoipse di profondita' dello strato inquinato (m)

-20 -4 -6 -8 -10

barriera idraulica: pozzi di emungimento

barriera idraulica: pozzi di iniezione

Planimetria generale, individuazione schematica degli interventi e isoipse di profondità dello strato inquinato

Contaminanti indice

Arsenico ©

Cadmio

Mercurio

Piombo

Zinco

Contaminanti indice

Arsenico ©

Cadmio

Mercurio

Piombo

Zinco

Vie di esposizione

Ingestione suolo

Ingestione acqua

Vie di esposizione

Ingestione suolo

Ingestione acqua

Recettori

Adulti

Bambini

Recettori

Adulti

Bambini

.


POE realeNumericiMedi tra MLE e RME

V.E. significative

Contaminanti indice

Realistico

POE realeAnaliticiMedi tra MLE e RME

V.E. significative

Contaminanti indice

Realistico

5-10 volte POE reale

AnaliticiMLEQuelle strettamente indispensabili

Tutti quelli riscontrati sul sito

Min cautela

Prossimo alla sorgente

AnaliticiRMETutte quelle possibili

Tutti quelli riscontrati sul sito

Max cautela

POEModelli di propag.

Fattori di esposiz.

Vie di esposizione

Contaminanti considerati

ApproccioFASE

UN CASO DI STUDIO

Pertusola Sud


SoluzioneSoluzionenumericanumerica

SoluzioneSoluzioneanaliticaanalitica

APPROCCIOAPPROCCIOCAUTELATIVOCAUTELATIVO

APPROCCIOAPPROCCIONON CAUTELATIVONON CAUTELATIVO

APPROCCIOAPPROCCIOREALISTICOREALISTICO

ANALISIANALISIPROBABILISTICAPROBABILISTICA

Analisi di Analisi di sensitivitsensitivitàà

AggiustamentoAggiustamentoDistribuzione di Distribuzione di

probabilitprobabilitàà

Scelta Scelta distribuzione di distribuzione di

probabilitprobabilitààsoddifacentesoddifacente??

STOPSTOP

SISI

NONO

FASEDETERMINISTICA

FASEDETERMINISTICA

FASEPROBABILISTICA

FASEPROBABILISTICA

SFATBW

EDEFCRCR POE ⋅⋅⋅⋅

⋅=

RfD1

ATBWEDEFCRCHI POE ⋅

⋅⋅⋅

⋅=

.


UN CASO DI STUDIO

Pertusola Sud

Vie di esposizione selezionate dopo fase deterministicaVie di esposizione selezionate dopo fase deterministica

TOSSICOTOSSICO-TOSSICOZINCO

TOSSICOTOSSICOTOSSICOTOSSICOPIOMBO

TOSSICOTOSSICO-TOSSICOMERCURIO

TOSSICOTOSSICO-TOSSICOCADMIOCADMIO

TOSSICOTOSSICOTOSSICOTOSSICO

CANCEROGENOCANCEROGENOCANCEROGENOCANCEROGENOARSENICO

AdultiBambiniAdultiBambini

INGESTIONE ACQUAINGESTIONE SUOLOCONTAMINANTI


L5/PAG23

.


UN CASO DI STUDIO

Pertusola Sud

Analisi di sensitivitàAnalisi di sensitività

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

SF

Cpoe

BW

CR

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

SF

Cpoe

BW

CR


UN CASO DI STUDIO

Pertusola Sud

RisultatiRisultati

INGESTIONE

SUOLO

ArsenicoArsenico

INGESTIONE

ACQUE

CadmioCadmio

MercurioMercurio

PiomboPiombo

ZincoZinco

Adulti

Bambini

Cancero-

genico

Tossico


UN CASO DI STUDIO

Pertusola Sud

RisultatiRisultati

INGESTIONE SUOLOArsenicoArsenico Adulti

Cancerogenico

Tossico


UN CASO DI STUDIO

Pertusola Sud

RisultatiRisultati

INGESTIONE SUOLOArsenicoArsenico Bambini

Cancerogenico

Tossico


UN CASO DI STUDIO

Pertusola Sud

RisultatiRisultati

INGESTIONE ACQUAArsenicoArsenico Adulti

Cancerogenico

Tossico


UN CASO DI STUDIO

Pertusola Sud

RisultatiRisultati

INGESTIONE ACQUAArsenicoArsenico Bambini

Cancerogenico

Tossico


L5/PAG24


UN CASO DI STUDIO

Pertusola Sud

RisultatiRisultati

INGESTIONE SUOLO

CadmioCadmio Bambini

INGESTIONE ACQUE


UN CASO DI STUDIO

Pertusola Sud

RisultatiRisultati

INGESTIONE SUOLO

Bambini

INGESTIONE ACQUE

MercurioMercurio


UN CASO DI STUDIO

Pertusola Sud

RisultatiRisultati

INGESTIONE SUOLOPiomboPiombo

Adulti

Bambini


UN CASO DI STUDIO

Pertusola Sud

RisultatiRisultatiINGESTIONE ACQUEPiomboPiombo

Bambini

Adulti


UN CASO DI STUDIO

Pertusola Sud

RisultatiRisultati

INGESTIONE SUOLO

Bambini

INGESTIONE ACQUE

ZincoZinco


UN CASO DI STUDIO: Pertusola Sud


L5/PAG25









non accettabile248.55129.72135.55125.38104.52TossicoBambiniZINCO

non accettabile2.211.221.141.020.81TossicoBambini

non accettabile16.219.887.456.334.56TossicoAdulti

PIOMBO



MERCURIO



CADMIO



ARSENICO

non accettabile2.89E-031.62E-031.46E-031.30E-031.03E-03CancerogenoBambini

non accettabile2.43E-031.44E-031.34E-031.24E-031.06E-03CancerogenoAdulti

ARSENICO

AccettabilitàP95Valore DETMediaMedianaModaRischioPersoneContaminante

RISCHIO CUMULATO (Ingestione suolo + ingestione acqua)





Corso Base di Siti Contaminati

L5/APPENDIX_A/PAG1

Appendice (A) Lezione 5Site assessment

Site Site assessmentassessment

• Descrive dettagliatamente il sito e tutte le attività che si sono svolte su di esso o che ancora si svolgono• Individua le correlazioni tra le attività e il tipo, la localizzazione e l’estensione della contaminazione• Descrive le caratteristiche delle componenti ambientali• Presenta un piano di indagini da attuare


SI ARTICOLA IN:• Raccolta e sistematizzazione dati esistenti• Caratterizzazione iniziale e formulazione preliminare modello concettuale• Piano di investigazione iniziale

N

G

F H

E

DA

C'C

B

I

O N M

L

DEPOSITO FERRITI

CUBILOT

OFFICINE LISCIVIAZIONEACIDI E

PURIFICAZIONE

FLUO 1°CONTATTO 1°

ELETTROLISI

FUSIONE

CADMIO

TRATTAMENTOOSSIDI

FLUO 2°CONTATTO 2°

A

B

C'

D

E-F

G

I

L

M

N

O

H

C

LATO SUDLATO NORD


DATI STORICI• Attività pregressa• destinazione d’uso• tipologia sostanze usate nelle lavorazioni• descrizione/mappaturaaccumuli di rifiuti e di materiale di riporto• Rilievi aerofotogrammetrici• Mappe catastali• PRG

Raccolta e sistematizzazione dati esistenti


DATI AMBIENTALI• caratterizzazione geologico/stratigrafica e idrogeologica del sito e dell’area circostante• rilievo presenza di pozzi, prelievi di acqua, sorgenti• descrizione corpi idrici superficiali adiacenti• analisi chimico-fisiche esistenti

Raccolta e sistematizzazione dati esistenti


Caratterizzazione iniziale e formulazione preliminare modello concettuale• Individuare possibili fonti inquinanti• Identificare caratteristiche possibili inquinanti (tossicità, solubilità, biodegradabilità)• Inquadramento idrogeologico generale del sito (presenza e tipologia di acquiferi, interazione con aste fluviali/sorgenti adiacenti• Identificazione recettori sensibili sul sito e nei dintorni di esso• Volumi materiale di riporto e cumuli di rifiuti


• Lista degli analiti (contaminanti da ricercare nei terreni e nelle acque)• Localizzazione punti di campionamento terreni• Localizzazione punti di realizzazione piezometri

Piano d’investigazione iniziale

Localizzazione punti di campionamento

(in base alle dimensioni del sito)

Suolo/sottosuolo

10000 MQ : almeno 5 punti

10000 – 50000 MQ : da 5 a 10 punti

50000 – 250000 MQ : da 15 a 20 punti

250000 – 500000 MQ : 60 A 120 punti

Acque sotterranee

>50000 MQ : almeno 5 piezometri

50000 – 100000 MQ : da 6 piezometri

100000 – 250000 MQ : almeno 8 piez.

250000 MQ : almeno 1 ogni 25000 mq

Profondità in funzione delle caratteristiche idrogeologiche e della profonditàdell’inquinamento

Almeno 1 piez. di monte

Profondità: fino a base I acquif. – non meno di 2/3 dello spessore saturo


L5/APPENDIX_A/PAG2


Un pozzo di monitoraggio può essere installato per finalità diverse.Prima di progettare la realizzazione di un pozzo o piezometro di monitoraggio è bene definire con precisione quale sarà il suo utilizzo.Tra le finalità possibili:

• stabilire la posizione della superficie libera dell’acquifero• misurare il carico idraulico corrispondente diverse profondità• prelevare campioni di acqua per analisi chimiche• prelevare campioni della fase libera di contaminanti tipo LNAPL• consentire l’introduzione di strumenti geofisici

ProgettazioneProgettazione e e realizzazionerealizzazione didi un un pozzo/piezometropozzo/piezometro didi

monitoraggiomonitoraggio


Le finalità del pozzo di monitoraggio determineranno le sue caratteristiche progettuali.

Le caratteristiche progettuali da valutare per la realizzazione di un pozzo di monitoraggio sono le seguenti:

• materiale del rivestimento• diametro e profondità del foro• posizione e lunghezza del filtro• composizione granulometricadel dreno• materiale di cementazione del foro




Materiale del rivestimento

Il materiale deve essere valutato sia dal punto di vista dell’installazione che dell’esercizio del pozzo di monitoraggio

Parametri di valutazione per la scelta del materiale ottimale sono:

- in fase d’installazione:il costola resistenza meccanicala facilità d’installazione

- in fase di eserciziola corrosivitàla propensione allo “scambio chimico”





Il materiale ideale è:• poco costoso• dotato di resistenza meccanica elevata• di semplice installazione• inerte alle aggressioni di agenti corrosivi eventualmente presenti nell’acqua• inerte all’adsorbimento (desorbimento) di sostanze eventualmente disciolte nell’acqua





Materiali di uso corrente nella realizzazione di un pozzo di monitoraggio sono:

• l’acciaio (nelle diverse varianti di resistenza meccanica)• il PVC (polivinile di cloro)• il PP - PoliPropilene• il PTFE – politetrafluoroetilene - (noto come Teflon)





In via del tutto generale, questi sono i vantaggi e gli svantaggi di ciascun materiale di quelli sopra elencati:

COSTO

RESISTENZA

PVC PP ACCIAIO TEFLON

PVC PP ACCIAIOTEFLON

INSTALLAZIONEPVC PPACCIAIO TEFLON





L5/APPENDIX_A/PAG3



Deve saper convivere con agenti basici e acidi che possono trovarsi nell’acqua in concentrazioni elevate.

Evitare l’acciaio in caso di ambiente acido.

CORROSIVITA’






Non deve reagire con le sostanze disciolte nell’acqua, non deve adsorbire soluti, non deve cedere soluti.

Evitare il PVC in caso di contaminanti organici. Evitare l’acciaio in caso di contaminanti inorganici

ATTIVITA’ CHIMICA

PVCPPACCIAIO TEFLON


ATTIVITA’ CHIMICA

organici

inorganici




Il filtroUna fase molto delicata nella progettazione di un pozzo di monitoraggio èdecidere la posizione del filtro e la sua lunghezza.Questa decisione è strettamente legata all’uso che si intende fare del piezometro.Nel caso si desideri rilevare la posizione della superficie libera dell’acquifero, ma nello stesso tempo avere la possibilità di prelevare campioni di acqua, magari per determinate la presenza di LNAPL:

• il filtro dovrà essere abbastanza profondo da intersecare la superficie piezometrica• il filtro dovrà essere anche abbastanza lungo da intercettare la posizione della superficie piezometrica durante le sue escursioni stagionali• deve consentire il prelievo di un quantitativo d’acqua sufficiente a valutare la presenza di LNAPL




Il filtroSoluzione scorrettal’oscillazione stagionale superiore della falda èsopra il filtro: LNAPL non intercettabili

Soluzione scorrettal’oscillazione stagionale inferiore della falda ètroppo bassa rispetto al filtro: insufficiente la quantità d’acqua campionabile

oscillazioni stagionali della

falda

Soluzione corretta




Il filtroSe un piezometro deve essere dedicato alla misura del carico idraulico ad una fissata profondità, ma anche a consentire il prelievo di campioni d’acqua, il filtro dovràavere lunghezza limitata e concentrata sulla profondità da monitorareQuesto è molto importante per rendere attendibile il campionamento:filtri troppo lunghi possono produrre il miscelamentoverticale di acque contaminate con acque pulite, alterando i risultati del monitoraggio.In realtà, anche si i costi lievitano, bisognerebbe avere stazioni di monitoraggio dotate di più piezometri, con filtri a profondità diverse, tali da consentire un campionamento multilivello della falda




Il filtroAltro aspetto molto importante nella collocazione del filtro è:meglio collocarlo negli strati più permeabili (sabbie, ghiaie) o meglio collocarlo negli strati meno permeabili (limi, argille)?La risposta è: dipende dalle finalità del monitoraggio.

1. Se il monitoraggio ha funzione di preallarme, verso la possibilitàdi migrazione in falda di contaminanti da una potenziale sorgente:il filtro deve essere collocato nei materiali più permeabili, poiché la migrazione inizialmente seguirà le vie preferenziali di permeabilità, indipendentemente dal gradiente idraulico statico.

2. Se il monitoraggio ha funzione di controllo nei confronto di operazioni di bonifica in atto:il filtro deve essere collocato nei depositi meno permeabili, poichésono questi in genere a contenere la maggior parte della contaminazione. Un monitoraggio effettuato sugli strati piùpermeabili porterebbe a concludere le operazioni di bonifica!

1

2





L5/APPENDIX_B/PAG1

Appendice (B) Lezione 5Fattori di attenuazione/rilascio

APPENDICE ANALISI DI RISCHIO

FATTORI DI RILASCIO E DI ATTENUAZIONE

SOMMARIO

QUADRO GENERALE

COMPARTO ACQUE

COMPARTO ARIA


Fattori di rilascio e di attenuazione

Quadro generaleQuadro generale

APPENDICE ANALISI DI RISCHIOFattori di rilascio e di attenuazione

Quadro generaleQuadro generale

LDFLDF DAFDAF RDFRDFKKswsw LAFLAF

Si consideri ad esempio il trasporto e il destino di un inquinante che, sversato sul suolo, compie un percorso sotterraneo fino al raggiungimento dell’alveo di un fiume, dove si è fissato POE.

Dal suolo si crea un eluato(Ksw) che si infiltra (LAF) nel non saturo fino a raggiungere il tetto dell’acquifero. Si crea una diluizione (LDF) con la falda e l’inquinante viene trasportato (DAF) fino al corso d’acqua. Qui si crea un ulteriore zona di diluizione (RDF). LAFK

RDFDAFLDFNAFsw ⋅

⋅⋅=


Fattori di rilascio e di attenuazione (ACQUE)

Ksw = coefficiente di partizione suolo – eluato

LAF (Leach= Fattore di rilascio e attenuazione nel non saturo

L

I

C

C

L1

ef

L1

L2

2

zonavadosa

Sor gent e contaminant e

S

Lsw C

CK 1=

1

2

L

L

CCLAF =

SSWL CKC =1 12 LL CLAFC ⋅=



LDF = fattore di diluizione in falda

MF

L

CCLDF 2=

LDFCKLAF

LDFCLAF

LDFCC SSWLL

MF

⋅⋅=⋅== 12

W

pl ume

bCMF

Sd

acquiferove

pl ume

L

I

C

C

L1

ef

L1

L2

2

zonavadosa


SSWL CKC =1

12 LL CLAFC ⋅=




L5/APPENDIX_B/PAG2


DAF = fattore di diluizione e attenuazione in falda

F

MF

CCDAF =

DAFCC MF

F =

Sd

C(x)

x

Sw

Sw

22

C0

pl ume

bCMF

Sd

acquiferove

pl ume

L

I

C

C

L1

ef

L1

L2

2

zona vadosa



RDF = fattore di diluizione in fiume

R

F

CCRDF =

RDFCC F

R =

ve

vr

Wr

Sf

area sorgente

zona di miscelazionee diluizione



Procedendo a ritroso:

LDFLDF DAFDAF RDFRDFKKswsw LAFLAF

RDFDAFLDFLAFKC

RDFDAFC

RDFCC

SWS

MFFR

⋅⋅=

=== 1

LAFKRDFDAFLDF

CCNAF

SWPOE

S ⋅⋅==



Dunque, il processo di degrado della qualità delle risorse idriche subisce un’attenuazione complessiva che è misurata dal “fattore di attenuazione naturale” NAFw (Water Natural AttenuationFactor), che risulta definito da:

LFRDFDAFLDF

TAFBDFSAMKRDFDAFLDF

CCNAF

swr

sW

⋅⋅=

⋅⋅⋅⋅⋅

==

E’ chiaro che se l’esposizione non avviene tramite il prelievo di acqua da un corso d’acqua, bensìdirettamente dalla falda, èsufficiente porre nell’equazione RDF = 1

E’ chiaro che se l’esposizione non avviene tramite il prelievo di acqua da un corso d’acqua, bensìdirettamente dalla falda, èsufficiente porre nell’equazione RDF = 1

Come pure è chiaro che se l’esposizione avviene tramite il prelievo di acqua da un pozzo occorre considerare un fattore di diluizione specifico WDF in luogo a RDF.

Come pure è chiaro che se l’esposizione avviene tramite il prelievo di acqua da un pozzo occorre considerare un fattore di diluizione specifico WDF in luogo a RDF.



Il LAF = Fattore di rilascio e attenuazione nel non saturo può essere espresso come:

L

I

C

C

L1

ef

L1

L2

2

zonavadosa


TAFBDFSAMLAF ⋅⋅=

2

1

LLSAM =

BDF (Biodegradation Factor) tiene conto dei fnomeni di attenuazione naturale degli inquinanti nel non saturoTAF (Time Averaging Factor) che consente di tener conto della variazione nel tempo del rilascio



Il prodotto

KSW.LAF

spesso si trova espresso come

LF = Leachate Factor complessivo

che tiene conto di tutte le dinamiche di rilascio e attenuazione nel non saturo

LFRDFDAFLDF

CCNAF

POE

S ⋅⋅==

LDFLDF DAFDAF RDFRDFKKswswLAFLAF

TAFBDFSAMKLF SW ⋅⋅=




L5/APPENDIX_B/PAG3


Da quanto detto finora risulta evidente che il calcolo dei vari fattori di rilascio e attenuazione/diluizione da un comparto ambientale all’altro richiede un processo di modellizzazione della migrazione dei contaminanti indice dalla sorgente al punto di esposizione articolato in fasi successive, in cui l’output di ciascuna fase costituisce l’input per la fase seguente

Sia lo standard ASTM PS 104 (1998) che la guida Soil Screening Guidancedell’USEPA (1996) riportano una serie di modelli analitici, in generecautelativi, utili a valutare i vari fattori di rilascio (Ksw, LAF, LDF, DAF, RDF).

E’ altresì evidente che l’utilizzo di modelli più complessi può fornire stime piùrealistiche, ma ciò presuppone una approfondita fase di caratterizzazione dei parametri aero/idro dispersivi delle diverse matrici ambientali.



Risulta inoltre evidente che il NAF può essere calcolato direttamente in modo empirico, laddove vi sia a disposizione un numero sufficiente di valori di concentrazione tra la sorgente di rilascio ed il punto di esposizione.

Comunque si voglia (si possa) procedere è importante in analisi preliminare comprendere quali vie di trasporto sono attive nel nostro problema.

Perciò è importante passare in rassegna tutte le potenziali dinamiche dipropagazione e migrazione di inquinanti che possono mettere in comunicazione la sorgente con i recettori.

