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Low-temperature thermal desorption (LTTD),
also known as low-temperature thermal volatilization, thermal stripping, and soil roasting, is an ex situ remedial technology that uses heat to physically separate petroleum hydrocarbons from excavated soils. Thermal desorbers are designed to heat soils to temperatures sufficient to cause constituents to volatilize and desorb (physically separate) from the soil. Although they are not designed to decompose organic constituents, thermal desorbers can, depending upon the specific organics present and the temperature of the desorber system, cause some organic constituents to completely or partially decompose. The vaporized hydrocarbons are generally treated in a secondary treatment unit (e.g., an afterburner, catalytic oxidation chamber, condenser, or carbon adsorption unit) prior to discharge to the atmosphere. Afterburners and oxidizers destroy the organic constituents. Condensers and carbon adsorption units trap organic compounds for subsequent treatment or disposal.
Some preprocessing and postprocessing of soil is necessary when using LTTD. Excavated soils are first screened to remove large (greater than 2 inches in diameter) objects. These may be sized (e.g., crushed or shredded) and then introduced back into the feed material. After leaving the desorber, soils are cooled, re-moistened to control dust, and stabilized (if necessary) to prepare them for disposal or reuse. Treated soil may be redeposited onsite, used as cover in landfills, or incorporated into asphalt.
Thermal desorption systems fall into two general classes -- stationary facilities and mobile units. Contaminated soils are excavated and transported to stationary facilities; mobile units can be operated directly onsite. Desorption units are available in a variety of process configurations including rotary desorbers, asphalt plant aggregate dryers, thermal screws, and conveyor furnaces.
The plasticity of the soil is a measure of its ability to deform without shearing and is to some extent a function of water content. Plastic soils tend to stick to screens and other equipment, and agglomerate into large clumps. In addition to slowing down the feed rate, plastic soils are difficult to treat. Heating plastic soils requires higher temperatures because of the low surface area to volume ratio and increased moisture content. Also, because plastic soils tend to be very fine-grained, organic compounds tend to be tightly sorbed. Thermal treatment of highly plastic soils requires pretreatment, such as shredding or blending with more friable soils or other amendments (e.g. gypsum).
Material larger than 2 inches in diameter will need to be crushed or removed. Crushed material is recycled back into the feed to be processed. Coarser-grained soils tend to be free-flowing and do not agglomerate into clumps. They typically do not retain excessive moisture, therefore, contaminants are easily desorbed. Finer-grained soils tend to retain soil moisture and agglomerate into clumps. When dry, they may yield large amounts of particulates that may require recycling after being intercepted in the baghouse.
The solids processing capacity of a thermal desorption system is inversely proportional to the moisture content of the feed material. The presence of moisture in the excavated soils to be treated in the LTTD unit will determine the residence time required and heating requirements for effective removal of contaminants. In order for desorption of petroleum constituents to occur, most of the soil moisture must be evaporated in the desorber. This process can require significant additional thermal input to the desorber and excessive residence time for the soil in the desorber. Moisture content also influences plasticity which affects handling of the soil. Soils with excessive moisture content (> 20%) must be dewatered. Typical dewatering methods include air drying (if storage space is available to spread the soils), mixing with drier soils, or mechanical dewatering.
The presence of metals in soil can have two implications:
- Limitations on disposal of the solid wastes generated by desorption.
- Attention to air pollution control regulations that limit the amount of metals that may be released in stack emissions.
At normal LTTD operating temperatures, heavy metals are not likely to be significantly separated from soils.
High concentrations of petroleum products in soil can result in high soil heating values. Heat released from soils can result in overheating and damage to the desorber. Soils with heating values greater than 2,000 Btu/lb require blending with cleaner soils to dilute the high concentration of hydrocarbons. High hydrocarbon concentrations in the offgas may exceed the thermal capacity of the afterburner and potentially result in the release of untreated vapors into the atmosphere. Excessive constituent levels in soil could also potentially result in the generation of vapors in the desorber at concentrations exceeding the lower explosive limit (LEL). If the LEL is exceeded there is a potential for explosion.
The term "thermal desorber" describes the primary treatment operation that heats petroleum-contaminated materials and desorbs organic materials into a purge gas. Mechanical design features and process operating conditions vary considerably among the various types of LTTD systems. Desorption units are: available in four configurations:
- Rotary dryer
- Asphalt plant aggregate dryer
- Thermal screw
- Conveyor furnace
Although all LTTD systems use heat to separate (desorb) organic contaminants from the soil matrix, each system has a different configuration with its own set of advantages and disadvantages. The decision to use one system over another depends on the nature of the contaminants as well as machine availability, system performance, and economic considerations. System performance may be evaluated on the basis of pilot tests (e.g., test burns) or examination of historical machine performance records. Pilot tests to develop treatment conditions are generally not necessary for petroleum-contaminated soils.
