Silvia Savelli Dipartimento di Ingegneria Civile, Università degli

Incontro Annuale dei Ricercatori di Geotecnica 2002 - IARG 2002
Napoli, 19-20-21 Giugno 2002
STUDI PROPEDEUTICI ALLA BONIFICA DI UN SITO CONTAMINATO DA
SOLVENTI ORGANICI: CAMPO PROVA DI SVE E AS
Silvia Savelli
Dipartimento di Ingegneria Civile, Università degli Studi di Ferrara
e-mail: [email protected]
Massimo Stella
Dipartimento di Fisica e Ingegneria dei materiali, Università degli Studi di Ancona
e-mail: [email protected]
Abstract
Nella seguente nota è descritto un campo prova di Soil Vapor Exctraction (SVE) e Air Sparging (AS); sono
illustrate le metodologie adottate ed i risultati ottenuti. Lo studio, effettuato in un'area industriale
contaminata da solventi clorurati e idrocarburi aromatici, si inquadra in un più ampio progetto di ricerca
sviluppato nell'ambito delle attività di indagine e di messa in sicurezza e bonifica del sito ed è risultato
particolarmente interessante e problematico per la presenza di una miscela di inquinanti con diverse
caratteristiche chimico-fisiche.
Introduzione
La bonifica dei siti contaminati costituisce uno dei settori di maggiore interesse ed
attualità per la presenza, soprattutto nei paesi industrializzati, di numerose aree con
terreno e falda inquinati e di una sempre maggiore attenzione per la tutela dell’ambiente.
In questo ambito la sperimentazione in sito risulta importante in quanto consente di
analizzare le tecnologie applicate in vera grandezza e nelle condizioni reali, di acquisire
informazioni sull’efficienza delle stesse e di ottimizzare il progetto dell’intervento.
Il sito in esame è ubicato in una pianura alluvionale del Preappennino marchigiano ed è
sede di una ditta confezionatrice di solventi. La superficie totale è di circa 16200 m² e
sono presenti tubazioni interrate e 33 serbatoi interrati di capacità variabile da 5 a 60 m³,
per un volume complessivo di 1070 m³. Nell'area sono state svolte indagini per
caratterizzare il sito, individuare la fonte, tipologia ed estensione dell’inquinamento e per
scegliere le tecniche per la messa in sicurezza e bonifica dell’area (Savelli, 2001). La
stratigrafia essenziale è schematizzabile in uno strato di ghiaia calcarea di spessore
variabile da 23 a 27 m che poggia su un substrato di marne. Nello strato di ghiaia sono
presenti livelli discontinui di limo argilloso di modesto spessore e una falda freatica. La
contaminazione ha avuto origine da uno sversamento da una tubazione lesionata
utilizzata per il trasporto dei solventi in pressione. L’inquinamento, costituito da una
miscela di solventi (toluene, ragia minerale, 1,2-dicloropropano, solvente nafta e
Savelli & Stella
tetracloroetilene), è stato riscontrato nel terreno insaturo e in falda, sia disciolto che in
galleggiamento (surnatante). Per la bonifica dell'insaturo è stato previsto l'utilizzo del
Soil Vapor Extraction (SVE), che consente l’estrazione dei solventi mediante
l’applicazione di una depressione; il trattamento della zona sotto falda sarà realizzato
mediante l’Air Sparging (AS) con insufflazione d’aria in falda e aspirazione dei vapori
inquinati con il SVE (Suthersan, 1999; Di Giulio, 1992). Tali trattamenti potranno essere
realizzati solo dopo aver rimosso il surnatante.
