Metodi Analitici e Ripristino Ambientale. Piano di Caratterizzazione

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1 Metodi Analitici e Ripristino Ambientale Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie per l Ambiente e il Territorio Modulo 1 Metodologie di Caratterizzazione e di Bonifica dei Siti Contaminati Lezione 3 Piano di Caratterizzazione prof. Andrea Tapparo Università degli Studi di Padova Dipartimento di Scienze Chimiche 6 piano, tel andrea.tapparo@unipd.it A.A. 2014/2015 A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 1

2 Indagine Preliminare, D.Lgs. 152/2006 La procedura individuata dal nuovo testo è sinteticamente la seguente: Confronto con concentrazioni soglia di contaminazione (CSC) (concentrazione limite tabellate) No superamento: sito non contaminato Superamento: sito potenzialmente contaminato. Applicazione analisi di rischio per valutare se il sito è realmente contaminato Si ricorda che: Un sito Se risulta il sito è non contaminato quanto se l analisi la contaminazione di rischio evidenzia rilevata un rischio nelle matrici sanitario, ambientali allora risulti necessita inferiore di bonifica. ai valori Gli obiettivi di concentrazione della bonifica saranno soglia di contaminazione calcolati applicando (CSC) oppure, di nuovo se un superiore, modello di analisi risulti di comunque rischio sanitario inferiore ai valori sito- di specifico. concentrazione soglia di rischio (CSR) determinate a seguito dell analisi di rischio sanitario e ambientale sito specifica. Le CSC rappresentano i livelli di contaminazione delle matrici ambientali al di sopra dei quali è necessaria la caratterizzazione del sito e l analisi di rischio sito specifica, come individuata nell Allegato 5 alla Parte Quarta del D.Lgs. 152/2006. A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 2

3 D.Lgs. 152/2006, Parte Quarta, Titolo V Bonifica dei siti contaminati Allegati Allegato 1 Criteri generali per l analisi di rischio sanitario ambientale sito-specifica. Allegato 2 - Criteri generali per la caratterizzazione dei siti contaminati. Allegato 3 - Criteri generali per la selezione e esecuzione degli interventi di bonifica e ripristino ambientale, di messa in sicurezza (d urgenza, operativa o permanente), non che per l individuazione delle migliori tecniche di intervento a costi sopportabili. Allegato 4 - Criteri generali per l applicazione di procedure semplificate. Allegato 5 Valore di concentrazione limite accettabili nel suolo e nel sottosuolo riferiti alla specifica destinazione d uso dei siti da bonificare. A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 3

4 D.Lgs. 152/2006, Parte Quarta, Titolo V Allegato 2 - Criteri generali per la caratterizzazione dei siti contaminati L Allegato 2, si differenzia profondamente dall analogo Allegato 2 del DM 471/1999, essendo quest ultimo molto più dettagliato e recante precisi criteri per la caratterizzazione di un sito. Ad esempio il DM 471/1999 recava anche il numero minimo di campionamenti di suolo ed acque da eseguire in funzione della estensione del sito stesso, le modalità di prelievo conservazione e trasporto dei campioni, i criteri per il controllo della qualità delle operazioni di campionamento ed analisi; etc. L attuale Allegato 2 invece è molto generico e reca dei passaggi relativi a procedure più di ordine amministrativo che tecnico. A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 4

5 Iter della Caratterizzazione Ricostruzione storica delle attività produttive svolte Elaborazione del Modello Concettuale Preliminare e predisposizione di un piano d indagine ambientale Esecuzione del piano di indagine e delle eventuali indagini integrative Elaborazione dei dati raccolti e dei risultati ottenuti Elaborazione del Modello Concettuale Definitivo Calcolo CSR mediante Analisi di Rischio su cui impostare il Progetto Operativo di Bonifica A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 5