Rotary dryer
Rotary dryer systems use a cylindrical metal reactor (drum) that is inclined slightly from the horizontal. A burner located at one end provides heat to raise the temperature of the soil sufficiently to desorb organic contaminants. The flow of soil may be either cocurrent with or countercurrent to the direction of the purge gas flow. As the drum rotates, soil is conveyed through the drum. Lifters raise the soil, carrying it to near the top of the drum before allowing it to fall through the heated purge gas. Mixing in a rotary dryer enhances heat transfer by convection and allow soils to be rapidly heated. Rotary desorber units are manufactured for a wide range of treatment capacities; these units may be either stationary or mobile.
The maximum soil temperature that can be obtained in a rotary dryer depends on the composition of the dryer shell. The soil discharge temperature of carbon steel drums is typically 300 to 600 degrees F. Alloy drums are available that can increase the soil discharge temperature to 1,200 degrees F. Most rotary dryers that are used to treat petroleum contaminated soil are made of carbon steel. After the treated soil exits the rotary dryer, it enters a cooling conveyor where water is sprayed on the soil for cooling and dust control. Water addition may be conducted in either a screw conveyor or a pugmill.
Besides the direction of purge gas flow relative to soil feed direction, there is one major difference in configuration between countercurrent and cocurrent rotary dryers. The purge gas from a countercurrent rotary dryer is typically only 350°F to 500°F and does not require cooling before entering the baghouse where fine particles are trapped. A disadvantage is that these particles may not have been decontaminated and are typically recycled to the dryer. Countercurrent dryers have several advantages over cocurrent systems. They are more efficient in transferring heat from purge gas to contaminated soil, and the volume and temperature of exit gas are lower, allowing the gas to go directly to a baghouse without needing to be cooled. The cooler exit gas temperature and smaller volume eliminates the need for a cooling unit, which allows downstream processing equipment to be smaller. Countercurrent systems are effective on petroleum products with molecular weights lower than No.2 fuel oil.
In cocurrent systems, the purge gas is 50°F to 100°F hotter than the soil discharge temperature. The result is that the purge gas exit temperature may range from 400°F to 1,000°F and cannot go directly to the baghouse. Purge gas first enters an afterburner to decontaminate the fine particles, then goes into a cooling unit prior to introduction into the baghouse. Because of the higher temperature and volume of the purge gas, the baghouse and all other downstream processing equipment must be larger than in a countercurrent system. Cocurrent systems do have several advantages over countercurrent systems: The afterburner is located upstream of the baghouse ensuring that fine particles are decontaminated; and because the heated purge gas is introduced at the same end of the drum as the feed soil, the soil is heated faster, resulting in a longer residence time. Higher temperatures and longer residence time mean that cocurrent systems can be used to treat soils contaminated with heavier petroleum products. Cocurrent systems are effective for light and heavy petroleum products including No. 6 fuel oil, crude oil, motor oil, and lubricating oil.
Asphalt plant aggregate dryer
Hot-mix asphalt plants use aggregate that has been processed in a dryer before it is mixed with liquid asphalt. The use of petroleum contaminated soils for aggregate material is widespread. Aggregate dryers may either be stationary or mobile. Soil treatment capacities range from 25-150 tons per hour. The soil may be incorporated into the asphalt as a recycling process or the treated soil may be used for other purposes.
Asphalt rotary dryers are normally constructed of carbon steel and have a soil discharge temperature of 300°F to 600°F. Typically, asphalt plant aggregate dryers are identical to the countercurrent rotary desorbers described above and are effective on the same types of contaminants. The primary difference is that an afterburner is not required for incorporation of clean aggregate into the asphalt mix. In some areas, asphalt plants that use petroleum-contaminated soil for aggregate may be required to be equipped with an afterburner.
Thermal screw
A thermal screw desorber typically consists of a series of 1-4 augers. The auger system conveys, mixes, and heats contaminated soils to volatilize moisture and organic contaminants into a purge gas stream. Augers can be arranged in series to increase the soil residence time, or they can be configured in parallel to increase throughput capacity. Most thermal screw systems circulate a hot heat-transfer oil through the hollow flights of the auger and return the hot oil through the shaft to the heat transfer fluid heating system. The heated oil is also circulated through the jacketed trough in which each auger rotates. Thermal screws can also be steam-heated. Systems heated with oil can achieve soil temperatures of up to 500°F, and steam-heated systems can heat soil to approximately 350 °F.
Most of the gas generated during heating of the heat-transfer oil does not come into contact the waste material and can be discharged directly to the atmosphere without emission controls. The remainder of the flue gas maintains the thermal screw purge gas exit temperature above 300 degrees F. This ensures that volatilized organics and moisture do not condense. In addition, the recycled flue gas has a low oxygen content (less than 2% by volume) which minimizes oxidation of the organics and reduces the explosion hazard. If pretreatment analytical data indicates a high organic content (greater than 4 percent), use of a thermal screw is recommended. After the treated soil exits the thermal screw, water is sprayed on the soil for cooling and dust control. Thermal screws are available with soil treatment capacities ranging from 3-15 tons per hour.
