ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITÀ DI BOLOGNA FACOLTÀ DI CHIMICA INDUSTRIALE Sede di Rimini CONSORZIO ASSOFORM RIMINI M U I P L ASTER NIVERSITARIO NTEGRATO DI RIMO IVELLO “T C A ECNOLOGIE E ERTIFICAZIONI MBIENTALI” Tesi di Master in Tecnologie e Controllo Bonifica Siti Contaminati Prof. Fabio Fava Enhanced Natural Attenuation: valutazione dell’applicabilità di un trattamento di tipo biologico all’interno di un progetto di bonifica in esecuzione, atto alla rimozione di una miscela di idrocarburi da un acquifero superficiale Direttore del Master: Presentata da: Chiar.mo Prof. LUCIANO MORSELLI Dott. FARNÉ LORENZO Tutor Aziendale Petroltecnica: Dott. Ing. ALBERTO DEAMBROGIO Anno Accademico 2004-2005 Ai miei nonni BRUNA e CESARINO INES e FERDINANDO Vorrei ringraziare coloro attraverso i quali è stato possibile realizzare questo mio elaborato di tesi, che mi ha donato crescita formativa, umana e professionale. In primo luogo Petroltecnica S.r.l., l’Azienda che mi ha dato la possibilità di svolgere un’esperienza di stage interessante, coinvolgente e professionalizzante, capace di offrirmi un approfondito quadro nel settore delle bonifiche di siti contaminati, e la Direzione Aziendale, nella persona del dott. Stefano Di Nauta, per la disponibilità totale alla partecipazione al Master. Inoltre, desidererei porgere i miei ringraziamenti al Tutor Aziendale, Ing. Alberto Deambrogio, il quale ha reso possibile la riuscita materiale di questa mia formazione post laurea. Infine, vorrei ringraziare l’Alma Mater Studiorum - Università di Bologna - Facoltà di Chimica Industriale - Sede di Rimini ed il Consorzio Assoform di Rimini, rispettivamente nelle persone del prof. Luciano Morselli e della dott.sa Marzia Canini, che attraverso il loro costante impegno mi hanno permesso di ampliare ed integrare la mia formazione e professionalità nel settore ambientale. INDICE SCOPO DELLA TESI...................................................................... 1 INTRODUZIONE ............................................................................ 2 1.1 IL BIORISANAMENTO AMBIENTALE................................. 2 1.1.1 CENNI STORICI..........................................................................................2 1.1.2 CENNI ECONOMICI ...................................................................................5 1.1.3 CENNI LEGISLATIVI..................................................................................6 1.1.4 LE TECNOLOGIE DI BONIFICHE AMBIENTALI................................... 10 1.1.5 LA PROCEDURA DI BONIFICA ............................................................... 16 1.1.6 I PROCESSI DI MIGRAZIONE DEGLI INQUINANTI................................. 21 1.1.7 LA MICROBIOLOGIA DEL BIORISANAMENTO ..................................... 22 1.2 IL BIORISANAMENTO DAGLI IDROCARBURI................ 25 1.2.1 GLI IDROCARBURI................................................................................... 26 1.2.2 LA DEGRADAZIONE DEGLI IDROCARBURI.......................................... 30 1.2.3 IL METIL-TER-BUTIL-ETERE (MTBE) ................................................... 32 DESCRIZIONE SPERIMENTALE............................................... 34 2.1 CARATTERIZZAZIONE DEL SITO..................................... 35 2.1.1 ANDAMENTO DELLA FALDA.................................................................. 35 2.1.2 ANALISI DEI CONTAMINANTI................................................................ 37 2.1.3 ANALISI DEI PARAMETRI BIOLOGICI .................................................. 39 ANALISI STORICA DEL SITO.................................................... 41 3.1 INTERVENTI DI BONIFICA SVOLTI.................................. 41 3.2 INQUADRAMENTO MORFOLOGICO, GEOLOGICO ED IDROGEOLOGICO................................................................ 44 3.3 GEOLOGIA ED IDROGEOLOGIA LOCALI ....................... 46 3.4 CARATTERIZZAZIONE STORICA DEL SITO................... 47 RISULTATI E DISCUSSIONE...................................................... 48 4.1 CARATTERIZZAZIONE DEL SITO..................................... 48 4.1.1 ANDAMENTO DELLA FALDA.................................................................. 48 4.1.2 ANALISI DEI CONTAMINANTI................................................................ 