Contaminazione da idrocarburi: confronto tra diversi approcci

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1 Contaminazione da idrocarburi: confronto tra diversi approcci Luca Ghiselli PM Studio Aglietto s.r.l. Lorella Ghionna PM AKRON SpA Geofluid I Siti contaminati, problematiche di bonifica Piacenza, 4 ottobre 2006

2 SOMMARIO Illustrazione del caso di studio Stato del sito e modello concettuale Perché rimuovere la fase libera Principali tecnologie di rimozione della fase libera Selezione della tecnologia di recupero di LNAPL Fattibilità di recupero della fase libera Test di recupero della fase libera Confronto tra le rese di recupero della fase libera Prova pilota di TPE (Bioslurping) Criteri progettuali per il dimensionamento Full-scale Conclusioni

3 INFORMAZIONI GENERALI DEL CASO DI STUDIO Società Metalmeccanica ubicata a nord est di Torino Il sito è attualmente attivo e si estende su una superficie complessiva di mq di cui circa coperti L attività produttiva può essere riassunta in: stoccaggio dei semilavorati; trattamenti termici; laminatoi; stoccaggio prodotti finiti pronti per la spedizione

4 SINTESI DELLE ATTIVITA DI CARATTERIZZAZIONE SVOLTE Le indagini di caratterizzazione del sito sono state realizzate in due fasi intercorrenti tra il 2001 e il 2004 che complessivamente hanno visto l esecuzione delle seguenti attività investigative: 46 sondaggi a carotaggio; installazione di 8 pozzi di monitoraggio delle acque di falda (da 2 e 3 ); esecuzione di un pozzo per acqua diam. 200 mm; prelievo di 150 campioni di terreno per le analisi di laboratorio; diverse campagne di monitoraggio delle acque di falda; analisi chimiche di acque e terreni; prove idrauliche in pozzo La prima fase d indagine consentì di individuare le aree dello stabilimento interessate da contaminazione del sottosuolo. La seconda fase, di approfondimento, ha consentito di verificare e delimitare la contaminazione individuata durante la prima fase delle indagini

5 PIANTA DELL AREA E UBICAZIONE DELLE INDAGINI Particolare della seconda fase d indagine

6 RISULTATI DELLE INDAGINI DI CARATTERIZZAZIONE Geologia e idrogeologia del sito: alternanza di ghiaie e sabbia con ciottoli; falda acquifera libera superficiale la cui sogg. si attesta a 4-5 m p.c.; andamento di deflusso delle acque in direzione Ovest Est; permeabilità media calcolata pari a 2.37 E -5 m/s. Contaminazione terreni: localizzata nella porzione nord - ovest dello Stabilimento costituita principalmente dalla presenza di Idrocarburi pesanti (3.420 mg/kg), leggeri (1.180 mg/kg) e Totali (8.910 mg/kg); individuata in un orizzonte a 3-5 m p.c. con prof. max. di 8 m p.c. Contaminazione acque di falda: costituita principalmente da Idrocarburi ( ug/l), Ferro ( ug/l), Manganese (4.170 ug/l); presenza di fase libera surnatante la falda (LNAPL) sp. max 80 cm;

7 MODELLO CONCETTUALE MODELLO CONCETTUALE

8 AREA INTERESSATA DALLA PRESENZA DI LNAPL (Interpretata)

9 PERCHE RIMUOVERE LA FASE LIBERA costituisce una sorgente secondaria di contaminazione la rimozione consente di intervenire sul soluto inibisce gli interventi di biodegradazione aerobica azione prioritaria di qualunque intervento di messa in sicurezza di emergenza in presenza di LNAPL

10 SCELTA DELLA TECNOLOGIA DI RIMOZIONE DELLA FASE LIBERA impiego di skimmers (attivi o passivi) dual pump recovery (utilizzo combinato di skimmers e pompa sommersa) two phase extraction