Since thermal screws are indirectly heated, the volume of purge gas from the primary thermal treatment unit is less than one half of the volume from a directly-heated system with an equivalent soil processing capacity. Therefore, offgas treatment systems consist of relatively small unit operations that are well suited to mobile applications. Indirect heating also allows thermal screws to process materials with high organic contents since the recycled flue gas is inert, thereby reducing the explosion hazard.
Conveyor furnace
A conveyor furnace uses a flexible metal belt to convey soil through the primary heating chamber. A one-inch-deep layer of soil is spread evenly over the belt. As the belt moves through the system, soil agitators lift the belt and turn the soil to enhance heat transfer and volatilization of organics. The conveyor furnace can heat soils to temperatures from 300 to 800 degrees F. At the higher temperature range, the conveyor furnace is more effective in treating some heavier petroleum hydrocarbons than are oil- or steam-heated thermal screws, asphalt plant aggregate dryers, and carbon steel rotary dryers. After the treated soil exits the conveyor furnace, it is sprayed with water for cooling and dust control. As of February 1993, only one conveyor furnace system was currently in use for the remediation of petroleum contaminated soil. This system is mobile and can treat 5 to 10 tons of soil per hour.
Offgas treatment
Offgas treatment systems for LTTD systems are designed to address three types of air pollutants: particulates, organic vapors, and carbon monoxide. Particulates are controlled with both wet (e.g., venturi scrubbers) and dry (e.g., cyclones, baghouses) unit operations. Rotary dryers and asphalt aggregate dryers most commonly use dry gas cleaning unit operations. Cyclones are used to capture large particulates and reduce the particulate load to the baghouse. Baghouses are used as the final particulate control device. Thermal screw systems typically use a venturi scrubber as the primary particulate control.
The control of organic vapors is achieved by either destruction or collection. Afterburners are used downstream of rotary dryers and conveyor furnaces to destroy organic contaminants and oxidize carbon monoxide. Conventional afterburners are designed so that exit gas temperatures reach 1,400°F to 1,600 °F. Organic destruction efficiency typically ranges from 95% to greater than 99%.
Condensers and activated carbon may also be used to treat the offgas from thermal screw systems. Condensers may be either water-cooled or electrically-cooled systems to decrease offgas temperatures to 100°F to 140°F. The efficiency of condensers for removing organic compounds ranges from 50% to greater than 95%. Noncondensible gases exiting the condenser are normally treated by a vapor-phase activated carbon treatment system. The efficiency of activated carbon adsorption systems for removing organic contaminants ranges from 50% to 99%. Condensate from the condenser is processed through a phase separator where the non-aqueous phase organic component is separated and disposed of or recycled. The remaining water is then processed through activated carbon and used to rehumidify treated soil.
Treatment temperature is a key parameter affecting the degree of treatment of organic components. The required treatment temperature depends upon the specific types of petroleum contamination in the soil. The actual temperature achieved by an LTTD system is a function of the moisture content and heat capacity of the soil, soil particle size, and the heat transfer and mixing characteristics of the thermal desorber.
Residence time is a key parameter affecting the degree to which decontamination is achievable. Residence time depends upon the design and operation of the system, characteristics of the contaminants and the soil, and the degree of treatment required.
Ambito tecnico normativo da ARPA Piemonte: clicca qui
Pubblicazione sulle bonifiche della Provincia di Milano: clicca qui
Le tecniche di bonifica:
La contaminazione dei suoli da idrocarburi e gli interventi di Bioremediation: clicca qui per il Corso dell'Università di Cagliari 
Bioremediation Journal
Bioremediation
Descrizione
La bioremediation – o biorisanamento – è un insieme di tecnologie che utilizzano microorganismi naturali o ricombinanti per abbattere sostanze tossiche e pericolose attraverso processi aerobici e anaerobici. Tali processi possono essere applicati in situ - sfruttando i microorganismi residenti o attraverso l’introduzione di ceppi batterici o fungini - oppure ex situ – in bioreattori – e possono essere mediati da batteri (consorzi o ceppi microbici puri), da piante (fitorisanamento) o anche per attenuazione naturale (natural attenuation).
Il biorisanamento comporta la degradazione di composti tossici attraverso la loro conversione in sostanze innocue, ovvero anidride carbonica e acqua.
I microorganismi, infatti, sono ubiquitari e hanno sistemi metabolici in grado di degradare e utilizzare vari composti tossici come sorgente di energia grazie al metabolismo aerobico, anaerobico, alla fermentazione e al cometabolismo.
Solitamente la biodegradazione aerobica ha un’efficienza maggiore dei processi anaerobici ed è ampiamente utilizzata compatibilmente con la natura chimica del contaminante. I processi aerobi ed anaerobici possono, inoltre, essere utilizzati in serie, per ridurre la complessità o la tossicità del contaminante.
