Applicazione in campo della microemulsione ELS per il trattamento ERD di acquiferi contaminati da solventi clorurati e/o cromo VI: Esperienze italiane

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Marco Volpi
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Applicazione in campo della microemulsione ELS per il trattamento ERD di acquiferi contaminati da solventi clorurati e/o cromo VI: Esperienze italiane A.Leombruni, M.

1 Applicazione in campo della microemulsione ELS per il trattamento ERD di acquiferi contaminati da solventi clorurati e/o cromo VI: Esperienze italiane A.Leombruni, M.Mueller PeroxyChem; Pennsylvania USA CONVEGNO: Tecnologie di bonifica delle acque contaminate Mercoledì, 20 Settembre RemTech Expo 2017 (20, 21, 22 Settembre) FerraraFiere Ferrara Fiere Congressi, Ferrara

PeroxyChem: Soluzioni Ambientali di Bonifica PeroxyChem è leader mondiale nell ambito di tecnologie di bonifica di terreni ed acquiferi contaminati.

2 PeroxyChem: Soluzioni Ambientali di Bonifica PeroxyChem è leader mondiale nell ambito di tecnologie di bonifica di terreni ed acquiferi contaminati. Tendiamo a seguire e supportare gratuitamente il cliente in ogni singola fase dell intervento, dalla scelta iniziale della strategia di trattamento alla fase di dimensionamento e fino al monitoraggio post-applicazione. Il nostro gruppo: - Più di 20 professionisti del settore ambientale - Più di 5 ingegneri Ph.D. - Più di 25 anni di tecnologie innovative brevettate per il risanamento La nostra esperienza: - Oltre tons di terreni trattati nel Migliaia di acquiferi trattati in tutto il mondo Le nostre capacità: - Due laboratori specializzati in ricerca e studi di fattibilità - Supporto tecnico durante l intero iter di bonifica - Una vasta gamma di tecnologie di bonifica

3 Principali Tecnologie di Trattamento Basate su Solide Basi Scientifiche Ossidazione Chimica In Situ (ISCO): Applicazione di efficaci reagenti ossidanti direttamente nel mezzo contaminato (terreno e/o acquifero) per distruggere la massa contaminante organica presente Riduzione Chimica In Situ (ISCR): Sistema integrato chimico e biologico al fine di creare un ambiente fortemente riducente che stimoli la degradazione chimica e biologica di composti organo-clorurati, anche quelli maggiormente persistenti Biorisanamento aerobico e/o Declorurazione riduttiva potenziata (ERD): L utilizzo di agenti biologici in combinazione con una fonte di elettro-donatore (biostimolazione) o di ossigeno, al fine di rimuovere i contaminanti organici presenti nei suoli ed acquiferi contaminati Immobilizzazione/Stabilizzazione: L utilizzo di reagenti chimici reattivi che complessino ed immobilizzino i metalli o che deteriorino ed incapsulino NAPL

4 Principali Tecnologie di Trattamento Basate su Solide Basi Scientifiche

5 Strategia di bonifica Concentrazioni dei contaminanti Obiettivi di bonifica 10,000 20,000 µg/l Prodotto libero Ossidazione chimica - ISCO Biorisanamento aerobico Riduzione chimica - ISCR Biorisanamento anaerobico - ERD Perchè utilizzare tecnologie a lento rilascio controllato in falda?

(substrato di respirazione) invece di ossigeno, nitrati, solfati etc.

solventi clorurati dove cis-dce e VC sono i comuni sottoprodotti, prima

Il processo risulta principalmente mediato attraverso i batteri

6 Che cosa è il biorisanamento ERD? Utilizzo dei contaminanti in falda come elettro-accettori finali (substrato di respirazione) invece di ossigeno, nitrati, solfati etc. Il processo coinvolge la declorurazione riduttiva sequenziale dei solventi clorurati dove cis-dce e VC sono i comuni sottoprodotti, prima della formazione di etene/etano. Il processo risulta principalmente mediato attraverso i batteri Dehalococoides che risultano sempre presenti in falda ma hanno bisogno dell opportuno ambiente per crescere di densità e, quindi, favorire la rapida biotrasformazione dei contaminanti.