Nell’esempio di calcolo precedente abbiamo visto il percorso

Non saturo Acquifero Corso d’acqua

in cui entrano in gioco fattori di rilascio e attenuazione/diluizione nelle acque



Vediamo ora i rilasci in atmosfera, ossia, le varie dinamiche di:

Volatilizzazione di contaminanti dal sottosuolo

Volatilizzazione di contaminanti dal suolo superficiale

Emissione di particolato


in ambienti aperti (outdoor)

in ambienti confinati (indoor)

Volatilizzazione di contaminanti dall’acquifero superficiale

in ambienti aperti (outdoor)

in ambienti confinati (indoor)


Fattori di rilascio e di attenuazione (ATMOSFERA)


Per quantificare il fenomeno di volatilizzazione di contaminantiorganici da una sorgente posta nel sottosuolo, sia essa terreno superficiale, terreno profondo o un plume inquinato, sono due i fenomeni che devono essere modellizzati:

il flusso di vapore organico dalla sorgente contaminata sino in superficie;

la miscelazione dei vapori all’interno dello strato di aria respirabile direttamente al di sopra del suolo contaminato. A seconda che si tratti di un ambiente all’aria aperta o confinato (es. edificio) si parlerà rispettivamente di ambiente outdoor o indoor.




Per calcolare il fenomeno di miscelazione dei contaminanti volatili con l’aria presente al di sopra del sito, lo standard ASTM PS 104 (1998) utilizza un semplice bilancio di massa, che tiene conto della miscelazione con il ricambio di aria che arriva da monte (rispetto alla direzione del vento) della sorgente.

L’approccio si basa sulle seguenti ipotesi:

• la concentrazione dei contaminanti indice è uniforme e costante per tutto il periodo di esposizione (all’interno del suolo contaminato o nel plume in falda)

non intervengono fenomeni di biodegradazione in aria o nella sorgente

la sorgente è finita e distribuita all’interno del periodo di esposizione.




Un importante aspetto, spesso trascurato, consiste nel tenere conto del limite di saturazione del terreno Csat, adimensionale ma comunemente espresso in mg/kg.

Csat rappresenta la concentrazione di contaminante nel terreno, in corrispondenza della quale l’acqua e l’aria nei pori sono saturate del composto inquinante e sono raggiunti i limiti di adsorbimento sulle particelle di terreno.

Per concentrazioni superiori al limite di saturazione, il contaminante si presenta in fase libera.

Pertanto, Csat rappresenta la concentrazione in corrispondenza della quale si verifica il massimo tasso di volatilizzazione.




L5/APPENDIX_B/PAG4




Fattore di volatilizzazione da suolo superficiale VFss

Definito come il rapporto, in condizioni stazionarie, tra:

• la concentrazione prevista di un composto organico nell’aria ambiente al di sopra della sorgente Cvs e • la concentrazione del medesimo nel terreno superficiale Css

ss

vsss C

CVF = ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

3LM





Parametri di calcolo VFss

Uair = velocità del vento al di spora del suolo all’interno della zona di miscelazione [L⋅T-1]δair =altezza della zona di miscelazione dell’aria [L]Deff

s = coefficiente di diffusione effettiva attraverso la zona vadosa[L2⋅T-1]τ = tempo medio di durata del flusso [T]

ss

vsss C

CVF =





Fattore PEF (ParticulateEmission Factor) Rappresenta il rapporto, in condizioni stazionarie, tra:

• la concentrazione prevista di contaminante nel particolatoCP presente nell’aria• la concentrazione di sostanza contaminante Csspresente nel suolo contaminato superficiale

ss

P

CCPEF = ⎥⎦

⎤⎢⎣⎡

3LM





Calcolo PEFPe = tasso di emissione di particolato [M L-2 T-1]in assenza di dati di campo:Pe = 6.9×10-14 g/cm2/s

Si noti che in presenta di una pavimentazione superficiale il valore di PEF è da assumersi nullo

310×⋅⋅

=airair

e

UWPPEFδ



Volatilizzazione di contaminanti dal sottosuoloVolatilizzazione di contaminanti dal sottosuolo (outdoor)

Fattore di volatilizzazione dal sottosuolo in ambiente outdoor VFsp-out

rapporto tra la concentrazione del contaminante nell’aria al di sopra del sito Cvp-out e la concentrazione del medesimo componente nel terreno in profondità Csp

SP

OUTVPOUTSP C

CVF −− =

Il fenomeno di volatilizzazione dal terreno contaminato presente nel sottosuolo è analogo al fenomeno di volatilizzazione dal terreno superficiale, occorre tuttavia tenere conto della profondità della sorgente di contaminazione.



Il fenomeno di volatilizzazione tiene conto di due distinti fenomeni di trasferimento di massa:

il flusso di vapori organici dal sottosuolo contaminato sino alla pavimentazione dell’edificio

la miscelazione dei vapori organici con l’aria presente all’interno dell’edificio

Volatilizzazione di contaminanti dal sottosuoloVolatilizzazione di contaminanti dal sottosuolo (indoor)

SVILUPPO DELLA PROCEDURA DI ANALISI DI RISCHIO

Vie di trasporto, meccanismi di diluizione e attenuazione (comparto aria)


L5/APPENDIX_B/PAG5



Volatilizzazione di contaminanti dal sottosuolo (indoor)

Subsurface Soil-to-Enclosed-SpaceVolatilization Factor (VFsp-ind)Rappresenta il rapporto tra la concentrazione di contaminante prevista in un ambiente confinato (indoor) Cvp-ind e la concentrazione del medesimo nel sottosuolo contaminato Csp

sp

indvpindsp C

CVF −

− =

SP

INDVPINDSP C

CVF −− =




Volatilizzazione di contaminanti dal sottosuolo (indoor)

Calcolo VFsp-ind

Il calcolo è abbastanza complesso e dipende da vari parametri geometrici riguardanti le fondazioni (superficie, perimetro, profondità, spessore)

Nel calcolo inoltre, entrano parametri come:LB = rapporto tra il volume dello spazio confinato e la superficie dell’area di infiltrazione [L]ER = tasso di ricambio d’aria [L3⋅T-1]η = rapporto tra l’area occupata dalle fenditure nelle fondazioni e l’area della pavimentazione, adimensionale

In assenza di dati sito-specificisi può conservativamente assumere che la frazione di fenditure presenti nelle fondazioni sia pari a all’1% e che il numero di ricambi d’aria in un giorno sia pari a 12




Volatilizzazione di contaminanti dall’acquifero superficiale (outdoor)

Il fenomeno di volatilizzazione dall’acquifero e la loro successiva migrazione sino in superficie costituisce un fenomeno nella maggior parte dei casi secondario, in termini quantitativi, se confrontato con il rilascio di vapori dal sottosuolo contaminato




Volatilizzazione di contaminanti dall’acquifero superficiale (outdoor)

Fattore di volatilizzazione VFgw-out

Rappresenta il rapporto in condizioni stazionarie tra la concentrazione di un contaminante nell’aria ambiente sul sito posto al di sopra del plume di contaminante Cvw-out e la concentrazione nel plume Cgw

gw

outvwoutgw C

CVF −− =




Volatilizzazione di contaminanti dall’acquifero superficiale (indoor)

Il fenomeno viene quantificato tramite il coefficiente VFgw-ind, adimensionale, definito come il rapporto tra la concentrazione del contaminante in fase vapore nell’ambiente confinato Cvw-ind e la concentrazione nel plumecontaminato Cgw

gw

indvwindgw C

CVF −− =



Fattore di diluizione-attenuazione per il trasporto e la dispersione in atmosfera

Analogamente a quanto fatto per le acque sotterranee, si definisce il fattore di diluizione-attenuazione per il trasporto e la dispersione in atmosfera ADF (Air Dispersion Factor), adimensionale,

ADF = rapporto tra la concentrazione nella zona di miscelazione in aria al di sopra della sorgente di volatilizzazione CMA e la concentrazione in atmosfera CA a valle della zona di miscelazione, rispetto alla direzione principale del vento

A

MA

CCADF =




L5/APPENDIX_B/PAG6


In funzione del tipo di fenomeno di volatilizzazione preso in considerazione, CMA potrà coincidere con:

CV , CP

Cvp-out , Cvw-out

essendo ovviamente esclusi i fenomeni di volatilizzazione in ambienti confinati (indoor).

Per il calcolo della concentrazione CA ad una certa distanza x dalla sorgente e quindi per il calcolo di ADF lo standard ASTM PS 104 (1998) adotta un modello gaussiano di diffusione in atmosfera.




Applicando un modello gaussiano, il fattore di trasporto in fase aeriforme ADF è dato dall’equazione sopra scritta, essendo:

( )( ) ( )

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+⋅⋅

⋅⋅⋅=

+−

−−−

2

2

2

2

2

2

222

2z

air

z

air

y

zzy

zyair

MA eeeU

QxC

CADF σδ

σδ

σ

σσπ

LAUQ atmairair ⋅⋅

=δ





y = distanza laterale dalla sorgente [L]

z = altezza della zona di respirazione (usualmente assunta pari a δair) [L]

Aatm = area della sezione trasversale della sorgente di emissione [L2];

σy = coefficiente di dispersione aerea trasversale [L]

σz = coefficiente di dispersione aerea verticale [L]

Q = portata volumetrica d’aria attraverso la zona di miscelazione [L3⋅T]

L = lunghezza della sorgente di emissione parallela alla direzione principale del vento [L]



Al fine di determinare i coefficienti di dispersione σy , σz occorre conoscere le classi di stabilità atmosferica e la distanza tra la sorgente ed il punto di esposizione. Le classi di stabilità sono indicatori della turbolenza atmosferica e sono influenzate dai seguenti fattori:

stabilità statica, funzione del gradiente verticale di temperatura

turbolenza termica, causata dal riscaldamento della superficie

turbolenza meccanica, funzione della velocità del vento e della morfologia del territorio




Seguendo il sistema di classificazione di Pasquill-Gifford, i coefficienti di dispersione in atmosfera sono calcolati applicando le curve in figura




Analogamente a quanto fatto per le risorse idriche, anche per il comparto atmosfera si può definire il fattore di attenuazione naturale totale

NAFA (Air Natural Attenuation Factor)

indicando con VF il generico fattore di volatilizzazione.

Il NAFA risulta adimensionale oppure dimensionalmente [M⋅L-3] a seconda che la sorgente di volatilizzazione sia il plume in falda oppure il terreno contaminato.


VF1NAFA =

VFADF

=ANAF

INDOOR

OUTDOOR



LEZIONE 6Tecniche di bonifica6.A Tecnologie per la bonifica dei suoli6.B Tecnologie per la bonifica degli acquiferi

Ing. Emanuele MigliariCorso Base di Siti Contaminati

per studenti universitari, professionisti e personale della pubblica amministrazione

PRESENTAZIONE

L’ultima lezione è dedicata alle modalità operative ed alle tecniche, più o meno collaudate, per il risanamento di un sito contaminato. Dopo una breve panoramica sulle tecniche disponibili in al loro principio di funzionamento, vengono passate in rassegna prima le tecniche di intervento sui suoli e poi quelle per gli acquiferi.

Obiettivi di apprendimento:Applicabilità, vantaggi e svantaggi delle più diffuse tecnologie di bonifica dei suoliApplicabilità, vantaggi e svantaggi delle più diffuse tecnologie di bonifica degli acquiferiCriteri di selezione delle modalità ottimali di intervento

Corso Base di Siti ContaminatiLezione 6.A

Tecnologie di bonifica dei suoli

L6.A/PAG1

SOMMARIOSOMMARIO

OverviewOverview

Tecnologie per i suoliTecnologie per i suoli

Tecnologie per gli acquiferiTecnologie per gli acquiferi

Criteri di decisioneCriteri di decisione

Tecniche di bonificaTecniche di bonificaOverviewOverview

Motore della bonifica dei siti contaminatiMotore della bonifica dei siti contaminati

LegaleLegale

osservanza standard di qualità ambientali sanciti nella legislazione cogente (da qualche mese i reati contro l’ambiente sono sanzionabili penalmente)

EconomicoEconomico

azzeramento passività ambientali di un sito in operazioni di compravendita immobiliare di terreni

valorizzazione pubblica dell’area da bonificare a fini turistico/culturali e/o ricreativi

valorizzazione privata dell’area da bonificare per nuovi insediamenti industriali o di terziario avanzato

Tecniche di bonificaTecniche di bonifica

OverviewOverview

StepStep di una bonificadi una bonifica

Apertura procedimento amministrativoApertura procedimento amministrativo

Identificazione e rimozione sorgenti primarie

Piano di caratterizzazione, identificazione e isolamento sorgenti secondarie

Identificazione destinazione d’uso futura dell’area e definizione obiettivi di bonifica

Trattamento matrici inquinate

Certificazione di avvenuta bonifica e chiusura procedimento amministrativo


Notifica

autodenuncia

ORDINANZA

a seguito di denuncia da

parte autoritàdi controllo

Apertura procedimento

giudiziario

OverviewOverview

L’intervento di bonifica su un sito contaminato deve essere valutato in base ad una serie di aspetti connessi a:

ContaminantiContaminanti•• caratteristiche chimico caratteristiche chimico ––fisichefisiche•• concentrazioneconcentrazione•• distribuzione spazialedistribuzione spaziale

Matrici inquinateMatrici inquinate•• granulometriagranulometria, propriet, proprietààidraulicheidrauliche•• umiditumiditàà•• pHpH, CSC, CSC

Caratteristiche del sitoCaratteristiche del sito•• destinazione ddestinazione d’’usouso•• dimensionidimensioni•• volumi contaminativolumi contaminati

Condizioni operative Condizioni operative impiantoimpianto

•• costi dcosti d’’esercizioesercizio•• tempi di applicazionetempi di applicazione•• impatti sullimpatti sull’’ambienteambiente


La progettazione di un intervento di bonifica La progettazione di un intervento di bonifica comincia con la selezione delle tecnologie comincia con la selezione delle tecnologie disponibili sul mercato pidisponibili sul mercato piùù adatte al sito da adatte al sito da bonificare, in base ad una valutazione di bonificare, in base ad una valutazione di screening basata sui seguenti elementi:screening basata sui seguenti elementi:

campo dcampo d’’applicazione ottimale applicazione ottimale

fattori condizionanti lfattori condizionanti l’’applicabilitapplicabilitàà

vantaggi e svantaggivantaggi e svantaggi

OverviewOverview


Non esiste la tecnica sempre validaNon esiste la tecnica sempre valida

Un intervento Un intervento èè quasi sempre costituito quasi sempre costituito dalldall’’applicazione di un congiunto di tecnologie biologiche, applicazione di un congiunto di tecnologie biologiche, chimiche, fisichechimiche, fisiche

Ogni tecnologia di trattamento ha delle proprie Ogni tecnologia di trattamento ha delle proprie caratteristiche peculiaricaratteristiche peculiari e delle proprie e delle proprie limitazionilimitazioni, ossia:, ossia:

èè in grado di interagire solo con alcune classi di in grado di interagire solo con alcune classi di inquinanti, mentre altre classi possono risultare inquinanti, mentre altre classi possono risultare indifferenti al trattamento presceltoindifferenti al trattamento prescelto

èè efficace per terreni ghiaiosoefficace per terreni ghiaioso--sabbiosi mentre risulta sabbiosi mentre risulta inoffensiva per il trattamento di frazioni fini (limi, argille)inoffensiva per il trattamento di frazioni fini (limi, argille)

OverviewOverview




L6.A/PAG2

Trattamenti mirati alla Trattamenti mirati alla ““distruzionedistruzione””delle molecole inquinanti come risultato di delle molecole inquinanti come risultato di processi di degradazione biologica o di processi di degradazione biologica o di reazioni chimicoreazioni chimico--fisiche di trasformazionefisiche di trasformazione

OverviewOverview

• biopile• bioventing• incenerimento

•• biopilebiopile•• bioventingbioventing•• incenerimentoincenerimento

In funzione delle finalitIn funzione delle finalitàà che si intendono perseguire le che si intendono perseguire le tecnologie di bonifica possono essere costecnologie di bonifica possono essere cosìì classificateclassificate


•• Trattamenti di mobilizzazioneTrattamenti di mobilizzazione degli degli inquinanti e loro trasferimento dalle matrici inquinanti e loro trasferimento dalle matrici interessate ad altre matrici, da cui devono interessate ad altre matrici, da cui devono essere quindi successivamente rimossiessere quindi successivamente rimossi

OverviewOverview

• Soil-Washing• Soil Vapor Extraction• Desorbimento termico• Barriere reattive• Fito-estrazione

•• SoilSoil--WashingWashing•• SoilSoil Vapor Vapor ExtractionExtraction•• DesorbimentoDesorbimento termicotermico•• Barriere reattiveBarriere reattive•• FitoFito--estrazioneestrazione


OverviewOverview

Interventi di immobilizzazione o Interventi di immobilizzazione o contenimentocontenimento: gli inquinanti permangono : gli inquinanti permangono allall’’interno del sito, eventualmente trasformati interno del sito, eventualmente trasformati mediante processi biologici, chimici, fisici in mediante processi biologici, chimici, fisici in forme meno tossiche, mobili o disponibili o forme meno tossiche, mobili o disponibili o comunque in condizioni tali da non potersi comunque in condizioni tali da non potersi trasferire verso ltrasferire verso l’’esterno esterno

• Inertizzazione• Vetrificazione• Incapsulamento• Diaframmi fisici• Fito-stabilizzazione

•• InertizzazioneInertizzazione•• VetrificazioneVetrificazione•• IncapsulamentoIncapsulamento•• Diaframmi fisiciDiaframmi fisici•• FitoFito--stabilizzazionestabilizzazione


Messa in sicurezza

permanente

OverviewOverview

In ultima analisi, la modalitIn ultima analisi, la modalitàà dd’’intervento intervento ““non tecnologicanon tecnologica””::

•• Escavazione dei terreni contaminati, Escavazione dei terreni contaminati, allontanamento e smaltimento in discarica allontanamento e smaltimento in discarica come rifiuti pericolosicome rifiuti pericolosi

In teoria sconsigliata dalla normativa vigente In teoria sconsigliata dalla normativa vigente per evitare movimentazione terre al di fuori per evitare movimentazione terre al di fuori del sitodel sito

In realtIn realtàà circa il 60% degli interventi di circa il 60% degli interventi di bonifica sinora eseguiti in Italia si sono bonifica sinora eseguiti in Italia si sono limitati alllimitati all’’escavazione e al collocamento in escavazione e al collocamento in discaricadiscarica


Tecnologie in-situ

il terreno viene trattato direttamente in sito il terreno viene trattato direttamente in sito senza la sua senza la sua asportazioneasportazione

Tecnologie ex-situ (on-site/off-site )

il terreno viene trattato il terreno viene trattato previa asportazioneprevia asportazione in un in un impianto mobile installato sul sito o in impianto fisso impianto mobile installato sul sito o in impianto fisso localizzato a distanza dall'area di interventolocalizzato a distanza dall'area di intervento

In base alle modalitIn base alle modalitàà operative le tecniche di bonifica si operative le tecniche di bonifica si classificano come:classificano come:

OverviewOverview


Trattamenti inTrattamenti in--situsitu

Si prestano in tutti quei casi in cui l'escavazione comporta Si prestano in tutti quei casi in cui l'escavazione comporta grosse difficoltgrosse difficoltàà tecniche e/o economiche (per esempio, tecniche e/o economiche (per esempio, quando la contaminazione interessa il terreno fino ad quando la contaminazione interessa il terreno fino ad elevate profonditelevate profonditàà, ovvero in prossimit, ovvero in prossimitàà di edifici, oleodotti, di edifici, oleodotti, acquedotti, acquedotti, ……))

VantaggiVantaggi

ridotto impatto ambientale e conseguente elevata ridotto impatto ambientale e conseguente elevata accettabilitaccettabilitàà socialesociale

minori vincoli connessi alle infrastrutture esistenti, in minori vincoli connessi alle infrastrutture esistenti, in superficie o interratesuperficie o interrate

possibilitpossibilitàà nei siti industriali e commerciali di non nei siti industriali e commerciali di non interrompere le attivitinterrompere le attivitàà produttive durante la bonificaproduttive durante la bonifica

possibilitpossibilitàà di intervenire anche a profonditdi intervenire anche a profonditàà elevateelevate