L’efficienza di biodegradazione può essere ulteriormente aumentata attraverso l’utilizzo di microorganismi adattati o acclimatati al contaminante o di microorganismi geneticamente modificati. Tale metodo è noto come bioaugmentation.
Col termine biorisanamento si indicano varie tecniche: bioventing, biosparging, biostimulation, bioaugmentation, bioleaching, biorisanamento mediato da funghi e biosorption. Il biorisanamento comprende, inoltre, sistemi ingegnerizzati ex situ, quali i bioreattori, e l’abbattimento catalizzato da enzimi.
Applicazioni
1) RIMOZIONE DEI METALLI
Bioleaching
Questa tecnica consiste nell’utilizzo di microorganismi capaci di permettere il passaggio in soluzione di specie metalliche.
Alcuni batteri, in particolare, grazie al loro metabolismo capace di ottenere energia dall’ossidazione dei solfuri metallici, contribuiscono al passaggio in soluzione dei metalli da substrati contaminati.
Tra le specie batteriche coinvolte in questi processi si ricordano: Acidithiobacillus ferrooxidans e Acidithiobacillus thiooxidans; Leptospirillum ferrooxidans; Acidianus brierleyi; Sulfolobus brierleyi; Acidianus infernus; Metallosphaera sedula; Sulfobacillus thermosulfidooxidans; Sulfobacillus disulfidooxidans.
Il bioleaching può, inoltre, essere mediato da specie fungine attraverso vari processi tra cui si ricordano: solubilizzazione eterotrofica (chemoorganotrofica), solubilizzazione mediata da siderofori, biometilazione con produzione di composti volatili, trasformazioni redox, produzione di acidi organici o estrusione di protoni in suoli acidi, absorbimento sulle superfici cellulari mediata da complessi metallici.
Biosorption o bioadsorbimento
Questo è un metodo che è stato impiegato come efficace alternativa economica ai metodi tradizionali di detossificazione e recupero di metalli tossici da reflui industriali.
La biosorption o bioadsorbimento consiste nell’utilizzo di biomasse vive o morte o di loro derivati per adsorbire ioni metallici a vari tipi di ligandi o gruppi funzionali localizzati sulla superficie esterna delle cellule microbiche. Di conseguenza sono stati sviluppati diversi prodotti commerciali sulla base della caratterizzazione delle proprietà di varie specie di lieviti, alghe, funghi, batteri e alcune specie acquatiche.
Le biomasse vengono immobilizzate su diversi tipi di matrici, le più comuni delle quali sono alginato, poliacrilammina, polisulfone, gel di silice e glutaraldeide.
La rimozione delle specie metalliche attraverso i bioadsorbenti è influenzata da vari parametri, quali la superficie utile del bioadsorbente e parametri chimico-fisici della soluzione (temperatura, pH, concentrazione iniziale degli ioni metallici che competono per i siti di adsorbimento, concentrazione relativa delle specie metalliche, interazioni tra specie e periodo di residenza).
Per ragioni economiche, biomasse di provenienza industriale, come ad esempio il lievito Saccaromyces cerevisiae e Rhizopus arrhizus, utilizzati per la produzione di acido citrico, si rivelano particolarmente interessanti come alternativa.
Anche i funghi filamentosi del terreno Aspergillus niger, Mucor rouxxi, Rhizopus arrhizus e Trichoderma viridae sono stati utilizati con successo per la rimozione di elementi potenzialmente tossici.
Oltre alle ragioni precedentemente descritte, altri fattori particolarmente vantaggiosi nell’utilizzo del bioadsorbimento sono la possibilità di riutilizzo e di rigenerazione della biomassa e il costo di acquisto e di immobilizzazione su una matrice o su un supporto facilmente reperibile.
Phytoremediation o fitodepurazione
Questa tecnologia, nota a partire dagli anni ’90, consiste nella crescita di piante su terreni contaminanti cosicché i composti inquinati possano percolare attraverso il sistema radicale e accumularsi in vari organi della pianta come le radici, i fusti, le foglie etc.
Molte piante, infatti, hanno la capacità di accumulare metalli pesanti essenziali allo sviluppo quali Fe, Mn, Zn, Cu, Mg, Mo e Ni, assorbendoli dal suolo o dall’acqua e di utilizzarli per la loro crescita. Alcune piante accumulano metalli pesanti di cui non si conosce il ruolo biologico, come Cd, Cr, Pb, Ag, As e Hg.
La fitodepurazione in situ è una tecnica molto utilizzata sia in Europa che negli Stati Uniti, pur con il limite dovuto al fatto che la contaminazione del suolo non può superare la profondità di crescita delle radici delle piante utilizzate. Oltre a questo fattore, vanno considerate le condizioni climatiche del sito e la biodisponibilità dei contaminanti. Allo stesso modo, va considerato il tasso di crescita delle specie vegetali utilizzate e il limite spaziale dell’area di crescita delle radici. Talvolta si rende necessario effettuare più cicli di coltivazione e raccolta per il recupero totale del sito.
