SPERIMENTAZIONE DI UNA TECNICA NATURALE DI DECONTAMINAZIONE DI SEDIMENTI MARINI DI DRAGAGGIO PER IL RIUTILIZZO COME TERRENO AGRARIO Renato Iannelli Veronica Bianchi Brunello Ceccanti Grazia Masciandaro Serena Doni Cristina Macci Università di Pisa Dipartimento di ingegneria civile CNR - Sede di Pisa Istituto per lo studio degli ecosistemi
PORTO DI LIVORNO Sito contaminato di interesse nazionale (SIN) Piano di caratterizzazione del porto Vasca di accumulo 1.75. m 3 4. m 2 Il protocollo concordato col Ministero dell Ambiente: Collocazione in vasca di colmata impermeabilizzata dei sedimenti di dragaggio con contaminazione inferiore al 9% dei limiti per siti ad uso commerciale e industriale (Tab. 1 all. 5 D.Lgs 152/6) Superamento limiti idrocarburi: landfarming con bioaugmentation prima di collocazione in vasca Superamento limiti metalli: conferimento in discarica Costo complessivo di collocazione e trattamento: 67 /m 3 oltre al dragaggio e trasporto La vasca di colmata è stato completamente riempita in circa 2 anni di attività di dragaggio 2
OBIETTIVO: Applicare una tecnica di fitorimediazione per la decontaminazione di sedimenti marini derivanti da attività di dragaggio, al fine di trasformarli in una matrice non contaminata, dalle peculiarità di un suolo agronomico (tecno-suolo), ricollocabile a terra. - Progetto triennale ECO-INNOVATION (eu #23965) - Finanziato nel 9 dalla Commissione Europea - Cofinanziamento dal Ministero dell Ambiente -Sette partecipanti: (Italia, Israele, Montenegro) Fine ultimo: Sfruttamento commerciale di tecniche di fitorimediazione sperimentate e validate precedentemente Siti pilota: - Porto di Livorno (Italia) - Canale Navicelli di Pisa (Italia) - Porti di Haifa e Ashdod (Israele) 3
Fasi di costruzione dell impianto pilota di Livorno: Realizzazione della vasca (gennaio 1) Piantumazione (maggio 1) Monitoraggio (giugno 1 gennaio 12) 4
Impianto pilota di Livorno Area 1 Paspalum Area 2 Controllo Area 4 Paspalum + Spartium Area 3 Paspalum+Tamarix 27 m di lunghezza 14 m di larghezza 1.3 m di profondità Volume utile 11 m3 Sedimento : suolo = 1 : 3 5
2. 1.5 1..5. 8 6 4 8 6 4 Cd P C P+S P+T Ni P C P+S P+T Pb P C P+S P+T 1 - cm -4 cm 8 T 6 T1 4 T2 T3 4 - cm -4 cm 3 T T1 1 T2 T3 7 6 5 T 4 T1 3 T2 1 T3 - cm -4 cm Cu P C P+S P+T Zn P C P+S P+T - cm -4 cm T T1 T2 T3 - cm -4 cm Metalli nel D.Lgs 152/6 Cd Cu Ni Zn Pb Cr Urbane use (mg kg sedimento -1 ) 2 1 1 15 1 15 Industrial use (mg kg -1 ) 15 6 5 15 1 8 6 Cr P C P+S P+T T T1 T2 T3 - cm -4 cm T T1 T2 T3
Metalli nel percolato E.C. ds/m ph Cd mg/l Cu mg/l Ni mg/l Zn mg/l Pb mg/l Cr mg/l Giugno 1 P 1.5 7.96.14.27.32.7 <,6.33 C 1.6 7.78.13.13.35.6 <,6.15 P+S 9.67 7.96.13.17.39.63 <,6.13 P+T 9.41 7.79.17.47.36.18 <,6.6 Dicembre 1 P 1.55 7.75.21.35.25.32 <,6.5 C 1.71 7.74..41.21.5 <,6.4 P+S.744 7.84..35.3.8 <,6.9 P+T 1.54 7.85..42.29.91 <,6.6 Giugno 11 P 1.42 7.64.6.27.5.15 <,6.6 C 1.36 7.71.4.39.59 <,6.5 P+S 1.7 7.7.8.15.5.14 <,6.4 P+T 1.38 7.68.4.17.8 <,6 Novembre 11 P.9 7.5.62.5.86.5 C 2.96 6.92.51.51.117.333 P+S.72 7.22.79.45.112.618 P+T 1.42 7.42.77.56.56.37 Dlg.152/6 mg/l Cd Cu Ni Zn Pb Cr Scarico in acque superficiali.2.1 2..5. 2. Scarico sul suolo -.1..5.1 1 7
Adsorbimento nel materiale drenante Concentrazione adsorbato () 18 16 14 12 1 8 6 4 2 Rame regr.sab4h Sabbia 4h Sabbia 1h regr.ghi4h Ghiaia 4h Ghiaia 1h,5,1,15,2,25,3,35 Concentrazione nel liquido (mg/l) Concentrazione adsorbato () 8 7 6 5 4 3 1 Rame regr.sab4h Sabbia 4h Sabbia 1h regr.ghi4h Ghiaia 4h Ghiaia 1h -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Concentrazione nel liquido (mg/l) Classificazione isoterme di adsorbimento di Giles 8
Bilancio di massa dei metalli (Cd, Cu, Ni) 14 Cd P 1 Cu P 15 1 1 8 6 5 4 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11-5 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 14 Cd C 1 Cu C 15 1 1 8 6 5 4 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11-5 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 14 Cd P+S Cu P+S 1 15 1 1 8 6 5 4 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11-5 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 14 Cd P+T 1 Cu P+T 15 1 1 8 6 5 4 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11-5 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 4 35 3 25 15 1 5-5 -1 - -4-6 -8-1 -1-14 -16-18 4 35 3 25 15 1 5-5 -1 4 35 3 25 15 1 5-5 -1 Ni P 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 Ni C 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 Ni P+S 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 Ni P+T 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 g estratti dalle piante g adsorbiti nel drenaggio g estratti col percolato g persi -1 cm g persi -1 cm 9