11 IMPIEGO DI SKIMMER - PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO Separatore olio/acqua Zona vadosa LNAPL Zona satura Skimmer

12 DUAL PUMP RECOVERY PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO Trattamento acque Separatore olio/acqua Zona vadosa LNAPL Zona satura Pompa Skimmer

13 TWO-PHASE EXTRACTION - DEFINIZIONE Two-Phase Extraction Technology (TPE, Drop-tube entrainment extraction ): estrazione di acqua e/o vapore e/o NAPL attraverso un tubo unico di aspirazione sospeso nel pozzo e messo in depressione dalla superficie; solo sul p.c. il flusso polifasico passa attraverso separatori e l acqua ed il vapore vengono opportunamente trattati.

14 TWO-PHASE EXTRACTION PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO Valvola di trafilamento Vuotometro Separatore L/G Pompa Pompa da vuoto ad anello liquido Trattamento liquidi Trattamento vapori Suction pipe Vapore Zona vadosa Tratto finestrato Pozzo di estrazione Liquido Zona satura

15 TWO-PHASE EXTRACTION IN CONFIGURAZIONE BIOSLURPING LRP Separatore Liq./vapore Trattamento vapori Separatore olio/acqua Zona vadosa BV LNAPL Zona satura

16 SELEZIONE DELLA TECNOLOGIA DI RECUPERO DI LNAPL Valutare fattibilità di BV e SVE Skimmer; procedere con l implementazione full-scale NO Baildown test: V rec > 4 l/giorno? SI Effettuare test di recupero con BS, skimmer e dual-pump TPE (BS); valutare costi trattamenti NO Sostenibili? Recupero NAPL tecnicamente fattibilie? SI NO Quale tecnologia presenta V rec max? Dual pump; valutare costi trattamenti SI TPE o DP: procedere con l implementazione full-scale

17 OBIETTIVI DELLE PROVE PILOTA verificare la fattibilità di recupero della fase libera definire la fattibilità della biodegradazione nella zona vadosa determinare il raggio di influenza di recupero della fase libera, variabile localmente in funzione della distribuzione della stessa e delle eterogeneità del sottosuolo determinare le proprietà fisiche del sottosuolo (permeabilità all aria, ritenzione idrica, etc.) determinare i parametri di progetto per il dimensionamento dell impianto full scale (volumi di LNAPL recuperati, volumi di acqua, concentrazione e portate dei gas di scarico, etc.) valutare la fattibilità economica degli interventi e definire il quadro economico delle attività con impianto in configurazione finale

18 BAILDOWN TEST FATTIBILITA DI RECUPERO FASE LIBERA Monitoraggio dell andamento dello spessore di LNAPL nel pozzo. La ricostruzione delle curve di risalita a ginocchio consentono di stimare: la velocità di recupero della fase libera Vrec (l/giorno); lo spessore reale Sr dello strato di LNAPL presente in falda (solitamente da 2 a 10 volte inferiore a quello apparente rilevato in pozzo; Nel caso in esame: l interpretazione del BD-Test realizzato nel pozzo PZ1 ha permesso di stimare Vrec = 9,7 l/giorno; l interpretazione del BD-Test realizzato nel pozzo MW1 ha permesso di stimare un Vrec = 25 l/giorno

19 PROVE PILOTA P&I Valvola rompivuoto P Vuotometro P Porta di Flussimetro campionamento Bentonite F PVC, 2 Valvola di diluizione P Impianto mobile (LRP e trattamenti) D = 3/8 Al D = 1 D = 3

20 TEST DI RECUPERO FASE LIBERA CON IMPIANTO MOBILE SKIMMER TEST BIOSLURPING TEST DRAWDOWN TEST

21 SKIMMER TEST CONFIGURAZIONE IMPIANTO MOBILE Valvola Pompa peristaltica Valvola a sfera aperta p.c. 2 PVC Cemento Riempimento Bentonite 1 drop tube Sabbia LNAPL Tavola d acqua