6 Piano della caratterizzazione Descrizione dettagliata del sito e di tutte le attività in corso e pregresse Individuazione delle correlazioni tra attività svolte e contaminazione Descrizione delle componenti ambientali nel sito e nell area influenzata Descrizione delle condizioni necessarie per protezione ambientale e tutela salute Presentazione di un piano delle indagini (per definire tipo/grado/estensione della contaminazione) Si articola in: 1. Raccolta e sistematizzazione dei dati esistenti 2. Caratterizzazione del sito in base ai dati esistenti e formulazione preliminare del Modello Concettuale 3. Piano di investigazione iniziale A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 6

7 Raccolta dei dati Al fine di ricostruire un accurata descrizione del sito in esame e raccogliere la documentazione necessaria ad impostare ulteriori indagini, devono essere svolti accertamenti documentali, ispezioni sul sito e sull'area esterna possibilmente interessata dalla contaminazione. Per avviare lo studio delle caratteristiche del sito e della possibile contaminazione devono essere raccolti tutti i dati e le informazioni già esistenti: la documentazione deve essere raccolta a carico del responsabile della progettazione, organizzata ed analizzata in accordo con i tecnici delle autorità competenti, in modo da corrispondere ai criteri e agli elaborati richiesti per la redazione del Piano della caratterizzazione. A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 7

8 Raccolta dei dati In base alla tipologia del sito, le informazioni e la documentazione da raccogliere per la progettazione dei successivi interventi comprendono: tipologia del sito, ad esempio area industriale dismessa, discarica illegale, area industriale in attività, sversamento mappatura dettagliata dell'area e localizzazione del sito cartografia storica uso del sito attuale e destinazione d'uso prevista dagli strumenti urbanistici atti amministrativi e giudiziari riguardanti il sito planimetria degli edifici, impianti produttivi e infrastrutture, sia presenti che smantellati tipologia ed elenco completo di materiali e sostanze utilizzati per le lavorazioni, riferita al periodo completo delle attività che hanno avuto luogo sull'area, ed in particolare: zone di accumulo dei materiali (liquidi e solidi) sia superficiali che interrate; impianti e infrastrutture sotterranee (quali fognature, tubature, reti di distribuzione) A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 8

9 Raccolta dei dati eventuali discariche presenti nell area, con presentazione dettagliata dei dati quali: tipo e volume dei rifiuti, condizioni di impermeabilizzazione e ricoprimento, presenza di percolato, di emissioni gassose, danni alla vegetazione descrizione dettagliata di tutte le attività (produttive, di stoccaggio, raccolta rifiuti, militari, minerarie,..) svolte sull'area e degli impianti annessi descrizione e mappatura delle attività di trasporto e delle zone di carico e scarico prodotti e merci indicazione dell'intervallo temporale di uso degli impianti destinati alle diverse attività o delle attività di discarica tempi di dismissione dei singoli impianti e/o fabbricati presenti A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 9

10 Raccolta dei dati Le informazioni riferite al sito dovranno essere corredate dalla caratterizzazione dell ambiente circostante e del territorio mediante: caratterizzazione dettagliata geologico-stratigrafica, idrogeologica del sito e dell area influenzata dal sito analisi della presenza di pozzi e prelievi di acque sotterranee e relativa cartografia descrizione dei corpi idrici superficiali descrizione degli ambienti naturali serie storiche di rilievi aereofotogrammetrici analisi delle cartografie storiche analisi della distribuzione della popolazione residente e delle altre attività antropiche descrizione delle reti viarie, ferroviarie, principali vie di trasporto risultati di analisi svolte sulle acque sotterranee, superficiali, sugli ecosistemi dell area influenzata dalle caratteristiche del sito A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 10

11 Piano di investigazione iniziale Ai fini della completa valutazione del rischio di inquinamento per l ambiente naturale, il territorio urbanizzato e del danno per la salute pubblica, dovranno essere condotte analisi del suolo, sottosuolo, acque sotterranee e superficiali e delle componenti ambientali che possono essere state interessate dalla migrazione delle sostanze presenti nella sorgente di contaminazione. Il piano di investigazione iniziale è mirato a: verificare l effettivo inquinamento generato da singoli impianti, strutture e rifiuti stoccati alle diverse matrici ambientali individuare le fonti di ogni inquinamento, tra cui impianti dismessi, impianti in attività, rifiuti stoccati o suolo contaminato definire, confermare e integrare i dati relativi alle caratteristiche geologiche, idrogeologiche, pedologiche, idrologiche del sito e ad ogni altra componente ambientale rilevante per l area interessata definire accuratamente l estensione e le caratteristiche dell inquinamento del suolo, del sottosuolo, dei materiali di riporto, delle acque sotterranee e superficiali e delle altre matrici ambientali rilevanti A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 11

