Bonifica mediante desorbimento termico di un sito contaminato da idrocarburi. (*Petroltecnica S.p.A. **S.T.A. S.r.l.)

Transcript

1 Bonifica mediante desorbimento termico di un sito contaminato da idrocarburi Dott. S. Di Nauta*, Dott. G. Minarini*, Dott. S. Passarino*, Dott. P. Criscione** (*Petroltecnica S.p.A. **S.T.A. S.r.l.)

2 Inquadramento del sito L area d intervento è ubicata in un ambito urbano dell Italia Nord-occidentale ed occupa una superficie complessiva di circa 1500 m2. Tale area, attualmente dismessa, era utilizzata come stazione di servizio per il rifornimento di prodotti petroliferi per autotrazione. 2

3 Modello concettuale del sito 1. Caratteristiche litostratigrafiche e idrogeologiche del sito 2. Caratteristiche, distribuzione e percorsi di migrazione della contaminazione 3

4 1 - Litostratigrafia e geomorfologia locale L area oggetto di studio è caratterizzata da depositi fluviali recenti costituiti da litologie sabbioso-ghiaiose con intercalazioni di orizzonti limosi e limoso-argillosi; Dal punto di vista geomorfologico l area oggetto di intervento si ubica in un ambito di pianura in corrispondenza di ex strutture fluviali (depositi di meandro). 4

5 1 - Idrogeologia locale Nel corso delle indagini eseguite in sito, non è stata rilevata la presenza di acque sotterranee fino alla massima profondità di investigazione (14 m da p.c.); Dai dati bibliografici raccolti, si segnala la presenza di una falda idrica superficiale, di tipo artesiano, ad una profondità di circa 20 m da p.c. con livello statico indicativo pari a circa 72 m s.l.m.; la direzione di deflusso principale della falda è a scala locale risulta S-N; La falda in oggetto sembra non essere influenzata da eventi stagionali quali precipitazioni e irrigazione. Inoltre dai dati bibliografici ad oggi consultati non risulta l esistenza di corpi idrici sotterranei più superficiali. 5

6 2 Caratteristiche e distribuzione della contaminazione. Contaminazione: sostanze idrocarburiche derivanti da benzine e gasoli per autotrazione adsorbite alla Sorgenti matrice terreni insaturi; Primarie: rimosse in fase di dismissione del PV. Secondarie: contaminazione residuale adsorbita ai terreni insaturi alla base del parco meccanico serbatoi interrati fino alla profondità di circa 9 m da p.c. (S1, S2 ed S8); Grado ed estensione della contaminazione nei terreni insaturi (concentrazioni massime) Concentrazioni massime riscontrare D.Lgs. 152/06 - Siti ad uso verde pubblico, privato e residenziale idroc. leggeri C 12 idroc. Pesanti C>12 benzene toluene etilbenzene xileni mg/kg ss ,52 85,7 87,9 463, ,1 0,5 0,5 0,5 6

7 2 Caratteristiche e distribuzione della contaminazione L estensione areale complessiva della contaminazione (sommatoria di entrambe le zone impattate), risulta stimata in circa 200 m2. Il volume di terreno caratterizzato dal superamento dei valori di concentrazione soglia di contaminazione risulta stimato in circa m3.. 7

8 Interventi pre-bonifica Rimozione del terreno insaturo contaminato (Dig & Dump) nell ambito degli interventi di MISE contestuali alla dismissione del P.V. In relazione al modello concettuale definitivo del sito, a valle della rimozione sono state valutate inizialmente idonee le seguenti tecnologie: Soil Vapour Extraction per la frazione idrocarburica leggera ed i composti aromatici. Bioventing per la frazione idrocarburica pesante. Prove pilota di SVE-BV. 8

