Emellina M. Cucchiari

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1 ECOMONDO 2011 Rimini - 10 novembre 2011 II edizione convegno L.A.V. Nuove tecnologie, strategie e prospettive del risanamento in-situ Emellina M. Cucchiari L.A.V. srl lav@lavrimini.com Via Nuova Circonvallazione, 57/D Rimini

2 Sito inquinato Studi geologici, idrogeologici ed ambientali (caratterizzazione del sito) Studio di fattibilità Test in microcosmi Analisi di laboratorio chimiche e microbiologiche (caratterizzazione della matrice) Test di campo preliminari (se necessari) Progettazione e bonifica Bonifica

3 Perché fare test in microscala? Valutazione tecnica sulla affidabilità di una bonifica mediante bioremediation nelle matrici analizzate in considerazione dei parametri sito-specifici; In caso di buona affidabilità: valutazione e definizione degli abbattimenti massimi consentiti con studio delle variazioni (dai gascromatogrammi) e sviluppo temporale consentito per la bonifica; Valutazione e definizione dei parametri per lo sviluppo di un eventuale Test di campo e per il controllo della bonifica.

4 Questo tipo di studi, per quanto estremamente utili, non sono attualmente molto praticati, probabilmente a causa di: una scarsa diffusione dei laboratori che offrono questo servizio di diffidenza sull applicabilità in campo dei risultati ottenuti. e forse anche a causa dei tempi e dei costi che queste analisi complesse richiedono. Standardizzare i protocolli tecnici semplifica l attuazione dei test e riduce i tempi e i costi degli stessi.

5 OBIETTIVI La nostra ricerca nasce dalle richieste concrete di chi deve effettuare un risanamento e dalla necessità ottenere risposte certe, affidabili e validate scientificamente. Stesura di un protocollo che definisca delle linee guida al fine di ottimizzare e la progettazione e l attuazione di test su processi di bioremediation Standardizzazione dei protocolli tecnici per le diverse matrici inquinate e per tipo di inquinante

6 Protocollo scientifico (in collaborazione con IDEA srl) Attività di Studio e Ricerca per l acquisizione del know-how (bibliografico e sperimentale) Stesura e definizione dei protocolli di base: Campionamenti Analisi Valutazione dei parametri acquisiti etc. Messa a punto di formulari con i dati richiesti al cliente Messa a punto dei format per la restituzione dei dati e dei rapporti tecnici conclusivi.

7 FASI dello STUDIO Analisi dei parametri sito-specifici (morfologici, geologici, chimici, fisici, microbiologici, etc.) Definizione dei range di fattibilità ai fini dei processi biologici Studio delle tecnologie potenzialmente applicabili Progettazione del test di laboratorio idonei Identificazione degli analiti di rilevanza ai fini dei test Identificazione degli analiti da monitorare durante i test Elaborazione e interpretazione dei dati Stesura del rapporto tecnico e valutazioni finali

8 Campi di applicabilità dei test Terreni Fanghi Acque Valutazione della potenzialità degradativa dei consorzi batterici autoctoni, dei processi di biostimolazione (biostimution) della componente batterica autoctona (aggiunta nutrienti, ossigenazione, etc.) e di processi di biomagnificazione (bioaugmentation). Simulazioni su microscala dei processi (in-situ ed ex-situ) di M.N.A., Bioventing, Bioslurping, Bioreattori, Biopile, Landfarming.

9 CASI di STUDIO Caso 1 - Test aerobico su fanghi Caso 2 - Test aerobico su acqua di falda Caso 3 - Test aerobico su terreno

10 Caso 1 - Test aerobico su fanghi Tipo di inquinamento: IPA Tipo di intervento in corso di valutazione per la progettazione : Bioaugmentation, Biostimulation. Tipologia di analisi : - Analisi chimiche e microbiologiche della matrice; - Verifica dell attività degradativa della miscela batterica inoculata (tipo1 selezione naturale) ; - Verifica attività aggiunta di biosurfattanti; - Verifica delle condizioni di lavoro (temperatura, areazione, nutrienti etc.).

11 Materiali e metodi Impianto per test aerobico su fanghi Sistema di areazione all interno dei reattori: Particolare con pietre porose e gorgogliamento dello slurry. Schema dell impianto e panoramica in foto durante un campionamento.

12 Materiali e metodi Condizioni sperimentali: 11 reattori della capacità di 30 litri che contenevano 15 litri ciascuno di campione; Flusso di aria in entrata per ogni singolo reattore: 4 litri/min; Concentrazione ossigeno in entrata: 20,9 %; Concentrazione CO 2 in entrata: 450 ppm; Temperatura: 25 C. Durata del test: prevista 21 gg (effettiva 2 mesi) Bioaugmentation: inoculo batterico (BFL 6000HC, BioFuture Ltd.). aggiunta di nutrienti (farina di pesce, 40gr/m3); aggiunta biosurfattante (BioFuture Ltd.) in una delle due repliche (B;10 ml/m 3 )..

