Studio dell`impatto della discarica di Malagrotta (Roma) sulle acque

CIRCE­DSA/SUN­­­ISPRA­­­ARPA LAZIO
ISPRA
Istituto Superiore per la Protezione
e la Ricerca Ambientale
Indagini finalizzate ad accertare la natura la composizione
e i livelli di inquinamento ambientale nell'atmosfera e
nella falda acquifera nell’area industriale di MalagrottaValle Galeria (Roma).
Studio dell’impatto della discarica di Malagrotta
(Roma) sulle acque superficiali e sotterranee
mediante l’uso di metodologie isotopiche: Risultati
preliminari
Progetto Pilota
Giugno 2010
CIRCE-DSA/SUN---ISPRA---ARPA LAZIO
Studio dell‟impatto della discarica di Malagrotta
(Roma) sulle acque superficiali e sotterranee
mediante l‟uso di metodologie isotopiche:
Risultati preliminari
Progetto Pilota
Giugno 2010
Studio dell’impatto della discarica di Malagrotta (Roma) sulle acque superficiali e sotterranee mediante
l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
PROGETTO PILOTA
STUDIO DELL‟IMPATTO DELLA DISCARICA DI MALAGROTTA (ROMA) SULLE
ACQUE SOTTERRANEE E SUPERFICIALI MEDIANTE L‟USO DI METODOLOGIE
TITOLO:
ISOTOPICHE
PARTNERS:
-
CENTER
FOR ISOTOPIC RESEARCH ON THE
HERITAGE, DIP. DI SCIENZE AMBIENTALI -
-
(CIRCE-DSA/SUN)
ISTITUTO SUPERIORE PER LA PROTEZIONE E LA RICERCA AMBIENTALE (ISPRA)
AGENZIA REGIONALE PER LA PROTEZIONE DELL‟AMBIENTE DEL LAZIO (ARPA
LAZIO)
PERSONALE CIRCE-DSA/SUN:
PERSONALE ISPRA:
PERSONALE ARPA LAZIO:
CULTURAL AND ENVIRONMENTAL
SECONDA UNIV. STUDI DI NAPOLI
LUISA STELLATO, ANTONIO D‟ONOFRIO, CARMINE LUBRITTO
MARIA BELLI, ALESSANDRA PATI, STEFANIA GAUDINO,
ROBERTO CARACCIOLO
FABIO ERMOLLI, OTTAVIA M. SAMMARTINO
MISURE IN CAMPO REALIZZATE DA:
ALESSANDRA PATI (ISPRA), STEFANIA GAUDINO
(ISPRA), LUISA STELLATO (CIRCE-DSA/SUN),
OTTAVIA SAMMARTINO (ARPA LAZIO)
ANALISI CHIMICHE REALIZZATE DA:
ALESSANDRA PATI (ISPRA)
ANALISI ISOTOPICHE REALIZZATE DA:
LUISA STELLATO (CIRCE-DSA/SUN)
RAPPORTO PREDISPOSTO DA:
LUISA STELLATO (CIRCE-DSA/SUN)
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Studio dell’impatto della discarica di Malagrotta (Roma) sulle acque superficiali e sotterranee mediante
l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
CONTENUTI
1. Introduzione………………………………………………………………………………...
2. La produzione del percolato………………………………………………………….........
3. Metodologia…………………………………………………………………………………
3.1. Gli isotopi stabili: definizioni……………………………………………………...
3.1.1. frazionamento istopico…………………………………………………….
3.1.2. δ18O e δD in acqua…………………………………………………………
3.2. La caratterizzazione isotopica del percolato……………………………………..
4. Obiettivo del progetto pilota……………………………………………………………….
5. Piano di campionamento e analisi…………………………………………………………
6. Risultati e discussione……………………………………………………………………...
7. Sintesi dei risultati del monitoraggio effettuato da ARPA Lazio……………………….
8. Conclusioni………………………………………………………………………………….
Bibliografia……………………………………………………………………………………
3
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Studio dell’impatto della discarica di Malagrotta (Roma) sulle acque superficiali e sotterranee mediante
l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
RAPPORTO: RISULTATI PRELIMINARI
1. Introduzione
La prevenzione dell‟inquinamento delle acque sotterranee è uno degli obiettivi primari dei codici di
protezione ambientale riguardanti l‟esercizio delle attività di discariche di rifiuti solidi (cfr. D.Lgs.
152/06). La caratterizzazione idrogeochimica e idrogeologica delle risorse idriche risulta essere di
fondamentale importanza per la valutazione dell‟impatto di una discarica municipale sulle acque
sotterranee e superficiali. Tuttavia, le discariche municipali spesso sono collocate in aree industriali
in cui esistono altre fonti di contaminazione, quali termovalorizzatori, raffinerie con il proprio
corredo di tubature interrate per il trasporto di oli e gas naturali, industrie chimiche, strade a
scorrimento veloce, impianti di stoccaggio di rifiuti pericolosi, attività estrattive, come accade
presso il sito industriale di Malagrotta (Roma). La presenza di molteplici sorgenti di contaminanti,
di solito utilizzati per identificare perdite di percolato verso le acque sotterranee, quali ad esempio
metalli pesanti, cloruri, idrocarburi, può rendere difficile l‟interpretazione dei dati chimici dai pozzi
di monitoraggio intorno alla discarica. In questo caso il ricorso a metodologie isotopiche può essere
di grande aiuto nell‟identificazione della contaminazione da percolato proveniente dalla discarica.
Negli ultimi anni diversi studi hanno dimostrato l‟efficacia dell‟analisi degli isotopi naturali dei
maggiori costituenti dei gas di discarica (CO2 e CH4) e del percolato (acqua e carbonio inorganico
disciolto) nella individuazione della contaminazione dovuta alla discarica nelle diverse matrici
ambientali (Liu et al., 1992; Rank et al., 1995; Hackley et al., 1996). Infatti, gas e lisciviato da
discarica hanno di solito una caratteristica marcatura isotopica rispetto all‟ambiente circostante.
