"Biorisanamento "Trattamento
composizione, del loro dosaggio all'interno delle PRB, la rimozione selettiva degli idrossidi gelatinosi di alluminio e/o una loro eventuale rigenerazione. Lo stesso tipo di pellet GCT o un altro appositamente sviluppato potrebbe inoltre essere testato per il trattamento di acque ad elevate portate, in particolare dove lagunaggi e/o PRB su base calcarea risultino meno efficienti.
da cromo esavalente"
BIORISANAMENTO DI UN ACQUIFERO CONT AMINA TO DA CROMO ESA VALENTE IN PROVINCIA DI BERGAMO Patrizia Prel/O, Roberto Ricci Biosearch Ambiente Srl
BIBLIOGRAFIA
è un contaminate presente nei terreni e nelle acque di falda a causa di sversamenti accidentali dovuti ad attività industriali, mentre la forma trivalente è un elemento naturalmente
Sommario. Il cromo esavalente
Regione Autonoma Sardegna (2009). Linee guida per la caratterizzazione bonifica delle aree minerarie dismesse. Progemisa (2003-2004). Piano della Caratterizzazione _ Relazione Descrittiva e Piano di Investigazione
e la
presente in ambiente. Un metodo efficace' per la detossificazione del cromo esavalente è quindi la sua riduzione a forma trivalente, reazione che può avvenire grazie all'azione della microflora autoctona della matrice contaminata. Biosearch Ambiente ha sviluppato un metodo di detossificazione in falda e nei terreni contaminati che impiega l'aggiunta di miscele di macro e micro nutrienti atossici che stimolano i consorzi
area Baccu Locci - Quirra iniziale.
Montana S.p.A. (2007-2008). Bonifica e recupero ambientale dell'area mineraria di Baccu Locci nei territori dei comuni di Villaputzu e San Vito - Progetto Preliminare di bonifica.
microbici nella detossificazione del metallo ottenendo una rapida riduzione dell'inquinante. Il procedimento implica tre stadi successivi: test di microcosmo in laboratorio, prova pilota in campo (facoltativa) e intervento di biorisanamento.
Montana S.p.A. (2007). Bonifica e recupero ambientale Baccu Locci nei territori dei comuni di Villaputzu Definitivo di bonifica.
dell'area mineraria di e San Vito - Progetto
Montana S.p.A. (2008). Bonifica e recupero ambientale Baccu Locci nei territori dei comuni di Villaputzu Esecutivo di bonifica.
dell'area mineraria di e San Vito - Progetto
Montana S.p.A. (2009-2011). Bonifica e recupero ambientale dell'area mineraria di Baccu Locci nei territori dei comuni di Villaputzu e San Vito - Perizie di Variante n° 1-2-3. Montana S.p.A. (2012). Bonifica e recupero ambientale dell'area mineraria di Baccu Locci nei territori dei comuni di Villaputzu e San Vito - Relazione di fine lavori. GeoChemTec
(20 IO). Field percolation tests of the chemical treatment of solids.
GeoChemTec PRB2.
(20 Il). Testing pellets for treatment
GeoChemTec
(2013). Treatment
of Baccu Locci percolate
in
of Baccu Locci solid mining waste.
Zijlstra J.J.P., Dessi R., Peretti R, Zucca A., (20 lO). Treatment of percolate fron1 metal sulphide mine tailings with a PRB of transformed red mud. In: Water Environment Research, voi 82-4,319-327. USDA Forrest Service (1998). Treating Acid Mine Drainage From Abandoned Mines in Remote Areas. 7EnG71Acid Mine Drainage Study.
--
90
di un accJUifero contaminato
di percolati acidi con PRB presso un sito minerario"
Angeloni, Bavestrelli,
Maroni, Cogoni, Zijlstra
INTRODUZIONE Il cromo è un elemento presente in natura prevalentemente in due stati di ossidazione: Cr(VI) e Cr(IlI). La forma esavalente è tossica, cancerogena ed estremamente solubile per cui risulta molto mobile negli acquiferi e potenzialmente biodisponibile per gli organismi viventi. La sua presenza in ambiente è dovuta principalmente ad attività antropiche industriali. La forma trivalente invece è non tossica ed essendo insolubile permane come precipitato nel terreno (prevalentemente come idrossido) dove risulta difficilmente bioassimilabile. Questa forma è presente normalmente in natura e a piccole concentrazioni è considerata un micronutriente. Un metodo efficace per la detossificazione del cromo esavalente è quindi la Sua trasformazione nella forma trivalente, reazione che può essere portata a termine dal metabolismo dei microbi ambientali. l batteri infatti sono in
-
grado di interagire con i cicli biogeochimici Pretto, Ricci
modificando
la speciazione 91
"Biorisanamento di un acquifero contaminato da cromo esavalente"
"Biorisanamento di un aCQuiferocontaminato da cromo esavalente"
dei metalli. Per quanto riguarda il cromo, la forma esavalente può essere trasformata in quella trivalente sia in aerobiosi che in anaerobiosi sfruttando sia l'azione enzimatica diretta, che la riduzione indiretta a carico di sottoprodotti metabolici quali ferro ferro so e solfuro. La stimolazione del metabolismo batterico avviene tramite aggiunta alle matrici contaminate di nutrienti in grado di supportare la crescita di comunità microbiche ambientali presenti in ambienti oligotrofici come le falde acquifere e il sottosuolo. Come risposta a tale aggiunta si ha un aumento dell'attività batterica e una rapida trasformazione da cromo (VI) a cromo (III). Figura 1.
