CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
Tecnologia innovativa per il recupero
di sedimenti fluviali contaminati
(CLEANSED)
C. MACCI*, G. MASCIANDARO*, S. DONI*, C. GARCIA**, M.T.
HERNANDEZ**, C. P. ROCCHIO***, M. LOSA***
*CNR, Institute of Ecosystem Study, Via Moruzzi 1, 56124 Pisa; Italy
**CSIC, Centro de Edafologia y Biologia Aplicada del Segura, E-30100
Espinardo (Murcia), Spain
***University of Pisa, Department of Civil and Industrial
Engineering (DICI), Pisa, Italy
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
Schema
Il progetto
Il problema
La strategia
1° caso
•
2° caso
•
•
Conclusioni
Schema
sperimentale
Risultati
Conclusioni
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
Il Progetto
Innovative integrated methodology for the use of decontaminated
river sediments in plant nursing and road building
(CLEANSED LIFE 12 ENV/IT/000652)
Obiettivo:
Il progetto CLEANSED vuole dimostrare, valutare e
divulgare, un approccio innovativo e integrato per la
gestione intelligente di sedimenti fluviali contaminati
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
Partnership
National Research Council- Institute of
Ecosystem Studies -Pisa(CNR-ISE)
COORDINATORE
Department of Civil Engineering,
University of Pisa
Navicelli S.p.a. Pisa
Istitute of Biometeorology of the National
Research Council, Firenze, Italy
Department of Plant, Soil and
Environmental Sciences, University of
Firenze, Italy
Spanish National Research Council–Centro de Edafología
y Biología Aplicada del Segura-Murcia (CEBAS-CSICS)
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
Il Problema
Ogni anno in Europa 100-200 milioni m3 di
sedimenti contaminati sono dragati e necessitano
di essere smaltiti in modi specifici e costosi
Ogni anno 5.2 milioni m3 di suolo vengono utilizzati per
l’attività vivaistica.
Problemi simili sono affrontati
anche per la costruzione di strade, la
cui domanda per sabbia, ghiaia e
inerti è annualmente di circa 30
milioni m3.
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
La Strategia
Sedimenti trattati
con tecnologia
AGRIPORT
Sedimenti dragati
freschi
Trattamento
Landfarming
Costruzione strada
Tecnologia di
biorisanamento in
cui i sedimenti
contaminati
vengono distribuiti
sulla superficie del
suolo o in celle di
biotrattamento,
mescolati con
sostanze nutritive e
periodicamente
irrigati e areati.
PostTrattamento
Landfarming
Vivaistica
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
Il Canale di Navicelli
Canale di Navicelli (Pisa), canale
navigabile che collega Pisa a
Livorno e sfocia nel mare
Lunghezza: 17 km
Larghezza: 30 m
Profondità: 3 m
LIVORNO
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
Dragaggio
Il dragaggio del Canale di
Navicelli è necessario per
permettere la navigabilità
Circa 20 000 m3/anno
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
I Sedimenti
 Alta presenza di particelle fini
 Contenuto di nutrienti non bilanciato
 Materiale sterile (Attività biologica
molto bassa)
 Lieve contaminazione da metalli
pesanti e contaminazione più
significativa da contaminanti organici
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
1° caso
Sedimenti dragati
freschi
Trattamento
Landfarming
Costruzione strada
Riduzione in:
-H2O
-Sostanza organica
-Contaminanti organici
La sostanza organica e i
contaminanti organici sono
degradati dai microrganismi e
usati come fonte di carbonio
per la crescita e per l’energia
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
1°caso: schema sperimentale
Circa 800m3 di
sedimenti sono stati
dragati e stoccati in
una vasca
appropriata situata
nell’area della
Navicelli Spa
-disidratazione
(4 settimane)
-campionamenti in 8
punti per coprire
l’intera superficie
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
1°caso: schema sperimentale
Il trattamento di landfarming è consistito nella periodica
areazione del sedimento (una-due volte alla settimana)
mediante rivoltamento e mescolamento meccanico
-5 mesi di landfarming
-Prelievo dei sedimenti: 2.5 mesi (T1) and 5 mesi (T2)
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