In questo contesto generale, dalla collaborazione del CIRCE-DSA/SUN con ISPRA e ARPA Lazio
è nato un progetto pilota avente come obiettivo principale la valutazione dell‟applicabilità delle
tecniche isotopiche all‟identificazione di un‟eventuale contaminazione dei corpi idrici superficiali e
sotterranei da parte del percolato di discarica. Nel presente rapporto sono presentati i risultati del
monitoraggio chimico ed isotopico preliminare delle acque superficiali e sotterranee, nonché del
percolato raccolto nelle cisterne presenti all‟interno dell‟impianto, nell‟area della discarica di
Malagrotta (RM).
2. La produzione del percolato
La produzione di percolato all‟interno di una discarica per lo stoccaggio di RSU avviene in seguito
a fenomeni di infiltrazione e lisciviazione che interessano la massa dei rifiuti e dipende
principalmente dal clima dell‟area in cui è collocata la discarica (climi più secchi determinano una
minore produzione di percolato), ma anche dalla topografia che influenza lo scorrimento
superficiale delle acque di precipitazione, la copertura della discarica (più o meno permeabile
all‟infiltrazione), la vegetazione, la tipologia di rifiuto (più o meno umido). La qualità (es.
composizione chimica) e la quantità del percolato prodotto dipende inoltre dalle comunità
microbiche che si susseguono nella biodegradazione (biostabilizzazione) dei rifiuti. La
colonizzazione del substrato organico da parte di batteri, attinomiceti e funghi dipende dalle
condizioni ambientali presenti nella discarica al momento dell‟inoculo ad in particolare è
influenzata dal tasso di umidità, dalle condizioni ossidoriduttive, dalla temperatura, dallo stato
nutrizionale, dal pH, dal volume del substrato. In generale, dal momento in cui vengono depositati i
rifiuti nel sito di stoccaggio si osservano quattro fasi principali nella decomposizione dei rifiuti da
parte dei microrganismi presenti (Figura 1) (Senior and Balba, 1990). La prima fase, che dura solo
qualche settimana, è aerobica in cui il substrato, costituito prevalentemente da cellulosa, lignina,
polisaccaridi, grassi e proteine, viene degradato in molecole più semplici ed infine convertito in
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l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
biossido di carbonio, acqua, nitrati e solfati con sviluppo di calore (la temperatura è generalmente
intorno ai 60-70°C). Il percolato, in quantità minima, che si forma in questa fase è leggermente
acido per la presenza di CO2 disciolta e ha un elevato contenuto di sostanza organica parzialmente
degradata. Segue poi la fase anaerobica non metanigena o acetogenica, in cui il processo di
degradazione della sostanza organica viene continuato da batteri anaerobi facoltativi prima e
obbligati poi che utilizzano composti inorganici ossidati (es. nitrati e solfati) come accettori finali di
elettroni e i prodotti di reazione sono principalmente acidi organici volatili (es. acetico, propionico,
butirrico) che insieme alla CO2 disciolta accentuano il carattere acido del percolato prodotto (pH
compreso tra 5.5 e 6.5) incrementando la solubilità di molti composti. Le prime due fasi si
concludono entro 5-7 mesi. Successivamente all‟interno del sistema semi-chiuso e anossico della
discarica si creano le condizioni ideali per lo sviluppo delle comunità batteriche metanigene che
ossidano la sostanza organica (principalmente acidi organici volatili) attraverso due vie metaboliche
principali: 1) la fermentazione dell‟acetato e 2) la riduzione della CO2. Di seguito sono riportate le
reazioni complessive:
1) CH3COOH → CH4 + CO2
2) CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
Ci sono diversi studi che dimostrano che la via metabolica della fermentazione dell‟acetato prevale
rispetto alla riduzione di CO2 per la produzione di metano (Hackley et al., 1999). Il consumo
prevalente di acidi organici diminuisce la concentrazione di sostanza organica nel percolato e fa
aumentare il pH verso la neutralità, causando di conseguenza una riduzione dei composti inorganici
disciolti che tendono a precipitare. Ad una prima fase in cui si osserva una fermentazione
metanigena cosiddetta instabile, che ha la durata variabile da tre mesi ad un anno, segue una fase
metanogenica stabile in cui si raggiungono condizioni di equilibrio nella produzione di metano e
biossido di carbonio.
Figura 1. Produzione di gas in ambiente di discarica in relazione alle quattro fasi di decomposizione della
sostanza organica (modificato da ATSDR, 2001).
La composizione del percolato quindi dipende dalle caratteristiche chimico-fisiche dei rifiuti, l‟età
della discarica e quindi il grado di stabilizzazione della sostanza organica e il bilancio idrico
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l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
all‟interno della discarica. I maggiori costituenti del percolato sono cloruri, sodio, alcalinità
(espressa come ppm di CaCO3) e ammonio che insieme costituiscono circa il 90% dei solidi
disciolti totali (Statom, 2004). In Tabella 1 sono riportati gli intervalli di variazione dei principali
parametri caratterizzanti il percolato nella fase acetogenica e metanigena.
Tabella 1. Intervalli di variazione dei principali costituenti del percolato nella fase acetogenica e
metanigena. Si riportano gli intervalli di variazione di parametri che non mostrano differenze significative tra
le due fasi (Ehrig, 1989; CAE, 2000; Kjeldsen et al., 2002).
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l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
Una trattazione più approfondita dell‟argomento va al di là dello scopo del presente documento e
pertanto si rimandano gli interessati a specifici lavori (Andreottola et al., 1989; Ehrig, 1989 tra gli
altri).
3. Metodologia
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l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
In questa sezione saranno forniti i concetti basilari della geochimica isotopica funzionali alla
descrizione dell‟applicazione specifica delle metodologie isotopiche allo studio della
contaminazione dei corpi idrici da parte del percolato.
3.1.