Fasi della tecnologia di biorisanamento In un contesto di bonifica .di un sito contaminato, una volta accertata la natura e l'origine dell'inquinamento e le condizioni idrogeologiche del sito, vengono messe in atto le attività necessarie per l'applicazione in campo della tecnologia di biorisanamento, rappresentate dalle seguenti fasi: • Test in Microcosmo • Test pilota in Campo (facoltativo) • Intervento su larga scala Test in Microcosmo La definizione dell'intervento parte da una attività di laboratorio, in cui attraverso specifici test in microcosmo si definiscono le condizioni ottimali di detossificazione. Il test in microcosmo riproduce su scala ridotta la situazione presente in campo. L'acqua o il terreno contaminati, prelevati direttamente dal sito oggetto di intervento, vengono immessi in bottiglie di vetro sterili e chiuse con tappo a tenuta munito di setto perforabile o in contenitori di vetro chiusi. I microcosmi vengono ammendati con diverse miscele di macronutrienti, micronutrienti ed altri elementi biodegradabili, atti a stimolare la crescita della microflora autoctona in grado di favorire la detossificazione dei contaminanti. Periodicamente vengono prelevate aliquote di campione per la determinazione dei parametri analitici.
Test in Microcosmo
su campioni d'acqua
I risultati determinati nei diversi test in microcosmo indicano un'elevata efficienza del sistema di biorisanamento nel detossificare in pochi giorni il cromo esavalente anche in presenza di elevate concentrazioni dell' ordine di 2500 mg/kg nei terreni e di 500.000 J1 g/litro nelle acque di falda. Le indicazioni ottenute nel test in microcosmo rappresentano la base per l'allestimento delle fasi successive, rappresentate da test pilota in campo (facoltativo) e dall'intervento diretto in campo. Test pilota in Campo Il test pilota in campo, pur non essendo fondamentale, risulta utile per l'approfondimento di ulteriori variabili e fornisce ulteriori elementi e par~metri operativi per la configurazione dell'intervento su larga scala; il test viene eseguito con le modalità operative descritte nel paragrafo successivo e riguarda una zona ristretta ma rappresentativa del sito contaminato. Interventi di Biorisanamento Il sistema di biorisanamento definito da Biosearch Ambiente è adottabile nei diversi contesti previsti dalla normativa vigente, ovvero in uno scenario di Messa in Sicurezza (d'emergenza e/o operativa), piuttosto che nell'ambito di un intervento di bonifica. Le modalità applicative in campo dipenderanno dalle caratteristiche della specifica problematica, vengono di seguito riportate a carattere generale l'applicazione del sistema. Nell' ambito di un intervento di Messa in Sicurezza di un sito COntaminato,per impedire il trasferimento del pericoloso contaminante a valle idrogeologico del sito, il sistema prevede in generale la
92
Pretto, Ricci
Pretto, Ricci
93
"Biorisanamento
di un aCQuifero contaminato
"Biorisanamento
da cromo esavalente"
di un aCQuifero contaminato
evidenziare anomalie e malfunzionamenti prontamente.
realizzazione di una linea di pozzi, posta trasversalmente alla direzione di flusso della falda, in cui periodicamente viene immessa la miscela detossificante, nella quantità e composizione stabilita nel corso delle indagini preliminari.
da cromo esavalellte"
che potranno così essere risolti
level1
La miscela detossificante
viene solubilizzata
e da questa trasferita, tramite pompe, quindi per caduta, alla falda acquifera.
in una unità di miscelazione
in testa ai pozzi di iniezione
OE
e '0
Nelle immagini seguenti vengono riportati alcuni esempi di esecuzione di interventi di Messa in Sicurezza.
