PADIS

Pubblicazioni Aperte DIgitali Sapienza > Ingegneria civile, edile e ambientale > INGEGNERIA AMBIENTALE >

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10805/2027

Title: I microinquinanti organici emergenti nelle acque. Il caso degli interferenti endocrini e delle sostanze ad uso terapeutico-d’abuso
Authors: TEDESCO, PIERPAOLO
Tutor: Boni, Maria Rosaria
Keywords: Microinquinanti organici emergenti
Interferenti Endocrini
Sostanze ad uso terapeutico-d'abuso
Acque reflue
Impianti di depurazione delle acque
Meccanismi di rimozione
Issue Date: 3-Jun-2013
Abstract: La presente attività di ricerca ha avuto l’obiettivo di studiare il destino ed il comportamento di alcuni microinquinanti organici emergenti nelle acque reflue, con particolare riferimento alle due famiglie di composti considerate di maggiore e più recente interesse: gli interferenti endocrini (IE) e le sostanze ad uso terapeutico-d’abuso. Nel corso della sperimentazione sono stati monitorati il 4-Nonilfenolo (4-NP), il Bisfenolo A (BPA), l’Estrone (E1), il 17β-Estradiolo (E2) e il 17α-Etinilestradiolo per la famiglia degli Interferenti Endocrini; la Benzoilecgonina (BEG), l’Amfetamina (AM), la Metamfetamina (MET) e l’11-nor-9carboxy-Δ9-THC (THC-COOH) per la famiglia delle Sostanze ad uso terapeutico-d’abuso. In particolare l’attività sperimentale ha avuto l’obiettivo di individuare la presenza dei microinquinanti suddetti nelle acque reflue civili e le potenzialità di rimozione in un impianto di depurazione (sperimentazione in scala reale), nonché di individuare i processi di rimozione a carico di una vasca a fanghi attivi simulata in reattori batch (sperimentazione in scala di laboratorio). Il motivo per cui la sperimentazione in scala reale ha preceduto la sperimentazione in scala di laboratorio, in modo inverso rispetto ad un classico iter sperimentale, è direttamente collegato agli obiettivi delle due fasi e cioè verificarne prima la presenza nelle acque reflue e le efficienze di rimozione a carico di un convenzionale impianto a fanghi attivi e successivamente investigare nel dettaglio quali processi intervengono nella rimozione dei microinquinanti organici emergenti dalle acque reflue.
Description: La presente attività sperimentale ha avuto l’obiettivo di individuare la presenza di alcuni microinquinanti organici emergenti nelle acque reflue civili e le potenzialità di rimozione in un impianto di depurazione di piccola capacità (sperimentazione in scala reale), nonché di individuare i processi di rimozione a carico di una vasca a fanghi attivi simulata in reattori batch (sperimentazione in scala di laboratorio). Lo studio è stato effettuato su un impianto di depurazione di piccola capacità, in funzione della tipologia di acque reflue che vengono convogliate allo stesso. Dalle informazioni in possesso del Gestore inerente la rete fognaria è stato possibile ricostruire il bacino fognario afferente all’impianto. Attraverso i dati ottenuti dalla Camera di Commercio, dalla Provincia di Roma e dal Gestore del servizio, sono state censite tutte le attività produttive, industriali e commerciali presenti nel bacino fognario; riportandole su una mappa è stato possibile valutarne la distribuzione spaziale all’interno di esso. L’analisi territoriale è stata di fondamentale importanza per comprendere il contesto urbano in cui l’impianto di depurazione è inserito: in base ad essa è stato possibile osservare una distribuzione disomogenea delle attività produttive, commerciali e industriali nel bacino fognario individuato. Dalle informazioni desunte sulla rete fognaria e in seguito all’analisi territoriale, il bacino è stato suddiviso in 4 sottobacini. In ognuno di essi sono stati individuati i punti di campionamento rappresentativi, sui quali sono stati effettuati campionamenti puntuali al fine di determinare e correlare le caratteristiche delle acque reflue con le attività produttive, commerciali e industriali presenti in esso. I risultati della caratterizzazione, in termini di macrodescrittori, hanno