Gli isotopi stabili: definizioni
Gli isotopi sono atomi dello stesso elemento (stesso numero atomico, Z = protoni) ma con
diverso numero di massa (A = numero di neutroni + protoni). In natura esistono isotopi stabili e
instabili, o radioattivi, la cui concentrazione tende a decadere nel tempo. In questo studio ci si
riferisce esclusivamente agli isotopi stabili. Essi sono stabili perché i loro nuclei non subiscono
decadimento radioattivo. Idrogeno, carbonio, azoto, ossigeno e zolfo (Z
20) sono elementi
naturali importanti coinvolti nei cicli biogeochimici e i loro isotopi (Tabella 2) possono essere
utilizzati per tracciare i cicli di acqua, carbonio e nutrienti. Una trattazione approfondita della
sistematica isotopica e delle diverse applicazioni va al di là dello scopo del presente rapporto e può
essere trovata in libri di testo dedicati (Clark and Fritz, 1997; Kendall and McDonnell, 1998; Criss,
1999; Cook and Herczeg, 2000).
Tabella 2. Rapporti isotopici, numero atomico e abbondanze naturali degli elementi coinvolti nei cicli
biogeochimici (adattata da Clark e Fritz, 1997).
Le abbondanze isotopiche dei composti sono riportate secondo la notazione delta ( ):
(‰) = [( RSA / RSTD) -1] • 1000
dove R è il rapporto isotopico del composto (rapporto tra l'isotopo raro rispetto al più
abbondante) e gli indici SA e STD si riferiscono al campione e a uno standard di riferimento
riconosciuto a livello internazionale (Tabella 3). La notazione delta è stata adottata in quanto le
variazioni isotopiche generalmente sono di piccola entità e possono essere misurate grazie alla
risoluzione della spettrometria di massa per rapporto isotopico (IRMS). Ad esempio, un valore di
δ18O di +10‰ indica che il campione ha il 10‰ in più di 18O (isotopo più raro che solitamente è
anche quello più “pesante”) rispetto al materiale di riferimento; viceversa, se il campione ha un
δ18O pari a -10‰ vuol dire che ha il 10‰ in meno di 18O rispetto allo standard di riferimento
internazionale. In Tabella 3 sono riportata i materiali di riferimento internazionali per gli isotopi
degli elementi leggeri interessati dai cicli biogeochimici.
Tabella 3. Rapporti isotopici misurati e relativi rapporti di abbondanza dei materiali di riferimento
internazionali (adattata da Clark e Fritz, 1997).
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l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
3.1.1. Frazionamento isotopico
Masse atomiche differenti possono influenzare il comportamento del composto (isotopomero)
durante le reazioni chimiche o cambiamenti di fase provocando una variazione nella composizione
isotopica dei prodotti e dei reagenti; questo processo, noto come frazionamento isotopico, può
essere causato, ad esempio, dalle diverse energie di legame degli isotopi nei diversi composti
(Mook, 2001). Le molecole isotopicamente più “leggere” reagiscono più velocemente di molecole
“pesanti” perché la loro differenza di massa si accompagna a più alte frequenze vibrazionali (Mook,
2001).
In altre parole, isotopi dello stesso elemento prendono parte alle stesse reazioni chimiche, ma
poiché gli atomi dei vari isotopi hanno diverse dimensioni e differenti pesi atomici reagiscono a
velocità diverse. I processi fisici, quali ad esempio l'evaporazione, discriminano gli isotopi pesanti,
come pure le reazioni mediate da enzimi generalmente lasciano il substrato arricchito nell‟isotopo
più pesante mentre i prodotti di reazione in genere sono più depleti nell‟isotopo più pesante.
L‟ambiente biogeochimico unico che si trova al‟interno di una discarica dà origine ad un estremo
frazionamento in alcune reazioni metaboliche mediate da batteri, come la metanogenesi. Il
passaggio che di solito causa il maggiore frazionamento è quello che influenza maggiormente la
velocità di reazione, ed è quello più lento di una serie di reazioni (Criss, 1999).
Il presente studio ha lo scopo di misurare le differenze che i processi di frazionamento
impartiscono alla composizione isotopica del percolato ed usare tali differenze per identificare la
presenza di percolato nelle risorse idriche sotterranee e/o superficiali.
3.1.2. δ18O e δD in acqua
Gli isotopi dell‟ossigeno e dell‟idrogeno nelle precipitazioni generalmente sono correlati
secondo una relazione caratteristica dipendente dalla latitudine e dalle condizioni climatiche (Craig,
1961). Tale relazione lineare, definita “Global Meteoric Water Line” (MWL) è rappresentata dalla
seguente equazione:
δD = 8 · δ18O + 10
Gli isotopi di ossigeno e idrogeno non sono reattivi negli acquiferi superficiali, e normalmente i
valori di δ18O e δD sono conservati quando l‟acqua di precipitazione entra nel sistema di flusso
sotterraneo. La natura conservativa del δ18O e del δD consente il loro uso come traccianti ambientali
del ciclo dell‟acqua o negli studi di miscelamento di due riserve d‟acqua aventi firme isotopiche
differenti (Fritz et al., 1976).
Tuttavia, esistono processi biogeochimici e fisici in grado di cambiare la composizione isotopica
dell‟acqua causando delle deviazioni dalla MWL. In Figura 2 è rappresentata la MWL e gli effetti
causati da diversi processi chimico-fisici quali: l‟evaporazione, l‟idratazione dei silicati, le reazioni
di scambio della CO2 e dell‟H2S e la metanogenesi, che risulta essere il processo principale causa
dell‟alterazione isotopica dell‟acqua in ambiente di discarica.
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l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
Figura 2. Deviazioni dalla “Meteoric Water Line” (MWL) causate da diversi processi biogeochimici e
fisici (adattato da Hackley et al., 1996).
3.2.
Caratterizzazione isotopica del percolato
L‟applicazione delle tecniche isotopiche per la caratterizzazione del percolato è relativamente
recente e la maggior parte delle ricerche si ha a partire dagli anni „90 (Fritz et al. 1994; Dorr et al.
1995; Hackley et al. 1996; Grossman et al. 2002). Sebbene diversi siano gli studi e i relativi isotopi
investigati (vedi Tabella 4), in questa sezione ci si riferisce esclusivamente agli isotopi coinvolti nel
processo di metanogenesi, in quanto utili a tracciare eventuali contaminazioni dei corpi idrici da
parte del percolato.