12 Piano di investigazione iniziale Nel piano di investigazione devono essere definiti: la localizzazione dei punti e i metodi di campionamenti di suolo, sottosuolo, materiali inerti o di riporto, acque sotterranee e superficiali per l area del sito e l area circostante che si ritiene interessata dall inquinamento presente nel sito; la profondità di perforazioni e prelievi; eventuali altre componenti ambientali analizzate la lista delle sostanze da analizzare; e le metodologie delle analisi chimico-fisiche e di tutte le altre indagini e analisi che siano ritenute necessarie a caratterizzare la presenza e la diffusione dei contaminanti e il loro impatto sull ambiente circostante e sulla popolazione punti e metodologie di campionamento adottate per confermare la caratterizzazione ambientale, in particolare geologica, idrogeologica e idrologica del sito e dell area esterna interessata dai fenomeni di contaminazione A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 12

13 Piano di investigazione iniziale La scelta dell area oggetto dell investigazione deve comprendere il sito inquinato ed una porzione di territorio esterna definita, sulla base del modello concettuale del sito, in funzione della mobilità degli inquinanti nelle matrici ambientali interessate, delle caratteristiche idrogeologiche e meteoclimatiche del territorio e delle possibili vie esposizione per i bersagli della contaminazione. La scelta dei punti e delle modalità di campionamento dipende strettamente dalle valutazioni espresse in merito alla possibile contaminazione generata dal sito e all'estensione dei fenomeni di migrazione verso altre componenti ambientali o bersagli. Non è possibile ipotizzare che il campionamento segua rigidamente metodi statistici, poiché può risultare più accurato ed economicamente conveniente localizzare i punti di campionamento del monitoraggio iniziale nelle zone che presentano criticità in dipendenza dell'organizzazione delle attività produttive, quali ad esempio accumuli di rifiuti, zone di carico/scarico, percorsi delle tubature, serbatoi interrati, o delle modalità di stoccaggio, discariche non impermeabilizzate, accumuli non coperti. A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 13

14 Piano di Caratterizzazione dei siti contaminati step successivi 1. Ricostruzione storica delle attività produttive 2. Elaborazione Modello Concettuale Preliminare e predisposizione di un piano di indagine ambientale 3. Esecuzione piano di indagine 4. Elaborazione dei risultati 5. Elaborazione Modello Concettuale Definitivo 6. Identificazione dei livelli di concentrazione residua accettabili A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 14

15 Piano di indagine Ubicazione e tipologia delle indagini Indirette (metodi geofisici) Dirette (perforazioni, prove di campo e analisi di laboratorio) A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 15

16 Il Piano d indagine ambientale matrici ambientali Il Piano d indagine ambientale ha lo scopo di definire l assetto geologico e idrogeologico dell area, verificare la presenza o meno di contaminazione nelle diverse matrici ambientali e sviluppare un modello concettuale del sito La caratterizzazione può essere realizzata per fasi successive a crescente dettaglio, focalizzate sull'approfondimento dei temi e delle criticità emerse. A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 16