22 BIOSLURPING TEST CONFIGURAZIONE IMPIANTO MOBILE Valvola Pompa ad anello liquido Valvola a sfera aperta p.c. 2 PVC Cemento Riempimento Bentonite 1 drop tube Sabbia LNAPL Tavola d acqua

23 DRAWDOWN TEST CONFIGURAZIONE IMPIANTO MOBILE Valvola Pompa ad anello liquido Valvola a sfera aperta p.c. 2 PVC Cemento Riempimento Bentonite 1 drop tube Sabbia LNAPL Tavola d acqua

24 CONFRONTO DELLE RESE DI RECUPERO DELLA FASE LIBERA recupero fase libera (l/g) skimmer test bioslurping test 80 drawdown test

25 PROVA PILOTA BIOSLURPING - DESCRIZIONI Valutazione pozzi di monitoraggio esistenti: è stato scelto un pozzo (MW1) da attrezzare a punto di estrazione in quanto già dotato di opportuna impermeabilizzazione (bentonite) e di filtro posizionato per almeno 80 cm nella zona vadosa; Modi, mezzi, materiali e tempi: è stato utilizzato un impianto di pompaggio mobile, connesso ad una testa pozzo alla volta mediante tubazione flessibile da 2, per una durata di 8h/pozzo. L apertura del suction tube, in PVC e di 1 di diametro nom., è stata posizionata inizialmente 1m sotto la tavola d acqua e sollevata leggermente durante la prova. Punti di monitoraggio: sono stati installati tre punti di monitoraggio per la valutazione delle variazioni di P, ciascuna postazione è stata attrezzata con manometro differenziale e valvola di campionamento dei vapori; Parametri misurati: P, conc. Di VOC e CH4 (% in volume), O2 e CO2 (% in vol.), sia nei vapori estratti che sui punti di monitoraggio

26 PROVE PILOTA RAGGIO D INFLUENZA DELLA ZONA VADOSA Raggio relativo alla zona di influenza nel terreno soggetta alla depressione indotta dall impianto Vuoto (mmhg) R c = 9 m Distanza dal pozzo (m)

27 PROVA PILOTA TEST DI RECUPERO FASE LIBERA 100 Raggio della zona di influenza, nell intorno del pozzo, identifica tutti i punti sulla superficie piezometrica interessati dal movimento di olio vero il pozzo di estrazione LNAPL recuperato (l/g) 10 R c = 9 m distanza dal pozzo(m) 100

28 ELEMENTI OGGETTO DI VALUTAZIONE PER IL DIMENSIONAMENTO FULL-SCALE posizionare correttamente i pozzi di recupero di LNAPL impostare la rete di monitoraggio selezionare qualità e quantità di pompe ad anello liquido selezionare i separatori olio-acqua scegliere l impianto di trattamento acque definire i sistemi di trattamento dei gas di scarico

29 CRITERIO DI DISPOSIZIONE DEI POZZI L = 2rc cos(30) = 1,732 rc

30 SCELTA DEL SISTEMA TRATTAMENTO VAPORI Motore C.I. Inceneritore Catalizzatore Biofiltri Carboni attivi Reiniezione (ppmv)

31 CONCLUSIONI L applicazione della tecnologia MPE a decine di siti caratterizzati da permeabilità medio-bassa ha permesso di provare la maggiore efficacia nella rimozione di VOC e soprattutto di LNAPL rispetto ai sistemi convenzionali; La determinazione dei parametri di progetto di un sistema MPE è fortemente condizionata dalla corretta impostazione e dall accurata interpretazione del test pilota; La TPE in configurazione Bioslurping risulta efficace (e conveniente) per la rimozione di LNAPL da acquiferi a conducibilità idraulica medio bassa; Si osserva la sempre più frequente combinazione di TPE come jump start per l attivazione di procedure di bioremediatin ed MNA;