51 4.1.3 ANALISI DEI PARAMETRI BIOLOGICI .................................................. 56 I 4.2 VALUTAZIONE DELL’APPLICABILITÀ DELLA ENHANCED NATURAL ATTENUATION............................ 59 CONCLUSIONI ............................................................................. 60 BIBLIOGRAFIA............................................................................ 61 APPENDICI ................................................................................... 71 1 II SCOPO DELLA TESI In questa tesi è stata affrontata l’applicabilità di un trattamento di Bioremediation all’interno di un progetto di bonifica in esecuzione, atto alla rimozione di una miscela di idrocarburi da una falda contaminata ubicata in provincia di Milano. Gli obiettivi di questo studio possono essere così sinteticamente definiti: • verifica ed elaborazione dei dati storici: è opportuno conoscere dettagliatamente tutte le attività di caratterizzazione e di bonifica che si sono svolte e che ancora si svolgono nell’area oggetto di studio. In tale modo si raccolgono le informazioni che consentono di impostare eventuali ulteriori indagini, accertamenti ed ispezioni al fine di poter ricostruire e valutare la situazione storica ed attuale del sito contaminato [1,2,3]; • raccolta ed elaborazione dei dati associati alle reazioni di ossidazione biologica: solo attraverso la piena conoscenza dello stato dell’arte dei parametri biochimici associati ai processi di ossidazione biologica è possibile orientare la bonifica di un sito contaminato da idrocarburi verso una strategia di tipo biologico. La valutazione della biodegradazione, infatti, indica se e quanto la matrice inquinata ha naturali capacità di biodegradazione e quindi da essenziali indicazioni sulla biotrattabilità del sito, che possono poi essere sfruttate e potenziate in uno specifico processo di biorisanamento [4, 5, 6, 7]; • monitoraggio dei parametri durante la bonifica: con un mirato piano di investigazione in opera è possibile seguire il trend dei diversi parametri, stimando le effettive cinetiche di rimozione del contaminante dalla matrice inquinata. Tale attività è di notevole importanza perché dà una valutazione oggettiva dell’efficacia del sistema di bonifica installato e consente di ricostruire il trend evolutivo dello stato qualitativo delle acque di falda contaminate [5, 8, 9, 10]. • valutazione generale dell’acquifero: in base al tipo, al grado ed all’estensione dell’inquinamento rilevato e rispetto alle specifiche caratteristiche ambientali ed antropiche del sito, è possibile valutare le condizioni generali del sito, correlando i parametri chimico-fisici con quelli biologici. Tale valutazione è basilare per poter valutare l’applicabilità di un trattamento di Enhanced Natural Attenuation [1,4]. 1 INTRODUZIONE 1.1 IL BIORISANAMENTO AMBIENTALE 1.1.1 CENNI STORICI I processi di inquinamento ambientale hanno sia origine naturale che artificiale: i primi sono associabili a fenomeni di decadimento di materiali, di combustioni naturali e di processi eruttivi, mentre quelli antropici sono legate all’industrializzazione. Col passare degli anni tali problemi sono cresciuti di pari passo all’aumento della popolazione, alla crescita industriale ed alla notevole differenziazione dei processi produttivi [11]. In questo contesto le città si sono rapidamente e disordinatamente espanse, con infrastrutture inadeguate alle nuove esigenze ed inglobando le aree industriali limitrofe. Il successivo processo di terziarizzazione dell’economia ha determinato l’abbandono di tali aree industriali a favore di localizzazioni più gradite dal punto di vista della accessibilità e della conflittualità del tessuto urbano, non più in grado di sostenete l’impatto di attività causa di traffico ed inquinamento. Il trasferimento delle attività produttive dalle città non ha eliminato però l’impatto negativo che queste hanno lasciato sull’ambiente, dovuto alla presenza di molteplici sostanze di varia natura e pericolosità con conseguenti rischi di contaminazioni del suolo, del sottosuolo e delle acque superficiali e di falda. D’altra parte, a fronte di una continua domanda di spazi per l’insediamento residenziale, attività terziarie e di servizio legata ad una carenza oggettiva di aree libere, ha portato le aree industriali dismesse ad avere un