OverviewOverview




L6.A/PAG3

Trattamenti Trattamenti inin--situsitu -- SvantaggiSvantaggi

applicabilitapplicabilitàà a a terreniterreni relativamente relativamente omogenei e omogenei e permeabilipermeabili

possibile necessitpossibile necessitàà di di tempi lunghitempi lunghi per il per il completamento dei processi, con aggravio dei costicompletamento dei processi, con aggravio dei costi

difficoltdifficoltàà nel garantire una nel garantire una efficace interazioneefficace interazione tra tra agente decontaminante e contaminanti di diversa agente decontaminante e contaminanti di diversa natura e stato fisiconatura e stato fisico

possibilitpossibilitàà di di reazioni indesideratereazioni indesiderate tra agente tra agente decontaminante e inquinanti, con effetti di decontaminante e inquinanti, con effetti di reboundrebound per per taluni contaminantitaluni contaminanti

difficoltdifficoltàà nell'assicurare che il trattamento sia stato nell'assicurare che il trattamento sia stato pienamente efficace e necessitpienamente efficace e necessitàà di di prolungate attivitprolungate attivitàà di di monitoraggiomonitoraggio

OverviewOverview


Trattamenti on site/off siteTrattamenti on site/off site

Rispetto alle tecniche di trattamento inRispetto alle tecniche di trattamento in--situ, quelle onsitu, quelle on--site/offsite/off--site consentono un site consentono un controllo diretto del processocontrollo diretto del processo e e degli effettivi risultati conseguiti con l'interventodegli effettivi risultati conseguiti con l'intervento

SvantaggiSvantaggi

costicosti in generale piin generale piùù elevati elevati

rischirischi per i per i lavoratorilavoratori e l'ambiente connessi alle e l'ambiente connessi alle operazioni di escavazione e trasportooperazioni di escavazione e trasporto

bassa accettabilitbassa accettabilitàà pubblicapubblica

difficoltdifficoltàà nel intervenire su contaminazioni profondenel intervenire su contaminazioni profonde

OverviewOverview


SOMMARIOSOMMARIO

OverviewOverview




Tecniche di bonificaTecniche di bonifica Tecniche di bonificaTecniche di bonifica

Tecnologie per la bonifica dei suoliTecnologie per la bonifica dei suoli

SoilSoil--washingwashingSoilSoil--flushingflushingSoilSoil Vapor Vapor ExtractionExtractionBioVentingBioVentingBiopileBiopileLandfarmingLandfarmingFitoFito--depurazionedepurazioneDesorbimentoDesorbimento

termicotermicoInertizzazioneInertizzazioneIncapsulamentoIncapsulamento

Sommario dei processiSommario dei processi

Tecnologie per la bonifica degli acquiferi


PumpPump & & TreatTreatBioremediationBioremediation

IntrinsecaIntrinsecaIndottaIndotta

Barriere permeabili Barriere permeabili reattivereattive

IL PROCESSO

Il risanamento dei suoli contaminati mediante lavaggio

comprende i processi in cui i contaminanti sono rimossi dal

terreno mediante trasferimento in una fase liquida acquosa

(se addizionata di opportuni reagenti lavaggio chimico)

Con l'espressione soil-washing s'intendono

correntemente i soli processi on/off site

Con l'espressione soil-flushing si indicano invece i

processi di lavaggio che avvengono direttamente in situ


SoilSoil--washingwashing

Tecniche di bonificaTecniche di bonificaSoilSoil--washingwashing

pretrattamentopretrattamento del terreno contaminatodel terreno contaminato

lavaggio ed estrazionelavaggio ed estrazione dei contaminanti: il dei contaminanti: il terreno terreno pretrattatopretrattato viene vibrato meccanicamente ed viene vibrato meccanicamente ed eventualmente miscelato con un agente eventualmente miscelato con un agente estraenteestraente((lavaggio chimicolavaggio chimico), per trasferire i contaminanti dalla ), per trasferire i contaminanti dalla fase solida a quella liquidafase solida a quella liquida

separazioneseparazione delle fasi (liquido delle fasi (liquido estraenteestraente/terreno): /terreno): i contaminanti, le particelle pii contaminanti, le particelle piùù fini del terreno (argille) fini del terreno (argille) ed i composti solubili seguono generalmente il flusso ed i composti solubili seguono generalmente il flusso liquido liquido torbidatorbida

postpost--trattamento torbida trattamento torbida (con altra tecnologia)(con altra tecnologia)

depurazionedepurazione agente agente estraenteestraente e ricircoloe ricircolo



L6.A/PAG4


Post-trattamento

torbida

Tramoggia di caricamento con Tramoggia di caricamento con nastro estrattore, nastro primario e nastro estrattore, nastro primario e sezione di sezione di dede--ferrizzazioneferrizzazioneprimariaprimaria


Nastro estrattoreNastro estrattore


PrevaglioPrevaglio rotanterotante


SfangatoreSfangatore


Vaglio separatore Vaglio separatore ghiaieghiaie




L6.A/PAG5

IdrocicloneIdrocicloneprimario e primario e secondariosecondario

(separazione (separazione sabbie e limi)sabbie e limi)


Separatore a spiraliSeparatore a spirali(frazione organica)(frazione organica)


Lavaggio chimico frazione Lavaggio chimico frazione finissimafinissima


Ispessimento Ispessimento fanghifanghi



APPLICABILITAAPPLICABILITA’’

Un'ampia varietUn'ampia varietàà di contaminanti possono essere rimossi di contaminanti possono essere rimossi dal terreno mediante il dal terreno mediante il soilsoil washingwashing, sia organici che , sia organici che inorganici, volatili e semivolatili: inorganici, volatili e semivolatili:

Idrocarburi aromatici e Idrocarburi aromatici e policiclicipoliciclici aromaticiaromatici

FenoliFenoli

Metalli pesantiMetalli pesanti

PCB, pesticidiPCB, pesticidi

Le efficienze di rimozione dipendono dalle caratteristiche Le efficienze di rimozione dipendono dalle caratteristiche del terrenodel terreno

Migliorabile con sequenza di lavaggio a differenti Migliorabile con sequenza di lavaggio a differenti dosi/tipologie di fluidi dosi/tipologie di fluidi estraentiestraenti lavaggio chimicolavaggio chimico



APPLICABILITA’

Applicabile con buoni risultati a terreni sabbiosi

con basso contenuto di humus ed argilla, mentre

risulta inadatto per trattare quelli argillosi

Limite di convenienza per l'applicazione del

trattamento di lavaggio dei terreni come unico

processo


percentuale di limi e argille non superiore al 30%



L6.A/PAG6


COSTI / TEMPI DI ESECUZIONE

Dipendono dalle concentrazioni – obiettivo e dal

numero di cicli di lavaggio necessari a raggiungerle

Mediamente attorno a 150 euro/tonn inclusa

l’escavazione













IL PROCESSO

E’ la versione in-situ del soil-washing, ma è molto più

giovane come tecnologia e meno collaudata

Si realizza attraverso un sistema di pozzi di iniezione e di

pompaggio che immettono il fluido estraente all’interno del

non saturo e poi lo riportano in superficie

Il fluido riportato in superficie deve essere

successivamente trattato, prima di essere ricircolato o

scaricato in un recipiente finale (impianto di depurazione

industriale)

Tipicamente è una tecnologia non autonoma ma di

supporto a sistemi di pump&treat o di bioremediation

SoilSoil--flushingflushing

Tecniche di bonificaTecniche di bonificaSoilSoil--flushingflushing


APPLICABILITA’

Preferibilmente deve essere applicato a contaminanti inorganici

Per contaminanti organici è molto meno efficace rispetto a tecnologie alternative

E’ necessario un perfetto controllo idraulico del sottosuolo, al fine di evitare migrazione di fluido al di fuori della porzione di sottosuolo sottoposta a lavaggio

E’ sconsigliata su matrici eterogenee e/o con permeabilità inferiori a 10-5 m/s


TEMPI/COSTI

I tempi di esecuzione sono generalmente lunghi: sono

sempre necessari numerosi cicli di lavaggio per

raggiungere gli obiettivi di bonifica

I costi sono molto variabili e dipendenti dal volume di

terreno da trattare, dal numero di cicli di lavaggio, dalla

presenza o meno di fasi liquide oleose

In letteratura tecnica sono riportati costi da 30 euro/mc

a 250 euro/mc



L6.A/PAG7











IL PROCESSOIL PROCESSO

•• SVE o SVE o SoilSoil VentingVenting èè una collaudata tecnica di bonifica una collaudata tecnica di bonifica del non saturo contaminato da VOC e SVOCdel non saturo contaminato da VOC e SVOC

•• Viene eseguito a mezzo pozzi di estrazione/aria che Viene eseguito a mezzo pozzi di estrazione/aria che applicano una applicano una depressione nei pressi della sorgente depressione nei pressi della sorgente con lcon l’’ausilio di pompe a vuotoausilio di pompe a vuoto

•• Si induce il Si induce il desorbimentodesorbimento dei contaminanti dal terreno, dei contaminanti dal terreno, attraverso la loro vaporizzazione, ossia, il loro passaggio attraverso la loro vaporizzazione, ossia, il loro passaggio da fase liquida a fase gassosa, secondo quanto prescritto da fase liquida a fase gassosa, secondo quanto prescritto dalla legge di dalla legge di HenryHenry

•• EE’’ analogo ad un analogo ad un Pump&TreatPump&Treat per le acque sotterranee, per le acque sotterranee, ma ciò che viene estratto non ma ciò che viene estratto non èè acqua ma ariaacqua ma aria

Tecniche di bonificaTecniche di bonificaSOIL VAPOR EXTRACTIONSOIL VAPOR EXTRACTION


•• Nella configurazione tipica ai pozzi di estrazione si Nella configurazione tipica ai pozzi di estrazione si affiancano pozzi di ventilazione per:affiancano pozzi di ventilazione per:

favorire e dare omogeneitfavorire e dare omogeneitàà al processo di al processo di vaporizzazione dei VOC/SVOC vaporizzazione dei VOC/SVOC

stimolare la naturale stimolare la naturale biodegradazionebiodegradazione dei dei costituenti meno volatilicostituenti meno volatili

•• I pozzi di estrazione I pozzi di estrazione collettanocollettano e portano in superficie i e portano in superficie i contaminanti vaporizzati, fino ad un sistema di contaminanti vaporizzati, fino ad un sistema di abbattimento a carboni attivi, che filtra il rilascio in abbattimento a carboni attivi, che filtra il rilascio in atmosferaatmosfera




Pozzi di estrazione vapori

Pozzi di immissione aria

Soffianti


•• Anche se il SVE interessa i contaminanti del non saturo Anche se il SVE interessa i contaminanti del non saturo èè buona norma estendere i pozzi dbuona norma estendere i pozzi d’’immissione e/o di immissione e/o di estrazione destrazione d’’aria fino alla superficie libera dellaria fino alla superficie libera dell’’acquifero, acquifero, per consentire processi integrati come:per consentire processi integrati come:

DualDual PhasePhase ExtractionExtraction, da realizzare coniugando SVE e , da realizzare coniugando SVE e P&TP&T o in modalito in modalitàà BIOSLURPINGBIOSLURPING

Bonifica contestuale Bonifica contestuale inin--situsitu del non saturo e della del non saturo e della falda, accoppiando SVE e Air falda, accoppiando SVE e Air SpargingSparging (AS)(AS)




L6.A/PAG8

DUAL PHASE EXTRACTIONDUAL PHASE EXTRACTION


Il recupero di LNAPL Il recupero di LNAPL èè pipiùù efficiente come vapori che efficiente come vapori che come liquidicome liquidi

Il pompaggio deprime lIl pompaggio deprime l’’acquifero in modo che il SVE acquifero in modo che il SVE possa agire sulla fase residua lasciata nel non saturo possa agire sulla fase residua lasciata nel non saturo compreso tra la posizione precedente e attuale della faldacompreso tra la posizione precedente e attuale della falda

Se estrazione di vapori e di liquidi avviene attraverso il Se estrazione di vapori e di liquidi avviene attraverso il medesimo pozzo di parla di BIOSLURPINGmedesimo pozzo di parla di BIOSLURPING


DUAL PHASE EXTRACTION

BIOSLURPING

SVE + ASSVE + AS


L’AS nell’acquifero innesca processi di volatilizzazione del prodotto libero surnatante, nonché la sua degradazione naturaleI vapori creati risalgono nel non saturo e qui vengono estratti e portati in superficie


Il SVE agisce efficacemente preferibilmente su:Il SVE agisce efficacemente preferibilmente su:

•• suoli omogenei e abbastanza permeabili (K > 10suoli omogenei e abbastanza permeabili (K > 10--5 m/s) e 5 m/s) e

umiditumiditàà < 50%< 50%

•• contaminanti volatili con contaminanti volatili con C<12 e C<12 e costante di costante di HenryHenry > 0.01> 0.01

I contaminanti su cui si riscontrano risultati ottimali sono:I contaminanti su cui si riscontrano risultati ottimali sono:

•• BTEX, BTEX, TricloroetileneTricloroetilene, , TetracloroetileneTetracloroetilene, , TricloroetanoTricloroetano

Risultati meno efficaci si riscontrano su altri distillati Risultati meno efficaci si riscontrano su altri distillati

petroliferi di tipo DNAPL petroliferi di tipo DNAPL (C>12),(C>12), meno volatili: meno volatili: eses., carburanti ., carburanti

diesel e oli mineralidiesel e oli minerali

Per volatilizzare i DNAPL occorre lPer volatilizzare i DNAPL occorre l’’insufflazione di aria calda, insufflazione di aria calda,

ma i costi della tecnologia diventano proibitivi ma i costi della tecnologia diventano proibitivi



Disturbo minimo sullDisturbo minimo sull’’area sottoposta a trattamento e area sottoposta a trattamento e

possibilitpossibilitàà di intervenire su grandi volumi a costi contenuti di intervenire su grandi volumi a costi contenuti

(compatibilmente con la permeabilit(compatibilmente con la permeabilitàà del terreno)del terreno)

ApplicabilitApplicabilitàà limitata a contaminanti volatili e a siti con limitata a contaminanti volatili e a siti con

soggiacenzasoggiacenza delldell’’acquifero superiore a 1 macquifero superiore a 1 m, poich, poichéé una una

umiditumiditàà eccessiva del non satura riduce la permeabiliteccessiva del non satura riduce la permeabilitàà alla alla

circolazione dellcircolazione dell’’ariaaria



Se lSe l’’acquifero acquifero èè superficiale (superficiale (soggiacenzasoggiacenza < 3 m) il SVE può < 3 m) il SVE può

essere realizzato non attraverso pozzi ma per mezzo di essere realizzato non attraverso pozzi ma per mezzo di

trincee, scavate appena sopra ltrincee, scavate appena sopra l’’oscillazione stagionale oscillazione stagionale

superiore della faldasuperiore della falda

Le trincee saranno riempite per circa 0Le trincee saranno riempite per circa 0--5 5 –– 0.8 0.8 mtmt di di

ghiaia, ove verranno allocate tubazione forate in materiale ghiaia, ove verranno allocate tubazione forate in materiale

plasticoplastico

La parte superiore delle trincee sarLa parte superiore delle trincee saràà riempite di argilla riempite di argilla

compatta, le tubazioni serviranno per immettere/estrarre ariacompatta, le tubazioni serviranno per immettere/estrarre aria




L6.A/PAG9

Tecniche di bonificaTecniche di bonificaSVE CON TRINCEESVE CON TRINCEE

Vista in sezione

Vista in pianta

Trincea di estrazione gas

Ghiaia + argillaTrincea di immissione aria

Ghiaia

Pompa a vuoto e carboni attivi


Se nella zona di SVE sono presenti edifici occorre evitare che iSe nella zona di SVE sono presenti edifici occorre evitare che i

vapori si raccolgano sotto la fondazione, poichvapori si raccolgano sotto la fondazione, poichéé potrebbero potrebbero

nascere rischi di esplosionenascere rischi di esplosione

In questo caso In questo caso èè buona norma installare pozzi di buona norma installare pozzi di

estrazione/immissione aria lungo il perimetro dellestrazione/immissione aria lungo il perimetro dell’’edificio e edificio e

allall’’interno di essointerno di esso

UnUn’’altra soluzione potrebbe essere laltra soluzione potrebbe essere l’’installazione di ventole in installazione di ventole in

eventuali piani semieventuali piani semi--interrati, ma non in zone con interrati, ma non in zone con

temperature invernali molto rigidetemperature invernali molto rigide



Pozzi di estrazione

ventole

Emissione in

atmosfera

TEMPI/COSTITEMPI/COSTI

I tempi di esecuzione sono difficilmente preventivabili, I tempi di esecuzione sono difficilmente preventivabili,

anche sulla base di implementazioni del processo su scala anche sulla base di implementazioni del processo su scala

pilotapilota

DallDall’’esperienza tuttavia emergono tempi di trattamento esperienza tuttavia emergono tempi di trattamento

che in condizioni ottimali sono molto contenuti: variabili da 2 che in condizioni ottimali sono molto contenuti: variabili da 2

mesi a 2 annimesi a 2 anni

Costi: da 20 a 50 euro per tonnellata di terreno Costi: da 20 a 50 euro per tonnellata di terreno

contaminatocontaminato

Rendimento Rendimento maxmax: 90%: 90%













Se il SVE fa parte dei processi di rimozione fisica dei Se il SVE fa parte dei processi di rimozione fisica dei VOC/SVOC, la VOC/SVOC, la BioventingBioventing (BV) (BV) èè una tecnologia in una tecnologia in situsitu di di bioremediationbioremediation

Consiste nellConsiste nell’’immettere nel sottosuolo, oltre che aria, immettere nel sottosuolo, oltre che aria, colonie batterichecolonie batteriche selezionate e nutrientiselezionate e nutrienti, capaci di:, capaci di:

incrementare e ottimizzare la naturale attivitincrementare e ottimizzare la naturale attivitàà aerobica aerobica di di biodegradazionebiodegradazione di VOC e SVOCdi VOC e SVOC

minimizzare o eliminare al contempo la creazione di minimizzare o eliminare al contempo la creazione di vapori (un vapori (un pipingpiping di raccolta e smaltimento della fase di raccolta e smaltimento della fase volatile volatile èè tuttavia sempre consigliabile)tuttavia sempre consigliabile)

Tecniche di bonificaTecniche di bonificaBIOVENTINGBIOVENTING



L6.A/PAG10



SVE e BV sono tecnologie SVE e BV sono tecnologie integrabili e applicabili in sequenza integrabili e applicabili in sequenza sul non saturosul non saturo

nella prima fase per garantire la nella prima fase per garantire la messa in sicurezza del sito e il messa in sicurezza del sito e il recupero delle frazioni pirecupero delle frazioni piùù volatilivolatili

nella seconda fase per ridurre i nella seconda fase per ridurre i tempi e i costi di bonifica delle tempi e i costi di bonifica delle frazioni meno volatilifrazioni meno volatili



La circolazione di aria necessaria La circolazione di aria necessaria èè molto modesta, rispetto molto modesta, rispetto al SVE: di conseguenza BV può essere applicata anche a mezzi al SVE: di conseguenza BV può essere applicata anche a mezzi relativamente meno permeabili (ma comunque omogenei)relativamente meno permeabili (ma comunque omogenei)

Contaminanti target sono i composti idrocarburici con C>12Contaminanti target sono i composti idrocarburici con C>12

Non sempre la BV risulta applicabile: Non sempre la BV risulta applicabile:

•• per ottenere rendimenti molto alti (abbattimento per ottenere rendimenti molto alti (abbattimento idrocarburi totali > 95%), lidrocarburi totali > 95%), l’’applicabilitapplicabilitàà deve essere deve essere attentamente valutata con una esperienza pilota (TEST attentamente valutata con una esperienza pilota (TEST RESPIROMETRICO)RESPIROMETRICO)

•• concentrazioni troppo alte possono essere tossiche per i concentrazioni troppo alte possono essere tossiche per i microorganismimicroorganismi




Tempi di esecuzione variabili da 6 mesi a 2 anniTempi di esecuzione variabili da 6 mesi a 2 anni

Costi variabili da 30 a 90 euro per tonnellata di Costi variabili da 30 a 90 euro per tonnellata di terreno contaminatoterreno contaminato