Descrizione del campo prova
Il test pilota di SVE e AS è stato eseguito con 4 verticali, una di estrazione ed
insuflazione d’aria (S8) e tre di monitoraggio (S9, S10, S11) posizionate a circa 6, 10 e
16 metri da S8, con direzioni a 120° tra loro (Figura 1). Nella zona è inoltre presente un
piezometro (S7) a circa 9 m dall’S8 e, a circa 12 m, il pozzo (P1) realizzato per
l’estrazione del surnatante. La verticale S8 è attrezzata con due tubazioni, una per il SVE
da 2”, finestrata in corrispondenza della zona insatura; la seconda da 1” per l’AS, con il
tratto fessurato sempre sotto al minimo livello della falda. I tre punti di monitoraggio
sono strumentati ciascuno con due tubazioni da 1”, fessurate rispettivamente fra -3m e -6
m da piano campagna e tra -9m e -12 m. Nella verticale S10 è stata inoltre posizionata
una terza sonda, fessurata in corrispondenza della falda. In una prima fase è stato testato
solo il trattamento di SVE, con 3 prove di breve durata a differenti portate di aspirazione
ed una protratta per 24 h, per valutare le variazioni nel tempo e l’efficienza del
trattamento (Tabella 1). Per testare il sistema integrato SVE/AS sono stati realizzati altri
2 cicli di prove, ciascuno con 3 prove di breve durata con le stesse portate di estrazione
utilizzate per il test di SVE (Tabella 1), uno con pozzo P1 in emungimento ed uno con
pozzo spento, per valutare l'influenza del cono di emungimento creato dal pozzo P1 che
ricade nella zona del campo prova. Le portate di insufflazione sono state mantenute pari
a circa 1/3 di quelle aspirate per motivi di sicurezza. Nel corso delle prove sono state
misurate, ad intervalli prefissati, le concentrazioni dei contaminanti nei gas estratti, le
depressioni e pressioni indotte nella verticale S8 ed in quelle di monitoraggio ed è stato
monitorato il livello della falda. La misura del mounding, innalzamento transitorio della
falda indotto dall’aria insuflata risulta utile per verificare il raggio di influenza dell’AS.
Tabella 1. Sintesi delle prove realizzate
Tipo
di test
Prova Durata Portata Pozzo
N° (h.min) (m³/h)
P1
1
1.15
80
2
1.20
145
I serie
SVE
ON
3
1.40
40
4
24.30
70
1
1.25
40
II serie SVE/AS
ON
2
1.15
70
3
1.30
145
1
1.35
40
III serie SVE/AS
OFF
2
2.20
70
3
1.30
145
Figura 1. Planimetria dell’impianto pilota
Savelli & Stella
Sintesi dei risultati
La prova di SVE protratta per 24 ore ha consentito di verificare che le depressioni indotte
nel sottosuolo hanno raggiunto una configurazione stabile già dopo pochi minuti di
funzionamento dell’impianto. Per quanto riguarda le concentrazioni di inquinanti estratte
nel tempo (Figura 2) si è osservato che i valori si stabilizzano dopo poche ore. Le
sostanze estratte in concentrazioni maggiori (1,2-dicloropropano, ragia minerale e
toluene) sono quelle maggiormente presenti nella zona insatura. In funzione delle
concentrazioni e delle portate misurate sono stati calcolati i solventi estratti: nelle 24 ore
di funzionamento dell'impianto di SVE con portata intermedia, complessivamente sono
stati estratti circa 10 kg di solventi (4.32kg di 1,2 dicloropropano, 2.99kg di ragia
minerale, 2.42kg di toluene, 0.03kg di solvente nafta e 0.17kg di tetracloroetilene) e la
capacità di estrazione è risultata proporzionale alla portata di aspirazione. Per tutte le
portate testate si è osservata, a parità di portata, una maggiore efficienza del sistema
SVE/AS, poiché agli inquinanti aspirati con il SVE si aggiungono quelli strippati
dall’acqua con l’AS, e la capacità di estrazione aumenta con P1 spento (Figura 3).
SVE - Q MED1
TOTALE
toluene
8000
ragia minerale
1,2 dicloropropano
solvente nafta
tetracloroetilene
7000
2
6000
5000
4000
3000
SVE - Q MED
SVE / AS (P1 on) - Q MED
1.5
Solventi estratti (kg)
concentrazione (mg/m3).