17 Ubicazione dei punti d indagine Ubicazione soggettiva (judgemental sampling)è basata su informazioni (dati storici e ispezioni dirette) che permettono d identificare univocamente i maggiori centri di pericolo. L ubicazione è pertanto finalizzata a ricercare nel sito le peggiori situazioni, precludendo qualsiasi interpretazione statistica. Ubicazione casuale (random sampling) i punti vengono posizionati arbitrariamente all interno dell area di studio; tale metodo si applica solo in presenza di una contaminazione omogenea del sito (ad esempio un ammasso di rifiuti omogenei). Ubicazione sistematica a griglia (systematic grid sampling) si ottiene suddividendo l area in un reticolo a maglia regolare nei cui nodi vengono ubicati i punti d indagine. Le dimensioni dei lati della maglia vengono stabiliti in base all ampiezza dell area di studio e dal numero di campioni che si vuole ottenere. Tale metodo trova applicazione in tutti i casi in cui il livello di contaminazione non è noto. Ubicazione sistematica casuale (systematic random sampling) si ottiene suddividendo l area in un reticolo a maglia regolare (quadrate o triangolari) e ubicando i punti casualmente all interno della cella. A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 17

18 Campionamento soggettivo basato sul modello concettuale preliminare (judgemental sampling) la scelta del numero e della distribuzione dei campioni è basata sulla conoscenza del sito oggetto di indagine, che ha consentito di formulare un modello concettuale preliminare, nonchè sul giudizio professionale. Tale criterio può essere utilizzato sia come tecnica di campionamento vera e propria, sia come primo step in un piano di campionamento più complesso. La sua efficacia si rivela soprattutto nel caso in cui sia elevato il livello di conoscenza sul sito in esame; presenta, invece, difficoltà quando applicato in situazioni complesse, o dove esistono scarse informazioni storiche su fatti pregressi. A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 18

19 Campionamento sistematico o su griglia regolare (systematic and regular grid sampling) Fissata casualmente la posizione del primo foro di sondaggio, si procede individuando sul sito in esame una maglia regolarmente distribuita. Una semplice indicazione per l individuazione di una maglia di campionamento quadrata sul sito, consiste nella ricerca della distanza tra due linee successive della griglia. Tale distanza può, ad esempio, essere calcolata come: G = (A/n) ½ nella quale: G è la distanza cercata, A è l area del sito in esame, n è il numero di campioni da prelevare A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 19

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21 Campionamento combinato (Ranked set sampling) Combina il campionamento casuale semplice con le conoscenze ed il giudizio degli esperti, accrescendo la possibilità di selezionare campioni rappresentativi del fenomeno e riducendo il numero di campioni prelevati ed esaminati con metodi costosi, a vantaggio di campioni esaminati in situ con strumenti portatili e a bassi costi. Il primo step di applicazione consiste nell isolare, sulla base del random sampling, m unità di campionamento prelevando ed esaminando, con procedure speditive, r campioni per unità selezionata. Gli r campioni vengono poi suddivisi in classi in base alla concentrazione. Selezionata una classe per ogni unità, sono effettuate misure di precisione sul campione individuato al fine di stimare i parametri della popolazione da cui proviene. A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 21

22 Campionamento a cluster adattativo (adaptive cluster sampling) A differenza del precedente metodo, è un sistema efficace ed economico per delineare la posizione dei plume di inquinamento in un sito di interesse. Ad esempio, sulla base dei risultati di un random sampling nel quale la dimensione del campione sia fissata, per ottenere con un certo margine di confidenza il valor medio della concentrazione di un determinato inquinante in un sito, l adaptive cluster sampling prevede, in tornate di analisi successive, di meglio definire i valori di concentrazione che superino una prefissata soglia A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 22

23 Adaptative cluster sampling (a) campionamento iniziale, (b) risultato finale del campionamento A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 23

24 Campionamento stratificato Le unità di campionamento, ovvero il numero e la posizione dei campioni, vengono determinate dopo aver suddiviso la popolazione indagata in strati che non si sovrappongono o in sub-popolazioni che si ritiene siano caratterizzate da una maggiore omogeneità. Un pregio del procedimento consiste nella strutturazione che esso introduce nell indagine. Aspetti della strutturazione sono: la garanzia che il campionamento avvenga in zone omogenee e la riduzione delle variabili contemporaneamente esaminate. Tuttavia, la complessità di molti casi operativi non consente di realizzare la classificazione necessaria all applicazione di uno stratified sampling che garantisca di individuare strati distinti e separati. A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 24