mostrato differenze nella tipologia di refluo originato da ogni sottobacino; in particolare il sottobacino A e il sottobacino B recapitano in rete fognaria reflui prevalentemente di natura civile e commerciale, mentre i sottobacini C e D reflui con caratteristiche più vicine a quelle di un tipico refluo civile. Sui campioni prelevati in rete fognaria sono state misurate le concentrazioni di interferenti endocrini. Correlando queste ultime con la distribuzione delle attività commerciali, produttive ed industriali in ciascun sottobacino è stato possibile confermare i risultati dell’analisi territoriale e della caratterizzazione del refluo. In particolare, la presenza del 17α-Etinilestradiolo, in concentrazioni superiori agli altri analiti, nei sottobacini C e D, ne ha evidenziato la vocazione civile, mentre la presenza del Bisfenolo A, dell’Estrone e del 17α-Etinilestradiolo nei sottobacini A e B ha confermato la vocazione civile e commerciale. Successivamente è stata effettuata una prima campagna di monitoraggio del refluo in ingresso e in uscita dall’impianto di depurazione oggetto dello studio, al fine di valutare le quantità di interferenti endocrini in ingresso e in uscita e di conseguenza, la quantità di ciascun analita rimossa dall’impianto. Le analisi hanno evidenziato che gli Interferenti Endocrini maggiormente presenti sia in ingresso all’impianto che in uscita dallo stesso sono il Bisfenolo A e il 17α-Etinilestradiolo, a conferma della tipologia di acque reflue convogliate presso lo stesso. Successivamente, per valutare a carico di quale processo avviene la rimozione dei microinquinanti organici emergenti, è stata condotta una campagna di monitoraggio ingresso/uscita dalla vasca biologica e una ingresso/uscita dal sedimentatore secondario. Per poter calcolare le efficienze di rimozione nella vasca a fanghi attivi e nel sedimentatore secondario, sono state effettuate delle verifiche idrodinamiche su entrambi i reattori, utilizzando come tracciante il Carbonato di Litio, al fine di determinare i tempi di residenza reali dei reflui nei bacini. L’analisi dei dati delle prove idrodinamiche hanno permesso di individuare un tempo di residenza idraulico reale pari a circa 8 ore nella vasca biologica e a circa 1 ora e 40 minuti nel sedimentatore secondario. Le prove hanno evidenziato, inoltre, la presenza di disfunzioni in entrambi i reattori, ed, in particolare, la presenza nella vasca a fanghi attivi di un 9% di volume morto rispetto al volume totale di reflui e di un 7% di bypass di portata rispetto alla portata in ingresso, e nel sedimentatore secondario di un 40% di volume morto rispetto al volume totale dei reflui. Le analisi effettuate sui campioni prelevati in ingresso e in uscita dalla vasca a fanghi attivi e dal sedimentatore secondario, nonché dalla linea di ricircolo del sedimentatore secondario, hanno evidenziato la presenza dei contaminanti oggetto dello studio in quasi tutti i campioni. In particolare, tutte le sostanze ad uso terapeutico-d’abuso monitorate sono caratterizzate da concentrazioni in ingresso ai reattori in media superiori, anche di un ordine di grandezza, a quelle degli interferenti endocrini. L’analita maggiormente rilevato nei campioni prelevati in ingresso sia alla vasca biologica sia al sedimentatore secondario è l’Amfetamina; tra gli interferenti endocrini, quelli caratterizzati dalle concentrazioni maggiori in ingresso alla vasca biologica e in ingresso al sedimentatore secondario sono stati il Bisfenolo A, il 17α-Etinilestradiolo, e il 4-Nonilfenolo. Tutti i contaminati analizzati, inoltre, hanno mostrato variabilità temporale delle concentrazioni in arrivo all’impianto di depurazione. Per quanto riguarda, invece, i campioni prelevati in uscita dai bacini, dalle analisi si evince che sia in uscita dalla vasca biologia sia in uscita dal sedimentatore secondario, tutte le sostanze in esame non subiscono una rimozione completa. Nello specifico, nei campioni prelevati in uscita sia dalla vasca a fanghi attivi sia dal sedimentatore secondario