Altro fattore importante è che la vegetazione, una volta contaminata, deve essere conferita in modo appropriato.
2) RIMOZIONE DI ALTRI COMPOSTI INORGANICI
La bioremediation di composti inorganici comprende applicazioni quali la bioassimilazione, la biodegradazione (aerobica e anaerobica), il bioadsorbimento, la biomagnificazione, il bioaccumulo, la biotrasformazione e la biovolatilizzazione. Le reazioni biochimiche alla base di questi processi consistono principalmente in reazioni di idrolisi, ossidazioni, riduzioni e sostituzioni o trasferimenti.
Tra i composti inorganici per i quali la bioremediation ha giocato e gioca un ruolo assai importante ci sono i composti radioattivi. In particolare il batterio del genere Deinococcus è particolarmente studiato e applicato per la sua capacità di resistere in ambienti estremi per la presenza di radiazioni ionizzanti e elevate temperature.
3) RIMOZIONE DI COMPOSTI ORGANICI
La bioremediation è in grado di convertire in forme meno tossiche e di degradare moltissimi contaminanti organici, come ad esempio pesticidi, organocloruri, bifenili policlorurati (PCB) idrocarburi policiclici aromatici, coloranti sintetici, conservanti del legno, rifiuti da esplosivi e polimeri sintetici. Tutti questi inquinanti sono per natura estremamente resistenti alla biodegradazione da parte della flora e della fauna selvatiche.
La bioremediation di questi composti può essere mediata da batteri, funghi, un cocktail di diversi microorganismi, piante o da una combinazione di tutte queste tipologie.
In particolare, a causa della scarsa propensione alla biodegradazione, l’utilizzo di funghi implicati nella degradazione della lignina si è rivelato assai prezioso, a causa del loro sistema enzimatico aspecifico.
Fungal Bioremediation
Le specie fungine hanno il vantaggio, rispetto alla maggior parte dei batteri, di mantenere un’elevata efficienza di degradazione anche in suoli aridi o semiaridi.
Oltre a questo, i funghi che causano la carie bianca del legno hanno un ampio set di enzimi, tra cui varie perossidasi, che li rendono molto più efficienti dei batteri che hanno, invece, necessità di un precondizionamento/acclimatamento per crescere in un mezzo ricalcitrante.
Biosparging
Questa tecnologia di remediation in situ impiega microorganismi naturali per degradare contaminanti organici all’interno della zona di saturazione ed è usata soprattutto per il trattamento di acque di falda.
I fattori di controllo sono relativi alle caratteristiche del sito (permeabilità del suolo, struttura e stratificazione del terreno, temperatura, ossigeno, pH, nutrienti, densità microbica e presenza di ferro) e alle caratteristiche del contaminante (struttura chimica, concentrazione, tossicità, pressione di vapore, composizione del prodotto e punto di ebollizione, costante di Henry).
Questa tecnica trova il suo impiego nel trattamento di siti contaminati da prodotti petroliferi leggeri come il diesel, carburanti per aeromobili e la benzina, che tendono a volatilizzare rapidamente.
Bioventing
Questa tecnologia di risanamento in situ impiega microorganismi residenti per la degradazione di composti organici adsorbiti alle particelle del suolo nella zona di non saturazione.
Il bioventing utilizza una blanda ventilazione in modo da fornire il solo ossigeno necessario a sostenere l’attività microbica e a evitare la volatilizzazione dei contaminanti.
Viene prevalentemente impiegato nella degradazione di prodotti petroliferi leggeri (diesel e carburante per aeromobili) e altri composti volatili come il tricoloroetilene, il tricoloroetano, il dibromide di etilene e il dicloroetilene.
Biostimulation
Questa tecnica consiste nell’aggiunta di particolari nutrienti a suoli contaminati in modo da stimolare la crescita, in numero e tipologia, di microorganismi residenti capaci di degradare in modo efficace i contaminanti.
Questo processo è stato usato principalmente per ripulire terreni e zone umide dopo sversamenti di oli e altri composti organici come il tricoloroetilene.
Bioaugmentation
Questa tecnica può essere eseguita in situ o ex situ. Il processo consiste nell’aggiunta di microorganismi naturali ai siti contaminati per decontaminare il suolo o l’acqua da una vasta gamma di composti tossici: ammoniaca, acido solforoso, insetticidi, derivati del petrolio e molti altri.
Parimenti alla biostimolazione, la bioaugmentation ha la finalità di decontaminare attraverso processi di bioconversione aerobica o anaerobica delle sostanze inquinanti in forme non tossiche.
La bioconversione anaerobica è impiegata solitamente nella degradazione di composti organici come i clorocarburi, i policlorofenoli, e i composti nitroaromatici che sono ricalcitranti ai processi di trattamento aerobico.
