Università di Roma Tor Vergata Laura magistrale in Ingegneria per l ambiente e il territorio Corso di Bonifica dei Siti Contaminati.

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1 Università di Roma Tor Vergata Laura magistrale in Ingegneria per l ambiente e il territorio Corso di Bonifica dei Siti Contaminati Air Sparging AS Renato Baciocchi A.A

2 Introduzione Classificazione della tecnologia: bonifica in situ. Principio: Iniezione nell acquifero di aria atmosferica in pressione.

3 Principio della tecnologia Principio (segue) L aria iniettata nell acquifero risale sotto forma di bolle che spostano l acqua presente nei poro della zona satura. I contaminanti presenti in fase liquida e adsorbiti vengono trasferiti all interno delle bolle d aria (in fase vapore). L aria arricchita in contaminanti deve essere raccolta mediante un sistema di pozzi nella zona insatura (SVE). AS e SVE sono pertanto tipicamente accoppiati. Meccanismi in gioco Stripping di composti organici volatili in fase acquosa Volatilizzazione contaminanti adsorbiti sulla matrice solida Volatilizzazione di prodotto libero (se presente) Stimolazione processi biologici (dovuta ad aumento O 2 )

4 Contaminanti Composti volatili e semivolatili: Solventi clorurati Composti aromatici Idrocarburi (meglio se leggeri) Solventi non clorurati: acetone, aldeidi, chetoni (attivazione bio) Meccanismi: Chimico fisici (volatilizzazione e stripping) > AIR SPARGING (AS) Biologici > BIOSPARGING (BS) Basta cambiare il regime di flusso (alto per AS basso per BS)

5 Elementi di un sistema di AS Pozzi di iniezione aria nella zona satura Compressore per l iniezione d aria nei pozzi Tubazioni di collegamento (piping) tra pozzi e sistema di insufflazione Impianto SVE per recupero e trattamento vapori

6 Condizioni di applicabilità Presenza di contaminanti organici volatili e/o biodegradabili per via aerobica Zona di contaminazione satura a medio alta permeabilità Assenza di prodotto libero in galleggiamento (rimozione preventiva!) Assenza di edifici, strutture interrate o spazi confinati (accumulo vapori) L acquifero deve essere NON CONFINATO Applicabilità vincolata a: 1) Caratteristiche dei contaminanti 2) Caratteristiche idrogeologiche

7 Caratteristiche dei contaminanti Costante di Henry: > 1 x 10 5 atm m 3 /mol Tensione di vapore: > mmhg Biodegradabilità

8 Caratteristiche dei contaminanti Rapporto tra stripping/volatilizzazione e biodegradazione

9 Caratteristiche del sottosuolo Struttura e stratificazione del suolo In presenza di strati a minore o maggiore permeabilità rispetto agli altri strati, può determinare flussi orizzontali dell aria che possono a loro volta allargare il plume di contaminazione. L applicazione dell AS è suggerito per conducibilità idraulica > 10 5 m/s e per siti con geologia omogenea.

10 Caratteristiche del sottosuolo Presenza di Ferro Il Fe(II) può essere ossidato a Fe(III) e precipitare riducendo la permeabilità del suolo in prossimità della fenestratura dei pozzi dove è maggiore la [O2]. Criteri di applicazione [Fe++] < 10 mg/l EFFICACE 10 mg/l > [Fe++] < 20 mg/l DA VALUTARE [Fe++] > 20 mg/l NON RACCOMANDATA

11 Parametri di progetto Distribuzione dell aria: stima della zona di influenza del pozzo di insufflazione Pressione e portata dell aria iniettata Profondità di iniezione dell aria nell acquifero (tipicamente 30/60 cm sotto la zona di massima contaminazione) Vincoli progettuali: Concentrazione iniziale ed obiettivo di bonifica Volume della zona satura da trattare Limiti imposti dalla presenza di edifici o impianti Tipicamente AS si applica a falde con tavola d acqua a massimo 20 m di profondità