Microemulsione a base di lecitina (ELS TM ) Composizione Substrato a base di lecitina che include: Miscela di colina, acidi grassi, glicerolo, glicolipidi, trigliceridi, fosfolipidi e zuccheri.

7 Microemulsione a base di lecitina (ELS TM ) Composizione Substrato a base di lecitina che include: Miscela di colina, acidi grassi, glicerolo, glicolipidi, trigliceridi, fosfolipidi e zuccheri. Polisaccaridi & zuccheri per la rapida creazione di condizioni riducenti in falda Fosfolipidi per il rilascio nel medio-lungo termine (superiore a 3 anni) Rilascio controllato e lento di azoto & fosforo organici biodisponibili Disponibilità Pre-emulsionato al 25% Concentrato al 100% (consistenza simile al miele)

Proprietà della microemulsione ELS TM Facile da iniettare in falda Molecola bipolare che forma un

BIOdisponibili Proprietà AUTO-distributive Natura idrofilica dei fosfolipidi favorisce

dimensione delle micelle (60% <1µm e 85% <2μm) Sorgente efficiente di idrogeno H 2(aq) 32.

8 Proprietà della microemulsione ELS TM Facile da iniettare in falda Molecola bipolare che forma un emulsione stabile facile da iniettare Lento rilascio di nutrienti Fornisce N e P organici BIOdisponibili Proprietà AUTO-distributive Natura idrofilica dei fosfolipidi favorisce AUTOdistribuzione sotterranea della microemulsione grazie al trasporto della falda Piccola dimensione delle micelle (60% <1µm e 85% <2μm) Sorgente efficiente di idrogeno H 2(aq) 32.5% in peso di idrogeno H 2(aq) attivo rilasciato via fermentazione anaerobica Lunga durata Profilo di rilascio controllato superiore a 3 anni

9 Rendimento di produzione di H 2(aq) per differenti elettro-donatori organici Prodotto Microemulsione concentrata a base di lecitina (100%) Concentrazione del prodotto (%) Rendimento teorico d idrogeno rilasciato* (g H 2 /g substrato) Olio vegetale emulsionato Soluzioni a base di lattato ed esteri di polilattato Soluzione di lattato di sodio L utilizzo di idrogeno in fase acquosa da parte dei batteri risulta essere influenzato anche da altri fattori, inclusi: La velocità di biodegradazione (longevità del substrato) Distribuzione sotterranea del substrato BIOdisponibilità dei nutrienti ph, Temperatura

10 Microemulsione a base di lecitina (ELS TM ) Caratteristiche Principali Componente organico principale Componenti organici secondari Nutrienti Idrogeno equivalente attivo Bilancio Idrofilico-Lipofidico (HLB) Misura della mobilità in falda (più basso il valore, minore la mobilità in acqua) Attività superficiale Misura la stabilità dell emulsione e la capacità di produrre micelle Proprietà Antiossidanti (favoriscono il trasporto in falda e permettono al ferro ferroso di generare reazioni abiotiche di degradazione CVOCs) Longevità Sicurezza Applicazione Fosfolipidi Trigliceridi, acidi grassi, carboidrati complessi, polisaccaridi e antiossidanti N e P organici (g H 2 /g substrato) 20 Fosfolipidi sono anfifilici per natura ed allo stesso tempo idrofilici ed lipofilici; per questo la lecitina è un emulsionante ampiamente utilizzato. Lecitina contiene tocoferolo (Vitamina E), un antiossidante naturale. Superiore a 3 anni Prodotto in Europa, utilizzando materie prime pure e non contenti OGM, rispettando i più alti standard di qualità internazionali richiesti Direct Push, piezometri fissi, aste valvolate, sistemi di ricircolo, scavo aperto etc.

etc. Pesticidi ed erbicidi clorurati Toxafene, Clordano, Dieldrin,

11 Principali Contaminanti Trattabili Eteni ed Etani clorurati PCE, TCE, cis-dce, 1,1-DCE, VC 1,1, 2,2-TeCA, 1,1,1-TCA CT, CF 1,2 DP etc. Pesticidi ed erbicidi clorurati Toxafene, Clordano, Dieldrin, Pentaclorofenoli Energetici TNT, DNT, RDX, HMX, Perclorato Cromo esavalente

1. Caso Applicativo Italia Condizioni pretrattamento POC Complesso industriale dismesso Superficie di trattamento: > 2.000 m 2 Spessore di trattamento: 3 m Superficie piezometrica: 10 m da p.