Il processo di metanogenesi mediato da batteri all‟interno di discariche municipali di rifiuti solidi
è stato dimostrato essere la causa dell‟arricchimento del rapporto degli isotopi stabili del carbonio
inorganico disciolto (δ13C-DIC) (Coleman et al., 1993; Grossman et al., 2002) e dell‟idrogeno
dell‟acqua (δD-H2O) presenti nel percolato (North et al., 2006), mentre sembra che non abbia un
ruolo nel frazionamento degli isotopi dell‟ossigeno.
Durante l‟ossidazione della sostanza organica in ambiente anossico i batteri metanigeni possono
seguire due vie metaboliche (cfr. par. 2). Nel caso della riduzione della CO2, i microrganismi
utilizzeranno di preferenza la molecola più „leggera‟ di biossido di carbonio (12CO2) per produrre
CH4 arricchito preferenzialmente nell‟isotopo più leggero del carbonio (12C), lasciando la CO2
rimanente arricchita nell‟isotopo più „pesante‟ (13C). Nel caso della fermentazione dell‟acetato, i
prodotti di reazione saranno CH4 e CO2, e laddove il metano sarà isotopicamente depleto in 13C, la
CO2 associata sarà isotopicamente arricchita in 13C. Quindi in un ambiente semi-chiuso quale quello
all‟interno di una discarica, il δ13C della CO2 è fortemente influenzato dal processo di
metanogenesi. Di conseguenza, il carbonio inorganico disciolto (DIC) nel lisciviato sarà influenzato
da tale processo e ne risulterà arricchito nell‟isotopo più pesante (Whiticar et al. 1986; Hackley et
al. 1996; Hackley et al. 1999).
Tabella 4. Composizione isotopica di diversi componenti del percolato e dei gas di discarica.
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Studio dell’impatto della discarica di Malagrotta (Roma) sulle acque superficiali e sotterranee mediante
l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
Analogamente, quando si forma CH4 dalla fermentazione dell‟acetato, l‟idrogeno viene per ¾
dall‟acetato e per ¼ dall‟acqua presente nel percolato, mentre nella riduzione della CO2 l‟idrogeno
si ipotizza venga tutto dall‟acqua del percolato, per cui l‟acqua di lisciviazione è significativamente
più arricchita negli isotopi più pesanti (D). Tale arricchimento può essere un mezzo molto efficace
nello studio del trasporto del percolato dalla discarica all‟interno della falda e poi nei corsi d‟acqua
superficiali, adiacenti e drenanti l‟area in esame. Inoltre, essendo la discarica un ambiente semichiuso dove l‟infiltrazione e la circolazione dell‟acqua sono molto limitati i valori del deuterio nel
percolato tendono ad arricchirsi nel tempo, col procedere della metanogenesi.
4. Obiettivo del progetto pilota
Il progetto ha come obiettivo principale la dimostrazione dell‟applicabilità delle misure di δDH2O per l‟identificazione e la caratterizzazione di una eventuale contaminazione della falda
acquifera e dei corpi idrici superficiali causata dall‟attività della discarica di Malagrotta (RM).
5. Piano di campionamento e analisi
Dopo una fase preliminare di studio di documenti (rapporti ambientali non pubblicati sull‟area di
Malagrotta svolti da diversi soggetti, quali l‟Università “Sapienza” di Roma, la società R.S.P. per
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l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
conto della E. Giovi s.r.l. che gestisce l‟impianto; tesi di laurea), carte tematiche (idrogeologica,
realizzata dalla Provincia di Roma) e dati chimico-fisici preesistenti (principalmente forniti
dall‟ARPA Lazio) allo scopo di scegliere la migliore strategia da adottare per la realizzazione del
campionamento preliminare, si è proceduto all‟individuazione dei punti di prelievo principalmente
in base ai dati idrogeologici (deflusso della falda superficiale) e chimico-fisici (conducibilità
elettrica, concentrazione di alcune specie presenti in alte concentrazioni quali Fe, Mn, Cl, etc.).
Il piano di campionamento ha previsto la raccolta di campioni di acqua sotterranea e superficiale,
nonché di percolato dalle cisterne di raccolta all‟interno della discarica.
Sono state effettuate due tornate di campionamento, il 22/2/2010 e il 17/03/2010, durante le quali
sono stati campionati:
- 1 campione di acqua di falda a monte della discarica tenendo conto del deflusso della falda
superficiale (NP5), considerato come campione “indisturbato”;
- 3 coppie di piezometri ubicati internamente (serie V) ed esternamente (serie Z) al polder
della discarica (barriera di argilla bentonitica isolante l‟area della discarica dall‟ambiente
circostante e attestato sulle argille del basamento) allo scopo di confrontarne i valori
(coppie V1/Z1, V2/Z2, V3/Z3);
- 2 campioni di percolato (P6 e P8) raccolto in cisterne drenanti le aree in cui sono localizzati
i piezometri campionati; P8 drena l‟area relativa al piezometro V3 e P6 drena l‟area
relativa al piezometro V2;
- 3 campioni di acque superficiali, di cui 2 prelevati nel Rio Galeria che scorre in direzione
nord-sud drenando la falda superficiale, che in sinistra idrografica defluisce in direzione
NE-SO verso il Rio Galeria (B1 e B2, rispettivamente a monte e a valle della discarica
nel senso di deflusso del Rio) e 1 nel Fosso Santa Maria Nuova (B5) che defluisce lungo
il margine orientale del polder per poi unirsi al fosso Galeria a valle della discarica e del
punto di osservazione B2.
I punti di prelievo sono riportati in Figura 3 indicati da frecce di diverso colore.
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Studio dell’impatto della discarica di Malagrotta (Roma) sulle acque superficiali e sotterranee mediante
l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
NP5
V3/Z3
V2/Z2
B1
P8
P6
V1/Z1
B5
B2
Figura 3. Ubicazione dei punti di prelievo. In blu sono indicati i punti di prelievo delle acque superficiali, in
rosso i punti di prelievo dell‟acqua di falda e in verde i punti di prelievo del percolato.
