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Tecniche di trattamento per la bonifica e il riutilizzo di sedimenti di dragaggio contaminati A. Muntoni DICAAR Dipartimento di Ingegneria Civile-Ambientale.

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Presentazione sul tema: "Tecniche di trattamento per la bonifica e il riutilizzo di sedimenti di dragaggio contaminati A. Muntoni DICAAR Dipartimento di Ingegneria Civile-Ambientale."— Transcript della presentazione:

1 Tecniche di trattamento per la bonifica e il riutilizzo di sedimenti di dragaggio contaminati A. Muntoni DICAAR Dipartimento di Ingegneria Civile-Ambientale e Architettura Università degli Studi di Cagliari I sedimenti dei porti sono una risorsa Port sediments are a resource Livorno, Fortezza Vecchia,

2 Livorno, Fortezza Vecchia, Attività produttive ubicate spesso in prossimità di corpi idrici contaminazione dei sedimenti Approccio spesso auspicabile lasciare i sedimenti in posto, possibilmente isolandoli Tuttavia spesso il dragaggio è necessario Approccio più comune alla gestione dei sedimenti dragati smaltimento in discarica Peraltro, lo stesso smaltimento e, soprattutto, il riutilizzo richiedono trattamento adeguato

3 Livorno, Fortezza Vecchia, I sedimenti sono caratterizzati: dalla possibile presenza simultanea di più tipologie di contaminanti da un contenuto notevole di particelle finissime da un elevato contenuto di acqua e, nel caso di sedimenti marini o lagunari, di sali Trattamento dei sedimenti: problema tecnico complesso, che richiede lo studio di più alternative, da applicare eventualmente secondo un approccio sequenziale e sinergico

4 Livorno, Fortezza Vecchia, Più ancora che nei terreni, le combinazioni ed interazioni tra matrice contaminata e contaminanti sono numerose e complesse Caratterizzazione accurata caratterizzazione del sedimento accurata caratterizzazione della contaminazione

5 Livorno, Fortezza Vecchia, Caratteristiche del sedimento Le caratteristiche che maggiormente influenzano il trattamento sono: Dimensione delle particelle e caratteristiche mineralogiche Presenza di sostanza organica e argille pH e capacità tampone Condizioni redox Salinità

6 Livorno, Fortezza Vecchia, Svariate tecniche hanno scarso successo quando la matrice è caratterizzata da un elevato contenuto di particelle di dimensioni microniche e sub-microniche Svariate tecniche hanno scarso successo se il contaminante è fortemente legato alle particelle (elevato contenuto di SO e argille) Il contenuto di SO può legare in modo così forte IPA e PCB da renderne difficile persino il riconoscimento Lapproccio tecnico deve essere completamente diverso se il contaminante si è legato nel tempo alle particelle o se è presente in forma libera e massiva Infatti..

7 Livorno, Fortezza Vecchia, Contaminanti più comuni IPA Pesticidi Composti clorurati, PCB Idrocarburi aromatici (benzene e derivati) Metalli pesanti Cianuri e composti organo-metallici

8 Livorno, Fortezza Vecchia, Tipologie di intervento Opzione zero Confinamento Trattamento in situ Dragaggio e smaltimento Dragaggio e trattamento ex-situ Ad eccezione dellopzione zero, tutti gli interventi comportano il rischio di risospensione del sedimento

9 Livorno, Fortezza Vecchia, Contained aquatic disposal (CAD) In generale, copertura con -materiali naturali puliti (argilla, sabbia) -materiali artificiali in grado di trattenere sedimento e contaminanti A volte il sedimento viene rimosso e concentrato in una zona depressa del fondo marino che viene poi ricoperta ed eventualmente confinata lateralmente Notevoli problemi realizzativi ed impatti associati (risospensione e dispersione, diffusione contaminanti)

10 Livorno, Fortezza Vecchia, (Fonte: US EPA)

11 Livorno, Fortezza Vecchia, Confined disposal facilities (CDF) Off siteDiscariche On siteCasse di colmata totalmente o parzialmente circondate dallacqua Destinazione per circa il 30% dei sedimenti finora dragati negli USA 80 USD/t (+ 40 USD/t per dragaggio) Aspetti sensibili -definizione livello presidi ambientali -standard qualitativi per lammissibilità -interazioni con il moto ondoso Alcuni trattamenti sono applicabili in CDF (bio, EK)