SVE - Q MED
9000
SVE / AS (P1 off) - Q MED
1
0.5
2000
1000
0
0.00
3.00
6.00
9.00
12.00 15.00
tempo di prova (h.min)
18.00
21.00
0.00
Figura 2. Concentrazioni misurate nei gas
estratti - 4° prova SVE
0
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
Tempo di prova (ore)
Figura 3. Solventi estratti con QMED nei
tre cicli di prove
Le misure delle depressioni indotte nei punti di monitoraggio hanno consentito di
determinare il Raggio di Influenza (ROI) indotto dall’aspirazione in un singolo pozzo di
ventilazione. Il ROI, che costituisce il parametro essenziale per il dimensionamento del
sistema di Soil Venting, rappresenta il volume di terreno interessato da una depressione
significativa. Questo è convenzionalmente definito come la distanza alla quale si registra
una depressione indotta pari ad almeno 0,25 mbar (cut-off). Nelle diverse configurazioni
operative testate, in corrispondenza della finestratura da –9 a –12m, si sono osservate
depressioni indotte proporzionali alla depressione applicata, decrescenti con la distanza
dal pozzo di ventilazione. I ROI sono risultati compresi fra 12 e 15 m per le prove di
SVE (Figura 4), fra 10 e 13 m per le prove di SVE/AS con P1 on, fra 9 e 14 m per le
prove di SVE/As con P1 off e le 3 rette corrispondenti alle diverse portate hanno tutte
pendenza simile. Le sonde con parte fessurata tra -3 e -6 m invece non hanno segnalato
valori apprezzabili di depressione. I ROI del sistema SVE, a parità di portata, sono
risultati superiori a quelli del sistema SVE/AS, per tutte le portate (Figura 5). Ciò è
giustificato dall’aria insufflata che riduce la depressione indotta.
Savelli & Stella
Il fenomeno del mounding si è verificato solo nel punto S10 dove l’effetto dell’AS è
stato confermato dalle pressioni positive registrate nella tubazione finestrata in falda.
16
2
SVE
15
1.5
Q MIN
14
Q MED
13
Q MAX
0.5
ROI (m)
Log ∆P (mbar)
1
0
12
11
10
-0.5
SVE
9
retta di CUT-OFF
SVE/AS (P1 on)
-1
8
-1.5
0
5
10
15
distanza da S8 (m)
20
7
6
0
30
60
90
120
150
Q (m³/h)
Figura 4. Determinazione del ROI
(prove di SVE)
Figura 5. Variazioni del ROI con la
portata
Considerazioni conclusive
La realizzazione del campo prova ha offerto l’opportunità di lavorare in vera grandezza,
nelle condizioni reali di applicazione delle tecnologie e di valutare, al variare dei
parametri operativi del sistema, la zona di influenza del pozzo di aspirazione ed iniezione
di aria e gli inquinanti estratti. Le prove svolte hanno confermato la particolare idoneità
delle tecniche di SVE ed AS per la bonifica di siti inquinati da sostanze volatili con
terreni a permeabilità medio-alta. Tutti i principali contaminanti presenti nel sito sono
risultati rimuovibili dal flusso d’aria indotto e la capacità di estrazione è stata
considerevole. I solventi estratti aumentano al crescere delle portate e sono risultati
notevolmente maggiori in caso di accoppiamento di SVE ed AS. La superficie
bonificabile da una singola verticale è risultata, nelle condizioni più svantaggiose, pari a
più di 250 m2. Le misure delle depressioni indotte nei punti di monitoraggio nel corso
della prova protratta per circa 24 ore hanno mostrato che il sistema raggiunge una
configurazione stabile già dopo pochi minuti di funzionamento.
Ringraziamenti
Si ringraziano il prof. ing. Erio Pasqualini e l'ing. Andrea Del Frate per il prezioso contributo apportato alla
ricerca svolta e i proprietari dell’area per aver consentito la pubblicazione dei dati.
Bibliografia
Di Giulio D.C. “Evaluation of Soil Venting Application” EPA United states Environmental Protection
Agency EPA/540/S-92/004 April 1992
Savelli S., 2001, Attività di indagine e tecniche di bonifica di siti contaminati da solventi, Tesi di dottorato,
Università degli Studi di Ancona
Suthersan, S.S., 1999, In Situ Air Sparging - Remediation engineering : design concepts, Ed. Suthan S.
Suthersan, Boca Raton: CRC Press LLC, 1999
Savelli & Stella