Quando il suolo Quando il suolo èè poco permeabile o la distribuzione dei poco permeabile o la distribuzione dei contaminanti contaminanti èè molto eterogenea, molto eterogenea, èè necessario adottare necessario adottare un trattamento biologico che opera sul materiale un trattamento biologico che opera sul materiale preliminarmente preliminarmente escavatoescavato (intervento on site)(intervento on site)

Una volta rimosso, il terreno deve essere vagliato per Una volta rimosso, il terreno deve essere vagliato per rimuovere le parti pirimuovere le parti piùù grossolane (sassi, laterizi, radici), grossolane (sassi, laterizi, radici), ed eventualmente arato/triturato in modo da creare una ed eventualmente arato/triturato in modo da creare una massa omogeneamassa omogenea

Per migliorare la permeabilitPer migliorare la permeabilitàà del materiale rimosso e del materiale rimosso e prepre--trattatotrattato si aggiungono i cosiddetti materiali si aggiungono i cosiddetti materiali ““bulkingbulkingagentsagents”” soffici, tipo segaturasoffici, tipo segatura

BIOPILEBIOPILE



L6.A/PAG11


Il materiale viene depositato in cumuli che costituiranno Il materiale viene depositato in cumuli che costituiranno le cosiddette le cosiddette ““biopilebiopile””, in cui verr, in cui verràà stimolata lstimolata l’’azione delle azione delle colonie batteriche autoctonecolonie batteriche autoctone

AllAll’’interno di ogni cumulo si dispongono tubazioni che interno di ogni cumulo si dispongono tubazioni che immettono/estraggono aria (eventualmente calda, per immettono/estraggono aria (eventualmente calda, per mantenere costanti i rendimenti di degradazione quando la mantenere costanti i rendimenti di degradazione quando la temperatura si abbassa); ltemperatura si abbassa); l’’aria estratta viene mandata in aria estratta viene mandata in un impianto di abbattimento prima del rilascio in atmosferaun impianto di abbattimento prima del rilascio in atmosfera

Al di sopra della Al di sopra della biopilabiopila deve essere predisposto un deve essere predisposto un sistema di microsistema di micro--irrigazione per controllare lirrigazione per controllare l’’umiditumiditàà e e distribuire nutrienti (es. N azoto)distribuire nutrienti (es. N azoto)

La La biopilabiopila viene quindi coperta con un manto viene quindi coperta con un manto impermeabileimpermeabile


BIOPILEBIOPILE

Il ciclo Il ciclo tipicotipico


BIOPILEBIOPILE

Altezza max = 5-6 m

Attraverso il controllo di:Attraverso il controllo di:

•• temperatura (20temperatura (20°°--4040°°))

•• pHpH (6.5 (6.5 –– 7.5)7.5)

•• umiditumiditàà (18(18--23%)23%)

•• rapporto C:N (9:1) rapporto C:N (9:1)

•• rapporto Orapporto O22 immesso e immesso e COCO22 prodotta, prodotta,

si controllano le cinetiche di si controllano le cinetiche di degradazione complessive degradazione complessive come normalmente non come normalmente non èèpossibile fare nei trattamenti possibile fare nei trattamenti biologici in biologici in situsitu


bioreattoribioreattori

Sistema di areazione

Copertura con telo

BIOPILEBIOPILE

BiopilaBiopilapilotapilota


BIOPILEBIOPILE

PipingPiping


BIOPILEBIOPILE

Escavazione Escavazione e ammassoe ammasso


BIOPILEBIOPILE



L6.A/PAG12

BiopilaBiopila in in esercizioesercizio


BIOPILEBIOPILE

Vista Vista dd’’insiemeinsieme


BIOPILEBIOPILE


Applicabile ad una grande varietApplicabile ad una grande varietàà di VOC, SVOC, di VOC, SVOC, alogenati e non alogenati, C<12, C>12alogenati e non alogenati, C<12, C>12

Necessaria buona permeabilitNecessaria buona permeabilitàà dei cumuli: tuttavia il dei cumuli: tuttavia il prepre--trattamentotrattamento con vagliatura, aratura o con vagliatura, aratura o trituraturatrituratura del del terreno consente di intervenire anche su matrici terreno consente di intervenire anche su matrici inizialmente poco permeabiliinizialmente poco permeabili

Poco efficace per concentrazioni di idrocarburi totali Poco efficace per concentrazioni di idrocarburi totali

TPH > 50TPH > 50’’000 mg/000 mg/KgSSKgSS

La compresenza di metalli pesanti può inibire la La compresenza di metalli pesanti può inibire la crescita battericacrescita batterica


BIOPILEBIOPILE


Rendimenti Rendimenti maxmax = 95%= 95%

Tempi di esecuzione: da 6 mesi a 2 anniTempi di esecuzione: da 6 mesi a 2 anni

Costi variabili da 150 a 260 euro per Costi variabili da 150 a 260 euro per mcmc di terrenodi terreno


BIOPILEBIOPILE



SoilSoil--washingwashingSoilSoil--flushingflushingSoilSoil Vapor Vapor ExtractionExtractionBioVentingBioVentingBiopileBiopileLandfarmingLandfarmingFitoFito--tecnologietecnologieDesorbimentoDesorbimento









Tecnologia del tutto simile alle Tecnologia del tutto simile alle biopilebiopile, ma pi, ma piùù anziana anziana rispetto a questa ultima per la bonifica di terreni rispetto a questa ultima per la bonifica di terreni contaminati da costituenti degli idrocarburicontaminati da costituenti degli idrocarburi

Elementi di differenziazione dalle Elementi di differenziazione dalle biopilebiopile sono:sono:

•• altezza massima dei cumuli = 1.5 maltezza massima dei cumuli = 1.5 m

•• ll’’intervento di colonie batteriche selezionateintervento di colonie batteriche selezionate

•• ll’’aggiunta aggiunta stepstep byby stepstep del terreno contaminato, in del terreno contaminato, in funzione della cinetica di degradazionefunzione della cinetica di degradazione

•• ll’’assenza di copertura con manto in plasticaassenza di copertura con manto in plastica

•• ll’’assenza di assenza di pipingpiping interno per il interno per il collettamentocollettamento dei dei vapori e per immettere aria (AERAZIONE PER vapori e per immettere aria (AERAZIONE PER ARATURA)ARATURA)


LANDFARMINGLANDFARMING



L6.A/PAG13


LL’’applicabilitapplicabilitàà èè analoga a quelle delle analoga a quelle delle biopilebiopile

Tuttavia il Tuttavia il landfarminglandfarming ha alcune controindicazioni in ha alcune controindicazioni in pipiùù::

•• èè necessario poter disporre di unnecessario poter disporre di un’’area vasta per area vasta per poter implementare il trattamentopoter implementare il trattamento

•• componenti volatili dovrebbero essere componenti volatili dovrebbero essere pretrattatepretrattate, , poichpoichéé la volatilizzazione durante il la volatilizzazione durante il landfarminglandfarming non non èècontrollata e potrebbe interessare altri siti limitroficontrollata e potrebbe interessare altri siti limitrofi

•• èè poco efficienti nella degradazione dei costituenti poco efficienti nella degradazione dei costituenti idrocarburici piidrocarburici piùù pesantipesanti




I tempi di esecuzione in condizioni ottimali e sui I tempi di esecuzione in condizioni ottimali e sui

contaminanti target (VOC E SVOC leggeri o contaminanti target (VOC E SVOC leggeri o mediomedio--

pesantipesanti) variano da 6 mesi a 2 anni) variano da 6 mesi a 2 anni

Costi medi compresi tra 30Costi medi compresi tra 30--60 euro/tonnellata60 euro/tonnellata














Tecnologie di bonifica che fanno uso di specifiche proprietTecnologie di bonifica che fanno uso di specifiche proprietààdella vegetazione per il trattamento in situ di suoli della vegetazione per il trattamento in situ di suoli contaminaticontaminati

Sono efficaci essere applicata sia in presenza di Sono efficaci essere applicata sia in presenza di contaminanti inorganici, quali i metalli pesanti, mediante contaminanti inorganici, quali i metalli pesanti, mediante processi di estrazione o stabilizzazione, sia in presenza di processi di estrazione o stabilizzazione, sia in presenza di contaminanti organici, mediante processi di degradazionecontaminanti organici, mediante processi di degradazione

L'applicazione piL'applicazione piùù interessante interessante èè quella per i siti quella per i siti contaminati da metalli pesanti, poichcontaminati da metalli pesanti, poichéé alcune piante hanno alcune piante hanno elevate capacitelevate capacitàà di accumulazione e di assorbimento, che le di accumulazione e di assorbimento, che le rendono in grado di assumere in modo selettivo i metalli rendono in grado di assumere in modo selettivo i metalli pesanti dal terrenopesanti dal terreno


FitoFito--tecnologietecnologie


Congiunto di diversi processi che sfruttano le capacitCongiunto di diversi processi che sfruttano le capacitààmetaboliche delle piante e che, a seconda delle specie vegetali metaboliche delle piante e che, a seconda delle specie vegetali e dei contaminanti coinvolti, possono essere sequenziali e dei contaminanti coinvolti, possono essere sequenziali ll’’un un ll’’altro oppure verificarsi parzialmente o isolatamentealtro oppure verificarsi parzialmente o isolatamente



FitoFito--stabilizzazionestabilizzazione

RizoRizo--degradazionedegradazione

FitoFito--accumulazioneaccumulazione

FitoFito--degradazionedegradazioneFitoFito--evaporazioneevaporazione

Inorganici/Organici Organici

Fito-estrazione

FitoFito--estrazioneestrazione

FitoFito--stabilizzazionestabilizzazione

EE’’ il primo meccanismo il primo meccanismo che regola lche regola l’’interazione interazione pianta pianta –– contaminante contaminante nella nella rizosferarizosfera (terreno (terreno interessato dallinteressato dall’’apparato apparato radicale delle piante)radicale delle piante)

Agisce essenzialmente Agisce essenzialmente sulla mobilitsulla mobilitàà dei dei contaminanti, contaminanti, riducendone la riducendone la biodisponibilitbiodisponibilitàà





L6.A/PAG14


FitoFito--stabilizzazionestabilizzazione nelle nelle rizosferarizosfera

Accumulazione, immobilizzazione,

precipitazione dei contaminanti a cura delle proteine e degli enzimi (essudati) prodotti

dall’apparato radicale

Adsorbimento dei contaminanti direttamente

sulla superficie dell’apparato radicale

Absorption/precipitazione dei contaminanti all’interno della

membrana radicale



FitoFito--accumulazioneaccumulazioneEE’’ il meccanismo su cui si il meccanismo su cui si basa la basa la fitofito--estrazioneestrazionedi metalli pesanti da suoli di metalli pesanti da suoli contaminati.contaminati.

In particolare alcune In particolare alcune specie vegetali dette specie vegetali dette iperaccumulatriciiperaccumulatrici, dopo , dopo la la fitofito--stabilizzazionestabilizzazione nella nella rizosferarizosfera, trasferiscono i , trasferiscono i metalli nel fusto ed metalli nel fusto ed eventualmente nelle foglieeventualmente nelle foglie




Diversi metalli (Zn, Se, Mn, ecc.), del resto, sono elementi essenziali per la vita vegetale e quindi vengono naturalmente assorbiti come nutrienti da tutte le specie vegetali

Tuttavia le soglie di fito-tossicità sono molto diverse da specie a specie

Le specie iperaccumulatrici sono caratterizzate da un elevata soglia di fito-tossicità poiché:

• hanno capacità metaboliche che le rendono in grado di assumere in modo selettivo i metalli pesanti dal terreno

• hanno sviluppato una naturale diversità genetica per sopravvivere anche in presenza di elevate concentrazioni di metalli tossici a basse dosi



FitoFito--evaporazioneevaporazione•• EE’’ il meccanismo della il meccanismo della catena con cui si può catena con cui si può idealmente chiudere idealmente chiudere ll’’applicazione di una applicazione di una fitofito--tecnologiatecnologia

•• LL’’opportuna opportuna speciazionespeciazionechimica per la chimica per la volatilizzazione può avvenire volatilizzazione può avvenire nella nella rizosferarizosfera o nel corpo o nel corpo della piantadella pianta

•• Funziona con contaminanti Funziona con contaminanti organici ma anche con certi organici ma anche con certi contaminanti inorganici (Hg, contaminanti inorganici (Hg, Se, Se, AsAs))



Basse concentranzioni o forme meno tossiche. Es. Tabacco

da metil-mercurio a mercurio

RizoRizo--degradazionedegradazione

Degradazione contaminanti Degradazione contaminanti organiciorganici da parte di da parte di selezionate specie vegetaliselezionate specie vegetalinella nella rizosferarizosfera, ad opera di , ad opera di proteine ed enzimi essudati proteine ed enzimi essudati dalle piante in possibile dalle piante in possibile connubio con specie connubio con specie microbiche o fungine microbiche o fungine presenti nel terreno presenti nel terreno

Agisce sulla forma chimica dei Agisce sulla forma chimica dei contaminanti, trasformandoli in contaminanti, trasformandoli in sostanze non tossiche o nutrienti per la sostanze non tossiche o nutrienti per la vegetazione vegetazione

EE’’ nota anche come nota anche come fitofito--stimolazionestimolazione



FitoFito--degradazionedegradazione

EE’’ simile alla simile alla rizorizo--degradazionedegradazione, ma comporta , ma comporta il trasferimento dei il trasferimento dei contaminanti e la completa contaminanti e la completa metabolizzazionemetabolizzazione nella parte nella parte aerea della pianta, con aerea della pianta, con processi di degradazione, processi di degradazione, mineralizzazione, mineralizzazione, immagazzinamento nei immagazzinamento nei tessuti vegetali ed, tessuti vegetali ed, eventualmente, eventualmente, volatilizzazione volatilizzazione nellnell’’atmosferaatmosfera

Funziona in determinate condizioni ambientali, Funziona in determinate condizioni ambientali, per selezionati contaminanti organici per selezionati contaminanti organici (benzene, toluene, (benzene, toluene, etilbenzeneetilbenzene, , xylenexylene))





L6.A/PAG15



XXCapacità esplorative dell'apparato radicale

XXAdattabilità alle condizioni climatiche

XXElevata velocità di crescita

XElevata produttività

XAccumulo di metalli nell'apparato radicale

XAccumulo di metalli nella parte aerea

XElevato accumulo di metalli

XXTolleranza ai contaminanti

FITOESTRAZIONE

FITOSTABILIZZAZDescrizione

La specie vegetale viene selezionata in base ai parametri in tabella:


Applicabile su una grande varietApplicabile su una grande varietàà di contaminanti di contaminanti inorganici e organiciinorganici e organici

Particolarmente indicate nei siti contaminati di Particolarmente indicate nei siti contaminati di vaste vaste dimensionidimensioni, quando gli altri trattamenti richiederebbero , quando gli altri trattamenti richiederebbero costi molto alticosti molto alti

Minimo impatto sullMinimo impatto sull’’ambienteambiente

Efficaci come integrazioni di altre tecnologie, ad esempio Efficaci come integrazioni di altre tecnologie, ad esempio quando la copertura finale di un sito deve essere quando la copertura finale di un sito deve essere riri--vegetatavegetata, , o per il trattamento finale della quota residua dei o per il trattamento finale della quota residua dei contaminanti dopo altre procedure di bonificacontaminanti dopo altre procedure di bonifica

Processo piProcesso piùù promettente: promettente: fitoestrazionefitoestrazione di metallidi metalli




Necessario studio di trattabilitNecessario studio di trattabilitàà su scala pilota per su scala pilota per verificare velocitverificare velocitàà di assorbimento, soglia di di assorbimento, soglia di fitotossicitfitotossicitàà e e velocitvelocitàà di crescita delle piante selezionatedi crescita delle piante selezionate

Rendimenti migliorabili con, lRendimenti migliorabili con, l’’aggiunta di ammendanti nel aggiunta di ammendanti nel terreno (EDTA) terreno (EDTA) -- fitoestrazionefitoestrazione assistita assistita –– i quali i quali rendono biodisponibili i contaminanti con reazioni di rendono biodisponibili i contaminanti con reazioni di complessazionecomplessazione e e chelazionechelazione, favorendone la cattura nella , favorendone la cattura nella rizosferarizosfera

LL’’aggiunta di aggiunta di chelantichelanti, tuttavia, deve essere attentamente , tuttavia, deve essere attentamente valutata per non innescare processi di lisciviazione verso valutata per non innescare processi di lisciviazione verso ll’’acquiferoacquifero




necessari pinecessari piùù cicli di raccolta per completare un intervento cicli di raccolta per completare un intervento tempi lunghi tempi lunghi

difficile garantire crescita regolare della difficile garantire crescita regolare della biomassabiomassa in terreni in terreni con elevata contaminazione con elevata contaminazione sconsigliate per concentrazioni sconsigliate per concentrazioni contaminanti elevatecontaminanti elevate

non elevata profonditnon elevata profonditàà di azione dell'apparato radicaledi azione dell'apparato radicale

esigenza di smaltimento delle esigenza di smaltimento delle biomassebiomasse (incenerimento (incenerimento controllato, essiccamento, ecc.)controllato, essiccamento, ecc.)

COSTICOSTI

½½ ha per 0.50 cm di profonditha per 0.50 cm di profonditàà 6060––100.000 euro100.000 euro

smaltimento in discarica dello stesso volume di terreno smaltimento in discarica dello stesso volume di terreno

400.000 400.000 –– 1.700.000 euro1.700.000 euro




ProfonditProfonditàà rizosferarizosfera di varie specie di varie specie iperaccumulatriciiperaccumulatrici

4.5 mt


3 mt

Max profonditàdi trattamento

METALLI ACCUMULABILI: METALLI ACCUMULABILI: piombopiombo

•• pianta pianta poliannualepoliannuale•• periodo di attivo sviluppo : primavera periodo di attivo sviluppo : primavera ed estate ed estate •• altezza a piena maturazione di qualche altezza a piena maturazione di qualche metro metro •• profonditprofonditàà delle radici di circa 60 cm delle radici di circa 60 cm •• terreni con valori di terreni con valori di pHpH tra 5.2 e 7.3tra 5.2 e 7.3•• ambienti ad alta umiditambienti ad alta umiditàà•• temperatura minima : temperatura minima : ––33 33 °°CC

NOME SCIENTIFICO: NOME SCIENTIFICO: BrassicaBrassica oleraceaoleracea

RapaRapa





L6.A/PAG16

METALLI ACCUMULABILI:METALLI ACCUMULABILI:selenio, cadmio, zinco, piombo, mercurioselenio, cadmio, zinco, piombo, mercurio

•• pianta annuale pianta annuale •• periodo di attivo sviluppo : inverno e periodo di attivo sviluppo : inverno e primavera con lento tasso di crescita primavera con lento tasso di crescita •• altezza a piena maturazione di circa 120 cm altezza a piena maturazione di circa 120 cm •• profonditprofonditàà delle radici di circa 20 cmdelle radici di circa 20 cm•• terreni con valori di terreni con valori di pHpH tra 6 e 7.2tra 6 e 7.2•• ambienti moderatamente umidi ambienti moderatamente umidi •• temperatura minima : temperatura minima : ––8 8 °°C C

NOME SCIENTIFICO: NOME SCIENTIFICO: BrassicaBrassica NapusNapus

ColzaColza



NOME SCIENTIFICO: NOME SCIENTIFICO: BrassicaBrassica junceajuncea

METALLI ACCUMULABILI: METALLI ACCUMULABILI: selenio, cadmio, zinco, piombo, mercurio, selenio, cadmio, zinco, piombo, mercurio, nichel, rame, cromonichel, rame, cromo

•• pianta annuale pianta annuale •• periodo di attivo sviluppo : inverno e periodo di attivo sviluppo : inverno e primavera con lento tasso di crescitaprimavera con lento tasso di crescita•• altezza a piena maturazione di circa 120 altezza a piena maturazione di circa 120 cm cm •• profonditprofonditàà delle radici di circa 20delle radici di circa 20--30cm30cm•• terreni con valori di terreni con valori di pHpH tra 6 e 7.2tra 6 e 7.2•• ambienti moderatamente umidi ambienti moderatamente umidi •• temperatura minima : temperatura minima : ––8 8 °°CC

Senape Senape indianaindiana



METALLI ACCUMULABILI: METALLI ACCUMULABILI: piombo, cadmio, zincopiombo, cadmio, zinco

•• pianta acquatica che si trova sulle rive pianta acquatica che si trova sulle rive dei laghi e dei fiumi con correnti molto dei laghi e dei fiumi con correnti molto lente lente •• il periodo di fioritura il periodo di fioritura èè tra luglio e tra luglio e settembresettembre•• cresce in ambienti con esposizione alla cresce in ambienti con esposizione alla luce solare medioluce solare medio--alta fino ad unalta fino ad un’’altezza altezza di 45 cm e una larghezza di 45 cmdi 45 cm e una larghezza di 45 cm

NOME SCIENTIFICO: NOME SCIENTIFICO: EichorniaEichornia CrassipesCrassipes

GiacintoGiacinto



METALLI ACCUMULABILI: METALLI ACCUMULABILI: piombo, arsenico,cadmio, zincopiombo, arsenico,cadmio, zinco

•• pianta annuale con periodo di attivo pianta annuale con periodo di attivo sviluppo in estatesviluppo in estate•• altezza a piena maturazione di circa altezza a piena maturazione di circa 250 cm profondit250 cm profonditàà delle radici di circa delle radici di circa 3030--50 cm50 cm•• terreni con bassa fertilitterreni con bassa fertilitàà e valori di e valori di pHpH tra 5.5 e 7.8tra 5.5 e 7.8•• ambienti moderatamente umidiambienti moderatamente umidi•• temperatura minima : 11 temperatura minima : 11 °°CC

NOME SCIENTIFICO: NOME SCIENTIFICO: HelianthusHelianthus AnnusAnnus L.L.