< ""
Ed11
.••
0 7 d.V-
e.
nlh"
RH'
,
l)1t'I~r-
level2
Figura 3.
Monitoraggio in remoto dell'immissione di miscela detossificante
Risultati da intervento di biorisanamento
Figura 2.
Attività di Messa in Sicurezza di siti contaminati
In un contesto
di Bonifica il sistema mira a trattare
sorgente secondaria di contaminazione contaminato. In questo caso l'applicazione variabili operative, tra cui l'immissione detossificanti.
direttamente
la
rappresentata dal terreno del metodo prevede alcune in pressione delle miscele
Il sistema di biorisanamento, come si evince, risulta essere estremamente versatile, può integrarsi agevolmente con l'attività produttiva qualora in esse~e, non richiede particolari attività di manutenzione e viene momtorato a distanza tramite controllo remoto (Figura 3), in grado di 94
Pretto, Ricci
in campo
Di seguito sono riportati i risultati di un intervento di iniezione di una miscela di nutrienti in falda eseguito da Biosearch Ambiente su un sito contaminato da cromo esavalente presso una industria galvanica in provincia di Bergamo. I punti in questione sono rappresentati da tre piezometri: pz S3, pz Provincia3, pz S2 presso i quali sono stati prelevati campioni di acqua prima e durante l'intervento per attestare la reale scomparsa del contaminante e monitorare l'eventuale presenza di batteri patogeni. pz S3 si trova in corrispondenza del punto di iniezione, pz Provincia3 a circa 90 metri e pz S2 a circa 200 metri come riportato in Figura 4. Le iniezioni di sostanza detossificante, effettuate subito a valle della fonte di contaminazione, sono iniziate il 14.06.2012 con cadenza bimestrale fino al 31.10 .2012. Da questa data si è avuto uno stop fino al 22.5.2013, giorno in cui sono ricominciate con cadenza mensile. In corrispondenza degli interventi si nota che a valori di Cr(VI) di centinaia di migliaia di microgrammi/litro in vicinanza del sito di iniezione, corrisponde l'assenza del contaminante analizzato 90 metri più a valle come riportato in Tabella l. La differenza maggiore si nota in data 23.07.2013 quando a un valore di 541.500 jlg/litro corrisponde la totale assenza di contaminante in pz Provincia3. Controllando i dati riportati in Figura 5 si evidenzia come un tale aumento della forma esavalente
-
Pretto, Ricci
95
"Biorisanamento di un aCQuiferocontaminato da cromo esavalente"
"Biorisanamento di un aa/Uifero contaminato da cromo esavalente"
disciolta in acqua sia dovuta ad un innalzamento di falda di quasi 2 metri (]) .eD .;:: E opresenza rispetto al mese precedente. Per quanto riguarda la ex> di eventuali patogeni, i risultati di ASL Bergamo non -4 hanno evidenziato nessun I aumento particolare di carica a 200 metri a valle del sito di iniezione nel corso di un anno di monitoraggio come evidenziato in Tabella 2 durante il periodo di un anno .
o I\)o
....â&#x20AC;˘. ....â&#x20AC;˘. .e ...â&#x20AC;˘. 01 O) I\) IIex> w eD .j:>. O D \) w I\) N \)) -6:--J I\)
O
....â&#x20AC;˘.
SoggiacenL8 falda PzPrt'v~
-10 -2-8 I
Figura 5.
Soggiacenza della falda nel piezometro pz Provincia3 misurata dal 29.08.2012 al 19.09.2013. Si nota che in concomitanza delle iniezioni avvenute a monte nel PzS3, a 90 metri a valle idrogeologico nel pz Provincia3 il valore del contaminante rimane pari a zero. La misurazione di maggiore discrepanza risale al 23.07.2013 in concomitanza con il massimo innalzamento di falda: a monte si sono misurati 541.500 jlg/l mentre a valle si attestava la completa assenza
Figura 4.
Tabella 1.
Rilievo topografico questione
in
Concentrazione di cromo esavalente nei piezometri S3 e Provincia 3 (90 metri). Le iniezioni sono iniziate il 14.06.2012 con cadenza bimestrale fino al 31.10.2012, con uno stop fino al 22.05.2013. 28/11/2012 19/09/2013 29/08/2012 20/05/2013 26/06/2013 10/10/2012 data in cui sono riprese con cadenza quasi mensile
O)O 06/12 7()OOO 142 865()O 122 29250 O l)() 20800 28500 O 92 541500 12565 152060 (3184 01/13 05/13 07/12 08/12 11/12 06/13 08/12 07/13 10/12 Data
96
del sito con evidenziati i tre piezometri
Tabella 2.