La bioconversione aerobica trova impiego nella degradazione di tiocianati, cianati, idrocarburi aromatici, composti monoaromatici della benzina e il metilterbutiletere.
Natural attenuation e Phytoremediation
L’implementazione di soluzioni non strutturali come l’attenuazione naturale controllata può essere utilizzata come la sola alternativa economica per la bonifica di suoli e falde contaminate. La riduzione della concentrazione dei contaminanti senza intervento umano è dovuta essenzialmente ad una serie di processi di diffusione e trasporto che possono essere suddivisi in distruttivi e non distruttivi.
L’attenuazione naturale controllata, secondo la definizione EPA (Environmental Protection Agency), consiste in un approccio di gestione del plume che implica un suo monitoraggio a lungo termine. I processi di attenuazione distruttiva come la biodegradazione sono stati ampiamente impiegati nella degradazione di liquidi densi in fase non acquosa, inquinanti organici clorurati e percolati di discarica.
L’attenuazione naturale è certamente più lenta di altri processi indotti come la bioaugmentation e la biostimulation, e quindi è sostenibile oltre un certo periodo di tempo.
La phytoremediation è ritenuta fattibile per siti molto vasti con una bassa concentrazione di inquinanti e in combinazione con altre tecnologie come fase conclusiva nel recupero di un sito.
Trattamento catalizzato da enzimi
È una delle tecniche più recenti che afferiscono alla famiglia della bioremediation. Essa consiste nell’utilizzo di enzimi prodotti da microorganismi, piante e animali, per la rimozione di composti tossici da effluenti industriali.
Bioreattori e altre tecniche ex situ
I bioreattori offrono il beneficio di una degradazione con parametri controllati e con un sistema di monitoraggio costante. Nonostante questi vantaggi questi sistemi hanno il limite del costo d’investimento e dei costi di gestione, oltre che le spese per l’escavazione dei siti contaminati.
Altri sistemi di biodegradazione ex situ includono il landfarming, il compostaggio e le biopile.
Il landfarming è una tecnologia che prevede la disposizione di strati di terreno contaminato e di contaminanti su una superficie impermeabile e l' adozione di procedure idonee a creare e mantenere condizioni ottimali per lo sviluppo delle popolazioni microbiche.
Nella tecnologia delle biopile, derivata dal Landfarming, il terreno viene sovrapposto inserendo alternativamente tubi forati per distribuire nel materiale contaminato, aria e soluzioni di acqua e nutrienti e tubi di estrazione dell' aria dall' ammasso.
Siti contaminati
Per sito inquinato o sito contaminato , s'intende quell'area in cui è stata verificata un'alterazione delle caratteristiche qualitative dei terreni e delle acque superficiali e sotterranee, in seguito ad attività umane svolte, o in corso di svolgimento, le cui concentrazioni siano superiori a quelle imposte dalla legge.
La normativa relativa alla bonifica di siti inquinati è in fase di mutamento: il D.M. 471/99 "Regolamento recante criteri, procedure e modalità per la messa in sicurezza, la bonifica ed il ripristino ambientale dei siti inquinati", è stato sostituito dal Titolo V "Bonifica di siti contaminati" della Parte Quarta del D. Lgs 152/06, anch'esso in fase di modifica.
Bonifica ambientale dei siti contaminati
Per bonifica ambientale di un sito contaminato, s'intende una serie di interventi volti a:
Bonifica
La bonifica è quell'insieme di azioni volte a diminuire le concentrazioni delle sostanze inquinanti nel suolo, nel sottosuolo e nelle acque sotterranee e superficiali, con concentrazioni minori rispetto a quelle fissate per la specifica destinazione d'uso.
La bonifica ambientale e il ripristino di un sito inquinato , devono privilegiare le tecniche che sostengano il ricorso a tecnologie innovative. Quindi devono essere privilegiate:
Bonifica ambientale con misure di sicurezza
Per misure di sicurezza si intendono tutti quegli interventi volti ad assicurare l'isolamento ed il contenimento della fonte dell'inquinamento con l'obiettivo di arrestare la migrazione delle sostanze inquinanti in altri settori ed il loro eventuale contatto con la popolazione, di conseguenza rappresentano tutti quegli interventi atti a non causare danni all'ambiente scatenati dall'inquinamento residuo, le azioni di osservazione e monitoraggio idonee ad assicurare il controllo nel tempo delle misure prese, ed eventuali limitazioni d'uso del sito rispetto alle ipotesi degli strumenti urbanistici.
La bonifica ambientale con misure di sicurezza consiste dunque nell'attuare quell'insieme di interventi volti a diminuire le concentrazioni delle sostanze inquinanti nel suolo, nel sottosuolo e nelle acque superficiali e sotterranee, a concentrazioni maggiori rispetto a quelle stabilite per la specifica destinazione d'uso, se i valori di concentrazione residua delle sostanze inquinanti non possono essere raggiunti neppure con l'applicazione delle migliori tecnologie a costi tollerabili.