GirasoleGirasole



METALLI ACCUMULABILI: METALLI ACCUMULABILI: rame, cadmio, zincorame, cadmio, zinco

•• pianta annuale dalle foglie larghe pianta annuale dalle foglie larghe e isolatee isolate•• necessita una necessita una prepre--coltivazionecoltivazione in in serra per almeno 3serra per almeno 3--4 mesi4 mesi•• quando le piantine sono alte circa quando le piantine sono alte circa 4040--45 cm il tabacco 45 cm il tabacco èè pronto per pronto per essere trapiantato nei campi. essere trapiantato nei campi. •• la raccolta può essere fatta dopo la raccolta può essere fatta dopo circa tre mesicirca tre mesi

NOME SCIENTIFICO: NOME SCIENTIFICO: NicotianaNicotiana tabacumtabacum

TabaccoTabacco



METALLI ACCUMULABILI:METALLI ACCUMULABILI:piombo, zincopiombo, zinco

•• pianta annuale con periodo di pianta annuale con periodo di attivo sviluppo in estateattivo sviluppo in estate•• altezza a piena maturazione altezza a piena maturazione di circa 240 cm di circa 240 cm •• profonditprofonditàà delle radici di circa delle radici di circa 20 cm20 cm•• terreni con alta fertilitterreni con alta fertilitàà e e valori di valori di pHpH tra 5.5 e 7.5tra 5.5 e 7.5•• ambienti altamente umidi ambienti altamente umidi •• temperatura minima : 0 temperatura minima : 0 °°CC

NOME SCIENTIFICO: Zea NOME SCIENTIFICO: Zea maysmays LLMaisMais





L6.A/PAG17

METALLI ACCUMULABILI: METALLI ACCUMULABILI: zinco, nichel,cadmio, piombozinco, nichel,cadmio, piombo

•• pianta perenne pianta perenne •• periodo di attivo sviluppo in inverno e periodo di attivo sviluppo in inverno e primavera con lento tasso di crescita primavera con lento tasso di crescita •• altezza a piena maturazione di circa 50 cmaltezza a piena maturazione di circa 50 cm•• profonditprofonditàà delle radici di circa 20 cmdelle radici di circa 20 cm••terreni con media fertilitterreni con media fertilitàà e valori di e valori di pHpH tra tra 6 e 7.26 e 7.2•• ambienti moderatamente umidi ambienti moderatamente umidi •• temperatura minima : temperatura minima : ––8 8 °°CC

NOME SCIENTIFICO: NOME SCIENTIFICO: ThlaspiThlaspi caerulescenscaerulescensErba storna alpinaErba storna alpina



METALLI ACCUMULABILI: METALLI ACCUMULABILI: cadmio, rame, piombo, nichel e zinco.cadmio, rame, piombo, nichel e zinco.

•• ortaggio originario della Cina e del ortaggio originario della Cina e del Giappone con radici commestibili di diverso Giappone con radici commestibili di diverso colore (rosso, bianco, verde) colore (rosso, bianco, verde) •• pianta annuale con un ciclo vegetativo pianta annuale con un ciclo vegetativo molto brevemolto breve•• cresce bene nei terreni sciolti con alto cresce bene nei terreni sciolti con alto contenuto di sostanza organicacontenuto di sostanza organica•• la semina della pianta deve essere fatta nel la semina della pianta deve essere fatta nel periodo tra febbraio e luglio nei primi due periodo tra febbraio e luglio nei primi due mesi la semina deve essere effettuata in un mesi la semina deve essere effettuata in un luogo protettoluogo protetto•• la raccolta avviene circa un mese dopo la la raccolta avviene circa un mese dopo la semina, quando le radici sono ben sviluppatesemina, quando le radici sono ben sviluppate

NOME SCIENTIFICO: Raphanus sativum-Cruciferae

RavanelloRavanello





Sperimentazione di fitotrattamento con Helianthusannuus di un suolo contaminato da idrocarburi pesanti

AMIAT S.p.A ha condotto una sperimentazioneper il trattamento di terreno contaminato daidrocarburi al Parco del Meisino - Torinoutilizzando una tecnica di fitotrattamento in situ

La sperimentazione è stata condotta lo scorsoanno nei mesi di luglio - ottobre 2006

rizodegradazione

fitodegradazionerizodegradazione

fitodegradazione



Il terreno da trattare

presentava:

• una contaminazione

superficiale da idrocarburi

pesanti C>12 (350 - 500

mg/kg)

• dei superamenti per

quanto riguarda i metalli

Cromo, Cobalto e Nichel



SEMINA E

IRRIGAZIONESEMINA E

IRRIGAZIONE



CRESCITA E

RACCOLTA (OTT 2006)CRESCITA E

RACCOLTA (OTT 2006)



L6.A/PAG18



RI-CAMPIONAMENTO

TERRENO DOPO

TRATTAMENTO

RI-CAMPIONAMENTO

TERRENO DOPO

TRATTAMENTO



Analisi dopo il trattamento – 24 ottobre 2006Analisi dopo il trattamento – 24 ottobre 2006

50 < 5 38 mg/Kg SS Idrocarburi pesanti C>12

2,5 2,55 % SS Carbonio organico totale

0,85 < 0,01 % Umidità residua a 40 °C18,06 15 % Umidità totale 105°C

120 199,5 202 mg/Kg SS Nichel

150 246,3 258,2 mg/Kg SS Cromo totale

20 30,6 23,9 mg/Kg SS Cobalto

187 165,5 g/Kg SS Scheletro U.M. Parametro

Limiti DM 471/99 verde pubblico

Camp. n. 2

Camp. n. 1

Campione Descrizione



Dai risultati delle analisi si evince che:

gli idrocarburi sono stati abbattuti efficacemente (riduzione 90 %)

• concentrazioni iniziali: 350 - 500 mg/kg

• concentrazioni finali: 5 - 40 mg/kg

i metalli non hanno subito delle riduzioni considerevoli, le cause

principali sono

• Causa possibile: scarsa crescita delle piante dovuta al periodo di

semina e alle caratteristiche pedologiche del terreno












Consiste nellConsiste nell’’asportare, vagliare e riscaldare il terreno asportare, vagliare e riscaldare il terreno contaminato, disposto allcontaminato, disposto all’’interno di una apposita camera di interno di una apposita camera di desorbimentodesorbimento, funzionante a temperature comprese tra , funzionante a temperature comprese tra 100100°°--600600°°

LL’’effetto sperato effetto sperato èè la separazione dei contaminanti dal la separazione dei contaminanti dal terreno per vaporizzazioneterreno per vaporizzazione

Dalla camera di Dalla camera di desorbimentodesorbimento i gas esausti vengono i gas esausti vengono collettaticollettati e raccolti in un sistema di trattamento, ove, dopo la e raccolti in un sistema di trattamento, ove, dopo la separazione del separazione del particolatoparticolato, vengono smaltiti in uno dei , vengono smaltiti in uno dei seguenti modi:seguenti modi:

per combustioneper combustione

per filtrazione su carboni attivi ed emissione in per filtrazione su carboni attivi ed emissione in atmatm

oppure oppure ricondensatiricondensati in forma liquidain forma liquida


DESORBIMENTO TERMICODESORBIMENTO TERMICO


In base alla temperatura si distingue:In base alla temperatura si distingue:

desorbimentodesorbimento termico a basse temperature termico a basse temperature (100(100°°--300300°°))

desorbimentodesorbimento termico ad alte temperature termico ad alte temperature (300(300°°--600600°°))

Ad ogni modo il Ad ogni modo il desorbimentodesorbimento termico termico non va confusonon va confuso con con

ll’’incenerimento, poichincenerimento, poichéé ll’’obiettivo non obiettivo non èè la distruzione dei la distruzione dei

contaminanti ma il loro passaggio di fasecontaminanti ma il loro passaggio di fase

Nel Nel desorbimentodesorbimento termico ad alte temperature tuttavia termico ad alte temperature tuttavia èè

possibile avere possibile avere parziale ossidazione o pirolisiparziale ossidazione o pirolisi di qualche di qualche

frazione di contaminantifrazione di contaminanti





L6.A/PAG19


Se i terreni da trattare sono Se i terreni da trattare sono troppo umiditroppo umidi (> 30%)(> 30%) èèconsigliabile una consigliabile una prepre--disidratazionedisidratazione al fine di ottimizzare il al fine di ottimizzare il rendimento della camera di rendimento della camera di desorbimentodesorbimento termicotermico

Particelle grossolane con dimensioni superiori a Particelle grossolane con dimensioni superiori a 4 cm4 cmdevono essere separate per vagliatura o in alternativa devono essere separate per vagliatura o in alternativa sottoposte a sottoposte a trituraturatrituratura, poich, poichéé sono capaci di limitare sono capaci di limitare ll’’efficienza del processoefficienza del processo

La cLa camera di amera di desorbimentodesorbimento può consistere in:può consistere in:

•• un forno rotanteun forno rotante

•• un forno a letto fluidoun forno a letto fluido

•• una camera di distillazioneuna camera di distillazione









Riscaldamento indirettoRiscaldamento indirettoIl processo avviene per scambio termico tra i sedimenti da bonificare e delle superfici metalliche che vengono riscaldate.meno fumi da smaltire, + contenute meno fumi da smaltire, + contenute le dimensioni del trattamento gasle dimensioni del trattamento gas

Riscaldamento direttoRiscaldamento direttoIl terreno viene riscaldato attraverso il contatto diretto con un vettore di calore.Questo può essere costituito da un tamburo rotante al cui interno viene bruciato un combustibile ausiliario+ fumi da smaltire+ fumi da smaltire



Impianto di desorbimentotermico installato per la bonifica della raffineria

AGIP ove è sorto il Nuovo Polo Fieristico di Milano

Rho-Pero

Impianto di desorbimentotermico installato per la bonifica della raffineria

AGIP ove è sorto il Nuovo Polo Fieristico di Milano

Rho-Pero


LL’’intero comparto degli inquinanti organici sono trattabili per intero comparto degli inquinanti organici sono trattabili per desorbimentodesorbimento termicotermico

Ad eccezione di mercurio e arsenico (ad alte temperature), i Ad eccezione di mercurio e arsenico (ad alte temperature), i metalli invece non possono essere trattati con questa metalli invece non possono essere trattati con questa tecnologia relativamente giovanetecnologia relativamente giovane

I processi a bassa temperatura si prestano per la bonifica di I processi a bassa temperatura si prestano per la bonifica di terreni contaminati da VOC e costituenti di vari carburantiterreni contaminati da VOC e costituenti di vari carburanti

I processi ad alta temperatura sono piI processi ad alta temperatura sono piùù indicati per: IPA, indicati per: IPA, PCB, PCP, pesticidiPCB, PCP, pesticidi

La tecnologia La tecnologia èè inefficace su contaminanti inorganiciinefficace su contaminanti inorganici

Le dimensioni dellLe dimensioni dell’’impianto sono sempre molto inferiori ad impianto sono sempre molto inferiori ad un impianto di incenerimentoun impianto di incenerimento





L6.A/PAG20


I rendimenti riscontrati sono elevatissimi (99%), ma I rendimenti riscontrati sono elevatissimi (99%), ma ll’’efficienza della tecnologia efficienza della tecnologia non dipende dai livelli di non dipende dai livelli di contaminazionecontaminazione

Fattori limitantiFattori limitanti delldell’’applicabilitapplicabilitàà o dello dell’’efficienza sono legati efficienza sono legati alla natura del terreno:alla natura del terreno:

elevata presenza di argille o limielevata presenza di argille o limi

elevata umiditelevata umiditàà

I tempi di raggiungimento degli obiettivi di bonifica per un I tempi di raggiungimento degli obiettivi di bonifica per un terreno non argilloso e non eccessivamente umido variano da 3 terreno non argilloso e non eccessivamente umido variano da 3 mesi a 1 annomesi a 1 anno

Costi dCosti d’’installazione modesti: installazione modesti: 2525--45 euro/45 euro/tonntonn

Costi dCosti d’’esercizio piesercizio piùù rilevanti: rilevanti: 2525––150 euro/150 euro/tonntonn














Nei trattamenti dNei trattamenti d’’inertizzazioneinertizzazione sono inclusi una serie di sono inclusi una serie di processi sia in processi sia in situsitu che onche on--site tendenti prevalentemente a site tendenti prevalentemente a ridurre ridurre la la mobilitmobilitàà dei contaminantidei contaminanti, prevenendo o limitando al , prevenendo o limitando al minimo il loro trasferimento nell'ambiente. minimo il loro trasferimento nell'ambiente.

LL’’inertizzazioneinertizzazione comprende due differenti tecnologiecomprende due differenti tecnologie

•• solidificazione/stabilizzazionesolidificazione/stabilizzazione

•• vetrificazionevetrificazione

Nel primo caso il terreno contaminato viene miscelato con Nel primo caso il terreno contaminato viene miscelato con leganti ed eventuali additivi chimicileganti ed eventuali additivi chimici, allo scopo di creare di una , allo scopo di creare di una matrice solida monolitica e chimicamente stabilematrice solida monolitica e chimicamente stabile

Nel secondo caso al suolo contaminato viene applicata una Nel secondo caso al suolo contaminato viene applicata una potente sorgente di energia elettrica, allo scopo di potente sorgente di energia elettrica, allo scopo di pirolizzarepirolizzare e e rendere inerti i contaminantirendere inerti i contaminanti


INERTIZZAZIONEINERTIZZAZIONE


I processi di S/S possono costituire l'unica fase di I processi di S/S possono costituire l'unica fase di trattamento dei terreni contaminati, ovvero essere adottati trattamento dei terreni contaminati, ovvero essere adottati come trattamento finale dei residui solidi o liquidi derivanti dcome trattamento finale dei residui solidi o liquidi derivanti da a altri processi (per esempio di lavaggio)altri processi (per esempio di lavaggio)

Sono classificabili, a seconda dei reagenti utilizzati, in:Sono classificabili, a seconda dei reagenti utilizzati, in:

processi a base di processi a base di reagenti inorganicireagenti inorganici ((cementocemento, calce), calce)

processi a base di processi a base di reagenti organicireagenti organici (polimeri, resine)(polimeri, resine)

I meccanismi di fissazione dei contaminanti nella base I meccanismi di fissazione dei contaminanti nella base cementiziacementizia sono di tipo:sono di tipo:

•• chimicochimico

•• fisicofisico


SOLIDIFICAZIONE/STABILIZZAZIONESOLIDIFICAZIONE/STABILIZZAZIONE


La La fissazione chimicafissazione chimica agisce essenzialmente sulla agisce essenzialmente sulla

diminuzione della solubilitdiminuzione della solubilitàà del contaminante, attraverso del contaminante, attraverso

meccanismi di:meccanismi di:

precipitazioneprecipitazione

complessazionecomplessazione

adsorbimentoadsorbimento

La La fissazione fisicafissazione fisica produce essenzialmente produce essenzialmente

iintrappolamentontrappolamento dei contaminanti (reattivi, non reattivi) dei contaminanti (reattivi, non reattivi)

all'interno della matrice all'interno della matrice cementiziacementizia




La La precipitazione chimicaprecipitazione chimica dei contaminanti in una matrice dei contaminanti in una matrice cementiziacementizia si sviluppa secondo i seguenti si sviluppa secondo i seguenti stepssteps::

1. l'aggiunta di cemento fa aumentare la concentrazione 1. l'aggiunta di cemento fa aumentare la concentrazione di ioni calcio di ioni calcio CaCa+2+2

2. gli ioni calcio formano con gli anioni presenti sali con 2. gli ioni calcio formano con gli anioni presenti sali con scarsa solubilitscarsa solubilitàà

3. i sali scarsamente solubili precipitano facilmente e 3. i sali scarsamente solubili precipitano facilmente e quindi la solidificazione quindi la solidificazione èè favoritafavorita





L6.A/PAG21


La La complessazionecomplessazione dei contaminanti si sviluppa in condizioni dei contaminanti si sviluppa in condizioni di di pHpH basico (come quelle che si creano con l'addizione del basico (come quelle che si creano con l'addizione del cemento):cemento):

i composti idrati semplici formano complessi insolubili i composti idrati semplici formano complessi insolubili (soprattutto alluminati) capaci di legare numerosi anioni (soprattutto alluminati) capaci di legare numerosi anioni ((alogenurialogenuri, NO, NO33--, MnO, MnO44--, ecc), ecc)

il silicato il silicato tricalcicotricalcico reagisce con ossidi e idrossidi di metalli reagisce con ossidi e idrossidi di metalli -- zinco, rame, cromo trivalente, ferro, nichel, manganese, zinco, rame, cromo trivalente, ferro, nichel, manganese, arsenico arsenico -- formando idrossidi complessiformando idrossidi complessi

i risultati di molteplici ricerche indicano che il processo i risultati di molteplici ricerche indicano che il processo stabilizationstabilization//solidificationsolidification può contribuire alla fissazione può contribuire alla fissazione chimica di chimica di PCBsPCBs, di IPA e di diossine, di IPA e di diossine




L’ adsorbimento e un meccanismo d'importanza non trascurabile per bloccare i contaminanti nella matrice cementizia, atteso il fatto che all'idratazione del cemento si accompagna un notevole incremento della sua superficie specifica, particolarmente attiva per la presenza di silice

Ci sono, cioè, tutte le condizioni favorevoli per il verificarsi di reazioni di adsorbimento che portano, in genere, alla formazione di composti meno solubili.