9 Esiti dei test di trattabilità con tecnologie SVE-BV Gli esiti delle prove pilota effettuate indicavano come applicabili entrambe le tecnologie testate; I tassi di recupero vapori e i tassi di biodegrazione risultavano però non particolarmente elevati con conseguente allungamento dei tempi di bonifica risultanti; Anche interventi di rimozione diretta del terreno contaminato sono stati preliminarmente esclusi, in quanto avrebbero dovuto comportare l installazione di opere provvisionali a notevole profondità (max prof. di contaminazione pari a 9 m da p.c.); Alla luce delle caratteristiche sito specifiche e degli esiti delle prove pilota di SVE/BV si è valutata la possibilità di intervenire in sito con tecnologie di bonifica che sfruttassero le potenzialità della conduzione del calore per la rimozione dei composti organici volatili e semivolatili. 9

10 Desorbimento Termico in situ principi di funzionamento La tecnologia utilizzata sfrutta l azione del calore generato da un flusso di aria calda immessa nel sottosuolo attraverso un sistema di tubi in acciaio, adeguatamente predisposti alle previste profondità di trattamento. La rimozione dei contaminanti avviene attraverso il fenomeno della conduzione termica che genera nel terreno, l aumento di temperatura necessario ad aumentare il grado di volatilizzazione delle sostanze presenti negli orizzonti da trattare. Paragonata ad altre proprietà fisiche del suolo (permeabilità intrinseca), la conduzione termica varia poco a seconda del tipo di suolo (argilla, sabbia, limo, ghiaia, ecc.) ed è quindi molto meno sensibile alle variazioni granulometriche rispetto ad altri parametri fisici. 10

11 Desorbimento Termico in situ principi di funzionamento Il calore generato provoca il desorbimento dei contaminanti e del vapore acqueo che, a seguito di processi di diffusione e convezione che insorgono nel terreno, migrano all interno dei tubi utilizzati per riscaldare. Una volta all interno dei tubi, i gas desorbiti sono convogliati alla camera di combustione, dove gli inquinanti vengono distrutti. Il gas di scarico prodotto viene utilizzato all interno della camera di combustione come combustibile. I gas compiono, quindi, un ciclo quasi chiuso. 11

12 Desorbimento Termico in situ principi di funzionamento Il meccanismo di riscaldamento del suolo avviene tramite conduzione dall aria calda che attraversa i tubi, mentre la maggior parte dei meccanismi di riscaldamento del suolo si basano, normalmente, su principi di convezione (movimento fisico di un fluido che trasporta il calore all interno della massa contaminata). Il principale vantaggio della conduzione è di essere indipendente dalla tipologia di suolo. Come conseguenza di questo meccanismo, è facilmente calcolabile sia il tempo necessario a raggiungere la temperatura di funzionamento che i valori di concentrazione dei contaminanti che possono essere raggiunti. 12

13 Desorbimento Termico in situ principi di funzionamento In un terreno, la temperatura cresce lentamente da un valore iniziale di 10 C 12 C fino alla temperatura necessaria a completare il desorbimento di tutti gli inquinanti organici. La temperatura dipende dal tipo di inquinanti e dal tempo di residenza che nel progetto è possibile raggiungere. Dall immagine riportata sopra, si possono distinguere chiaramente 3 fasi di riscaldamento: Una prima fase in cui la temperatura del suolo cresce fino al punto di ebollizione dell acqua (100 C); Una seconda fase di evaporazione dell acqua (stabile a 100 C); Una terza fase durante la quale la temperatura del suolo cresce ancora fino a raggiungere la temperatura finale del trattamento. 13