nuovo ed appetibile ruolo nello scenario urbano [12]. Buona parte dei casi di contaminazione avviene nelle aree industriali, siano esse attive (26%) o dismesse (15%). Altre cause di inquinamento sono connesse alle l'attività di smaltimento e recupero rifiuti, siano esse autorizzate (14%) o abusive (10%), sono attribuibili a perdite di serbatoi interrati (23%) o sono derivate da sversamenti accidentali dovuti ad incidenti stradali, ferroviari o aerei (6%) (Figura 1.1) [13]. Figura 1.1 Principali attività fonte di inquinamento in Italia Trasporto stradale, Smaltimento e ferroviario ed aereo recupero rifiuti 14% Smaltimento abusivo 6% 10% Altro 6% Carburanti e depositi di prodotti petroliferi 23% Aree industriali attive 26% Aree industriali dismesse 15% Fonte: ARPA Piemonte, 2002 2 I problemi di contaminazione delle acque superficiali e dell’aria sono stati affrontati a partire dagli anni ’70, mentre l’inquinamento dei suoli e delle acque sotterranee sono stati largamente sottostimati in tutti i paesi industrializzati. Era convinzione comune che tale ecosistema avesse capacità intrinseche di autorisanamento, praticamente infinite, e che non necessitasse di alcun intervento umano. Tale ipotesi nasceva da una certa inerzia mentale, ma anche dall’esperienza del passato quando le attività umane inquinanti erano molto più limitate [10]. Difatti, fino agli inizi degli anni ’80 la percezione della contaminazione dell’ambiente e del territorio nei paesi maggiormente industrializzati era generalmente associata ad incidenti relativamente rari, con conseguenze difficilmente valutabili, ma potenzialmente catastrofiche per la salute e per l’ambiente. La risposta politica che ne è derivata è stata rivolta ad ottenere il massimo controllo dei rischi. Secondo tale approccio, la contaminazione doveva essere rimossa totalmente o completamente confinata [13]. Solo a partire dagli anni ’80 è maturata la consapevolezza che il suolo andasse tutelato e preservato dall’inquinamento: negli USA il governo federale diede, da allora, un forte impulso a tale problematica, emanando il primo organico regolamento a tutela della qualità ambientale del suolo, detta “Comprehensive Enviromental Response, Compensation and Liabily Act” (CERCLA). Tale normativa affidava ai risultati dell’analisi del rischio sia la decisione della necessità di intervenire sia gli obiettivi di rimozione dei contaminanti da raggiungere. Il governo americano, inoltre, istituì il Superfund, un programma di gestione integrata della problematica della bonifica dei siti inquinati di interesse nazionale, stimolò l’innovazione tecnologica del settore e rese disponibili ingenti risorse economiche per la bonifica dei siti contaminati, pari a 1,6 miliardi di US $ [3, 8, 14]. Il Giappone, negli stessi anni, invece basò le norme ambientali su limiti tabellari che definivano, a livello nazionale, le massime concentrazioni ammissibili nelle emissioni di sostanze inquinanti, derogando ad organismi locali eventuali specifici piani d’intervento di bonifica, in funzione del livello di compromissione dell’ambiente [3]. In Europa la consapevolezza della necessità di dover salvaguardare la qualità del suolo è maturata con anni di ritardo rispetto ad USA e Giappone: alla fine degli anni ’80 l’Olanda, per prima, regolamentò la qualità ambientale dei suoli (Soil Protection Act, 1987). Da tale momento diversi paesi europei hanno affrontato il problema dei siti contaminati, anche se non sempre con atti normativi specifici [5, 6]. Negli anni ’90 l’Unione Europea ha emanato diverse direttive in campo ambientali, enunciando una serie di principi generali (prevenzione, precauzione, correzione alla fonte, chi inquina paga), richiamati recentemente nell’Articolo 174 Comma 2 del Trattato Europeo di Roma del 29 Ottobre 2004, senza dare agli Stati Membri un’unica ed organica normativa nel settore delle bonifiche ambientali [3, 8]. Recentemente, con il Sixth Environmental Action Programme the European Union, l’UE ha stabilito che risulta necessario prevenire la degradazione del suolo in Europa [16, 17]. Le strategie atte a perseguire tale scopo sono state presentate dalla 3 Commissione Europea nella Comunicazione COM 2002/179 intitolata “Towards an EU Thematic Strategy for Soil Protection”, in cui le più gravi minacce per il suolo sono, in ordine di