1° caso: Risultati
C Organico
3.00
T0
2.50
T2
2.00
%
T0= Inizio landfarming
T1= 2.5 mesi di landfarming
T2= 5 mesi di landfarming
T1
1.50
Variabilità nei parametri
chimici tra gli 8 campioni
analizzati
1.00
0.50
0.00
1
2
3
4
5
6
7
8
Con l’eccezione dei punti 4 e 8, buon livello di
C, N e P, contenuto più alto del 1.5%, 0.15%
and 0.6%, rispettivamente
N Organico
0.30
T0
T1
0.25
T2
C/N=8-13 buono per l’attività microbica,
responsabile della degradazione dei
substrati organici
%
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
1
Piccola diminuzione del carbonio organico:
sotto 2% (eccetto 1), valore ottimale per
l’utilizzo nella costruzione di strade
2
3
4
5
6
7
8
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
1° caso: Risultati
mgINTF/kg h
Deidrogenasi
4
T0
3
T1
3
T2
Indicatore dell’attività microbica
complessiva del substrato
2
Variabilità nei parametri biochimici
tra gli 8 campioni analizzati
2
1
1
0
1
2
3
4
5
6
7
b-glucosidasi
8
160
Notevole aumento durante il processo
di landfarming
T1
T2
140
120
mmol/g h
Degradazione della sostanza
organica e dei contaminanti organici
T0
100
80
60
40
20
T0= Inizio landfarming
T1= 2.5 mesi di landfarming
T2= 5 mesi di landfarming
0
1
2
3
4
5
6
7
8
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
1° caso: Risultati
Idrocarburi policiclici
aromatici
T0
4.00
3.50
T0= Inizio landfarming
T1= 2.5 mesi di landfarming
T2= 5 mesi di landfarming
3.00
2.50
2.00
Contenuto in acqua alla fine del
processo di landfarming : 40%
1.50
1.00
0.50
0.00
1
2
3
4
5
6
7
8
Diminuzione in tutti i punti di
campionamento
T2= sotto 0.5 mg kg-1
(limite di quantificazione)
in tutti i punti di campionamento
Ancora troppo alto per l’utilizzo dei
sedimenti nella costruzione delle strade:
valore ottimale 15-20%
Aggiunta del 15% di calce
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
1° caso: Conclusioni
Landfarming per:
 Riduzione di acqua
Non abbastanza
 Riduzione della sostanza organica
 Riduzione dei contaminanti organici
Matrice idonea per la costruzione delle strade
Strada di 100m
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
2° caso
Sedimenti trattati
con tecnologia
AGRIPORT
-omogeneizzare il substrato
-aumentare l’attività microbica e,
come conseguenza,
-ulteriore riduzione della
contaminazione organica
PostTrattamento
Landfarming
Vivaistica
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
Il precedente progetto
Europeo: Agriport
Agricultural Reuse of Polluted Dredged Sediments
No. ECO/08/239065/S12.532262
• Utilizzo delle fitodepurazione* come tecnologia di
bonifica sostenibile per trasformare i sedimenti di
dragaggio salmastri e marini leggermente
inquinati in un substrato agronomico, che può
essere utilizzato come un "tecno-suolo”
*tecnologie basate sull’utilizzo delle piante per degradare/rimuovere le sostanze inquinanti
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
Agriport schema sperimentale
drenaggio ghiaia-sabbia
rete di plastica
suolo-sedimenti 30%
Compost di alta qualità
mescolato con i
sedimenti in superficie
(4kg m-2)
TREATMENTS:
12 Contenitori di circa 1m3 :
1. Nerium oleander l. + Paspalum v.
2. Tamarix gallica + Paspalum v.
3. Spartium junceum + Paspalum v.
4. Phragmites australis
5. Paspalum v.
6. Control
Spartium Junceum
Paspalum vaginatum
Tamarix Gallica
Nerium oleander
Phragmites australis
Elevato adattamento allo stress idrico e elevata
sopravvivenza in presenza di contaminazione
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
Agriport-Risultati
Decontaminazione
La diminuzione dei metalli pesanti (20%) e
degli idrocarburi totali (50-60%) ha
indicato l'efficienza della tecnologia di
fitodepurazione AGRIPORT
Recupero agronomico
Il miglioramento delle proprietà chimiconutrizionali (bilancio dei nutrienti) dei
sedimenti trattati indica l'attivazione del
ciclo dei nutrienti e quindi il recupero della
fertilità agronomica.
Phragmites ha raggiunto il
60% della copertura vegetale
Piantumazione
Due anni
Recupero Ecologico-funzionale
La stimolazione dei parametri biologici
contribuisce a creare un "ecosistema suolo"
funzionale.