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13 Livorno, Fortezza Vecchia, Trattamenti in situ Soprattutto recapito di nutrienti, accettori di elettroni, additivi per trattamenti biologici o di reagenti atti a favorire la stabilizzazione o lossidazione Poco utilizzati a causa di: recapito difficile, effetti collaterali, costi elevati Utilizzabili soprattutto dove la massa di acqua è modesta e, eventualmente, può essere deviata Opzioni possibili: elettrocinesi, trattamenti elettrochimici, trattamenti biologici, ossidazione chimica

14 Livorno, Fortezza Vecchia, Pre-trattamenti del sedimento dragato Desaturazione per renderlo palabile - zone di deposito temporaneo, consolidamento + aggottamento, evaporazione - a volte aggiunta di flocculanti per favorire la sedimentazione delle particelle più fini Tempi lunghi, occupazione di spazi Rimozione delle frazioni di maggior dimensione Correzione del pH in preparazione ad alcune tipologie di trattamento

15 Livorno, Fortezza Vecchia, Trattamenti ex situ più comuni Solidificazione/stabilizzazione Termodistruzione Desorbimento termico Soil washing Trattamenti biologici Lavaggio/estrazione

16 Livorno, Fortezza Vecchia, U.S. E.P.A. ……. there are few widely tested and accepted sediment cleanup techniques…….. In turn, no defined performance standards for remedy selection. Issues to be still in depth investigated: damaging environmental side effects from sediment removal and treatment, cost, the absence of clear performance criteria, …….. little experimental data and the difficulty of finding appropriate treatment methods for extremely large volumes of, sometimes, low-level contaminated sediment.

17 Livorno, Fortezza Vecchia, Stabilizzazione e solidificazione Miscelazione con leganti idraulici, materiali e reagenti atti a ridurre la mobilità dei contaminanti e, eventualmente, solidificare il sedimento La maggior parte dei processi sono basati sulluso del cemento, a base neutra o acida, e laddizione di silicati Utilizzati anche polimeri organici termo-plastici Soprattutto contaminazioni da metalli pesanti Possibili interferenze negative con il cemento di solfati, cloruri, contaminanti stessi Incremento dei volumi Dubbi sullefficacia nel lungo periodo Relativamente economici: USD/t Possibili sviluppi per processi a caldo

18 Livorno, Fortezza Vecchia, Trattamenti biologici Compostaggio su letti impermabilizzati e dotati di dreni Miscelazione con strutturanti, fornitura di nutrienti e correttori di pH Contaminanti: idrocarburi alifatici ed aromatici, pesticidi, PCB, IPA Costi: 70 – 120 USD/t

19 Livorno, Fortezza Vecchia, Trattamenti biologici in fase slurry ST = 50 % ottimizzazione del contatto substrato/microrganismi Grandi reattori mobili Immissione di ossigeno, nutrienti, correttori di pH Contaminanti: PCB, combustibili, IPA, pesticidi Efficienze fino al 98-99% Noti casi di inibizione da metalli pesanti e cloruri Può essere opportuna la combinazione con trattamenti di soil washing o estrazione (EK, etc.) Costi: 250 – 800 USD/t

20 Livorno, Fortezza Vecchia, Unità PRIN Università di Cagliari (A. Muntoni, G. De Gioannis) Sedimento marino contaminato da fenantrene (300 mg/kg) Trattamento aerobico, slurry (10% ST) Bilanciamento dei macro-nutrienti Durata trattamento: 5 giorni Contenuto residuo: 25 mg/kg (rimozione del 90%) Sedimento non lavato maggiore velocità di degradazione

21 Livorno, Fortezza Vecchia, Trattamenti di lavaggio - Organici Contaminanti: PCB, solventi alogenati, combustibili, idrocarburi aromatici Agenti estraenti: acetone, kerosene, esano, metanolo, esanolo, isopropanolo, propano, butano, trietilammine, etc. Spesso necessari più stadi di lavaggio Efficienze fino al 90-98% Costi: 250 – 820 USD/t A volte difficoltà nel separare le particelle più fini dallagente estraente Opportuno il riutilizzo del solvente per ridurre i costi

22 Livorno, Fortezza Vecchia, Trattamenti di lavaggio - Inorganici Contaminanti: metalli pesanti Agenti estraenti: EDTA, NTA, acido citrico, acido acetico, EDDS, HNO 3, H 2 SO 4, HCl Buone efficienze con estraenti organici per Cd, Cu, Pb and Zn Buone efficienze con acido nitrico per Cd, Pb e Zn Spesso necessari più stadi di lavaggio con diversi estraenti Opportunità dellutilizzo di estraenti non tossici Efficienze fino al 98% Grande influenza della partizione dei metalli e della capacità tampone del sedimento Costi: 140 – 600 USD/t