14 Desorbimento Termico in situ principi di funzionamento Durante la prima fase, il suolo e le fasi liquide (acqua ed inquinanti) sono riscaldate fino al punto di ebollizione dell acqua. Durante la seconda fase, la temperatura del suolo rimane attorno ai 100 C finché l interfaccia acqua-vapore raggiunge la posizione delle termocoppie. Una volta che tutta l acqua è evaporata, la temperatura del suolo aumenta al di sopra di 100 C. Aumentando la temperatura del suolo, i composti organici volatilizzano e si dirigono verso le aperture dei tubi esterni (grazie all effetto venturi). In base alla quantità di ossigeno presente nel suolo, si innestano reazioni di ossidazione e/o di pirolisi. Una grande quantità di composti organici viene così distrutta in situ. La quantità rimasta è distrutta nel circuito dei gas e nella camera di combustione, dove la temperatura supera gli 850 C. Grazie all area ad elevata permeabilità (zona asciutta formatasi attorno al punto scaldante), i vapori sono indotti facilmente verso i tubi (creando la propria permeabilità all aria, perfino in suoli ricchi di argille). 14

15 Desorbimento Termico in situ disposizione dei tubi scaldanti I tubi coassiali sono infissi nel terreno secondo uno schema prestabilito, utilizzando una griglia a triangoli equilateri. Tale configurazione permette di avere un riscaldamento omogeneo dell area ed un tempo di trattamento simile per ciascun elemento riscaldante. Tube Operating range of each tube 1,5 m 1,5 m 15

16 6 Piano temporale delle attività 5 maggio 2011 Ricevimento determina di approvazione progetto operativo di bonifica; Maggio-luglio 2011 Installazione sistemi di bonifica in sito fase 1; Luglio-ottobre 2011 Attività di bonifica fase 1; Novembre Aprile 2012 Installazione sistemi di bonifica fase 2; 19 aprile 2012 Attività di collaudo fase 1; Aprile-giugno 2012 Attività di bonifica fase 2; Attività di collaudo fase 2. 16

17 Per la completa Installazione bonifica dell area dei si sistema è optato di per bonifica l utilizzo dell impianto di desorbimento in sito Thermopile T1.2. brevettato dalla Società Deep Green. In relazione alla distribuzione della contaminazione, delle caratteristiche delle attrezzature di bonifica e del volume di terreno che le medesime erano in grado di trattare, si sono individuate due sub-aree di trattamento (A e B). Preliminarmente alle attività di installazione dei sistemi è stato previsto uno scotico generalizzato su tutta l area (Circa 50 cm). Per ogni sub-area di lavoro sono state poi previste le seguenti attività: 1. Realizzazione dei sondaggi di alloggiamento ed infissione delle tubazioni termoriscaldanti; 2. posizionamento delle attrezzature, dei collettori principali e della macchina termica; 3. collegamento di tutte le tubazioni principali e secondarie alla macchina, posa delle coibentazioni e connessione degli opportuni allacciamenti (elettrico, combustibile); 4. Posa della tensostruttura e della coperta di isolamento della rete delle tubazioni; 5. avvio sistema di trattamento. 17

18 Subarea B Subarea A Per le bonifica della Sub-area A, sono state installate n. 37 punte scaldanti così distribuite: 31 tubazioni della lunghezza di 5 m; 6 tubazioni delladei lunghezz di 9 m; di alloggiamento ed infissione delle 1) Realizzazione sondaggi tubazioni termoriscaldanti Per le bonifica della Sub-Area B, sono state installate n. 34 punte scaldanti 10 tubazioni della lunghezza di 5 m; 24 tubazioni della lunghezza di 9 m; Subarea A Subarea B 18

19 2) posizionamento delle attrezzature 19

20 3) Collegamento delle tubazioni alla macchina 20

21 4) Posa della tensostruttura e della coperta di isolamento 21

22 5) Avvio dei sistemi di bonifica 22

23 Al fine di monitorare le temperature del suolo nell ambito di applicazione del trattamento di desorbimento, sono state installate n. 5 termocoppie per ogni area di trattamento; Monitoraggio della bonifica gli andamenti della temperatura attesi durante il processo di desorbimento sono riassumibili nelle 3 fasi di seguito descritte: FASE 1: aumento delle temperature tipiche del primo sottosuolo da trattare (10-15 C) si a circa C; FASE 2: la temperatura si stabilizza intorno a circa C. In questa fase avviene l evaporazione dell umidità dal terreno e dei primi contaminanti; FASE 3: la temperatura riprende a salire finché viene raggiunta la temperatura specifica definita per il trattamento. In questa fase si completa il trattamento, con il desorbimento dei composti idrocarburici. 23