12 1. Caso Applicativo Italia Condizioni pretrattamento POC Complesso industriale dismesso Superficie di trattamento: > m 2 Spessore di trattamento: 3 m Superficie piezometrica: 10 m da p.c Matrice satura: sabbia medio-fine V falda 20 m/a Condizioni geochimiche acquifero: Aerobicità modesta, ph neutro Contaminazione: PCE > 6 mg/l, VC > 1 mg/l, DP > 0.01 mg/l, CF > 0.01 mg/l Obiettivo di trattamento: Limiti CSC D.Lgs. 152/2006 al POC

circa 49 m 3 di microemulsione al 10% Pressione iniettiva media 7 8 bar Portata

13 Attività di trattamento in situ Applicazione: Iniezione diretta in 51 piezometri fissi Campagna iniettiva 94 kg di ELS concentrato per punto Iniezione totale di circa 49 m 3 di microemulsione al 10% Pressione iniettiva media 7 8 bar Portata iniezione media 30 L/min Applicazione: ottobre 2016 Controllo idraulico del plume (P&T)

14 Concentrazione Risultati post-applicazione (12 mesi) Degradazione biologica (Declorurazione riduttiva potenziata) Tempo PCE TCE DCE VC Etene

16 LOFFLER Complete reductive dechlorination of 1,2-dichloropropane by Anaerobic Bacteria APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY, July 1997, p Declorurazione riduttiva potenziata: sostituzione degli atomi alogenati con H + 1,2-D Monocloropropano (isomeri 1-CP o 2-CP) Propilene (o propene) Dicloroeliminazione potenziata: rimozione di due atomi alogenati adiancenti con formazione di un doppio legame C=C 1,2-D Propilene

17 Principali parametri geochimici dell acquifero trattato Netto incremento di Mn & Fe(II) in soluzione come cometaboliti di respirazione anaerobica ERD Diminuzione DO (mg/l) e solfati (mg/l) elettroaccettori di competizione ph stabile nel range della neutralità

2. Caso Applicativo Italia Superficie da trattare: > 1.

10 15 m/a Acquifero aerobico (pre-trattamento) Applicazione: Iniezione diretta; Numero punti iniezione

18 2. Caso Applicativo Italia Superficie da trattare: > m 2 ; Spessore di trattamento: 5 m; Geologia: ghiaia sabbiosa; V falda ca m/a Acquifero aerobico (pre-trattamento) Applicazione: Iniezione diretta; Numero punti iniezione per fronti : 42 Profondità della superficie piezometrica: 5 m da p.c.; Contaminazione: CrVI > µg/l, VOCs ca. 50 µg/l Campagna iniettiva: ca. 163 kg di ELS concentrato per punto.

19 Risultati Netto incremento di TOC & Fe(II) confermando l effettiva disposizione del prodotto TOC = 3.3 to 18.6 mg/l dopo 40 settimane, al di sopra del range di fondo compreso fra <0.8 e 1.8 mg/l.

20 In Sintesi. Contaminanti trattabili con ELS : Eteni clorurati Metani clorurati Alcuni metalli pesanti (es.crvi) Alcuni pesticidi & erbicidi Alcuni esplosivi organici Condizioni di applicabilità ELS: Ampio range di permeabilità Flusso di falda da moderato a veloce Trattamento del plume di contaminazione Trattamento di zone sorgenti diffuse Livello di contaminazione: Ampia gamma in base alla tipologia di contaminante ed alle condizioni sito-specifiche Longevità ELS: Metodi di applicazione per ELS: Direct push Iniezione in pressione mediante pozzi fissi Applicazione in fondo scavo Sistemi di ricircolazione Tipicamente superiore a 3 anni con una sola iniezione in falda

21 GRAZIE PER L ATTENZIONE, Dott./Ing. Ph.D Alberto Leombruni Società PeroxyChem LCC Telefono alberto.leombruni@peroxychem.com

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