Paspalum ha raggiunto il 100%
della copertura vegetale in tutti i
trattamenti
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
2° caso: Schema sperimentale
Landfarming:
-omogeneizzare il substrato
-aumentare l’attività microbica
-ulteriore riduzione della contaminazione organica
-Rimozione delle piante
-Periodico rivoltamento dei sedimenti all’interno di ogni contenitore (12)
-3 mesi di landfarming
-Prelievo dei sedimenti: 1.5 mesi (T1) e 3 mesi (T2)
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
2° caso: Risultati
C Organico
4.00
T0
T1
T0= Inizio landfarming
T1= 1.5 mesi di landfarming
T2= 3 mesi di landfarming
T2
3.50
3.00
Ulteriore piccola ma
significativa diminuzione
dei contaminanti organici
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
PV
C
TP
SP
P
TPH
OP
1000
T0
900
T2
800
700
PV= Paspalum
C=Control;
TP= Tamarix+Paspalum;
SP= Spartium+Paspalum
P= Phragmites;
OP= Oleander +Paspalum
mgkg-1
%
2.50
600
500
400
300
200
17%
23% 14% 23%
100
0
PV
C
TP
SP
P
OP
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
2° caso: Risultati
Deidrogenasi
3.00
T0
T1
T2
T0= Inizio landfarming
T1= 1.5 mesi di landfarming
T2= 3 mesi di landfarming
mgINTF kg-1 h-1
2.50
2.00
Indicatore dell’attività
microbica complessiva del
substrato
1.50
1.00
0.50
0.00
PV
C
TP
SP
P
OP
Aumento nel tempo.
Andamento simile per le altre attività
enzimatiche correlate ai cicli del C e N:
b-glucosidasi e fosfatasi
PV= Paspalum
C=Control;
TP= Tamarix+Paspalum;
SP= Spartium+Paspalum
P= Phragmites;
OP= Oleander +Paspalum
Bassa attività nel
controllo e nell’Oleandro
La più bassa riduzione della
contaminazione organica
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
2° caso: Conclusioni
Landfarming per:
 Omogenizzare il substrato
 Aumentare l’attività biologica
 Ulteriore riduzione della contaminazione organica
Matrice idonea per il
riutilizzo in vivaistica
Trattamenti:
Dovuto al basso contenuto in nutrienti e alla bassa capacità di
ritenzione idrica:
miscelazione con un suolo agronomico 50:50 – 33:66 – 0:100
1
Piante:
3 specie ornamentali:
Viburnum tinus L. (1)
Eleagnus macrophylla L. (2),
Photinia x fraseri var. Red Robin (3)
2
3
CLEANSED: LIFE12 ENV/IT/000652
La Strategia: Conclusioni
Analisi delle Componenti Principali (PCA)
PC 2
-0,003
0,883*
0,879*
0,752*
0,871*
0,655
0,124
0,384
0,174
0,076
0,325
-0,156
-0,009
3,634
0,279
PC 3
-0,781*
0,291
-0,257
-0,386
0,161
0,099
-0,769*
0,434
0,264
-0,339
-0,034
0,093
-0,011
1,920
0,148
1,5
PT0
OPT0
SPT0
PVT0 OPT2
TPT0 SPT2 PT2
CT0
PVT2
CT2
TPT2
1,0
0,5
PC2: Nutrienti
PC 2
pH
EC
TOC
TN
TP
NO3WSC
Contaminants%
GI
DHase
b-glucosidase
Protease
Phosphatase
Var. Sp.
Prp.Tot.
PC 1
0,131
0,253
0,197
-0,078
-0,097
0,646
-0,475
-0,433
0,610
0,772*
0,874*
0,919*
0,921*
4,392
0,338
1T0
0,0
3T0
Sedimenti fitorimediati
7T0
2T0
5T0
6T0
4T0
-0,5
7T2
6T22T2
5T2 1T2
-1,0
3T2
4T2
8T0
-1,5
Sedimenti freschi
-2,0
8T2
Phytoremediated sediments
Fresh sediments
-2,5
-2,5
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
1
PC1: AttivitàPC
enzimatiche
Landfarming: tecnologia rapida ed economica per la trasformazione di
sedimenti contaminati in una matrice idonea per il riutilizzo ambientale