I campioni d‟acqua e percolato sono stati analizzati per determinare la concentrazione degli ioni
maggiori, il δD e il δ18O. I campioni di acqua di falda sono stati prelevati dopo uno spurgo di circa
due ore mediante pompe sommerse con cui sono equipaggiati i piezometri. Ad ogni punto di
prelievo sono stati determinati pH, temperatura e conducibilità elettrica con sonda multiparametrica
e alcalinità mediante kit titrimetrico fatta eccezione per il percolato, che è stato poi analizzato in
laboratorio. L‟acqua dai corpi idrici superficiali è stata campionata mediante secchio dalla sponda o
da un ponte.
I campioni prelevati, etichettati e refrigerati a +4°C sono stati portati in laboratorio per le
successive analisi. Per la determinazione degli ioni maggiori l‟acqua è stata prelevata in bottiglie di
polietilene ad alta densità (HDPE) acidificando in campo a pH<3 i campioni destinati alla
determinazione dei cationi, mediante aggiunta di HNO3 concentrato. Le concentrazioni degli ioni
maggiori sono state determinate, dopo aver filtrato i campioni a 0.45 µm, mediante cromatografia
ionica con soppressione chimica per Cl-, NO3- e SO42- e senza soppressione per Na+, NH4+, K+,
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Studio dell’impatto della discarica di Malagrotta (Roma) sulle acque superficiali e sotterranee mediante
l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
Mg++, Ca++ (APAT-IRSA, 2003) presso i laboratori del Servizio di Metrologia Ambientale
dell‟ISPRA.
I campioni per le analisi isotopiche del δD e del δ18O sono stati prelevati in bottiglie di vetro da
100 mL facendo attenzione a riempirle fino all‟orlo in modo da rendere nullo il volume d‟aria
intrappolato, sono stati conservati orizzontalmente e portati in laboratorio per le analisi. Dopo una
filtrazione a 0.22 µm, dai campioni è stata prelevata un‟aliquota per l‟analisi mediante un
pirolizzatore accoppiato ad uno spettrometro di massa per la misura dei rapporti isotopici (IRMS). Il
pirolizzatore (TC/EA) opera la rottura della molecola d‟acqua ad alta temperatura (1450 °C) in
assenza di ossigeno, sotto costante flusso di He (carrier gas) necessario per il trasporto dei prodotti
di reazione, i gas H2 e CO, attraverso un‟interfaccia (Conflo, CF) verso lo spettrometro di massa per
la misura dei rapporti isotopici (sistema TC/EA-CF-IRMS). Le misure di δD e δ18O, riportate in ‰
in relazione al Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW), sono state effettuate presso il
laboratorio IRMS del Center for Isotopic Research on Cultural and Environmental Heritage
(CIRCE) della Seconda Università degli Studi di Napoli. La precisione delle analisi è pari allo 0.5
‰ per il δD e 0.05 ‰ per il δ18O.
Contestualmente al campionamento effettuato in data 22/02/2010, l‟ARPA Lazio ha raccolto
campioni negli stessi punti di prelievo per le analisi chimico-fisiche di routine e misurato la
soggiacenza nei piezometri V3, Z3 e NP5.
6. Risultati e Discussione
I risultati complessivi delle analisi chimico-fisiche e isotopiche del campionamento preliminare
sono riportati in Tabella 5. L‟analisi dei dati è stata fatta assumendo che tutti i piezometri esterni
intercettino la stessa falda acquifera superficiale e che il valori misurati nel pozzo di riferimento
NP5 siano costanti per le due campagne di monitoraggio.
14
386.5
398.6
569.4
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
46.4
70.0
58.9
n.d.
25.9
23.9
16.3
n.d.
2.5
2.0
n.d.
n.d.
42.0
65.0
121.5
3471.3
1.2
1.2
n.d.
n.d.
0.3
0.3
0.2
2.8
-10.2
-7.3
-8.0
-3.5
2.4
0.3
2.2
n.d.
-35.0
-36.0
-48.6
24.5
842
982
1337
n.d.
8.0
8.0
7.9
n.d.
320
330
470
n.d.
14.5
14.4
15.1
n.d.
Rio Galeria monte
Rio Galeria valle
Fosso S.Maria Nuova
percolato
17/03/2010 B1
17/03/2010 B2
17/03/2010 B5
19.5
18.6
21.0
19.8
piezometro interno
piezometro esterno
piezometro interno
piezometro esterno
17/03/2010 V1
17/03/2010 Z1
17/03/2010 V2
17/03/2010 Z2
P6
463.4
115.6
10.7
n.d.
6.4
44.4
25.7
6.2
32.0
n.d.
17/03/2010
1097.7 2488.3
108.1
73.2
125.7
626.6
14.3
n.d.
1.8
n.d.
1082.0
n.d.
0.2
230
3360
410
1320
7.5
6.9
7.1
6.6
583
10500
4215
6100
-33.6
-12.6
-34.1
-38.9
2.5
5.6
4.0
4.5
-6.5
-3.3
-6.6
-0.1
0.1
3.4
0.3
3.8
1.3
n.d.
n.d.
n.d.
41.3
1999.3
n.d.
1511.4
0.7
n.d.
n.d.
n.d.
21.4
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
245.4
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
279.8
4095.9
499.5
1609.7
3927.6
0.5
251.3
-6.6
149.5
-5.4
164.5
1.7
468.7
1.6
1032.6
-43.7
0.8
-21.7
0.6
826
n.d.
5670
1681.6
6.7
n.d.
6.3
0.5
380
-5.3
2040
3.9
19.0
-17.3
23.1
9080
a. falda
n.d.
98.3
76.3
1669.2
n.d.
2742.1
n.d.
n.d.
n.d.
3277.6
n.d.
0.5
-5.3
7.6
6.5
24300
piezometro esterno
6.3
22/02/2010 NP5
7.6
22/02/2010 Z3
n.d.
3220
n.d.