23 Livorno, Fortezza Vecchia, Desorbimento termico Liberazione in fase vapore di VOC e SVOC Temperatura di processo: °C(t = 30 min) Tamburi rotanti Camere a letto fluido Coclee riscaldate Uso di effetto Joule e micro-onde Post trattamento per adsorbimento su CA, termodistruzione, condensazione Necessità di desaturare preliminarmente il sedimento Influenza negativa della porosità delle particelle e della età della contaminazione Efficienze: 70-99% Costi: USD/t

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25 Livorno, Fortezza Vecchia, Trattamenti termici ad alta temperatura Metodo molto utilizzato per contaminanti organici Contaminanti: idrocarburi alogentali e non, PCB, persticidi, diossine e furani Forni rotanti e a letto fluido A volte usato in combinazione con il desorbimento terico Costi elevati per il controllo delle emissioni in atmosfera USD/t Effetto concentrazione su alcuni metalli pesanti Efficienze fino al 99%

26 Livorno, Fortezza Vecchia, Soil washing Insieme di sezioni di trattamento, prevalentemente ad umido, atte alla liberazione di contaminanti mediante processi chimici (solventi organici, chelanti, acidi, basi) o meccanici (attrition), e alla successiva separazione dei contaminanti liberati e/o di particelle fortemente contaminate per dimensione, densità, proprietà superficiali Tipiche sezioni di processo -vagliatura ad umido, ciclonatura, coclee, spirali -celle di attrition -flottazione -ispessimento, desaturazione

27 Livorno, Fortezza Vecchia, Principali flussi in uscita a)matrice solida pulita b)frazioni fini e fanghi fortemente contaminati c)fase liquida di processo da depurare su b) si possono eventualmente applicare altri trattamenti ed il soil washing assume quindi il ruolo di pretrattamento finalizzato alla riduzione dei volumi da trattare Ampia gamma di contaminanti: metalli pesanti, solventi alogenati, composti aromatici, combustibili, PCB, IPA Max efficienza (90-99%) per matrici ghiaiose- sabbiose, metalli in forma massiva Efficienze minime per matrici limo-argillose (40-90%) Costi: USD/t

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29 Livorno, Fortezza Vecchia, CO-ordinated Approach for Sediment Treatment and BEneficial reuse in Small harbours neTworks Project Life ENV/IT/426: COAST-BEST

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33 Livorno, Fortezza Vecchia, Trattamenti in fase di sviluppo Elettrocinesi Ossidazione chimica Elettro-ossidazione Studio di nuove combinazioni di agenti chelanti per lavaggio Fitoestrazione

34 Livorno, Fortezza Vecchia, Ricerca finanziata dal MIUR Progetti PRIN "RISANAMENTO DI SEDIMENTI MARINI, LAGUNARI E FLUVIALI

35 Livorno, Fortezza Vecchia, Elettrocinesi Moto di acqua e specie cariche e non per effetto di elettromigrazione ed elettrosmosi indotte dallapplicazione di un campo elettrico a bassa intensità Possibilità di ottenere contemporaneamente la desaturazione e la rimozione di sali e contaminanti USD/m 3

36 Livorno, Fortezza Vecchia, Unità PRIN Università di Cagliari (A. Muntoni, G. De Gioannis) Sedimento marino contaminato da metalli pesanti As, Cd, Cu, Pb, Zn, Ni, Cr (Pb: 5000 mg/kg; Zn: 5200 mg/kg) Enhanced elettrocinesi con EDTA (0,2M al catodo e allanodo) 2,5 V/cm per circa 7-14 giorni Rimozione fino al 70 % (Pb, Zn, Cd), comunque superiore al 60% per tutti i metalli Grande influenza della capacità tampone del sedimento

37 Livorno, Fortezza Vecchia, Ossidazione chimica Demolizione chimica di composti organici quali: TPH, IPA, PCB utilizzando: processi Fenton, perossido di idrogeno, permanganato di potassio, persolfato di sodio Trattamento ex situ come slurry più verosimile del trattamento in situ