25 Campionamento stratificato in base alla conducibilità A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 25

26 Campionamento composito (composite sampling) Consiste nel combinare fisicamente diversi volumi di materiale campionato al fine di costruire un solo campione omogeneo. Tale metodo, che può essere usato solo nel caso in cui non si prevedano distorsioni delle misure (ad esempio perdita delle frazioni volatili di un inquinante) per effetto della miscelazione dei campioni, è consigliabile nei casi in cui i costi di analisi siano estremamente elevati se paragonati a quelli di campionamento. Questo metodo, che comporta la perdita delle informazioni relative alla distribuzione spaziale della proprietà campionata, è utilizzabile nel caso in cui tale informazione non sia richiesta dall analisi che si sta conducendo. A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 26

27 Campionamento Composito (Quartizzazione) Step 1: Campione in cono. Mescolare formando un nuovo cono. Step 2: Appiattire il cono. Dividere il cono in due parti e poi in quattro parti. Step 3: Rimescolare i quarti, riformare il cono. Ripetere le operazioni almeno 5 volte A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 27

28 I punti di campionamento Il numero minimo di punti di campionamento del suolo, sottosuolo, materiali di riporto suggeriti dall Allegato 2 al D.M. 471/99. A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 28

29 Campionamento lungo la verticale La necessità di ricostruire tridimensionalmente il grado di contaminazione è di grande importanza, ma lo è particolarmente in tutti quei casi in cui la natura dei contaminanti e l interazione di questi con il sistema acquifero determini stratificazioni verticali di concentrazione. E il caso di contaminazione imputabile a composti non miscibili con l acqua quali i NAPL (Non Aqueous Phase Liquids), che, secondo una comune classificazione in base alla densità relativa all acqua, possono essere suddivisi in: LNAPL (Light NAPL), che sono caratterizzati da una densitàminore dell acqua e, quindi, tendono a galleggiare sulla tavola d acqua DNAPL (Dense NAPL), che presentano densità maggiore dell acqua e tendono in alcuni casi a penetrare in profondità nel sistema acquifero A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 29

30 Comportamento di LNAPL nel sottosuolo Comportamento di DNAPL nel sottosuolo A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 30

31 Elaborazione di un modello concettuale definitivo dei sito Il Modello Concettuale Definitivo include: le caratteristiche specifiche del sito in termini di stato delle potenziali fonti della contaminazione; grado ed estensione della contaminazione del suolo, del sottosuolo, delle acque superficiali e sotterranee del sito e dell ambiente da questo influenzato (individuazione dei parametri specifici di rappresentazione; percorsi di migrazione dalle sorgenti di contaminazione ai bersagli individuati nello scenario attuale (siti in esercizio) o nello scenario futuro (riqualificazione dell area) A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 31

32 Iter della Caratterizzazione Ricostruzione storica delle attività produttive svolte Elaborazione del Modello Concettuale Preliminare e predisposizione di un piano d indagine ambientale Esecuzione del piano di indagine e delle eventuali indagini integrative Elaborazione dei dati raccolti e dei risultati ottenuti Elaborazione del Modello Concettuale Definitivo Calcolo CSR mediante Analisi di Rischio su cui impostare il Progetto Operativo di Bonifica A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 32

33 Importante per il Piano dei Caratterizzazione destinazione futura uso del suolo descrizione assetto idrogeologico puntuale: spessore acquiferi, direzioni flusso, aquiclude, aquitard, valori permeabilità informazioni su pozzi e/o piezometri nel sito orientamento carte analisi granulometriche campioni per controllo qualità descrizione specifiche di campionamento (per le acque in relazione alle specie di contaminanti) indicazioni su sorgenti di contaminazioni figure tabelle di facile lettura (sintesi contaminazione suoli, carte isoconcentrazioni acque) definizione bersagli limitrofi al sito (pozzi emungimento, corpi idrici), modelli concettuali A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 33

34 Tecnologie di Bonifica A. Tapparo STAMT, Metodi Analitici e Ripristino Ambientale, 34