Tipico è il legame covalente che si verifica tra l'ossigeno (anione legato al reticolo dei silicati) e forme cationiche i inquinanti inorganici







Le componenti impiantistiche utilizzate nei processi di Le componenti impiantistiche utilizzate nei processi di inertizzazioneinertizzazione a a base base cementiziacementizia, non si discostano molto da quelle comunemente , non si discostano molto da quelle comunemente adoperate per la preparazione del cemento, e comprendono.adoperate per la preparazione del cemento, e comprendono.

unitunitàà di stoccaggiodi stoccaggio del terreno contaminato e degli additivi di del terreno contaminato e degli additivi di processo processo

unitunitàà di di pretrattamentopretrattamento, finalizzata a:, finalizzata a:

1. rimuovere la frazione grossolana del terreno1. rimuovere la frazione grossolana del terreno

2. 2. additivareadditivare acqua e reagenti preliminari per omogeneizzare il teracqua e reagenti preliminari per omogeneizzare il ter--reno, aumentarne la lavorabilitreno, aumentarne la lavorabilitàà e far e far adsorbire l'eventuale frazione adsorbire l'eventuale frazione organicaorganica nociva per le successive fasi di nociva per le successive fasi di inertizzazioneinertizzazione



TRITURAZIONE E RE-IMMISSIONE

SMALTMENTO IN DISCARICA


unitunitàà di miscelazionedi miscelazione: fase principale del processo, in cui i vari : fase principale del processo, in cui i vari

additivi vengono miscelati in proporzioni dipendenti dalle additivi vengono miscelati in proporzioni dipendenti dalle

caratteristiche del terreno contaminato, avendo cura di ridurre caratteristiche del terreno contaminato, avendo cura di ridurre le le

emissioni di composti volatili in atmosfera emissioni di composti volatili in atmosfera

area di posa in opera e di maturazionearea di posa in opera e di maturazione del terreno del terreno inertizzatoinertizzato: non : non

èè ammesso il deposito del terreno trattato prima di un prefissatoammesso il deposito del terreno trattato prima di un prefissato

periodo di maturazione (per lo piperiodo di maturazione (per lo piùù 28 giorni), che consente al 28 giorni), che consente al

prodotto di raggiungere elevate resistenze meccanicheprodotto di raggiungere elevate resistenze meccaniche




Contaminanti trattabili con efficienze elevateContaminanti trattabili con efficienze elevate

Metalli e inorganiciMetalli e inorganici

Contaminanti trattabili con efficienze accettabiliContaminanti trattabili con efficienze accettabili

PCB, pesticidiPCB, pesticidi

Contaminanti non trattabiliContaminanti non trattabili

VOC, SVOC, alogenati e nonVOC, SVOC, alogenati e non



N.B.N.B. Un singolo legante non Un singolo legante non èè sempre efficace per la sempre efficace per la

stabilizzazione di tutti gli inquinanti inorganici: può succederstabilizzazione di tutti gli inquinanti inorganici: può succedere, e,

infatti, che la mobilitinfatti, che la mobilitàà di una sostanza diminuisca mentre quella di di una sostanza diminuisca mentre quella di

unun’’altra aumentialtra aumenti



L6.A/PAG22


I contaminanti presenti nel terreno interferiscono con le reazionicontaminanti presenti nel terreno interferiscono con le reazionidi idratazione della base di idratazione della base cementiziacementizia, accelerandone o ritardandone il , accelerandone o ritardandone il processo di maturazione processo di maturazione

Di conseguenza, potranno essere alterate sia la compattezza e lDi conseguenza, potranno essere alterate sia la compattezza e la a permeabilitpermeabilitàà, sia le caratteristiche meccaniche del prodotto finale, sia le caratteristiche meccaniche del prodotto finale

In particolare, occorre valutare accuratamente la presenza di In particolare, occorre valutare accuratamente la presenza di VOC, SVOC, oli e grassi, che inibiscono le reazioni di presa, alVOC, SVOC, oli e grassi, che inibiscono le reazioni di presa, al fine di fine di dosare un opportuno additivo capace di adsorbire eventuali dosare un opportuno additivo capace di adsorbire eventuali composti organicicomposti organici



Additivi usatiAdditivi usati: silicati solubili, solfuri (ad esempio di sodio), materiali : silicati solubili, solfuri (ad esempio di sodio), materiali pozzolanicipozzolanici naturali o artificiali, sostanze adsorbenti (argille, zeoliti, naturali o artificiali, sostanze adsorbenti (argille, zeoliti, ... ) ... ) Additivi fluidificanti possono poi essere impiegati per tenere bAdditivi fluidificanti possono poi essere impiegati per tenere basso il rapporto asso il rapporto acqua/ cemento nell'impastoacqua/ cemento nell'impasto


In tutti i casi In tutti i casi èè necessario prevedere l'esecuzione di uno studio di necessario prevedere l'esecuzione di uno studio di

fattibilitfattibilitàà a scala pilota o dimostrativa, finalizzato all'individuazione a scala pilota o dimostrativa, finalizzato all'individuazione

dei parametri critici del processo e delle prestazioni del sistedei parametri critici del processo e delle prestazioni del sistema: ma:

tipologia e combinazione degli agenti stabilizzanti e degli addtipologia e combinazione degli agenti stabilizzanti e degli additivi itivi

da utilizzare; da utilizzare;

dosaggio ottimale di agenti stabilizzanti e additivi; dosaggio ottimale di agenti stabilizzanti e additivi;

necessitnecessitàà di di pretrattamentopretrattamento

modalitmodalitàà e tempi ottimali di miscelazione e di maturazione e tempi ottimali di miscelazione e di maturazione

eventuali emissioni liquide e gassose del processoeventuali emissioni liquide e gassose del processo

caratteristiche caratteristiche chimicochimico--fisichefisiche e meccaniche del prodotto finalee meccaniche del prodotto finale





120-200agenti pozzolanici,

reagenti liquidiSoliditech, Inc.

111-195silicati,

polimeri inorganiciInternational Waste

Technologies

95-205cemento Portland,

ceneri volanti,additivi brevettati

Hazcon, Inc.

42-80silicati solubiliChemfix technologies,

Inc.

COSTO ($/t)

REAGENTI, ADDITIVIPROCESSO

COSTICOSTI












EE’’ improprio parlare di bonifica, poichimproprio parlare di bonifica, poichéé trattasi di trattasi di

intervento di messa in sicurezza permanente, che non intervento di messa in sicurezza permanente, che non

interviene in alcun modo sui contaminantiinterviene in alcun modo sui contaminanti

In molte situazioni lIn molte situazioni l’’incapsulamento incapsulamento èè ll’’unica alternativa unica alternativa

praticabile, in termini di applicabilitpraticabile, in termini di applicabilitàà tecnico tecnico –– economicoeconomico

Tuttavia lTuttavia l’’incapsulamento non può essere considerata una incapsulamento non può essere considerata una

soluzione definitiva: nella progettazione riveste fondamentale soluzione definitiva: nella progettazione riveste fondamentale

importanza la prospettiva di completare limportanza la prospettiva di completare l’’intervento di intervento di

bonifica definitiva dellbonifica definitiva dell’’area mediante larea mediante l’’esportazione o la esportazione o la

neutralizzazione degli inquinantineutralizzazione degli inquinanti

Tecniche di bonificaTecniche di bonificaINCAPSULAMENTOINCAPSULAMENTO


In alcuni casi si In alcuni casi si

possono realizzare possono realizzare

semplici coperture semplici coperture

impermeabilizzanti (per impermeabilizzanti (per

limitare llimitare l’’infiltrazione infiltrazione

delle acque piovane) delle acque piovane)

eventualmente integrate eventualmente integrate

con con cinturazionicinturazioni

perimetrali perimetrali -- diaframmi diaframmi

plasticiplastici


BARRIERA DI FONDO

BARRIERA VERTICALE

SOTTOSUOLOCONTAMINATO

COPERTURA

in altri casi in altri casi èè necessario prevedere necessario prevedere

incapsulamenti completi formati da incapsulamenti completi formati da

copertura, diaframmi laterali e sistemi di copertura, diaframmi laterali e sistemi di

isolamento del fondoisolamento del fondo



L6.A/PAG23


I sistemi costruttivi utilizzati per la realizzazione di barrierI sistemi costruttivi utilizzati per la realizzazione di barriere e

sono:sono:

diaframmi plastici (teli in HDPE)diaframmi plastici (teli in HDPE)

diaframmi formati da palidiaframmi formati da pali

palancolepalancole in acciaioin acciaio

diaframma di elementi prefabbricati infissidiaframma di elementi prefabbricati infissi

iniezioni di additivi impermeabilizzanti (fanghi iniezioni di additivi impermeabilizzanti (fanghi

bentoniticibentonitici))

congelamento con azoto liquidocongelamento con azoto liquido



Dipende dalle specifiche condizioni geotecniche e Dipende dalle specifiche condizioni geotecniche e

litologichelitologiche del sitodel sito

EE’’ difficile intervenire su contaminazioni profonde, difficile intervenire su contaminazioni profonde,

soprattutto se soprattutto se èè necessario realizzare il sottofondonecessario realizzare il sottofondo

La situazione ideale La situazione ideale èè quella in cui la contaminazione del quella in cui la contaminazione del

sito sito èè limitata al terreno (non interessa llimitata al terreno (non interessa l’’acquifero) e non acquifero) e non

va oltre 5va oltre 5--6 6 mtmt da p.c.da p.c.

COSTICOSTI

I costi sono variabili in funzione della litologia del sito e I costi sono variabili in funzione della litologia del sito e

della profonditdella profonditàà


Corso Base di Siti Contaminati Lezione 6.BTecnologie bonifiche per gli acquiferi

L6.B/PAG1

SOMMARIOSOMMARIO

OverviewOverview




Tecniche di bonificaTecniche di bonifica Tecniche di bonificaTecniche di bonifica










Tecniche di bonificaTecniche di bonificaPUMP & TREATPUMP & TREAT

In un intervento di P&T, dopo aver rimosso la sorgente primaria, per intercettare i contaminanti in soluzione bisognerà:

• ubicare uno o più pozzi di pompaggio a valle idrogeologica rispetto alla sorgente secondaria

• stabilire un regime di pompaggi tali che la zona di cattura di ciascuno dei pozzi imponga a tutti gli inquinanti a monte di essere estratti, ossia

le linee di flusso provenienti da zone contaminate monte devono essere tutte convergenti nel pozzo

• predisporre un impianto di trattamento acque in superficie che consenta il successivo conferimento delle acque stesse in un recipiente finale


Pozzo di ricarica

Sorgente

Impianto di trattamento

Pompaggi

La bonifica delle acque sotterranee con modalità convenzionali basate su pompaggi e ricariche è molto più difficile da conseguire rispetto al contenimento idrodinamico della sorgente

I tempi possono essere molto lunghi (5-50 anni) e le difficoltàaumentano in funzione di:

• Entità/tipologia sorgente primaria

• Caratteristiche e distribuzione dei contaminanti

• Caratteristiche geologiche

• Parametri idrodinamici


LNAPL DNAPL

Grande

Profonda

Bassa

Bassa

Alta

Volume grande

Durata lunga

Rilascio continuo

Disciolta/Gassosa

Piccolo

Superficiale

Fase

Volume mezzo contaminato

Profondità contaminazione

Distribuzione dei contaminanti

Alta

Alta

Bassa

Biodegradabilità

Volatilità

Adsorbibilità su superficie solida

Caratteristiche dei contaminanti

Volume piccolo

Durata breve

Rilascio finito

Natura del rilascio nel sottosuolo

Entità/tipologia sorgente primaria

SCALA DI DIFFICOLTA’ DI UN INTERVENTO DI BONIFICA DELL’ACQUIFERO BASATO SU POZZI DI POMPAGGIO/RICARICA


Bassa (< 10-6 m/s)

Alta

Elevato

Complessa

Fine

Alta

Alta (> 10-4 m/s)

Bassa

Scarso

Conducibilità idraulica

Variabilità temporale

Flusso verticale

Parametri idrodinamici

Semplice

Grossa

Bassa

Stratigrafia

Tessitura

Eterogeneità

Caratteristiche geologiche

SCALA DI DIFFICOLTA’ DI UN INTERVENTO DI BONIFICA DELL’ACQUIFERO BASATO SU POZZI DI POMPAGGIO/RICARICA


L6.B/PAG2


La zona di cattura di un pozzo è la parte di acquifero che alimenta il pozzo stesso, ossia, la parte di acquifero che vienesollecitata dal pozzo a mutare la sua configurazione idrodinamica iniziale

La sua valutazione è di fondamentale importanza per la riuscita di un intervento di P&T

La forma e l’estensione della zona di cattura è funzione di:

Velocità dell’acquifero

Volume d’acqua estratto (e quindi durata del pompaggio)

Conducibilità idraulica

Zona di cattura


La zona di cattura di un pozzo in un acquifero privo di moto antecedente ai pompaggi (componente principale del moto) èperfettamente radiale

La componente principale, ossia il moto dell’acquifero in condizioni non perturbate, è in realtà sempre presente e conferisce asimmetria alla zona di cattura, sbilanciandola verso monte

All’aumentare della velocità della componente principale dell’acquifero si restringe la zona di cattura


In figura, per un acquifero omogeneo, isotropo, non confinato:

piezometria statica

piezometria stazionaria dopo 20 anni di pompaggio da un singolo pozzo

zona di cattura del pozzo


In figura, per un acquifero eterogeneo, anisotropo, non confinato:

distribuzione conducibilità idraulica

piezometria stazionaria dopo 20 anni di pompaggio da un singolo pozzo, stessa portata esempio precedente

zona di cattura del pozzo


Javandel&Tsang (1986) hanno proposto un semplice metodo

grafico per valutare il numero, l’ubicazione, le portate di

prelievo, dei pozzi di pompaggio, basato sulla soluzione e

standardizzazione dell’equazione del moto stazionario per:

acquifero confinato di spessore B uniforme

componente principale del moto rettilinea uniforme

pompaggio da uno o più pozzi

pozzi completi

Valutazione della zona di cattura: metodo graficoValutazione della zona di cattura: metodo grafico


Per il sistema descritto

la soluzione è data

dalla sovrapposizione

lineare delle soluzioni

stazionarie di moto

radiale convergente

verso un pozzo di

pompaggio e di moto

rettilineo uniforme

Vista in pianta linee di flusso

Vista in sezione della piezo-metrica

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−±=xyarctg

BUQ

BUQy

π22 Equazione della linea di flusso di spartiacque


L6.B/PAG3


Il metodo consente di valutare la massima estensione della zona di cattura, una volta scelta la configurazione di pompaggio, ed è valido anche per acquiferi freatici se gli abbassamenti indotti non sono significativi rispetto allo spessore saturo medio

Javandel&Tsang hanno fornito e

graficato la soluzione:

per diverse configurazioni di

pompaggio (uno, due, tre pozzi)

in funzione del parametro Q/BU

La linea di spartiacque identificata

da un dato valore di Q/BU delimita

la zona di cattura - tipo


In figura le linee di flusso

di una zona di cattura

delimitata da

Q/BU = 2000 m

U.M.

Q in (m3/s)

B in (m)

U in (m/s)

Punto singolare della linea di spartiacque è il punto di stagnazione, ossia, il punto da cui il flusso principale dell’acquifero si staglia dal flusso convergente al pozzo di pompaggio


Nelle figure 3D si possono

apprezzare meglio:

l’intervento idrodinamico

del pozzo sulla componente

principale del moto

dell’acquifero

il significato idraulico del

punto di stagnazione


Per un pozzo esiste un limite massimo di pompaggio dato dalla portata critica, ossia, la portata di prelievo a cui il pompaggio diventa tanto turbolento da compromettere la stabilità dell’opera di captazione

La portata critica deve essere definita con prova di portata a gradini e rientra nella valutazione dell’efficienza del pozzo

E’ buona norma fissare una portata di funzionamento nella regione di efficienza del pozzo non inferiore al 70-75% e comunque molto inferiori a quella critica

Qualora con un solo pozzo, funzionante alla massima portata realizzabile, non si riesce a intercettare tutto l’inquinante proveniente da monte, occorre passare ad un sistema a pozzi multipli


Per un sistema a pozzi multipli è di fondamentale importanza valutare l’interasse tra i pozzi in maniera che:

ci sia sovrapposizione tra le zone di cattura al fine di evitare che quantità di inquinante possa passare in mezzo

ci sia una sovrapposizione ottimale, ossia, tale da garantire la minima interferenza tra i due pozzi e massimizzare i benefici

Sempre dallo studio di Javandel&Tsang, per un sistema a 2 pozzi l’interasse ottimale è:

BUQdπ

=2


La figura mostra la zona di cattura - tipo determinata da due pozzi con interasse ottimale, funzionanti con la medesima portata di esercizio, tale che:

)(800 mBUQ

=

L’equazione della spartiacque è:

BUQ

xdyarctg

xdyarctg

BUQy ±=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

+π2


L6.B/PAG4


Analogamente, in figura si mostra la zona di cattura complessiva determinata da tre pozzi con interasse ottimale, dato da:

BUQd

π26.1

2 =

L’equazione della spartiacque è:

BUQ

xdyarctg

xdyarctg

xyarctg

BUQy 3

2±=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

π


Con tutte le approssimazioni del caso, il metodo illustrato può essere applicato per una preview della zona di cattura necessaria al dimensionamento di un sistema P&T

1. Mappa del sito con scala identica a quella dei grafici

2. Sovrapposizione e identificazione della linea spartiacque necessaria alla cattura di tutto l’inquinante a monte, sulle curve-tipo valide per singolo pozzo

3. Calcolo di U = KgradH

4. Calcolo di Q invertendo Q/BU

Q/BU

Q può essere realizzata con singolo

pozzo?sì

no STOP

Valutare configurazione a

pozzi multipli


Posto che si riesca a definire la configurazione capace di Posto che si riesca a definire la configurazione capace di intercettare tutta la massa inquinante, occorre:intercettare tutta la massa inquinante, occorre:

identificare lo schema di pompaggio piidentificare lo schema di pompaggio piùù efficace ed efficace ed efficiente.efficiente.

Si tratta di obiettivi contrastanti, poichSi tratta di obiettivi contrastanti, poichéé::

migliorare lmigliorare l’’efficacia efficacia significa ridurre i tempi di significa ridurre i tempi di recupero dellrecupero dell’’acquifero, ossia, incrementare le portate di acquifero, ossia, incrementare le portate di prelievoprelievo

migliorare lmigliorare l’’efficienza efficienza significa ridurre i costi di significa ridurre i costi di trattamento delle acque estratte, ossia, ridurre le portate trattamento delle acque estratte, ossia, ridurre le portate di prelievodi prelievo

Quello che si pone Quello che si pone èè un classico problema di ottimizzazione, ossia, un classico problema di ottimizzazione, ossia, definire il compromesso ideale tra obiettivi definire il compromesso ideale tra obiettivi confliggenticonfliggenti

tempi

costi


LL’’ottimizzazione di un sistema di ottimizzazione di un sistema di P&TP&T rappresenta una linea di rappresenta una linea di ricerca tuttora apertaricerca tuttora aperta

LL’’approccio piapproccio piùù avanzato avanzato èè costituito dal cosiddetto: costituito dal cosiddetto: SimulationSimulation//OptimizationOptimization ApproachApproach

basato sulla basato sulla modellazione numericamodellazione numerica del flusso e del trasporto del flusso e del trasporto in soluzione, in soluzione, integrataintegrata in una formulazione del problema in in una formulazione del problema in termini di termini di ottimizzazione lineare/non lineareottimizzazione lineare/non lineare

Approccio molto complesso

Un approccio più percorribile è basato sull’uso trial & error di modelli numerici ed analitici per cercare di trarre indicazioni di validitàgenerale sull’efficacia/efficienza di un prefissato schema di pompaggio/ricarica


Gli studi che sono stati compiuti, in particolare negli anni Gli studi che sono stati compiuti, in particolare negli anni ’’80 80 e e ’’90, hanno concluso che lo schema di 90, hanno concluso che lo schema di P&TP&T ottimale ottimale dipende fortemente da condizioni sito dipende fortemente da condizioni sito –– specifiche, oltre che specifiche, oltre che dagli obiettivi e dai vincoli del problema.dagli obiettivi e dai vincoli del problema.

Tuttavia, dai vari test Tuttavia, dai vari test modellisticimodellistici che sono stati eseguiti, che sono stati eseguiti, èèstato possibile dedurre qualche considerazione di validitstato possibile dedurre qualche considerazione di validitààgeneralegenerale

Ad es. Ad es. SatkinSatkin & & BedientBedient (1988) hanno testato l(1988) hanno testato l’’efficacia di 7 efficacia di 7 diversi schemi di pompaggio/ricarica, per varie combinazioni diversi schemi di pompaggio/ricarica, per varie combinazioni di gradiente idraulico, abbassamento massimo, dispersivitdi gradiente idraulico, abbassamento massimo, dispersivitààdelldell’’acquifero.acquifero.