38 Livorno, Fortezza Vecchia, Unità PRIN Politecnico di Milano (L. Bonomo, S. Saponaro) sedimento lagunare contaminato da TPH (2.100 mg/kg ss), IPA (90 mg/kg ss), PCB (1,2 mg/kg ss) e metalli (Cr, Pb, Cu, Zn, As, Cd) Trattamento come slurry: L/S = 10/1 TPH dal 70% al 90% (H 2 O 2 5%, Fe 2+ aggiuntivo o naturale, pH tamponato) < 30% per tutti gli IPA, ad eccezione di IPA a 4 anelli (~45%) nelle stesse condizioni indicate per TPH Nessun abbattimento significativo di PCB

39 Livorno, Fortezza Vecchia, Unità PRIN Università di Trento (G. Andreottola, E. Ferrarese) sedimento fluviale contaminato da IPA ( 2800 mg/kg; IPA leggeri 1600 mg/kg; IPA pesanti 1200 mg/kg) Trattamento come slurry Rimozione IPA totali > 95% usando: Fenton, perossido di idrogeno, permanganato

40 Livorno, Fortezza Vecchia, Lavaggio con agenti estraenti - 1 Mobilizzazione dei metalli pesanti dalla matrice solida (sedimenti fluviali e portuali) mediante impiego di soluzioni estraenti a base di: 1. agenti chelanti (EDTA nella forma di sale bisodico, NTA, acido citrico, EDDS, acido ossalico biidrato) 2. fosfato solubile (fosfato monobasico di potassio, KH 2 PO 4 ) 3. miscele di acido citrico e tensioattivi (SDS, CPC, Saponina Q) Unità PRIN Università di Roma (A. Polettini, R. Pomi)

41 Livorno, Fortezza Vecchia, Condizioni operative: Concentrazione soluzioni estraenti: agenti chelanti: 0.01 ÷ 0.2 M fosfato solubile: 0.02 ÷ 1.0 M Dosaggi dei tensioattivi: CPC, SDS: 0.25, 4 e 25 volte la concentrazione critica micellare (CMC) Saponina Q: 4 e 8% Slurry: L/S = 20 l/kg t di contatto = 2 ÷ 24 h Prove in singolo e in doppio stadio (anche in combinazione con ultrasuoni)

42 Livorno, Fortezza Vecchia, Prestazioni del trattamento a singolo stadio (24 h): EDTA e acido citrico migliori di NTA ed EDDS; Efficienze di rimozione max ~ 35% per C = 0.01 M Modesta rimozione del Cr Prestazioni del trattamento a doppio stadio EDTA Cit: Efficienze di rimozione As ~ %; Cr ~ % Efficienze di rimozione di Cu, Pb e Zn confrontabili con quelle del singolo stadio) Prestazioni del trattamento combinato con ultrasuoni (2 h): Incremento della efficienza di rimozione di Cu, Cr, Pb e Zn, in particolare con EDDS

43 Livorno, Fortezza Vecchia, Prestazioni del trattamento con acido ossalico: Rimozione max per As, rispetto a tutti gli altri agenti estraenti Il pretrattamento con ultrasuoni non risulta in grado di produrre incrementi di efficienza

44 Livorno, Fortezza Vecchia, Lavaggio con agenti estraenti - 2 Acido acetico, EDTA ed acido nitrico utilizzati a diverse concentrazioni (6/1, 10/1 e 20/1) e L/S su sedimenti caratterizzati da elevate concentrazioni di metalli pesanti Acido acetico: 20/1, 1 M e 2 M Pb: 90%; Cd: 65%; Zn: 43% EDTA: 10/1, 0.1 e 0.2 M Pb: 92%; Cd: 48%; Cu: 52% Acido nitrico: 10/1, 0.32 N e 0.34 N > 60% per tutti i metalli, 100% per Cd, Pb e Zn Unità Università di Cagliari (A. Muntoni, G. De Gioannis)

45 Livorno, Fortezza Vecchia, Ossidazione elettrochimica Variante dellelettrocinesi Il mezzo poroso funziona come una cella elettrochimica dove avvengono reazioni di ossidazione e riduzione Lelettrolisi dellacqua produce i reagenti per le reazioni redox Le reazioni redox producono H 2 O 2 che, se il mezzo contiene Fe, da luogo alla produzione di radicali ossidrilici OH secondo la reazione Fenton

46 Livorno, Fortezza Vecchia, Unità PRIN Università di Trento (G. Andreottola, E. Ferrarese) Sedimento fluviale contaminato da IPA ( 2800 mg/kg; IPA leggeri 1600 mg/kg; IPA pesanti 1200 mg/kg) V =1.5 V/cm per 14 giorni Rimozione IPA totali fino all85%


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