importanza, l’erosione, la contaminazione, la diminuzione del contenuto di sostanza organica, la riduzione della biodiversità, l’urbanizzazione indiscriminata, la salinizzazione, il dissesto idrogeologico e le alluvioni. Per affrontare tali pericoli, la Commissione Europea ha istituito cinque gruppi tecnici di lavoro (TWGs), tra cui il Technical Working Group Contamination [18]. In Italia, il problema della contaminazione dei terreni e delle falde è stato trattato a livello istituzionale e recepito in tutta la sua gravità solo recentemente, dove a partire dal 1997, in notevole ritardo rispetto agli altri paesi membri dell’UE, sono stati emanati più provvedimenti legislativi, tra cui il D.Lgs. n. 22/97, il D.Lgs. n. 152/99, il D.M. n. 471/99, che hanno fornito degli strumenti normativi omogenei sul territorio nazionale per fronteggiare i problemi della gestione dei rifiuti, della tutela delle risorse idriche e quello, ad essi connessi, della bonifica dei siti contaminati [19]. Nella seguente figura (Figura 1.2) sono rappresentate le diverse matrici ambientali attualmente coinvolte da fenomeni di inquinamento in Italia. Figura 1.2 Matrici ambientali coinvolte da fenomeni di inquinamento in Italia 4% 1% 26% 49% 9% 6% 5% suolo e sottosuolo acque superficiali acque sotterranee suolo e sottosuolo + acque superficiali suolo e sottosuolo + acque sotterranee suolo e sottosuolo + acque superficiali e sotterranee acque superficiali e sotterranee Fonte: ARPA Piemonte, 2002 4 1.1.2 CENNI ECONOMICI La continua e crescente sensibilizzazione dei cittadini, delle associazioni no profit ed ambientaliste e delle pubbliche amministrazioni sulle tematiche in campo ambientale, ha generato notevoli pressioni ed interessi socio-economici. Tali fattori hanno portato, negli ultimi decenni, ad un rilevante e continuo sviluppo economico nel settore del risanamento ambientale, il quale ha così acquisito un sempre maggiore peso internazionale [20]. Basti pensare che il volume di vendita di prodotti e servizi ambientali nel mercato USA, è passato da 27 milioni di US $ di fatturato, agli inizi degli anni ’80, a 1,7 miliardi di US $, agli inizi degli anni ’90, ed a 6.5 miliardi di US $ alla fine degli anni ’90, con un trend d’incremento annuo del 5 % [3, 14, 21]. Nell’ultimo decennio il numero dei siti contaminati nei paesi più industrializzati è cresciuto esponenzialmente ed è divenuto così un esteso problema di varia intensità ed importanza, molto più diffuso di quanto si potesse inizialmente stimare [20]. Un recente rapporto dell’USEPA, United States Environmental Protection Agency, – Office of Solid Waste and Emergency Response, stima che il mercato annuo delle attività legate alla bonifica di siti contaminati in USA è di circa 6-8 miliardi di US $ e che i siti da bonificare siano circa 294.000, composti in minima parte da aree già conosciute ma soprattutto da siti che saranno scoperti nei prossimi trenta anni e con un costo approssimativo di bonifica di almeno 209 miliardi di US $ [22]. Un recente censimento dell’EEA, European Environmental Agency, raccoglie in maniera complessiva i dati disponibili di diversi europei, anche se risultano disomogenei tra loro per le modalità di esecuzione dei censimenti da cui derivano. Dal rapporto si evince comunque che il mercato legato alle bonifiche dei siti contaminati è stimato approssimativamente a 137 miliardi di €, che i siti contaminati già identificati sono nel complesso circa 350.000 e che ammontano a circa 1.870.000 i siti potenzialmente contaminati presenti sul territorio degli Stati Membri dell’UE [8]. In Italia censimenti fatti, e tuttora incompleti, hanno evidenziato l’esistenza di almeno 12.000 siti contaminati, originati per la maggior parte da discariche incontrollate e aree industriali dismesse. Una recente stima approssimativa del Ministero dell’Ambiente indica in circa 30.000 il numero di siti potenzialmente contaminati, con un mercato delle attività legate alla bonifica pari a circa 36 miliardi € [3, 8, 14]. All’interno di questo consistente mercato legato alle bonifiche dei siti contaminati, una quota importante è stata conquistata dalla Bioremediation. In particolare, nel segmento della bonifica dei siti inquinati da idrocarburi, tale tecnologia ha raggiunto una posizione di vantaggio rispetto alle tecnologie concorrenti [3, 9]. 5