Bilancio di massa dei metalli (Zn, Pb, Cr) 25 Zn P 15 Pb P 1 5 15 1-5 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 5-1 -15 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11-25 15 Zn C Pb C 1 5 15 1-5 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 5-1 -15 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11-25 15 Zn P+S Pb P+S 1 5 15 1-5 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 5-1 -15 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11-25 15 Zn P+T Pb P+T 1 5 15 1-5 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 5-1 -15 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 - g estratti dalle piante g adsorbiti nel drenaggio g estratti col percolato g persi -1 cm g persi -1 cm 8 7 6 5 4 3 1 8 7 6 5 4 3 1 8 7 6 5 4 3 1 8 7 6 5 4 3 1 Cr P 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 Cr C 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 Cr P+S 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 Cr P+T 5/1 8/1 11/1 2/11 5/11 8/11 11/11 1
Speciazione metalli (Cu e Zn) Zn (14 Zn ss) Cu (84 ss ) Cu 1% 1% 6% 7% 28% Ossidabile Scambiabile Riducibile 39% Ossidabile 23% 77% PROCEDURA DI ESTRAZIONE SEQUENZIALE BCR: Scambiabile: quota immediatamente disponibile (estrazione con acqua e acido acetico) Riducibile: quota legata alle sostanze riducibili (estrazione con cloridrato di idrossilammonio NH 2 OH HCl a ph=2) Ossidabile: quota legata alle sostanze ossidabili (estrazione con perossido di idrogeno a ph=2) Residuo: quota legata al reticolo cristallino (non estraibile) 11
Bilancio di massa dei metalli: trasferimento verso la rizosfera 1,6 1,4 Cd 7, 6, Cu 66, 64, Ni 1,2 1,,8,6,4 5, 4, 3,, 62, 6, 58, 56, 54,,2 1, 52,,, 5, Paspalum Spartium Tamarix Paspalum Spartium Tamarix Paspalum Spartium Tamarix media rizosfera media sedimento media rizosfera media sedimento media rizosfera media sedimento 35, 3, Zn 7, 6, Pb 35, 3, Cr 25, 5, 25,, 15, 4, 3,, 15, 1,, 1, 5, 1, 5,,,, Paspalum Spartium Tamarix Paspalum Spartium Tamarix Paspalum Spartium Tamarix media rizosfera media sedimento media rizosfera media sedimento media rizosfera media sedimento 12
Metalli nelle piante (novembre 11) TRASLOCATION FACTOR: concentrazione parte aerea/concentrazione radici BIOACCUMULATION FACTOR: concentrazione piante/concentrazione sedimento 13
Idrocarburi nel sedimento Attività enzimatica P=Paspalum v. C=controllo P+S=Paspalum v.+spartium j. P+T=Paspalum v.+tamarix g. T = Giugno 1 T1 = Dicembre 1 T2 = Giungo 11 T3 = Novembre 11 14
Bilancio idrico stima Evapotraspirazione reale (Ven Te Chow et al.,1988) E t = k s k c E tr (1) E t = evapotraspirazione reale calcolata attraverso il bilancio idrico: ΔW SM = W I +W R -W L -W ET (2) ΔW SM = variazione di acqua accumulata all interno della vasca determinato mediante le misure d umidità (mm); W I = acqua fornita per irrigazione misurata mediante contatori (mm); W R = pioggia misurata mediante la stazione meteo (mm); W L = percolato misurato mediante i contatori (mm); W ET = acqua rimossa (evapotraspirata) calcolata mediante l equazione (2). coeff. di suolo - ks 1.2 1.8.6.4.2 Paspalum Paspalum+Spartium Controllo Paspalum+Tamarix 5 1 15 25 3 35 Umidità (%) E tr = evapotraspirazione di riferimento calcolata in base a dati meteo elaborati secondo il metodo CIMIS, come variante del metodo di Penman-Montheit (FAO). kc = coefficiente di specie calcolato per calibrazione nelle condizioni di massima umidità della matrice: Paspalum Control P+Tamarix P+Spartium 2.5 2.15 2.1 1.8 k s = coefficiente di suolo calcolato dall equazione (1) come funzione dell umidità interna 15
CONCLUSIONI Metalli nel sedimento e nelle piante: - Riduzione % delle concentrazioni di metalli nel sedimento in due anni - I metalli si sono principalmente trasferiti al percolato, in parte adsorbiti nel materiale drenante - La traslocazione di metalli alla pianta è stata modesta, col massimo valore raggiunto per Tamarix G. - Significativo trasferimento verso la rizosfera di Spartium e Tamarix, in particolare per Cd e Cr Idrocarburi e fertilità: - Degradazione idrocarburi tot. In due anni: > 7% (Spartium e Tamarix); 4% (Paspalum e controllo) - Raggiumento caratteristiche di fertilità tipichedi terreni agrari in meno di due anni Percolato: - Nessuna produzione di percolato a partire dal secondo anno - Significativa riduzione della salinità dopo circa un anno - Contenuto dei metalli nel percolato trascurabile dopo circa un anno Bilancio idraulico: - Raggiungimento e mantenimento della capacità di campo in circa un anno - Alti tassi di evapotraspirazione per tutte le essenze - Scarse differenze di evapotraspirazione fra prato, arbusti e controllo 16