24 Monitoraggio della bonifica 24

25 Fase 1: da inizio trattamento a fine agosto, si osserva l innalzamento della temperatura dai valori propri del sottosuolo trattato a valori compresi fra 60 C e 100 C. Monitoraggio della bonifica misura delle temperature nel tempo Fase 2: da fine agosto sino al 10 settembre, si registra lo stabilizzarsi delle temperature che si sono mantenute costanti, intorno ai 60 C e 100 C, in corrispondenza di tutte le termocoppie e conseguentemente in tutto l ambito trattato. Fase 3: dal 10 settembre fino alla data di fine trattamento, si osserva un ulteriore innalzamento della temperatura con valori intorno ai 200 C. Tale incremento si è osservato, in primis, (15/09/2011), in corrispondenza dell area monitorata dalla termocoppia T 2 per poi essere via via riscontrato da tutte le altre termocoppie. 25

26 Fase 1 Fase 2 Fase 3 Monitoraggio della bonifica misura delle temperature nel tempo Fase 1 Fase 2 Fase 3 26

27 La misura dei COV estratti durante il processo di desorbimento evidenziano un trend in progressivo aumento fra la prima e la seconda fase; Il picco di concentrazioni di idrocarburi estratti si riscontra in corrispondenza Monitoraggio della bonifica misura delle COV estratti nel tempo della terza fase, quando in molte delle termocoppie installate si registrano temperature di C; A seguito del picco di concentrazioni (Fase 3) le temperature continuano ad aumentare mentre le concentrazioni in COV crollano bruscamente. Fase 1 Fase 2 Fase 3 27

28 Al termine di ciascuna fase di trattamento, si è proceduto, previa dismissione parziale degli impianti, alla realizzazione dei n. 5 sondaggi di collaudo; I sondaggi di collaudo, sono stati ubicati in corrispondenza dei settori Risultati conseguiti caratterizzati dai principali superamenti delle CSC per siti ad uso verde pubblico, privato e residenziale riscontrati in ambito di caratterizzazione. In particolare: Sondaggio di collado Sondaggio in fase di caratterizzazione SC1 S2 SC2 S8 SC3 S1 SC4 VMP2 SC5-28

29 Sondaggi in fase di caratterizzazione. CAMPIONE PROF. IDROC. LEGGERI IDROC. PESANTI Risultati conseguiti BENZENE TOLUENE ETILBENZ. XILENI C 12 C>12 m mg/kg ss mg/kg ss mg/kg ss mg/kg ss mg/kg ss mg/kg ss S1 1,0-2, ,52 70,1 9,5 53,1 S1 3,0-4, ,53 39,1 49,3 306,1 S1 5,0-6, ,57 55,9 52,2 335,3 S1 8,0-9, <5 9,09 85,7 87,9 463,7 S2 0,5-1,2 <1 384 <0,02 <0,1 <0,1 <0,1 S2 3,0-4, <0,02 <0,1 0,2 0,2 S2 4,0-5, <0,02 <0,1 <0,1 <0,1 S2 5,5-6,5 <1 <5 <0,02 <0,1 <0,1 <0,1 S8 2-3 <1 65 <0,02 <0,1 <0,1 <0,1 S8 3-4 < VMP-2 3,0-4,0 < < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 D.LGS. 152/06 - Siti ad uso verde pubblico, privato e residenziale ,1 0,5 0,5 0,5 29