13 Materiali e metodi Impianto per test aerobico su fanghi A) Compressori montati in parallelo utilizzati per l areazione; B) Filtri per l aria; C) Pompa predisposta per l aspirazione delle fiale dei S.O.V.; D) Fiale a carboni attivi per la cattura dei S.O.V.; E) Diramazione dei flussi di aria. F) Fiala per la cattura dei S.O.V.; G) Fiala per la cattura della CO 2 ; H) Sistema di areazione all interno dei reattori.

14 Nei primi 21 gg: RISULTATI L evoluzione delle concentrazione degli IPA durante il test, non risulta di facile interpretazione (anche a causa della natura dello slurry e alla difficoltà di ottenere campioni omogenei). La loro concentrazione nella fase liquida risulta sempre piuttosto bassa, mostrando uno scarso passaggio in questa fase. La componente batterica ha raggiunto buoni livelli di crescita dopo 24 ore dall inoculo e ha mantenuto costanti tali valori per tutta la durata del test. Seppure la mancanza di una crescita esponenziale fa supporre che le condizioni di crescita non siano ottimali, il mantenimento dei valori conferma che i batteri abbiano trovato condizioni di crescita non limitanti nei diversi slurry, riuscendo ad utilizzare il carbonio delle diverse forme presenti. A causa della natura dell inquinante, sono comunque necessari dei tempi più lunghi di osservazione per riscontrare una apprezzabile rimozione degli IPA da parte dei batteri. Dopo 60 gg: in alcuni reattori i tassi di abbattimento degli IPA dimostrano che i batteri degradatori specifici hanno trovato le condizioni ottimali per selezionarsi e svilupparsi (variazioni in percentuale dal -50 al -100% per alcuni analiti).

15 variazione valori % rispetto al T4 naftalene acenaftilene acenaftene fluorene fenantrene antracene florantene pirene benzo(a)antracene crisene benzo(b)fluorantene benzo(k)fluorantene benzo(j)fluorantene benzo(k)+(j)fluorantene benzo(e)pirene benzo(a)pirene perilene dibenzo(a,h)antracene indeno(1,2,3-c,d)pirene benzo(g,h,i)perilene dibenzo(a,l)pirene dibenzo(a,e)pirene dibenzo(a,i)pirene dibenzo(a,h)pirene variazione valori % rispetto al T4 naftalene acenaftilene acenaftene fluorene fenantrene antracene florantene pirene benzo(a)antracene crisene benzo(b)fluorantene benzo(k)fluorantene benzo(j)fluorantene benzo(k)+(j)fluorantene benzo(e)pirene benzo(a)pirene perilene dibenzo(a,h)antracene indeno(1,2,3-c,d)pirene benzo(g,h,i)perilene dibenzo(a,l)pirene dibenzo(a,e)pirene dibenzo(a,i)pirene dibenzo(a,h)pirene SC13: Variazione in percentuale dei valori delle concentrazioni degli IPA (mg/kg) al gg 62 rispetto a quelli osservati al tempo t4. Progettazione e realizzazione di test in microscala su differenti matrici in RISULTATI 150% 100% 50% 0% -50% 13a 13b Variazione in percentuale dei valori delle concentrazioni degli IPA (mg/kg) al gg 62 rispetto a quelli osservati al tempo t4 (gg 14). -100% -150% 150% 100% 50% Replica senza biosurfattante 0% 14a 14b Replica con biosurfattante -50% -100% -150%

16 Caso 2 - Test aerobico su acqua di falda Tipo di inquinamento: Idrocarburi C>12, C<12; MtBE Tipo di test: Aerobico biotico (Biostimulation); Aerobico abiotico; Anaerobico Tipologia di analisi : - Analisi chimiche e microbiologiche della matrice; - Verifica del potenziale degradativo della componente batterica autoctona; - Verifica attività sola aerazione (test abiotico); - Verifica attività in anaerobiosi; - Verifica delle condizioni di lavoro (temperatura, areazione, nutrienti etc.).

17 Materiali e metodi Impianto per test aerobico su acqua di falda Particolare dei reattori utilizzati per il test effettuati in areazione forzata. Panoramica dell impianto utilizzato per i test

18 Materiali e metodi Condizioni sperimentali: Due repliche per ogni campione; Tempi di controllo: t0 (inizio test), t1 (10gg); t2 (20gg); t3 (30gg); t4 (40gg). Flusso di aria in entrata per ogni singolo reattore: 0,05 ±0,01 litri/min; Concentrazione ossigeno in entrata: 20,9 %; Concentrazione CO 2 in ingresso alla pompa: 450 ppm; Concentrazione CO 2 in entrata ai reattori: > 50 ppm; Temperatura: 15±2 C.