12 Parametri di progetto: pressione di iniezione Criterio di progettazione: somma dei seguenti termini Pressione idrostatica (pressione necessaria per spiazzare la colonna d acqua presente nel pozzo di iniezione) Perdite di carico per attrito e sul filtro (non sono elevate e non pesano molto sul valore finale) Pressione di entrata nella formazione (minimo valore da raggiungere affinchè l acqua possa entrare nel mezzo proroso)

13 Parametri di progetto: pressione di iniezione Criterio di progettazione: somma dei seguenti termini P= H i + P d + P c Pressione idrostatica: H i (m H 2 O) spessore della zona satura sopra il punto di insufflazione dell aria Pressione di ingresso nel filtro del pozzo: P d (m H 2 O) Pressione capillare di ingresso nella formazione: P c (m H2O) = 2s/r dove s= tensione superficiale tra aria e acqua r= raggio medio di curvatura dell interfaccia tra i fluidi Poiché r diminuisce con la dimensione dei grani del suolo, la P c aumenta per suoli a tessitura fine. TIPO DI SUOLO MAX D(um) P c (kpa) GHIAIE >1000 < 0.3 SABBIE LIMI ARGILLE <1 >300

14 Parametri di progetto: portata d aria Portata d aria Viene definita allo scopo di garantire a) efficiente volatilizzazione e stripping b) concentrazione di O 2 maggiore del 2% Valori tipici forniti da due fonti diverse 5 40 m 3 /h (EPA) / 2 68 m 3 /h (API) Pressione di entrata nella formazione (minimo valore da raggiungere affinchè l acqua possa entrare nel mezzo proroso)

15 Parametri di progetto: zona di influenza Viene definita come la massima distanza rispetto al pozzo di insufflazione alla quale il FLUSSO D ARIA e la PRESSIONE applicati sono sufficienti a indurre il trasferimento dei contaminanti in fase vapore e la loro rimozione. La zona di influenza è teoricamente un cono invertito, ma varia a seconda del flusso e della geologia del sito.

16 Parametri di progetto: zona di influenza Inoltre, l iniezione dell aria influenza la falda secondo un comportamento variabile nel tempo, con un innalzamento iniziale della tavola d acqua che tende a ridursi nel tempo.

17 Conduzione test pilota Va condotto sulla base dei seguenti requisiti: a) Va condotto in una zona di contaminazione intermedia: non troppo bassa (pena scarsa significatività); non troppo alta (pena flussi d aria troppo elevati e possibile migrazione degli inquinanti); b) Va realizzato un pozzo di insufflazione c) Vanno realizzati tre (o più) pozzi di monitoraggio (i.e. 2 / 4 / 8 metri) d) Va realizzato un piccolo impianto SVE MISURE DA EFFETTUARE a) livello piezometrico b) portate e pressione iniezione aria c) rilievo di aria (gas)

18 Schema del test pilota Parametri di misura: a) Innalzamento della tavola d acqua (ma variabile nel tempo) b) Aumento della concentrazione di ossigeno disciolto (DO) (problemi legati a fenomeni di air channelling) c) Aumento della pressione nello spazio di testa dei piezometri (è il metodo maggiormente affidabile)

19 Zona di influenza Una volta definita la zona di influenza del singolo pozzo di insufflazione, si procede alla definizione della maglia di intervento, che prevede una certa sovrapposizione tra i pozzi. In figura sono illustrate due configurazioni a) Intervento di AS per il trattamento di una sorgente contaminata b) Realizzazione di una barriera di AS per il contenimento del plume

20 Costruzione dei pozzi di iniezione Pozzo per iniezione in acquiferi superficiali (meno di 7 metri) Diametro pozzi: da 25 a 100 mm Materiale: PVC Schedule 40 or 80 (spessore) Fenestratura: in PVC da 10 finestre (non ha senso fare filtri di spessore superiore a 30 cm, in quanto comunque l aria tende a passare in questo spessore) Pozzo per iniezione in acquiferi profondi (più di 7 metri)