I valori di concentrazione, per essere definiti accettabili, devono avere le seguenti caratteristiche:
Costi sopportabili
Per impianti in esercizio, s'intendono quelli che derivano da una bonifica ambientale che non provochino un fermo prolungato delle attività produttive o che, in ogni caso, non siano sproporzionati rispetto al giro d'affari annuo prodotto dall'impianto in questione (art. 114, comma 9, L . 388/00).
Ripristino ambientale
Il ripristino ambientale consiste nell'insieme di interventi di riqualificazione ambientale e paesaggistica che rappresentano il compimento degli interventi di bonifica, con lo scopo di riportare il sito alla completa fruibilità.
Messa in sicurezza d'emergenza
In attesa di interventi di bonifica ambientale e ripristino permanente dei siti inquinati , si agisce con interventi d'urgenza al fine di rimuovere le fonti inquinanti e contenere al minimo la diffusione degli inquinanti stessi.
Messa in sicurezza permanente (solo per rifiuti stoccati)
Comprende tutti gli interventi volti ad isolare in modo risolutivo le fonti inquinanti nel momento in cui le stesse siano rappresentate da rifiuti stoccati e non sia possibile procedere alla loro rimozione pur applicando le migliori tecniche a costi ammissibili.
Analisi di rischio
L'analisi di rischio è uno strumento tecnico di supporto alle decisioni, affidabile, scientifico e rigoroso, che prevede una serie di passaggi standardizzati (National Academy of Science, 1983, U.S. Environmental Protection Agency, 1993).La normativa italiana (allegato 4, punto II.4 del DM. 471/1999) considera l'analisi di rischio come criterio di valutazione da utilizzare nel caso in cui i valori tabellari stabiliti dalle Tabelle dell'Allegato 1 del d.m. 471/1999 non possano essere raggiunti "nonostante l'applicazione...delle migliori tecnologie disponibili a costi sopportabili ".
Per come l'analisi di rischio è concepita nella legislazione italiana, risulta che tale strumento può essere utilizzato solamente a supporto degli interventi di bonifica con misure di sicurezza e messa in sicurezza permanente.Ciò che rimane comune dell'analisi di rischio nei differenti panorami normativi europei o statunitensi è l'approccio metodologico.
Il rischio R può essere descritto dall'espressione simbolica:
R = P * V * Va
In cui:
P è la pericolosità (sorgente),
V la vulnerabilità (percorso) e
Va il valore del bene esposto ad un danno (bersaglio).
Per quanto attiene il punto di vista tossicologico, il rischio delle sostanze cancerogene è:
R × = EF E
dove il rischio R rappresenta la probabilità di casi incrementali di tumore nel corso della vita causati dall'esposizione alla sostanza.
Per le sostanze non cancerogene:
HI = TDI E
dove HI (Hazard Index) è un indicatore del rischio che esprime di quanto l'esposizione alla sostanza supera la dose tollerabile o di riferimento (TDI o RfD ).
Sia per R che per HI valgono le proprietà additive nel senso che il rischio dovuto a più sostanze, appartenenti alla stessa categoria, o a più vie di esposizione e con gli stessi effetti, deve essere sommato.
L'analisi di rischio si conclude con il confronto con i criteri di accettabilità che, per le sostanze tossiche, coincide comunemente con il non superamento della TDI o RfD ( HI=1), mentre per le sostanze cancerogene prevede il non superamento di un valore generalmente compreso nell'intervallo 10 -6 a 10 -4 (probabilità di casi incrementali di tumore nel corso della vita) che viene stabilito da ciascun Paese a livello istituzionale.
In alcuni Paesi, per tenere conto della presenza di altre possibili sorgenti di esposizione alle sostanze tossiche, diverse dai suoli/siti contaminati, la E stimata viene confrontata con una frazione del TDI.
Per valutare i rischi connessi alla presenza di un terreno contaminato che provoca una esposizione dell'uomo all'azione di contaminanti, si adotta un approccio graduale secondo quanto suggerito dall'U.S.Environmental Protection Agency,1996a e 1996b e dall'ASTM, 1995 e 1998, secondo la procedura attualmente più utilizzata, definita con l'acronimo RBCA (Risk-Based Corrective Action).
E' essenziale che nelle diverse fasi di applicazione della procedura di valutazione di rischio si faccia riferimento al cosiddetto Modello concettuale del sito.