24.7
mg/L
mg/L
mg/L
HCO3
mg/L
Ca
mg/L
Mg
mg/L
K
mg/L
NH4
mg/L
Na
mg/L
SO4
mg/L
NO3
mg/L
PO4
‰
Cl
‰
F
‰
Dev.St.
‰
18
δ O
μS/cm
Dev.St.
δD
EC
percolato
ppm CaCO3
°C
pH
piezometro interno
P8
22/02/2010
Alk
T
22/02/2010 V3
Tipologia
ID
Data
Tabella 5. Dati chimico-fisici e isotopici complessivi relativi alla acque sotterranee, superficiali e al percolato campionati nelle date 11/02/2010 e 17/03/2010.
Per i valori isotopici sono riportate le deviazioni standard relative a tre misure ripetute.
Considerando che nel piezometro NP5, rappresentativo delle condizioni indisturbate, è stata
misurata una conducibilità pari a 826 µS/cm e in Luglio 2009 un valore di 1025 µS/cm, nel presente
elaborato il valore di 1000 µS/cm viene assunto quale valore soglia di riferimento naturale delle
acque sotterranee nell‟area di Malagrotta. Dall‟analisi della conducibilità elettrica, che è un indice
del grado di mineralizzazione dell‟acqua, si osserva che tutti i campioni, ad eccezione di quelli
prelevati nel pozzo di riferimento (NP5) e nel Rio Galeria (B1 e B2), presentano valori superiori a
1000 µS/cm.
I valori più alti di conducibilità sono stati misurati nei campioni di percolato (P8) e in quelli
prelevati nei piezometri di controllo all‟interno della discarica (V1, V2 e V3) (Tabella 5). Nei
piezometri di controllo Z1 e Z3 all‟esterno del polder si riscontrano valori intermedi (4215 µS/cm e
5670 µS/cm, rispettivamente). Mentre nel piezometro Z2 si misura il valore di conducibilità più
basso (583 µS/cm). La conducibilità elettrica nei campioni più mineralizzati è influenzata in ordine
decrescente dalla concentrazione dello ione bicarbonato (HCO3-), cloruro (Cl-), sodio (Na+) e calcio
(Ca++).
Dal confronto dei dati chimici misurati nelle coppie di piezometri di controllo (Tabella 5), si
osserva che nelle coppie V1/Z1 e V3/Z3 i valori misurati nei piezometri esterni al polder sono dal
30 al 60 % inferiori a quelli misurati all‟interno della discarica, sebbene sempre molto mineralizzati.
La coppia V2/Z2 si discosta da questo andamento, in quanto i valori del chimismo misurati nel
piezometro Z2 indicano un‟acqua poco mineralizzata, circa il 95% in meno rispetto a V2.
In Figura 4 è riportato il diagramma δD vs δ18O relativo a tutti i campioni prelevati nelle due
campagne di monitoraggio. Nel diagramma è riportata anche la linea meteorica locale che descrive
la relazione tra δD e δ18O nelle precipitazioni nell‟area di Malagrotta, estrapolata da modelli di
analisi geospaziale. L‟intervallo di variazione del δD nelle precipitazioni durante l‟anno idrologico
va da -16 a -50 ‰, mentre per il δ18O varia da -3.6 a -7.6 ‰, nei mesi di luglio e dicembre
rispettivamente; il valore medio annuale è -5.9 ± 1.4 ‰, per il δ18O e -35.9 ± 11.0 ‰, per il δD. Si
può notare come il campione di acqua di falda di riferimento (NP5) giaccia sulla linea meteorica.
Questo risultato è in accordo con la considerazione teorica che l‟acqua di falda preserva la firma
isotopica delle precipitazioni che mediamente alimentano il bacino durante l‟anno idrologico.
In generale, in entrambe le campagne di monitoraggio i campioni di percolato mostrano valori
di δD molto arricchiti e significativamente diversi da quelli della falda indisturbata, mentre non si
osserva lo stesso per i valori di δ18O, in accordo con quanto è riportato in letteratura (i.e. la
metanogenesi non altera il δ18O, vedi Tabella 4). L‟arricchimento riscontrato è molto probabile sia
dovuto al processo di metanogenesi che si instaura all‟interno dei diversi lotti di conferimento dei
rifiuti.
Nella campagna del 22/02/2010, rappresentata in Figura 4 dalle losanghe verdi, il valore del δD
del percolato è molto arricchito rispetto a quello della falda “indisturbata” (i.e. NP5), mentre i valori
misurati nella coppia di piezometri V3/Z3 risultano essere molto simili tra loro e intermedi rispetto
al valore di riferimento della falda e quello del percolato P8 (Tabella 5 e Figura 4). Sebbene non si
conosca la stratigrafia del piezometro V3, si può ipotizzare che il valore di δD misurato sia dovuto a
un miscelamento delle acque di precipitazione che si infiltrano all‟interno della discarica, deplete in
deuterio, con volumi di percolato arricchito in deuterio già presenti al suo interno, ovvero il pozzo
potrebbe emungere direttamente percolato di “recente” formazione, e quindi più depleto rispetto ad
un percolato “vecchio”, in una falda sospesa all‟interno della discarica. Il valore del piezometro di
controllo esterno Z3 presenta un valore del tutto analogo a V3, depleto di qualche punto permille,
indicando una probabile fuoriuscita del percolato in quell‟area o immediatamente a monte, nella
direzione di deflusso della falda.
Studio dell’impatto della discarica di Malagrotta (Roma) sulle acque superficiali e sotterranee mediante
l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
40.0
P6
22/02/2010
17/03/2010
20.0
P8
a.superficiali
δD (‰)
0.0
V2
-20.0
-40.0
V3
Z3
B1
Z1
B2
B5
V1
Z2
NP5
-60.0
-80.0
LMWL (δD = 7.59 * δ18O + 8.99 )
-100.0
-14.0
-9.0
-4.0
δ18O (‰)
1.0
6.0
Figura 4. Diagramma δD vs δ18O in cui sono riportati i valori di tutti i campioni raccolti nelle due
campagne di monitoraggio. I cerchi azzurri ( ) rappresentano le acque superficiali, le losanghe verdi ( ) i
campioni di acque di falda e percolato prelevate il 22/02/2010 e i triangoli rossi ( ) i campioni di acque di
falda e percolato prelevati il 17/03/2010. La linea blu ( )rappresenta la Local Meteoric Water Line
(LMWL). Il quadrato giallo ( ) rappresenta il valore medio annuale delle precipitazioni nell‟area di
Malagrotta. Le barre di errore rappresentano la deviazione standard relativa a tre misure ripetute.
