Metalli pesanti in tracce in acque destinate ad utilizzo agricolo: fato, mobilità ed interazioni all interfaccia suolo-acquifero

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Luca Abbate
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1 Metalli pesanti in tracce in acque destinate ad utilizzo agricolo: fato, mobilità ed interazioni all interfaccia suolo-acquifero RELATORE: Prof. Massimiliano Fabbricino CORELATORE: Dott. Ludovico Pontoni CANDIDATI: Gerardo D Alessio Luigi Ferrara M67176 M674 Università degli Studi di Napoli Federico II, Italia

2 Indice INTRODUZIONE INTRODUZIONE SPERIMENTAZIONE Esposizione del problema Obiettivi Colonne Analisi dei reflui Soluzione artificiale Metalli pesanti Assorbanza e Fenoli DISCUSSIONE DEI RISULTATI CONCLUSIONI Meccanismi

3 Esposizione del problema INTRODUZIONE Crescita della popolazione mondiale Incremento del consumo di acqua Uso domestico Uso industriale Agricoltura Solo tra il 1% e il 3% delle acque raggiungono le colture Necessità di recuperare e riutilizzare l acqua

4 Vie di destinazione dei contaminati a contatto con il suolo Contaminante INTRODUZIONE Volatilizzazione Interazione con il suolo e ripartizione della fase solida, liquida e gassosa Adsorbimento alla matrice del suolo Bioaccumulo Percolazione

5 Metalli pesanti in tracce in acque destinate ad utilizzo agricolo: fato, mobilità ed interazioni all interfaccia suolo-acquifero

INTRODUZIONE Processi metalli pesanti L uomo assume una determinata quantità di metalli pesanti dall acque potabili, anche se di norma le concentrazioni di tali sono molte basse.

6 INTRODUZIONE Processi metalli pesanti L uomo assume una determinata quantità di metalli pesanti dall acque potabili, anche se di norma le concentrazioni di tali sono molte basse. Il problema nasce, quando essi riescono ad entrare nella catena alimentare attraverso gli alimenti con processi di biaccumolo e biomagnificazione raggiungendo concentrazioni elevate, che possono portare danni alla salute dell uomo.

7 Cibo INTRODUZIONE BIOACCUMULO Colture Rilascio

8 INTRODUZIONE Le dinamiche dei metalli pesanti all interfaccia suoloacquifero Metalli pesanti Matrice solida immobile Fase acquosa mobile Colloidi Nano particelle Fase mobile dei colloidi

9 INTRODUZIONE I metalli pesanti: hanno una densità superiore a 5g/cm 3 ; hanno un numero atomico superiore a ; si comportano generalmente come cationi; hanno un elevata attitudine a formare complessi molecolari.

Cadmio (Cd) INTRODUZIONE Numero atomico 48 Peso atomico(g/mol) 11,41 Metalli pesanti: cadmio (cd) Numero d ossidazione + Origini Danni sulla salute Utilizzi

10 Cadmio (Cd) INTRODUZIONE Numero atomico 48 Peso atomico(g/mol) 11,41 Metalli pesanti: cadmio (cd) Numero d ossidazione + Origini Danni sulla salute Utilizzi Concentrazione medie nelle acque reflue Crosta terrestre e sottoprodotto dell estrazione di Zn,Cu e Pb Tossico per basse concentrazione, bioaccumula Pile nichel-cadmio, vernici, mg/l

Rame (Cu) INTRODUZIONE Numero atomico 9 Metalli pesanti: Rame (cu) Peso atomico(g/mol) 63,54 Numero d ossidazione +1,+ Origini Danni sulla salute Utilizzi Concentrazione

11 Rame (Cu) INTRODUZIONE Numero atomico 9 Metalli pesanti: Rame (cu) Peso atomico(g/mol) 63,54 Numero d ossidazione +1,+ Origini Danni sulla salute Utilizzi Concentrazione medie nelle acque reflue Estrazione mineraria Tossico ad alte concentrazioni, bioaccumula Elettronica, artigianato, trasporti, edilizia, impiantistica termo-sanitaria,16 mg/l

12 Nichel (Ni) INTRODUZIONE Numero atomico 7 Metalli pesanti: Nichel (ni) Peso atomico(g/mol) 58,71 Numero d ossidazione + Origini Danni sulla salute Utilizzi Concentrazione medie nelle acque reflue Estrazione mineraria Tossico ad alte concentrazioni leghe (acciaio inox),3 mg/l

Zinco (Zn) INTRODUZIONE Numero atomico 3 Metalli pesanti: piombo(pb) Peso atomico (g/mol) 65,49 Numero d ossidazione + Origini Danni sulla salute Utilizzi

13 Zinco (Zn) INTRODUZIONE Numero atomico 3 Metalli pesanti: piombo(pb) Peso atomico (g/mol) 65,49 Numero d ossidazione + Origini Danni sulla salute Utilizzi Concentrazione medie nelle acque reflue Estrazione mineraria Presente nel corpo umano ma tossico in grandi quantità, bioaccumula Fabbricazione di leghe, vernici, batterie,3 mg/l

14 SPERIMENTAZIONE SCOPO DELLA SPERIMENTAZIONE Studio delle interazioni all interfaccia suolo/acquifero e della mobilità dei metalli presenti in tracce nelle acque reflue depurate in terreni sottoposti a irrigazione