Nella slide successiva si riportano gli schemi testati da questiNella slide successiva si riportano gli schemi testati da questistudiosistudiosi


Se è sufficiente un singolo pozzo ad intercettare la piuma d’inquinante dispersa nell’acquifero, gli studi di Satkin & Bedient indicano nel centro di nel centro di massa dellmassa dell’’inquinanteinquinante l’ubicazione più efficace del pozzo (in termini di tempi di recupero)

In queste condizioni, il posizionamento di ulteriori pozzi di pompaggio, sull’asse centrale del plume, non fa altro che accelerare il raggiungimento degli obiettivi di bonifica


L6.B/PAG5


Tuttavia, l’uso di soli pozzi di pompaggio può creare un problema se non si dispone nelle vicinanze di un recipiente finale in cui sversare le acque, dopo che queste siano state trattate

In queste condizioni, l’uso congiunto di pozzi di pompaggio e di ricarica può risolvere il problema dello smaltimento delle acque trattate, ottenendo tempi di recupero analoghi

9.19


Fino all’approvazione del D.lvo 152/06 in Italia era vietato usare un acquifero sotterraneo come recipienti finali di acque trattate, a prescindere del fatto che si trattasse di acquifero usato a scopo idropotabile o meno

Il 152/06 prevede una deroga a questa disposizione:

nell’ambito di cicli di trattamento per la bonifica di un sito, se lo smaltimento di acque è utile al conseguimento degli obiettivi di bonifica, anche in Italia oggi è consentito re-immettere in acquifero le acque prelevate, dopo opportuno trattamento

Ciò apre una nuova prospettiva agli interventi di P&T, soprattutto se le caratteristiche iniziali delle acque sotterranee non sono quelle di un acqua potabile


L’uso di pozzi di ricarica, creando gradienti idraulici maggiori, riduce i tempi di recupero dell’acquifero, poiché i volumi di acqua estraibili dai pozzi di pompaggio saranno maggiori

Le configurazioni studiate sono:

1 pompaggio + 1 ricarica (doppietto)

1 pompaggio + 2 ricarica (3-spot)

1 pompaggio + 4 ricarica (5-spot)

9.19

doppio triangolo

la doppia cella


Le conclusioni di validità generale desunte da Satkin & Bedient sono le seguenti:

Quando il gradiente idraulico dell’acquifero non èelevato, le configurazioni piùefficaci sono: il doppietto, la doppia cella, la 3-spot

Quando il gradiente idraulico è significativo, la tripletta centrale si dimostra la più efficace

9.19

La 5-spot si è dimostrata poco efficace sia per gradienti bassi che per gradienti alti


Limitazioni del P&T

Le limitazioni più eclatanti di un intervento di P&T attengono gli

elevati tempi necessari al raggiungimento degli obiettivi di bonifica

Il monitoraggio delle concentra-

zioni durante operazioni di P&T ha

rivelato due fenomeni, che

determinano i tempi lunghi del

processo di bonifica:

“tailing” (fenomeno di

coda) dei contaminanti

“rebound” (fenomeno di

ritorno) dei contaminanti


Fenomeno di codaL’efficacia del processo di rimozione dei contaminanti in soluzione in falda declina drasticamente dopo poco tempo, fino a stabilizzarsi su livelli molto modesti:

in una I fase, che dura poco tempo, la rimozione di contaminanti è molto efficace (rimozione di massa dal mezzo più permeabile)

le concentrazioni si stabilizzano su livelli residui la cui rimozione procede con efficacia molto minore e trend stabile (II fase rimozione diffusiva)

III


L6.B/PAG6


La figura illustra il fenomeno di “tailing” nel P&T, mettendo a confronto i risultati restituiti dall’equazione convettivo –dispersiva del trasporto in soluzione e le concentrazioni monitorate

Concentrazione C0 = 2600 µg/L

Dopo 100 ore di pompaggio: • 86% contaminante rimosso

• C100 = 360 µg/L

Dopo 200 ore di pompaggio:

• 91% contaminante rimosso con un incremento del 5% appena

• C200 = 230 µg/L con trend stabile

Il modello convettivo Il modello convettivo –– dispersivo inizialmente fornisce risultati dispersivo inizialmente fornisce risultati accurati, poi segnala un drastico declino delle concentrazioni caccurati, poi segnala un drastico declino delle concentrazioni che in he in realtrealtàà procede molto piprocede molto piùù gradualmentegradualmente


Le concentrazioni residue dopo la I fase in genere sono superiori alle concentrazioni – obiettivo: la bonifica non è conseguita

Le operazioni di P&T devono continuare, ma l’efficacia sarà quella della fase II, molto bassa.

Ciò comporta la necessità di tempi lunghi per raggiungere le concentrazioni - obiettivo e completare l’intervento

Time (hr)

codaritorno


Fenomeno di Ritorno

Dopo un certo periodo di pompaggio i piezometri di monitoraggio

evidenzieranno che si sono conseguiti gli obiettivi di bonifica, ossia,

che la concentrazione residua dei contaminanti disciolti è inferiore

alle concentrazioni – obiettivo

Ciò autorizza lo stop dei pompaggi

Tuttavia dopo poco tempo dallo stop dei pompaggi, gli stessi

piezometri di monitoraggio segnaleranno che le concentrazioni non

sono conformi e che i contaminanti in soluzione sono nuovamente al

di sopra della soglia ammissibile


La figura illustra il fenomeno di “rebound” nel P&T, mettendo a confronto i risultati restituiti dall’equazione convettivo –dispersiva del trasporto in soluzione e le concentrazioni monitorate

durante il pompaggio

nella fase di stop del pompaggio

Allo stop del pompaggio le concentrazioni tornano a incremntarsi

La concentrazione residua misurata allo stop è apparente

Il modello segnala concentrazioni molto diverse dalle reali

Time (hr)

codaritorno


Le cause dei fenomeni di “tailing” e “rebound” dei contaminanti sono:

differenza di velocità idrica e di gradiente all’interno della zona di cattura di un pozzo

non omogenea partizione della contaminazione in funzione della porosità, con accumulo di contaminazione nella parte meno porosa dell’acquifero

cinetica di desorption dei contaminanti adsorbiti o precipitati sulla matrice solida

Inoltre

• differenti livelli di contaminazione iniziale determinano code di contaminazione stabilizzate su concentrazioni residue diverse

• la presenza di fasi liquide oleose complica il processo di rimozione


Differenza di velocità idrica e di gradiente all’interno della zona di cattura di un pozzo

I tempi di percorrenza degli inquinanti verso il pozzo di pompaggio da zone periferiche della zona di cattura sono maggiori, poiché le velocità idriche ed i gradienti sono molto inferiori rispetto a quelli che si instaurano in prossimità del punto di pompaggio

Il recupero delle frazioni di contaminazione più lontane dal pozzo pertanto richiede tempi più lunghi

Arrestare il pompaggio significa affidare l’arrivo al pozzo di queste frazioni inquinanti alle velocità idriche pre-pompaggio, creando l’effetto rebound


L6.B/PAG7


Non omogenea partizione della contaminazione in funzione della porosità

Il pompaggio inizialmente rimuove le acque contaminate dalle porzioni di acquifero dotate di porosità maggiore (ghiaie e sabbie grosse)

Su eventuali frazioni fini (sabbie fini, limo) il pompaggio èmolto meno efficace e la solubilizzazione degli inquinanti ègovernata più da processi diffusivi che da processi convettivo –dispersivi

Gli inquinanti distribuiti nelle porzioni meno porose dell’acquifero possono essere recuperati molto più lentamente

Alternanze di lenti argillose abbassano ulteriormente l’efficacia dei pompaggi


Cinetica di desorption dei contaminanti adsorbiti o precipitati sulla matrice solida

Il ritardo degli inquinanti determinato dall’interazione con la matrice solida allunga i tempi di diluizione in falda e quindi di recupero attraverso pompaggi

L’equilibrio tra sorbito/disciolto e precipitato/disciolto non èistantaneo: i tempi di recupero attraverso pompaggi sono condizionati dalle cinetiche di desorbimento delle fasi sorbite e di dissoluzione di quelle precipitate

Quando si arrestano i pompaggi, se non si è completato il recupero degli inquinanti, le fasi sorbite e/o precipitate residue tenderanno a diffondere in falda, per ritrovare l’equilibrio con la fase disciolta, ri -alimentando la contaminazione delle acque (rebound)


Effetto della cinetica di desorption

Contact time

Maggiore è il coefficiente di distribuzione o partizione KD, KP

maggiore è il tempo necessario al desorbimento


Livelli di concentrazione iniziali

Uno studio compiuto negli USA su 16 siti contaminati da LNAPL e trattati con P&T ha rivelato che:

nei siti in cui la concentrazione iniziale era superiore a 1000µg/L la fase di rimozione di massa riusciva ad avere rendimenti compresi tra il 90 e il 99%: cosicché la fase di stabilizzazione delle concentrazioni avrebbe dovuto prendere in carico frazioni di contaminazione inferiori al 10% del totale

nei siti in cui il livello di contaminazione iniziale era inferiore a 1000 µg/L la stabilizzazione delle concentrazioni si presentava prima, quando meno del 90% della contaminazione era stata rimossa


Presenza di NAPL

La presenza di fasi liquide oleose rende più arduo raggiungere gli obiettivi di bonifica attraverso pompaggi, poiché:

le fasi oleose tendono ad accumularsi preferibilmente nelle porzioni meno porose dell’acquifero, ove la rimozione di massa non è efficace: per poterle rimuovere occorrerà attendere i tempi di desorption e di solubilizzazione

le fasi oleose leggere sono generalmente solubili e quindi parzialmente recuperabili in tempi brevi

le fasi oleose pesanti, tranne qualche eccezione (TCE, PCE), sono poco solubili e quindi del tutto refrattarie sia alla rimozione di massa che a quella diffusiva: il P&T in questo caso è del tutto inefficace


Fenomeni di coda in funzione di differenti porosità e di differenti quadri litologici

Acquifero ghiaio –sabbioso stratificato

NO NAPL

Acquifero uniformemente ghiaio –sabbioso con lenti argillose

NO NAPL

t0

t1

t1

t0

t0

t2t2

Acquifero uniformemente ghiaio –sabbioso con NAPL


L6.B/PAG8


Pompaggio intermittente

Per migliorare l’efficacia del P&T è stato proposto di eseguire

periodi di pompaggio intervallati da periodi di arresto dei pozzi

Gli obiettivi di questo approccio erano:

consentire agli inquinanti sorbiti e/o precipitati di

andare in soluzione durante le fasi di riposo

rendere disponibile una maggiore massa di inquinanti

per le fasi di pompaggio

evitare sprechi energetici nella fase di basso rendimento

dei pompaggi e operare sempre con efficienze elevate



Tuttavia, man mano che si procede con i cicli di attacco/stacco dei

pompaggi, la massa di inquinanti desorbibile diminuisce e i tempi di

stacco dovrebbero aumentare

Inoltre, occorre comunque garantire nelle fasi di riposo il blocco

idrodinamico degli inquinanti

Diversi studi sono stati compiuti per confrontare le performance del

pompaggio intermittente con quelle pompaggio continuo, a parità di

portata mediamente estratta



E’ stato possibile concludere che:

a parità di volume d’acqua estratto, il pompaggio intermittente non rimuove una massa d’inquinanti maggiore

se i periodi di stacco sono troppo lunghi, il pompaggio intermittente rimuove una massa d’inquinante minore

i tempi di pompaggio complessivi si allungano ulteriormente

Sebbene impieghi più tempo a raggiungere gli obiettivi, il pompaggio intermittente, comporta un tempo effettivo di pompaggio inferiore.Ciò si traduce in risparmi energetici apprezzabili che potrebbe essere interessante valutare

Nella gran parte delle situazioni il pompaggio intermittente, quindi, non sembra una valida alternativa al pompaggio continuo


Time (days)

Sensitività alla durata degli

stacchi

Sensitività alla portata di

pompaggio

Percentuale inquinante rimosso

Concentrazioneinquinante

Concentrazioneinquinante


Recupero di NAPL

Il recupero delle fasi oleosa leggere che galleggiano come

prodotto libero sull’acquifero è estremamente agevole, poiché

la depressione della superficie libera della falda imposta dai

pompaggi induce il rapido sversamento dell’olio libero nel

pozzo di pompaggio

I pozzi di pompaggio devono possono essere attrezzati con:

una unica pompa (acqua + olio)

doppia pompa (una per l’acqua, l’altra per l’olio)


Recupero di NAPL

La figura illustra la configurazione con pompa unica, attivata da un galleggiante posizionato in maniera che vengano sempre estratti sia acqua che olio.

Questo sistema èrelativamente poco costoso e di facile operatività.

Tuttavia, la pompa unica emulsiona l’olio nell’acqua, rendendo più complicata la separazione oilo – acqua in superficie.


L6.B/PAG9


Recupero di NAPL: doppia pompaPer evitare l’emulsione dell’olio in acqua e di conseguenza le difficoltà di separazione in superficie si può ricorrere al sistema a doppia pompa:• una pompa per deprimere la falda• una pompa per estrarre l’olioLa pompa dell’acqua posizionata a fondo pozzoLa pompa dell’olio posizionata a ridosso del livello falda.


Recupero di NAPL: doppia pompa

Un sensore posizionato al di sopra della pompa dell’acqua segnaleràse lo spessore dell’olio ha raggiunto profondità prossime alla pompa dell’acqua stessa: in questo caso la pompa deve essere staccata, per evitare il mix dell’acqua estratta con l’olio.

Allo stesso modo un sensore posizionato a ridosso della pompa dell’olio servirà ad attivare/staccare la pompa dell’olio, in maniera che questa peschi esclusivamente olio


Recupero di NAPL: doppio pozzo

Il sistema a doppia pompa ovviamente richiede un pozzo con diametro adatto ad ospitare tutte le componenti impiantistiche necessarie

Se questo fosse irrealizzabile o il pozzo fosse già esistente e non adatto ad allocare una doppia pompa, si può ricorrere ad un sistema doppio pozzo, con il pozzo – olio costruito affianco a quello pre-esistente


Trattamento acque estratte

Separazione contaminanti inorganici (tipicamente metalli)

Aggiustamenti di pH verso tenori alcalini per favorire la precipitazione degli idrossidi di metallo, che possono poi essere separati per chiarificazione e filtrazione

Separazione contaminanti organici

Insufflazione/estrazione di aria in appositi reattori a torre per volatilizzare i VOC

l’acqua contaminata viene spruzzata dall’alto

Contaminanti meno volatili vengono generalmente adsorbiti su carboni attivi



Pompaggi Pre-trattamento

Reattore a torre

Carboni attivi

scarico



Reattore a torre


L6.B/PAG10


Analisi dei costi

Il progetto di un impianto di trattamento in un intervento di P&Tdeve minimizzare il rapporto costi/benefici

Come tale deve considerare il compromesso ottimale tra

Costi di realizzazione dell’impianto – immobilizzazioni capitali -

Costi d’esercizio dell’impianto – costi di gestione -

Capitali

Gestione


Pompaggi elevati riducono i tempi di recupero dell’acquifero, ma

non necessariamente si traducono in un ottimale rapporto

costi/benefici, poiché incrementano i costi di realizzazione

Il dimensionamento dell’impianto di trattamento dipende

dalla portata di prelievo complessiva

Maggiore è la portata di prelievo, maggiori sono le

immobilizzazioni capitali necessarie alla realizzazione di: piping,

vasche, serbatoi, pompe, ecc

I costi di realizzazione crescono al diminuire della durata

dell’intervento

Analisi dei costi


I costi di gestione includono:

Costi energetici

Costi per additivi chimici

Costi per forza – lavoro addetta alla gestione

Costi di manutenzione

Alcuni costi di esercizio sono invarianti con i tempi di escuzione: ad. es., a parità di volune d’acqua da trattare, i costi per additivi chimici non varia con la durata dell’intervento

I costi energetici e il costo della forza – lavoro al contrario aumentano all’aumentare della durata dell’intervento

Analisi dei costi


I costi di un intervento di P&T variano molto da sito e a sito e in qualche misura sono anche condizionati anche dalla tipologia di contaminanti da trattare

Un sistema dimensionato per una portata di prelievo:

Q = 450 l/min = 27 m3/h ~ 7.5 l/s

Costi di realizzazione (assumendo n. 5 pozzi) = 200’000 euro

Costi di esercizio = 10 euro/m3 acqua estratta

Per un intervento di 5 anni costo d’esercizio = 2,5 mil euro

Analisi dei costi

Costi di esercizio

Costi d’installazione


Analisi dei costi

Il rapporto costi/benefici degrada nel tempo poiché:

• il costo d’esercizio annuale è costante

• la quantità di contaminanti rimossi scende vertiginosamente

Il rapporto costi/benefici degrada nel tempo poiché:

• il costo d’esercizio annuale è costante

• la quantità di contaminanti rimossi scende vertiginosamente


A dispetto dei molti punti deboli, il P&T è una delle modalità di intervento più implementate per bonificare gli acquiferi contaminati

Il P&T ha dimostrato di essere molto efficace nella rimozione di elevate masse di contaminazione durante la fase iniziale dei pompaggi; inoltre, il P&T consente di bloccare rapidamente l’ulteriore propagazione degli inquinanti

Quando i pompaggi raggiungono la fase controllata dalle cinetiche di desorption e diffusione molecolare, se i livelli di contaminazione sono ancora superiori ai livelli ammissibili, saranno necessari diversi anni per completare la bonifica tramite P&T (5-50 anni)

Non ne consegue che il P&T ha fallito, ma piuttosto che èirrealistico aspettarsi la bonifica totale dell’acquifero solamente attraverso un P&T


L6.B/PAG11











Tecniche di bonificaTecniche di bonificaBIOREMEDIATIONBIOREMEDIATION

Il ricorso a tecnologie di bioremediation diventa essenziale laddove la rimozione fisica dei contaminanti incontra delle limitazioni invalicabili

Le seguenti:

sottosuolo molto eterogeneo/stratificato, con presenza di depositi a bassa permeabilità/porosità,

contaminanti con spiccata tendenza ad adsorbire sulla matrice solida,

accumuli di fasi oleose pesanti (DNAPL),

rappresentano situazioni dove tipicamente la rimozione fisica degli inquinanti incontra serie difficoltà

Generalità


La bioremediation in generale può essere di due tipi:

Intrinseca attenuazione naturale

Indotta biosparging

Generalità

Tecniche di bonificaTecniche di bonificaATTENUAZIONE NATURALEATTENUAZIONE NATURALE

L’attenuazione naturale è un metodo di trattamento metodo di trattamento passivo in passivo in situsitu basato su processi che si sviluppano spontaneamente nel sottosuolo e nell’acquifero e tendenti a:

Il processo

Adsorbimento sulla matrice solida

BiodegradazioneDegradazione abiotica

Idrodispersione

Ridurre le concentrazioni dei contaminanti

Contenere la propagazione della contaminazione


Affidarsi ai processi di attenuazione naturale non significa:

Non faccio nulla!

ma al contrario:

Verificare che le condizioni generali del sito consentano l’applicazione dell’attenuazione naturale

Verificare che la piuma d’inquinante sia stabile e che le proprietà idrodinamiche del sottosuolo siano adeguate

Verificare le pre-condizioni chimico – biologiche che l’attenuazione naturale sia in atto

Monitorare accuratamente e nel tempo il processo


Verificare le condizioni generali del sito

Condizioni ottimali

Assenza di recettori potenziali

Potenziali recettori ubicati a distanza

Assenza di pozzi idropotabili a valle

Limitazioni idrogeologiche dell’acquifero (corsi d’acqua, sorgenti, mare) ubicati a distanza

Necessità non impellente di re-impiego e ripristino del sito


L6.B/PAG12


Verificare stabilità della piuma d’inquinante e le proprietà idrodinamiche del sottosuolo

Condizioni ottimali

Rimozione sorgente primaria

Lisciviazione lenta dal non saturo

Espansione lenta dei contaminanti in soluzione

Gradiente idraulico basso

Sottosuolo a permeabilità non elevata

Velocitàidriche basse


Verificare pre-condizioni chimico-biologiche

Condizioni ottimali

Colonie batteriche acclimatate con i contaminanti

Adeguati quantitativi di accettoriaccettori di di elettronielettroni (aerobici/anaerobici)

Adeguati quantitativi di nutrientinutrienti

Potenziali redox favorevoli anche a reazioni di degradazione abiotiche

pH neutro, temperature non troppo basse (> 14°)

Carbonio organico naturale basso

• Ossigeno

• Fe(III)

• Nitrati

• Solfati

• Anidride carbonica

• Azoto

• Potassio

• Fosforo


Verificare stabilità della piuma d’inquinante e le proprietà idrodinamiche del sottosuolo

Verificare le condizioni generali del sito

Verificare pre-condizionichimico-biologiche

PIANO DI CARATTERIZZA-ZIONE ACCURATO

• Dati chimici e storici di contaminazione

• Dati idrogeologici e geochimici

• Dati biologici

PIANO DI MONITORAGGIO PROLUNGATO

Sperimenta-zioni su scala pilota o in laboratorio

Simulazioni modellistiche

Scenari di rischio

Previsioni attenua-zione


Applicabilità

BTEX

Alcuni aromatici clorurati

Alcuni alifatici non clorurati

Non adeguato per solventi clorurati e composti organici con C > 12


Vantaggi

Vantaggi propri di un trattamento in situ (no escavazione)

no rischi aggiuntivi legati a stoccaggio e movimento terre

no interruzioni attività sito

compatibilità con strutture interrate e sottoservizi

no cross contaminazione indotta da perforazioni, ecc

in condizioni ottimali, costi contenuti rispetto a trattamenti con elevati costi d’esercizio (energetici, ad es.)