Per calcolare la percentuale di percolato presente nei due pozzi di controllo si può applicare un
modello di miscelamento di due sorgenti, assumendo che i valori di δD misurati in P8 e NP5 siano
caratteristici delle due sorgenti che contribuiscono alla miscela e siano costanti nel tempo; in tal
modo, si ottiene che la percentuale di percolato è 53±12 % e 44±8 %, in V3 e Z3 rispettivamente.
I valori del δ18O non sembrano essere uno strumento sensibile nel caratterizzare il miscelamento
ipotizzato, in quanto non mostrano valori ben distinti degli estremi della miscela, sebbene si osservi
un arricchimento apprezzabile nei pozzi di controllo e nel percolato rispetto al valore di riferimento.
Nella campagna del 17/03/2010, rappresentata in Figura 4 da triangoli rossi, si osserva un valore
di δD molto arricchito per il percolato (P6), mentre la situazione dei pozzi di controllo si presenta
piuttosto complessa. I due pozzi esterni (Z1 e Z2) sono caratterizzati dalla stessa firma isotopica per
il δD e il δ18O, sebbene per il δD siano leggermente arricchiti rispetto al valore di riferimento. Tale
risultato può essere dovuto ad un miscelamento con piccoli volumi d‟acqua (o percolato) più
arricchite in deuterio. Il pozzo di controllo interno V2 mostra la stessa situazione osservata per il
pozzo V3, e il suo valore intermedio tra il valore di riferimento e il valore del percolato può essere
spiegato nello stesso modo. Il pozzo che ha il comportamento più singolare è il pozzo di controllo
interno V1 che ha un valore di δD in definitiva simile a quello della falda indisturbata, mentre il
δ18O è molto arricchito. Un arricchimento così spinto del 18O si può spiegare ipotizzando l‟esistenza
di un‟acqua soggetta a forte evaporazione. Tuttavia, allo stato attuale delle conoscenze non è
possibile fare un quadro completo dei processi coinvolti in grado di generare segnali così arricchiti
in δ18O.
17
Studio dell’impatto della discarica di Malagrotta (Roma) sulle acque superficiali e sotterranee mediante
l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
I valori isotopici misurati nel Rio Galeria a monte (B1) e a valle (B2) della discarica mostrano un
arricchimento nel segnale del 18O, mentre il δD rimane costante. Dal confronto con i dati chimici, si
osserva che da monte a valle nel Rio Galeria c‟è un aumento dei cloruri e dei solfati (da 42 a 65
mg/L e da 46 a 70 mg/L, rispettivamente), nonché della conducibilità elettrica (da 842 a 982
µS/cm). Osservando i dati di conducibilità elettrica, cloruri e solfati in V1 e Z1, che si trovano
molto vicini al punto a valle (B2), si evince che i due pozzi intercettano acque molto mineralizzate
(6100 e 4200 µS/cm) e V1 ha concentrazioni molto alte di solfati (254 mg/L) e di cloruri (1610
mg/L) rispetto agli altri pozzi campionati. Da queste considerazioni la variazione del δ18O osservata
nel Rio Galeria può essere letta come un miscelamento tra due riserve con distinte firme isotopiche:
il Rio Galeria nel punto B1 (δ18O pari a -10.2 ‰) e il pozzo V1 (δ18O pari a -0.1 ‰). I punti di
osservazione B2 e Z1 sarebbero interessati dal miscelamento. Il δD, essendo praticamente lo stesso
per B1 e V1, non è sensibile al miscelamento. Tale ipotesi è verosimile anche tenendo conto dei dati
chimici. Tuttavia per avere un quadro più completo dei processi in corso non si può prescindere da
un‟approfondita analisi idrogeologica dell‟area che definisca il deflusso della falda superficiale
nonché le caratteristiche del mezzo poroso, misuri le portate dei corpi idrici superficiali, etc.
I valori isotopici del Fosso S. Maria Nuova si trovano sulla LMWL in una posizione più depleta
rispetto al valore di riferimento, indicando una probabile alimentazione da parte di acqua infiltratasi
a una maggiore altitudine (circa 400-500 m) rispetto al punto di prelievo.
7. Sintesi dei risultati del monitoraggio effettuato da ARPA Lazio
Il procedimento di caratterizzazione e di bonifica dell‟area della discarica di Malagrotta ha avuto
inizio a seguito della comunicazione effettuata da Arpa Lazio nel 2003 ai sensi dell‟art. 8 del D.M.
n. 471/99 in relazione ai superamenti normativi di idrocarburi riscontrati in corrispondenza di alcuni
piezometri a servizio della discarica (V3, Z3 e V7).
Con decreto n. 43/07 del Commissario per l‟Emergenza Ambientale della Regione Lazio ha
approvato il Piano di Caratterizzazione della Discarica di Malagrotta ai sensi del D.M. n. 471/99 e
del D.Lgs. n. 152/06, presentato conseguentemente alla comunicazione di cui sopra. Le attività di
caratterizzazione sono state effettuate dalla E. Giovi S.r.l. nel periodo agosto-settembre 2007.
Nel corso degli anni, dal 2003 al 2008, Arpa Lazio ha condotto un monitoraggio delle acque
sotterranee dell‟area della discarica di Malagrotta. I controlli hanno riguardato i piezometri
denominati Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, e Z7, tutti posizionati esternamente al “polder” della discarica.
Le campagne di monitoraggio hanno rilevato la presenza in concentrazioni superiori ai limiti
normativi di arsenico, ferro, manganese, nichel e solfati.