30 Sondaggi di collaudo Fase 1. Data Denominazione Idrocarburi (C<= 12) mg/kg s.s. Risultati conseguiti Idrocarburi (C >12) mg/kg s.s SC1 (0,5-1,2m) SC1 (1,2-2,0m) SC1 (2,0-3,0m) SC1 (3,0-4,0m) SC1 (4,0-5,0m) SC2 (0,5-2,0m) SC2 (2,0-3,0m) SC2 (3,0-4,0m) SC1 (0,8m) < SC1 (1,2m) < SC1 (2,5m) < SC1 (3,5m) < SC1 (4,5m) < 1 - D. LGSL. 152/06 - CSC PER SITI AD USO VERDE PUBBLICO, PRIVATO E RESIDENZIALE mg/kg espressi come s.s

31 Sondaggi di collaudo Fase 2. Data Denominazione Idrocarburi Idrocarburi (C<= 12) (C >12) Benzene Toluene Etilbenzene Xileni mg/kg s.s. mg/kg s.s. mg/kg s.s. mg/kg s.s. mg/kg s.s. mg/kg s.s SC3 Prof. 0,5-2,0 m 1 22 < 0,01 < 0,01 < 0,01 0, SC3 Prof. 2,0-2,8 m 1 17 < 0,01 < 0,01 < 0,01 0, SC3 Prof. 2,8-4,0 m 1 31 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 Risultati conseguiti SC3 Prof. 4,0-5,0 m < 1 23 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC3 Prof. 5,0-6,0 m < 1 23 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC3 Prof. 6,0-7,0 m < 1 29 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC3 Prof. 7,0-8,0 m < 1 < 5 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC3 Prof. 8,0-9,0 m < 1 5 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC3 Prof. 1,5 m 5 n.p. < 0,01 < 0,01 < 0,01 0, SC3 Prof. 2,5 m < 1 n.p. < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC3 Prof. 3,5 m < 1 n.p. < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC3 Prof. 4,5 m < 1 n.p. < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC3 Prof. 5,3 m < 1 n.p. < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC3 Prof. 6,5 m < 1 n.p. < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC3 Prof. 7,5 m < 1 n.p. < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC3 Prof. 8,5 m < 1 n.p. < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC5 Prof. 3,2 m 3 n.p. < 0,01 < 0,01 < 0,01 0, SC5 Prof. 4,0 m 1 n.p. < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC5 Prof. 4,8 m 3 n.p. < 0,01 < 0,01 < 0,01 0, SC5 Prof. 2,5-3,5 m 2 13 < 0,01 < 0,01 < 0,01 0, SC5 Prof. 3,5-4,5 m 2 15 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC5 Prof. 4,5-5,0 m 3 25 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC4 Prof. 3,0-4,0 m < 1 10 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC4 Prof. 3,5 m < 1 22 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0, SC4 Prof. 3,5 m 1 n.p. < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 D. LGSL. 152/06 - CSC PER SITI AD USO VERDE PUBBLICO, PRVATO E RESIDENZIALE mg/kg espressi come s.s ,1 0,5 0,5 0,5 31

32 Conclusioni L intervento di bonifica si è concluso con successo raggiungendo gli obiettivi prefissati in tempi estremamente brevi (circa 1 anno per l ottenimento dei risultati di conformità dall avvio delle attività) a fronte di tempi stimati per altre tecnologie estremamente più lunghi; I costi di bonifica sono risultati decisamente inferiori a quelli di un intervento molto più invasivo come il dig & dump tecnicamente poco praticabile nell ambito di progetto (necessità di opere provvisionali, interferenze con le strutture esistenti, spazi estremamente limitati); Tale risultato è stato raggiunto con una tecnologia innovativa che ha permesso di eliminare totalmente la produzione di rifiuti generalmente prodotti da attività di bonifica tradizionali quali terreno contaminato, carboni attivi esausti. 32

33 Per eventuali contatti: SI RINGRAZIA PER L ATTENZIONE 33