BONIFICA DEI SITI CONTAMINATI Studio sperimentale per l’applicazione delle PRB

1. BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIStudio sperimentale per l’applicazione delle PRB Silvia Sbaffoni silvia.sbaffoni@uniroma1.it

2. Barriere permeabili reattive (PRB) • Prove sperimentali presso il DITS: • Utilizzo di matrici alternative e materiali di scarto: • Compost verde • Zeoliti naturali(scarti di lavorazioni da cave di tufo e pozzolana) Rimozione biotica del Cr(VI) Rimozione abiotica per adsorbimento di 2-clorofenolo

3. Cromo • Industria tessile, metallurgica e delle costruzioni ESAVALENTE Cr(VI) TRIVALENTE Cr(III) in soluzione come catione in soluzione come anione cromato o dicromato Origine antropica e naturale origine antropica carcinogen and mutagen Limite nelle acque sotterranee 50 mg/l Limite nelle acque sotterranee 5 mg/l

4. Obiettivo • Utilizzo di una biobarriera anossica/anaerobica per la rimozione di Cr(VI) da acque sotterranee; • Utilizzo a tale scopo di materiali a basso costo: • Compost verde (fornisce biomassa e sostanza organica); • Ghiaia silicea. • Meccanismi di rimozione: • Adsorbimento • Rimozione mediata dalla biomassa

5. Fasi sperimentali • Studio preliminare: caratterizzazione dei materiali utilizzati • Test in reattori discontinui (batch): verifica dell’applicabilità dei materiali scelti, identificazione dei processi di rimozione, stima delle efficienze • Test in reattore continuo (colonna): simulazione delle condizioni in situ, valutazione delle cinetiche di rimozione e del comportamento a lungo termine

6. Batch Soluzione contaminata 2 mg/l Cr(VI) Batch G ghiaia + soluzione contaminata Batch C compost + soluzione contaminata Batch S compost sterilizzato + soluzione contaminata Batch M compost + ghiaia + soluzione contaminata • pH, ORP • Cr in fase liquida • COD and solfati in fase liquida Parametri monitorati

7. Risultati – batch

8. OUT • Parametri monitorati: • pH, ORP, Cr (IN, P1, P2, P3, P4 and OUT) • COD e solfati nell’OUT 100 cm Porta 4 80 cm Porta 3 40 cm Porta 2 30 cm v = 1.9 m/d Porta 1 5 cm IN Soluzione contaminata Colonna

9. Colonna • COLONNA 1: alimentazione 10 mg/l Cr(VI) (soluzione C) più: • 400 mg/l COD (CH3COOH) and 20 mg/l NH4+ (soluzione D); • 400 mg/l COD (C6H12O6) and 20 mg/l NH4+ (soluzione E); • 200 mg/l COD (C6H12O6) and 10 mg/l NH4+ (soluzione F).

10. Risultati della prova in colonna

11. Risultati della prova in colonna

12. Risultati della prova in colonna

13. Risultati della prova in colonna

14. OUT 10 cm 30 cm 4 3 25 cm 2 17.5 cm 1 15 cm In 2.5 cm Risultati della prova in colonna FASE SOLIDA dopo il trattamento

15. Conclusioni • Prove batch: • Prove in colonna: Efficienze di circa il 97% Meccanismo di rimozione sia abiotico (tempo di contatto < 24h) e biotico (tempo di contatto > 24 h). Efficienze di rimozione prossime al 100% Processo di rimozione strettamente legato all’attività della biomassa

16. L’attività sperimentale ha avuto lo scopo di valutare le performance del tufo,ricco di zeoliti naturali, nella rimozione del 2-CP Obiettivo • Studio della fattibilità di una PRB per il trattamento di acque contaminate da 2-clorofenolo (2CP) • Applicazione di materiali locali • Utilizzo di materiali di scarto a basso costo

17. Background • Fenoli: Presenti negli effluenti generati da molte attività industriali e associati all’attività agricola (pesticidi) Altamente tossici, anche a basse concentrazioni Difficilmente biodegradabili, a causa della presenza di gruppi funzionali (clorofenoli)

18. Fasi sperimentali • Processi coinvolti: adsorbimento sul tufo • Attività sperimentale: • STUDIO PRELIMINARE: caratterizzazione del materiale reattivo utilizzato • TEST IN BATCH: valutazione dell’adeguatezza del materiale, identificazione dei meccanismi di rimozione, stima delle efficienze di rimozione • TEST IN COLONNA: simulazione delle condizioni operative in scala reale, valutazione delle efficienze di rimozione a breve e lungo termine

19. Materiali • Tufo da una cava presso Roma • pH naturale = 9.3 • Peso dell’unità di volume = 0.96 g/cm3 • caratterizzazione meccanica • Soluzione contaminata di 2CP: circa 12 mg/l

20. Sistema sperimentale: test in batch • E’ stata valutata l’influenza del pH e del tempo: • dipendenza dal pH • dipendenza dal tempo • Parametri monitorati: • pH • 2CP test a pH = 4÷10 test a 4÷48 h

21. Sperimentazione: test in batch a pH 4 l’efficienza di rimozione è trascurabile

22. Sperimentazione: test in colonna

23. Sperimentazione: colonna A

24. Sperimentazione: colonna A

25. Sperimentazione: colonna A • Cinetica di ordine 1 (R2>0.9) • In corrispondenza delle massime efficienze (E>70%) • Coefficiente di velocità di reazione medio k = 0.04 h-1 • t1/2 medio = 18 h (primi 20 cm)

26. Sperimentazione: colonna B

27. Sperimentazione: colonna B

28. COLONNA A – PORTA 1 COLONNA B – PORTA 1 Sperimentazione: colonna A e B

29. Sperimentazione: colonna B • Cinetica di ordine 1 (R2>0.9) • In corrispondenza delle massime efficienze (E>70%) • coefficiente di velocità di reazione medio k = 0.1 h-1 • t1/2 medio = 4.7 h (primi 30 cm)

30. Sperimentazione: reattore C • Ricircolo della soluzione di 2CP • Concentrazione iniziale di 2CP: circa 10 mg/l

31. Sperimentazione: reattore C

32. Conclusioni • La rimozione del 2CP dipende fortemente dal pH • La cinetica di rimozione sembra dipendere anche dalla dimensione delle particelle solide La rimozione massima si ottiene per pH debolmente alcalini A granulometrie maggiori corrispondono cinetiche di rimozione più lente

33. Conclusioni • Il tufo rappresenta una valida alternativa agli approcci convenzionali • Si stanno attualmente svolgendo ulteriori test per: • Comprendere a fondo il meccanismo di adsorbimento • Comprendere il comportamento a lungo termine del sistema • Migliorare le prestazioni del materiali utilizzando ad esempio urea e thiourea