19 Materiali e metodi Impianto per test aerobico su acqua di falda A) Gorgogliatori posti in serie attraverso i quali passa l aria in entrata; B) gel di silice; C) pompa; D) gorgogliatore con acqua deionizzata ; E) distribuzione dell aria ; F) riduttori di flusso; G) Reattori; H) particolare di un reattore.

20 Materiali e metodi Test anaerobico su acqua di falda Bottiglia da siero utilizzata per il test anaerobico: 1) ghiera in alluminio; 2) tappo in gomma; 3) campione di acqua di falda ; 4) spazio di testa. Bottiglie sigillate contenerti i campioni in anaerobiosi

21 µg/l log (µg/l) Progettazione e realizzazione di test in microscala su differenti matrici in RISULTATI Variazione dei valori (media±sd) delle concentrazioni (log µg/l) degli idrocarburi totali (come n-esano) nei tre diversi test (AE= test aerobico; ABI= test aerobico abiotico; AN= test anaerobico). 1 t0 t1 t2 t3 t4 AE - Idrocarburi totali (come n-esano) ABI - Idrocarburi totali (come n-esano) AN - Idrocarburi totali (come n-esano) Variazione dei valori (media±sd) delle concentrazioni (µg/l) di MtBE nei tre diversi test (AE= test aerobico; ABI= test aerobico abiotico; AN= test anaerobico) AE-MtBE ABI-MtBE AN-MtBE 0 t0 t1 t2 t3 t4

22 RISULTATI La concentrazione di Idrocarburi totali sono diminuite sensibilmente durante il test (C<12 leggeri praticamente assenti già dopo i primi 10gg). Le concentrazioni finali hanno raggiunto valori massimi al di sotto del limite di legge (D.Lgs. 152/2006). I valori di MtBE si sono ridotti considerevolmente nei test aerobici, arrivando concentrazioni inferiori a 10 μg/l (D.M. 471/99, Parere ISS 12/09/2006). La componente batterica ha raggiunto buoni livelli di crescita nei campioni sottoposti ad areazione con massimi dopo 20gg dall inizio del test. I test aerobici hanno quindi verificato l efficacia dell areazione forzata nel recupero della matrice esaminata, con un abbattimento entro i limiti di legge dei parametri considerati.

23 Caso 3 - Test aerobico su terreno Tipo di inquinamento: Perdita da serbatoio di gasolio (conc. max mg/kg) Tipo di intervento in corso di valutazione per la progettazione : Bioaugmentation, Biostimulation. Tipologia di analisi : - Analisi chimiche e microbiologiche della matrice; - Verifica del potenziale degradativo della componente batterica autoctona; - Confronto con attività di inoculo batteri selezionati (tipo1 selezione naturale); - Verifica delle condizioni di lavoro (umidità, areazione, nutrienti etc.).

24 Materiali e metodi Impianto per test aerobico su terreno Impianto utilizzato per il test aerobico su terreno in funzione Caricamento dei reattori con il terreno

25 Materiali e metodi Condizioni sperimentali: N 90 reattori, N 8 step di analisi, 24 reattori per ogni simulazione (8x3repliche) Tempi di controllo: t0 (inizio test), t1 (4gg); t2 (8gg); t3 (12gg) t8 (45gg); Flusso di aria in entrata per ogni singolo reattore: 0,05 ±0,01 litri/min; Concentrazione ossigeno in entrata: 20,9 %; Concentrazione CO 2 in ingresso alla pompa: 450 ppm; Temperatura: 20±5 C. Bioaugmentation: + inoculo batterico (BFL 6000HC, BioFuture Ltd.) + nutrienti + areazione. Biostimulation: Controllo: + nutrienti + areazione Terreno non trattato (bianco).

26 Materiali e metodi Impianto per test aerobico su terreno A Panoramica dell impianto (A), particolare dell impianto predisposto per ogni step di analisi (B); gorgogliatore con acqua deionizzata (C); riduttori di flusso (D); distribuzione dell aria (E); reattori con sola areazione (F), con areazione ed aggiunta di miscela batterica (F), bianchi non areati (G);

27 Per la realizzazione dei test: lavoro di equipe..molte professionalità in campo. E molto altro ancora

28 Test in microscala..riassumendo: Verifica del potenziale degradativo dei processi Verifica delle tecnologie da adottare Ottimizzazione dei processi da applicare in campo Stima dei tassi di abbattimento degli inquinanti e delle rese finali..e quindi riduzione dei e dei

29 Progettazione e realizzazione di test in microscala su differenti matrici in previsione di processi di bioremediation GRAZIE PER LA CORTESE ATTENZIONE L.A.V. srl lav@lavrimini.com Via Nuova Circonvallazione, 57/D Rimini