Livello 1
In questa prima fase si confrontano i valori di concentrazione degli inquinanti con i valori per un sito ipotetico Modello concettuale generico, adottando in modo cautelativo le condizioni del peggiore scenario ragionevolmente possibile.In Italia il livello 1 di analisi di rischio viene considerato convenzionalmente prendendo come riferimento i valori delle Tabelle dell'Allegato 1 del D.M. 471/1999. Le due possibilità conseguenti alla valutazione della prima fase sono le seguenti:
- nel caso i valori di riferimento risultino inferiori a quelli indicati dalle Tabelle dell'Allegato 1 del D.M. 471/1999 si ritiene che la presenza di inquinanti ponga un rischio trascurabile. Si procede ad un eventuale monitoraggio, ma non sono richieste specifiche azioni di risanamento;
- nel caso questi valori di riferimento non vengano invece rispettati si procede nel modo seguente:
1) si interviene se si giudicano gli interventi di risanamento fattibili e sostenibili economicamente, avendo come obiettivo finale il raggiungimento dei valori normativi e dopo tali attività il sito viene certificato come "bonificato";
2) si applicano misure provvisorie di risanamento;
3) se gli interventi di bonifica all'interno del progetto preliminare si giudicano economicamente non sostenibili con le migliori tecnologie disponibili si passa alla fase successiva di valutazione per poter realizzare interventi di bonifica con misure di sicurezza.
Livello 2
Si considera l'esposizione a determinati inquinanti e i possibili bersagli sulla base di modelli semplificati. Per poter attuare questa operazione è necessario disporre di un "Modello concettuale specifico", basato sia sull'acquisizione dei dati esistenti che su indagini in sito e in laboratorio.I modelli di propagazione degli inquinanti che vengono utilizzati sono di tipo semplificato. Le due possibilità conseguenti alla valutazione della seconda fase ricalcano quelle della prima e pertanto sono le seguenti:
- nel caso i valori ottenuti dalle analisi di rischio risultino inferiori a quelli indicati (ad esempio THQ< 1 ed R< 10 -6) si ritiene che la presenza di inquinanti alle concentrazioni residue lasciate in sito dopo gli interventi di bonifica con misure di sicurezza previste ponga un rischio accettabile. Si procede ad un eventuale monitoraggio ma non sono richieste specifiche azioni di risanamento. Il sito viene certificato come "bonificato con misure di sicurezza";
- nel caso questi valori di riferimento non vengano invece rispettati si può procedere nel modo seguente:
1) si interviene modificando la tipologia e le caratteristiche degli interventi di bonifica con misure di sicurezza previste, avendo come obiettivo finale il raggiungimento dei valori che pongono un rischio accettabile;
2) si applicano misure provvisorie di risanamento;
3) si può passare alla fase successiva di valutazione, anche perché il rischio esistente giustifica ulteriori maggior investimenti di risorse finanziarie.
In Italia sono sviluppate soprattutto le analisi di rischio di livello 2, che sono quelle standardizzate da ASTM, 1995. L'analisi è resa più semplice nelle elaborazioni mediante un software appositamente predisposto ed aderente alla normativa italiana denominato con l'acronimo GIUDITTA (Provincia di Milano-Dames & Moore, 1999); sono comunque disponibili anche altri software quali ROME (ANPA, 1999) e RBCA TOOL Kit (Groundwater Service. Inc., 1998).
Livello 3
Si produce un'analisi di rischio completa nella quale si rilevano dapprima ulteriori dati ambientali e si procede poi alla loro interpretazione con modelli numerici deterministici e/o probabilistici. Nella fase conclusiva della valutazione di rischio sono possibili due situazioni:
- nel caso i valori di concentrazioni residui indichino un rischio accettabile si ritiene definitivamente conclusa la procedura, procedendo ad eventuale monitoraggio senza specifiche ulteriori azioni di risanamento. Il sito viene certificato come "bonificato con misure di sicurezza";
- nel caso questi valori di riferimento non vengano invece rispettati si procede con ulteriori opere che diminuiscono la pericolosità degli inquinanti (trattamento chimico, fisico o biologico), interrompono o minimizzano i percorsi di esposizione (messa in sicurezza) sia intervenendo sui recettori (uso del territorio e delle risorse). Una volta raggiunti gli obiettivi fissati dai valori derivanti dalle valutazioni di rischio si ritiene conclusa l'attività di bonifica con misure di sicurezza e si procede al monitoraggio. Anche in questo caso il sito viene certificato come "bonificato con misure di sicurezza".
Le modalità con cui si utilizzano l'analisi di rischio in Italia sono particolari in quanto la norma prevede che sia utilizzata solo nel caso della bonifica e ripristino ambientale con misure di sicurezza, valutando l'accettabilità del rischio sulle concentrazioni residue lasciate in situ dopo gli interventi effettuati. Nell'affrontare un percorso graduale, dal livello 1 (più semplice) al livello 3 (più complesso), è importante sottolineare che sono stati considerati i seguenti aspetti:
- il grado di protezione della salute umana e dell'ambiente risulta invariato;
- il numero e la qualità dei dati necessari per le elaborazioni aumenta;
- le risorse da impiegare aumentano;
- le assunzioni conservative introdotte nei calcoli diminuiscono;
- l'efficacia degli interventi di risanamento aumenta