PzS2
Conta microbica di possibili patogeni misurata da ASL di Bergamo. A 200 metri dal sito di iniezione, dopo un anno di monitoraggio l'Azienda Sanitaria Locale di Bergamo non ha evidenziato aumento di particolari batteri patogeni in falda.
1 177 Colif OP 100 170 O 108 O 3aeruginosa 12 O O tot 480 9 1580 >1000 5E 221 2 Vitali 36 C 100 22coli 316 260 560 263
964 104
Pretto, Ricci
Pretto, Ricci
97
"Biorisanamento
di un aCQuifero contaminato
"Biorisanamento
da cromo esavalente"
di un aCQuifero contaminato
da cromo esavalente"
Plenum Press: New York
Bilancio ambientai e ed economico delle procedure di biorisanamento In presenza di un sito contaminato da cromo esavalente, le attività di bonifica attualmente applicate sono in gran parte rappresentate da operazioni di messa in sicurezza d'emergenza che, nella maggior parte dei casi, divengono permanenti. Tali sistemi, rappresentati ad esempio da barrieramento fisico e/o sistemi di pompaggio e trattamento della falda contaminata (Pump&Treat), sono attività molto costose che non risolvono il problema ma lo rimandano nel tempo. Da un confronto tra i sistemi maggiormente applicati in caso di contaminazione da cromo esavalente e il sistema di biorisanamento messo a punto da Biosearch Ambiente, questo risulta vantaggioso in termini di rapporto costilbenefici. Quest'ultimo inoltre può considerarsi risolutivo (a differenza dei sistemi di messa in sicurezza) e ha un impatto ambientale trascurabile in quanto non produce rifiuti, impiega sostanze compatibili e rispettose dell' ambiente e ha necessità energetiche minime. Anche a livello di costi di applicazione il sistema di biorisanamento consente un abbattimento dei costi dal 20 al 40%.
Bopp L.H. and Ehrich H.L. (1998) Chromate resistance and reduction in Pseudomonas fluorescens strain LB300. Arch Microbiol 150,426-431 Bopp L.H. and Ehrlich H.L.(1983) Chromate resistance plasmid in Pseudomonas fluorescens. J BacterioI155,1105-1109 Fredrickson J.K., Kostandarithes H.M., Li S.W., Plymale ,A.E. and Daly M.J .(2000) Reduction of Fe(III), Cr(VI),U(VI) and Tc(VIl) by Deinococcus radiodurans R I. Appl Env Microbiol 66,2006-20 II Fuji E.,Toda K., and Ohtake H.,(l990) Bacterial reduction of toxic hexavalent chromium using a fed-batch culture of Enterobacter cloacae strain H01. J Ferment Bioengin 69, 365-367 Suzuki T, Miyata N.,Horitsu H., Kawai K., Takamizawa K., Tai Y., and Okazaki M.,(1992) NAD(P)H- dependent chromium (VI) 'reductase of Pseudomonas ambigua G-1: A chromium(V) intermediate is forming during the reduction of chromium (VI) to chromium(III). J BacterioI174,5340-5345 Tebo B.M. and Obraztova A.Y.(1998) Sulfate reducing bacterium grows with Cr(VI),U(VI),Mn(IV) and Fe(lII) as electron acceptors. FEMS Microbiol Lett 162,193-198
Sulla base di quanto riportato, è possibile stabilire che la tecnologia del biorisanamento per siti contaminati da cromo esavalente può essere considerata come una tra le migliori soluzioni tecnologiche possibili a costi contenuti (BATNEEC - best available technology not entailing excessive costs). BIBLIOGRAFIA
Rai D., Sass B.M., Moore DA. (1987) Chromium (111)hydrolysis constants and solubility of chromium (III) hydroxide. Inorg. Chem. 26: 345-349. Anderson ,R.T. ,Lovley D.R.(1997) Ecology and biogeochemistry of in situ groundwater bioremediation. In:Advances in microbial ecology,pp.289350. Ed.J.G. Jones. Plenum press : New York Barnes L.J.,Scheeren P.J.M. e Buisman, C.J.N.(1994) Microbial removal. of heavy metals and sulfate from contaminated groundwaters. In: EmergWg Technology of bioremediation of metals, pp.38-49 Eds. J.L. Means, R.E. hinchee. CRC Press Inc: Boca raton, FL Barton L.L., e Tornei, F.A.( 1995) Characteristic and activities of sulfatereducing bacteria. In: sulfate-reducing bacteria, pp.I-32. Ed L.L Bartoo. -9-8-------------------------p-r-et-t~
~ Pretto,Ricci
99