Dal 2008 il monitoraggio Arpa Lazio è stato esteso ad altri piezometri a servizio della discarica
oltre a quelli sopra citati (Z10, Z11, Z12, Z13, Z14, Z17 e Z22), per arrivare poi nel 2009 ad una
campagna di monitoraggio delle acque sotterranee che comprendesse tutti i piezometri realizzati
nell‟area della discarica di Malagrotta. Il monitoraggio 2009 ha riguardato i piezometri esterni al
polder della discarica (con sigla Z), i piezometri interni al polder (con sigla V) e i piezometri
realizzati nell‟ambito delle indagini di caratterizzazione (con sigla NP), per un totale di 39
piezometri corrispondenti alla totalità dei piezometri al momento esistenti.
Nella campagna di monitoraggio 2010 (febbraio-maggio) sono stati prelevati campioni di acqua
sotterranea nei piezometri a servizio della discarica di Malagrotta risultati più compromessi nel
monitoraggio 2009 ed in particolare, i piezometri interni al polder (V1, V2, V3), i piezometri esterni
al polder (Z1, Z2, Z3, Z6, Z7, Z8, Z10, Z11, Z12, Z13, Z14, Z16,Z17, Np1,Np2, Np3, Np5 e Np7)
per un totale di 22 piezometri dei 39 presenti.
I risultati complessivi Arpa Lazio rilevano uno stato di contaminazione diffuso delle acque
sotterranee, sia interne che soprattutto esterne al sito, per i metalli e per inquinanti organici, con la
presenza in alcuni piezometri esterni di analiti in elevate concentrazioni rispetto ai limiti fissati dalla
tabella 2 allegato V titolo V parte IV del D.Lgs. n. 152/06 e s.m.i.
18
Studio dell’impatto della discarica di Malagrotta (Roma) sulle acque superficiali e sotterranee mediante
l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
Dai risultati ottenuti si individuano alcuni piezometri a monte della discarica (Z10, Z11 e Np5)
con un livello di contaminazione modesto, nei quali i superamenti sono sporadici, e che in alcune
campagne di campionamento sono risultati conformi ai limiti di legge (ad es. Np5), con un
peggioramento dello stato di contaminazione da monte verso valle nell‟area della discarica.
In particolare è risultata la presenza, in più piezometri e in concentrazioni variabili nel tempo,
con valori superiori ai limiti di legge, dei seguenti analiti: solfati, ferro, manganese, arsenico, cromo
totale, nichel, alluminio, piombo benzene, p-xilene,cloruro di vinile, 1,4-diclorobenzene,
tetracloroetilene.
Dalle analisi Arpa eseguite è stata riscontrata nella maggior parte dei casi anche, la presenza
della sostanza N-burtilbenzenesolfinammide, sostanza non riportata nella tabella 2 allegato V parte
IV del D.Lgs. n. 152/06 e s.m.i., sostanza indicata in letteratura come possibile marker di
contaminazione da discarica di rifiuti RSU.
Inoltre per alcuni piezometri, nel corso della campagna del 2010, si è riscontrato un
peggioramento del livello di contaminazione rispetto a quanto rilevato nel corso della campagna di
monitoraggio del 2009.
I risultati delle campagne di monitoraggio Arpa Lazio confermano, peraltro, lo stato di
contaminazione già rilevato dalla Società sia nelle 3 campagne di caratterizzazione ambientale
(2007-2008), nonché dai risultati del monitoraggio ambientale delle acque sotterranee previsto dal
decreto n. 36/03 nell‟ambito del Piano di Sorveglianza e Controllo, relativi al 2009 e primo
semestre del 2010, richiesti da Arpa Lazio alla E. Giovi S.r.l. e trasmessi alla Ns Struttura con prot.
n. 57549 del 03/08/2010.
Alla luce dei risultati dei monitoraggi si è ribadita la necessità di misure di messa in sicurezza del
sito, già segnalata più volte sia alla Società che agli Enti competenti, volte a contenere la diffusione
della contaminazione, nonché successivi interventi di bonifica, così come già comunicato con nota
da parte dell‟Arpa Lazio (prot. n. 50653 del 09/07/2010), con la quale sono stati trasmessi agli Enti
competenti i risultati del monitoraggio Arpa Lazio del 2010.
Per quanto riguarda lo stato dei suoli, sono disponibili i dati forniti dalla Società, dai quali
risulterebbe che per i campioni prelevati, nell‟ambito delle attività di caratterizzazione, non vi sono
superamenti rispetto ai limiti di legge.
8. Conclusioni
L‟indagine multidisciplinare realizzata nell‟area della discarica di Malagrotta (RM) dal CIRCEDSA/SUN, ISPRA e ARPA Lazio evidenzia una contaminazione diffusa delle acque sotterranee,
esterne ed interne al sito, da parte di metalli e inquinanti.
In particolare, l‟utilizzo di metodologie isotopiche allo scopo di identificare il potenziale
inquinamento da percolato insistente sulle risorse idriche sotterranee e superficiali è stato
dimostrato essere uno strumento applicabile nell‟area di studio considerata ed efficace
nell‟identificare zone di possibile contaminazione. In particolare, il δD e il δ 18O misurati in
campioni di acqua di falda e superficiali e nel percolato hanno dimostrato la loro efficacia
nell‟aiutare a delineare possibili scenari di miscelamento di risorse idriche più o meno contaminate,
caratterizzando in modo unico e distintivo la fonte inquinante (il percolato).
Tuttavia tale strumento dimostra la sua massima efficacia nell‟identificazione dell‟impatto di una
discarica sulle risorse idriche superficiali e sotterranee in studi multi-parametrici in cui si vada ad
affiancare a tecniche di monitoraggio consolidate quali le indagini chimico-fisiche e idrogeologiche
(ricostruzioni piezometriche, caratterizzazione dell‟idrogeologia della piana alluvionale, misure di
portata in alveo, etc.).
19
Studio dell’impatto della discarica di Malagrotta (Roma) sulle acque superficiali e sotterranee mediante
l’uso di metodologie isotopiche: Risultati preliminari
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