15 COLONNE Torba di sfagno SPERIMENTAZIONE SUOLO ARTIFICIALE Caolinite 1% 5% % 74% Sabbia di quarzo CaCO3

16 Analisi delle acque reflue Metalli Lunghezza d onda[nm] Concentrazione [ppb] SPERIMENTAZIONE Soluzione [ppb] Artificiale Corretta F.A.O. Al Ca x1 Cd Co <.5 Cr Nd Cu K x1 Mg x1 Na x1 Ni Pb Nd Sr Zn

SPERIMENTAZIONE Strati 1 3 4 5 6 Le colonne di

stato prelevato giornaliermente il percolato.

di,5 cm e i restanti di 1 cm), per poter studiare i

17 SPERIMENTAZIONE Strati Le colonne di terreno sono state innaffiate con il refluo ed è stato prelevato giornaliermente il percolato. Il suolo è stato poi suddiviso in 6 strati (i primi di,5 cm e i restanti di 1 cm), per poter studiare i gradienti di concentrazione degli inquinanti sulla profondità. Successivamente i campioni di terreno vengono fatti essiccare all interno di un frigotermostato alla temperatura 4 C.

18 SPERIMENTAZIONE SOLUZIONI GRUPPO COLONNE SOLUZIONE A A B B C C D E D 1 Acque reflue reali Acque reflue artificiali Acque reflue reali corrette Acque reflue artificiali corrette 1 CONC. METAL LI (ppb) Cd=,5 Cu=1 Ni=1,5 Zn=5 Cd=,5 Cu=1 Ni=1,5 Zn=5 Cd=5 Ni=1 Cu=1 Zn=5 Cd=5 Ni=1 Cu=1 Zn=5 DOM = = = 8 13 Cd=5 = = E Acque reflue artificiali corrette Ni=1 Cu=1 Zn=5

19 MINERALIZZAZIONE SPERIMENTAZIONE

SPERIMENTAZIONE CONCENTRAZIONE DI FENOLI mg

Tartrato di sodio e potassio (75 ml acqua

gr di Potassio sodio tartrato tetraidrato e gr

lasciato a riposo per 3 minuti ottenendo una

20 SPERIMENTAZIONE CONCENTRAZIONE DI FENOLI mg terreno + 18 mg di NaSO4; 5 mg diluzione solida-falcon di 15ml + 1 ml di acqua bidistillata +75 µl di FOLIN + 3 ml di Tartrato di sodio e potassio (75 ml acqua bidistillata, aggiungendo, agitandolo, 1. gr di Potassio sodio tartrato tetraidrato e gr Carbonato di sodio); Vortex, il tutto è stato lasciato a riposo per 3 minuti ottenendo una soluzione di colore blu; Cuvette, spettrofotometro (λ=7nm), legge Lambert-Beer.

21 [ppb] ANALISI DEI PERCOLATI 4, ,5 3 4,5 6 7,5 9 1,5 1 13, ,5 18 [ppb] 1, ,5 3 4,5 6 7,5 9 1,5 1 13, ,5 18 A A Cd 1 Ni 8 Cu 6 4 [giorni] [ppb] [ppb] Zn [giorni] 37,8 B 1,5 3 4,5 6 7,5 9 1,5 1 13, , ,1 RISULTATI B 1,5 3 4,5 6 7,5 9 1,5 1 13, ,5 18

22 COD e ASSORBANZA RISULTATI mg O L mg O L A - COD B - COD 1 465, 1 434, [giorni] [nm] 3 A abs45 [nm] 3 B abs45,5 1,5 1,5,5 1,5 1,5 1,5 3 4,5 6 7,5 9 1,5 1 13, ,5 18 [giorni] 1,5 3 4,5 6 7,5 9 1,5 1 13, ,5 18

23 Concentrazione dei fenoli e Assorbanza (7nm) RISULTATI A [cm] [ppm] [cm] B [ppm] ads 7 A [nm],,1,,3,4, [cm] [nm],,1,,3,4, [cm] ads 7 B

24 [cm] Concentrazione Zinco A [ppm] Concentrazione Nichel [cm] A [cm] RISULTATI B [ppm] [ppm]

25 Concentrazione Cadmio RISULTATI A [ppb] [cm] Concentrazione Rame A [ppm] [cm]

26 Effetto della DOM RISULTATI Colloidi mobili (lenti) Colloidi/liganti mobili (veloci) Metalli

27 CONCLUSIONI La presenza di DOM (acidi umici e fulvici) all interno del suolo è strettamente correlata con la migrazione dei metalli pesanti nelle colonne. Gli acidi umici e fulvici sono sitospecifici, da ciò consegue che il meccanismo dipende principalmente dal tipo e composizione del suolo stesso. Unitamente alla mobilitazione dei metalli pesanti può esserci anche mobilitazione dei fenoli e di altri inquinati. Il trasporto dei fenoli all interno del suolo fornisce interessanti informazioni sul meccanismo di mobilità della DOM e quindi dei metalli pesanti. I metalli adsorbiti sul primo cm, con il trascorrere del tempo, potrebbero generare fenomeni di bioaccumulo nelle radici della vegetazione irrigata.

28 CONCLUSIONI Grazie a tutti per l attenzione

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