Integrabilità con altre tecnologie


Svantaggi

Attività di monitoraggio prolungate

Caratterizzazione più impegnativa

Bassa accettabilità sociale e istituzionale

Variabilità nel tempo di condizioni idrogeologiche e

geochimiche possono inficiare previsioni attenuazione

Possibilità di reazioni indesiderate

incremento mobilità/tossicità contaminanti


L6.B/PAG13


Implementabilità reale

Negli USA a partire dal 1990 l’attenuazione naturale ha trovato una

certa implementazione (10%) su siti inquinati da idrocarburi

Nel 1998 erano il 48% del totale i siti trattati con un intervento di

attenuazione naturale

Nel 2002 si è tornati attorno al 10%, soprattutto perché una linea

guida dell’EPA ha reso più stringenti i criteri di applicabilità

dell’attenuazione naturale

In Europa con l’avvio di numerosi progetti comunitari si comincia ad

affacciare la possibilità di integrare l’attenuazione naturale con altre

modalità di intervento


La bioremediation in generale può essere di due tipi:

Intrinseca attenuazione naturale

Indotta biosparging

Generalità

Tecniche di bonificaTecniche di bonificaBIOSPARGINGBIOSPARGING

La bioremediation indotta (enhanced) consiste nel fornire all’acquifero attraverso pozzi d’immissione i nutrienti e l’ossigeno necessari alle colonie batteriche indigene per degradare i contaminanti organici in soluzione

Generalmente la biosparging trova applicazione combinata con SVE e BV, essendo quasi sempre la contaminazione originata nel non saturo

In questo caso i pozzi d’immissione saranno comuni e perforati fino all’acquifero

Generalità


Negli USA la prima applicazione di biosparging risale al 1975, su un acquifero contaminato da un carburante il cui principale costituente era l’ottano

Nutrienti come azoto e fosforo furono immessi direttamente nell’acquifero, unitamente all’aria, tramite pozzi di immissione

Il numero di batteri in pochi giorni si incrementarono di 3 ordini di grandezza e dopo dieci mesi fu portata a compimento la biodegradazione del carburante disciolto

Generalità


IL PROCESSO


La componente più onerosa del processo, sia dal punto di vista delle installazioni necessarie, che dal lato dei costi di gestione, è la somministrazione di ossigeno al sottosuolo

L’ossigeno può essere fornito allo stato puro o con insufflazione di aria.

In alternativa: il perossido di idrogeno è un veicolo di ossigeno molto efficace, anche se molto costoso

Di recente è stato brevettato dalla Regenesis BioremedationProduct un sistema molto efficace di apporto di ossigeno: il cosiddetto ORC – Oxygen Release Compound -

IL PROCESSO


L6.B/PAG14


IL PROCESSO ORC

Perossido di magnesio (Perossido di magnesio (MgOMgO22) per il rilascio ) per il rilascio lento di ossigeno in acquiferolento di ossigeno in acquifero

Il perossido di magnesio viene miscelato Il perossido di magnesio viene miscelato a sabbia in un tuboa sabbia in un tubo-- filtrato, che viene filtrato, che viene calato in pozzo dcalato in pozzo d’’immissioneimmissione

LL’’idratazione del perossido di magnesio, idratazione del perossido di magnesio, in presenza della sabbia, forma una in presenza della sabbia, forma una colonna di cementocolonna di cemento

La colonna di La colonna di ““cementocemento”” rilascerrilascerààgradualmente ossigeno allgradualmente ossigeno all’’acquifero, acquifero, attraverso il pozzoattraverso il pozzo

MgOMgO22 + H+ H22O O 1/2 O1/2 O22 + Mg(OH)+ Mg(OH)22


IL PROCESSO ORC


IL PROCESSO ORC


VOC, SVOC e idrocarburi pesanti possono essere trattati con interventi di biosparging

Eventuale prodotto libero galleggiante deve essere preventivamente rimosso per evitare che l’aria insufflata ne provochi la solubilizzazione

E’ fondamentale studiare su microcosmo i nutrienti da apportare ai batteri autoctoni per stimolarne l’azione degradativa

Il sottosuolo deve essere adatto alla circolazione di aria, ossia, abbastanza permeabile e omogeneo da consentire ai nutrienti e all’ossigeno immesso di raggiungere agevolmente la piuma di contaminazione

APPLICABILITA’


Il sistema ORC rappresenta una modalità più efficiente di fornire l’ossigeno all’acquifero

In particolare è caratterizzato da minori vincoli attinenti la permeabilità del mezzo, in quanto riesce ad ossigenare anche zone a bassa permeabilità

APPLICABILITA’

Tuttavia il rilascio di ossigeno èinadeguato per il trattamento di elevate concentrazioni

L’immissione di ORC rappresenta un’ottima opzione per il completamento di un intervento di P&T, dopo la rimozione di massa (I fase)


P&T + bioremediation indotta con ORC®


L6.B/PAG15












GeneralitGeneralitàà

Barriere Permeabili reattive (PRB)Barriere Permeabili reattive (PRB)

Una PRB consiste in una trincea riempita di materiale reagente permeabile, realizzata preferibilmente fino al substrato impermeabile dell’acquifero, in posizione/configurazione tale da intercettare completamente il pennacchio di contaminante proveniente da monte




LL’’intervento pertanto intervento pertanto èè del tipo: passivo, in del tipo: passivo, in situsitu

Laddove applicabile, rappresenta la migliore Laddove applicabile, rappresenta la migliore alternativa al pialternativa al piùù tradizionale metodo di bonifica tradizionale metodo di bonifica delle acque sotterranee di delle acque sotterranee di pumppump--andand--treattreat..


Solventi clorurati e organici in genere, metalli, Solventi clorurati e organici in genere, metalli, inorganici e inorganici e radionuclidiradionuclidi

Il materiale di riempimento conferisce alla PRB Il materiale di riempimento conferisce alla PRB proprietproprietàà chimico chimico –– biologiche diverse e biologiche diverse e differente finalitdifferente finalitàà::

Barriere ad Barriere ad adsorbimentoadsorbimento

Barriere a precipitazioneBarriere a precipitazione

Barriere biologicheBarriere biologiche



Agiscono sulla mobilitàdell’inquinante

Agiscono sulla tossicitàdell’inquinante


Barriere ad Barriere ad adsorbimentoadsorbimento

Trattengono gli inquinanti con reazioni di Trattengono gli inquinanti con reazioni di scambio ionicoscambio ionico

Barriere a precipitazioneBarriere a precipitazione

Il reagente offre allIl reagente offre all’’inquinante un inquinante un reticolo di siti per legami stabilireticolo di siti per legami stabili

Barriere biologicheBarriere biologiche

I contaminanti vengono degradati a I contaminanti vengono degradati a sostanze meno tossiche attraverso sostanze meno tossiche attraverso ll’’apporto di nutrienti e ossigeno apporto di nutrienti e ossigeno


GeneralitGeneralitààDeterminano anche precipitati, agendo sullo stato di ossidazione

attraverso sequenze di reazioni redox i contaminanti vengono trasformati i composti insolubili che precipitano

nel caso di inquinamento da metalli solfuri di metallo


Barriere ad adsorbimento

Reagenti

Zeoliti

Carboni attivi

L’interazione non è durevole e possono verificarsi fenomeni di saturazione e quindi di desorption

Sul lungo periodo si riduce la permeabilità della barriera

Tecniche di bonificaTecniche di bonificaBarriere Permeabili reattive (PRB)Barriere Permeabili reattive (PRB)


L6.B/PAG16

Barriere a precipitazione

Reagenti

calce Ca(OH)2

calcare CaCO3

di recente, idrossiapatite CaPO4

Non sono progettate per alterare lo stato di ossidazione dei contaminanti, ma per fornire ligandsper la formazione di precipitati solidi

L’interazione è stabile ma la permeabilità della barriera progressivamente si riduce



Barriere biologiche

Il materiale di riempimento è costituito da un substrato su cui può svilupparsi l’attività di ceppi batterici selezionati, che mediano le reazioni di ossido - riduzione che portano alla progressiva de-clorurazione dei composti clorurati

Altri microrganismi solfato-riduttori sono impiegati per la rimozione di metalli pesanti in soluzione fino alla creazione di solfuri



Reagenti: criteri di scelta

•• disponibilitdisponibilitàà in termini di in termini di reperibilitreperibilitàà e e commercializzazionecommercializzazione•• proprietproprietàà idraulicheidrauliche (la conducibilit(la conducibilitàà idraulica deve essere idraulica deve essere superiore a quella dellsuperiore a quella dell’’acquifero in cui si interviene)acquifero in cui si interviene)•• compatibilitcompatibilitàà ambientaleambientale (il materiale reagente non deve (il materiale reagente non deve introdurre alcun composto tossico nella falda)introdurre alcun composto tossico nella falda)•• reattivitreattivitàà (sono preferibili reagenti con elevata superficie (sono preferibili reagenti con elevata superficie specifica che siano in grado di garantire elevate velocitspecifica che siano in grado di garantire elevate velocitàà di di reazione)reazione)•• costocosto•• stabilitstabilitàà (il comportamento del reagente deve mantenersi stabile (il comportamento del reagente deve mantenersi stabile nel tempo)nel tempo)


Il ferro granulare zero valente è il composto maggiormente impiegato nelle PRB grazie alla facile reperibilità ed alla sua economicità


Reagenti: ferro zeroReagenti: ferro zero--valentevalente


Parametri caratterizzanti il ferro zero-valente


Reagenti: FeReagenti: Fe00



Costi d’esercizio contenuti

Nessuna struttura in superficie

Ampia applicabilità: solventi clorurati e contaminanti organici non volatili in genere, metalli, inorganici e radionuclidi

Composti organici a bassa clorurazione non necessitano di interventi batterici: sufficienti reazioni redox su Fe0

Consente di continuare l’operatività produttiva nell’area di intervento

Si può utilizzare in combinazione con altre tecnologie di processo per la completa bonifica “in situ” di un’ampia gamma di inquinanti delle acque sotterranee

VantaggiVantaggi


L6.B/PAG17


Profondità della trincea limitata dalla apparato di scavo (40 – 50 m massimo)

Ottimale per intervenire su acquiferi superficiali delimitati da substrati impermeabili a non più di 10 m dal p.c.

Le barriere ad adsorbimento e/o precipitazione necessitano di strategia post-trattamento del reagente esausto ed eventualmente della sua sostituzione e/o rigenerazione

Occorre monitorare le riduzioni di permeabilità che potrebbero nel tempo essere tali da “suggerire” all’acquifero vie di fuga laterali alla barriera

AvvertenzeAvvertenze

•• barriere continuebarriere continue

•• sistema sistema funnelfunnel and gateand gate


Configurazioni Configurazioni installativeinstallative



Configurazione a barriera continuaConfigurazione a barriera continua



Configurazione a Configurazione a FunnelFunnel & Gate& Gate


Barriere continue

Vantaggi

• minori difficoltà progettuali

Svantaggi

• alti costi di installazione e di gestione del reagente

• monitoraggio esteso

• difficoltà nel sostituire il reagente.

Barriere continueBarriere continue

VantaggiVantaggi

•• minori difficoltminori difficoltàà progettualiprogettuali

SvantaggiSvantaggi

•• alti costi di installazione e di alti costi di installazione e di gestione del reagentegestione del reagente

•• monitoraggio estesomonitoraggio esteso

•• difficoltdifficoltàà nel sostituire il nel sostituire il reagente.reagente.

Funnel and gate

Vantaggi

• riduce i costi di impianto, del reagente e di monitoraggio

Svantaggi

• fase progettuale più lunga

• conoscenza molto accurata del sito e della situazione idrogeologica

FunnelFunnel and gateand gate

VantaggiVantaggi

•• riduce i costi di impianto, del riduce i costi di impianto, del reagente e di monitoraggioreagente e di monitoraggio

SvantaggiSvantaggi

•• fase progettuale pifase progettuale piùù lungalunga

•• conoscenza molto accurata del conoscenza molto accurata del sito e della situazione sito e della situazione idrogeologicaidrogeologica


Configurazioni: vantaggi & svantaggiConfigurazioni: vantaggi & svantaggi


Ipotizzando, per necessità di semplificazione, una cinetica di degradazione del primo ordine per simulare il fenomeno di ossidoriduzione dei contaminante, è valida la seguente espressione:

dove: C = concentrazione del contaminante in fase disciolta [M L-3]λ = costante di degradazione del primo ordine [L3M-1T-1]ρm = massa volumica del reagente per volume di soluzione [M L-3]t = tempo di contatto tra il contaminante in fase disciolta ed il reagente [T]

CdtdC

mλρ−=


Criteri di dimensionamentoCriteri di dimensionamento



L6.B/PAG19

Per quanto riguarda la configurazione Funnel & Gate, il dimensionamento risulta essere piùcomplesso per la presenza di due componenti da trattare:

Il Gate, che viene dimensionato come la barriera permeabile reattiva continua

Il Funnel, che deve essere dimensionato

correttamente a causa della perturbazione

del campo di moto generato dallo stesso




Barriera continua

Trincea (per profonditàminori di 5 metri)


Tecniche costruttiveTecniche costruttive


pali accostati, paratie (profondità maggiore di 5 metri)

Barriera continua




Riempimento con ferro zero

valente

Barriera continua




pannelli metallici

Funnel




diaframma

Funnel





L6.B/PAG18

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

0m CC1t ln

λρ

tCC

m0

λρ−=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ln

Integrando l’equazione precedente si può ricavare il tempo di permanenza

dove: C0 = concentrazione iniziale del contaminante in fase disciolta [M L-3]t = tempo di permanenza all’interno della barriera reattiva [T]

E’ possibile così valutare il tempo di permanenza all’interno della barriera definito come la durata temporale in cui il contaminante deve interagire con il materiale reagente per ridurre la sua concentrazione C0 sino alla concentrazione C definita come obiettivo di bonifica:




Ricavando il volume della barriera dall’espressione del tempo di permanenza e moltiplicando per la densità bulk del ferro ρb, si ottiene la massa totale di reagente da impiegare.

Tempo di permanenza:

dove:

e porosità della barriera reattiva

V volume della barriera reattiva

Q portata di acqua in ingresso alla barriera




La portata in ingresso alla barriera è esprimibile mediante la legge di Darcy:

nella quale:

A area trasversale attraversata dall’acqua L2

k conducibilità idraulica dell’acquifero LT-1

i gradiente piezometrico




Ricavando il volume della barriera dall’espressione del tempo di permanenza e moltiplicandolo per la densità di bulk del ferro ρb, si ottiene la massa totale di ferro da impiegare:

e sapendo che ρb=ερm :

FCCkiAW 0 ⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛= ln

λ

dove F rappresenta un coefficiente di sicurezza pari a 1.2




Lo spessore S della barriera, parallelamente alla direzione di flusso, risulta conseguentemente essere pari al rapporto tra il volume della barriera e la sezione trasversale al flusso:




Un dimensionamento più accurato dovrebbe tenere conto del tempo necessario per tutte le reazioni intermedie di un contaminante durante la sua degradazione, richiedendo la risoluzione di un sistema diequazioni differenziali per ricavare il tempo di permanenza all’interno della barriera.

Es. degradazione del percloroetilene:





L6.B/PAG20

Trincee con malta e argilla

Funnel




Cassa di pannelli metallici

Gate




Sistemi di pali o paratie

accostate

Gate




Sistemi speciali

Gate




Barriere Permeabili reattive (PRB)Barriere Permeabili reattive (PRB)Tecniche di bonificaTecniche di bonifica

Applicazioni in EuropaApplicazioni in EuropaOverviewOverview

Disciplina italiana delle bonificheDisciplina italiana delle bonifiche

Tecniche dTecniche d’’interventointervento

Criteri di selezione delle tecnologie di bonificaCriteri di selezione delle tecnologie di bonifica

SOMMARIOSOMMARIO

Definire : strategia di bonifica

Uso mix e/o in sequenza di tecniche d’intervento con obiettivi e tempi differenziati


L6.B/PAG21

1. Capacità di interagire con i contaminanti presenti (rendimento di rimozione o capacità di immobilizzazione) [P1]

2. Stato di sviluppo della tecnologia (tecnologia ampiamente collaudata o meno) [P2]

3. Possibilità di far parte di un trattamento integrato [P3];

4. Disponibilità sul mercato [P4];

5. Affidabilità della tecnologia (possibili blocchi dell'impianto; emissioni o sversamenti accidentali; comportamento a lungo termine del materiale trattato) [P5]

Criteri di selezione delle Criteri di selezione delle tecnologie di bonificatecnologie di bonifica

6. Tempo necessario per il completamento della bonifica [P6]

7. Impatto ambientale (impatto dell'installazione; danneggiamento di un qualsiasi comparto ambientale dovuto al processo di trattamento) [P7]

8. Costo totale [P8]

9. Accettabilità dal punto di vista sociale (percezione rischio emissioni accidentali) [P9]

Criteri di selezione delle Criteri di selezione delle tecnologie di bonificatecnologie di bonifica

TESTI DI RIFERIMENTO

Fetter CW (1999) Contaminant hydrogeology, Prentice Hall Fetter CW (2001) Applied hydrogeology, Prentice Hall Domenico PA & Schwartz FW (1997) Physical and chemical hydrogeology, Wiley and Sons Petts J, Cairney T, Smith M (1997) Risk-based contaminated land investigation and assessment, Wiley and Sons Nathanail C, Bardos RP (2004) Reclamation of contaminated land, Wiley and Sons Bardos RP, Nathanail C (2004) Contaminated land management handbook, T. Telford De Marsily G, Quantitative hydrogeology Bear J, Hydraulics of Groundwater, Dover

Notizie sull’autore

Mi sono laureato in Ingegneria Civile presso l’Università della Calabria, con una Tesi che trattava la correlazione geostatistica tra dati idrogeologici e dati geofisici finalizzata alla mappatura 3D della permeabilità idraulica del campo prove di acque sotterranee del Dipartimento di Difesa del Suolo presso Montalto Uffugo (CS) – Relatore: Prof. Salvatore Troisi.

Il lavoro di Tesi ha fornito le basi per una pubblicazione su Hydrogeological Journal nel 2000.

Nel 2002 ho conseguito il Dottorato di Ricerca in Geoingegneria Ambientale presso il Politecnico di Torino, con una Tesi sui criteri decisionali per la scelta delle tecniche di intervento ottimali per la bonifica di un sito contaminato da metalli pesanti, con specifico riferimento al sito d’interesse nazionale della ex Pertusola Sud a Crotone – Relatore: Prof. Antonio Di Molfetta

Qualche anno prima, nel 1997, avevo effettuato un soggiorno studio di un anno presso il gruppo di acque sotterranee del Dipartimento di Idraulica del Laboratorio Nazionale di Ingegneria Civile di Lisbona, coordinato dal Dr. Ing. Joao Paulo Lobo-Ferreira

Nel 1999 ho fondato la EM Engineering & Monitoring srl (ved. foto), società di ingegneria che convoglia buona parte delle mie energie ed attività professionali e che a tutt’oggi è fonte di grandi soddisfazioni.

Dal Giugno 2004 al Giugno 2006 sono stato assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Difesa del Suolo dell’Università della Calabria.

Nel Novembre 2006 ho partecipato alla fondazione di Laqua srl, spin-off accademico promosso dal Prof. Troisi per ricerca e sviluppo in campo ambientale.

Negli ultimi dieci anni ho avuto modo di fare molte docenze teoriche e applicative, nell’ambito dei corsi di Idrologia Sotterranea e di Bonifica di Siti Contaminati tenuti dal Prof. Troisi presso l’Università della Calabria, ma anche nell’ambito di corsi IFTS e di Master di III Livello. Di pari passo ho dedicato una buona fetta di tempo alla ricerca scientifica, sfociata in una trentina di paper e comunicazioni convegnistiche nazionali e internazionali.

Sotto il profilo consulenziale, il caso più importante di cui mi sono occupato, in più occasioni dal 2003 ad oggi, è quello del sito d’interesse nazionale della ex Pertusola Sud di Crotone.

Contatti: [email protected]

Migliari Corso Base Siti Contaminati Parte 3 Di 3

Documents

Transcript of Migliari Corso Base Siti Contaminati Parte 3 Di 3