gli analiti caratterizzati dalle maggiori concentrazioni sono stati, tra gli interferenti endocrini, il 4-Nonilfenolo e, tra per le sostanze ad uso terapeutico-d’abuso, l’Amfetamina. Dal calcolo delle efficienze di rimozione degli analiti è emerso che, nonostante tutti i contaminanti vengono rimossi in quantità variabili, tuttavia sono stati rilevati anche valori negativi. Le efficienze di rimozione negative sono, per la maggior parte delle sostanze, da imputare all’adsorbimento e successivo rilascio di esse dai fiocchi di fango presenti nei reattori. Nel caso del 4-NP e del THC-COOH tale fenomeno può essere attribuito anche alla biodegradazione di alcune sostanze, quali ad esempio i Nonilfenoli Polietossilati (NPnEO) per il primo e il THC per il secondo, che durante il trattamento biologico originano, tra i metaboliti della biodegradazione, proprio gli analiti in esame. Il caso studio ha comunque consentito di verificare che gli impianti di trattamento delle acque reflue, nonostante non siano progettati con tali finalità, presentano discrete capacità di rimozione dei composti organici emergenti presenti in tracce, anche se variabili in relazione alle caratteristiche chimiche della sostanza in esame: 1. il BPA rimosso nella vasca a fanghi attivi è pari a circa il 60% della quantità totale in ingresso; EE2 è rimosso, invece, prevalentemente nel sedimentatore secondario (circa il 40% del totale in ingresso all’impianto); 2. tutti i metaboliti di sostanze ad uso terapeutico – d’abuso analizzati vengono parzialmente rimossi nell’impianto di depurazione; la vasca a fanghi attivi rimuove Amfetamina e THC-COOH, in percentuali pari rispettivamente al 56% e al 35% rispetto al totale in ingresso all’impianto; Metamfetamina e Benzoilecgonina vengono abbattute, invece, nel sedimentatore secondario, rispettivamente del 40% e del 10% della quantità totale in ingresso all’impianto; 3. 4-Nonilfenolo, Estrone e 17β-Estradiolo si ritrovano nell’effluente depurato senza subire alcun processo di rimozione. La sperimentazione in scala di laboratorio ha evidenziato che la rimozione dei microinquinanti organici emergenti avviene per effetto combinato di volatilizzazione, adsorbimento ai fiocchi di fango e successiva degradazione da parte della biomassa. In particolare, per i microinquinanti organici emergenti oggetto dello studio è emerso che la ripartizione tra la quantità adsorbita e la quantità degradata è funzione della concentrazione iniziale del contaminante, delle proprietà chimico-fisiche delle sostanze e del tempo di contatto tra i fanghi attivi e inattivi e la soluzione contaminata. In particolare, attraverso le prove batch è stato possibile valutare che: 1. tutte le sostanze investigate vengono rimosse in quantità variabile per volatilizzazione, in funzione della costante di Henry che caratterizza ciascuna sostanza. Il BPA e il THC-COOH sono le sostanze che volatilizzano in maggiore quantità rispetto alla massa totale in ingresso al sistema e pari rispettivamente a circa il 77 % e il 57 %. L’E1, l’E2, l’EE2, l’AM e la MET vengono rimossi in un range compreso tra il 30 % ed il 35 %, mentre la BEG viene rimossa per volatilizzazione solo per circa il 20 %; 2. la rimozione per adsorbimento contribuisce per circa il 70 % alla rimozione dell’E2 dalla fase liquida; bisogna considerare tuttavia che la quantità di E2 trasferita dalla fase liquida alla fase solida può essere influenzata dalla quantità di E2 che si degrada in E1. L’E1, l’EE2 e l’AM vengono rimossi per adsorbimento in quantità variabile e pari ripettivamente a circa il 30 %, il 40 % ed il 46 %. Il BPA, la BEG e il THC-COOH, invece, hanno mostrato scarsa affinità all’adsorbimento ai fiocchi di fango, essendo stati rimossi solo per circa il 16 %, il 13 % ed il 7 % rispettivamente. La MET, infine, non risulta essere rimossa per adsorbimento; 3. le sostanze che vengono rimosse per degradazionee biologica sono il BPA (circa 5 %), l’E1 (circa il 31 %), l’EE2 (circa 15 %) e il THC-COOH (circa il 4 %). Per tutte le altre sostanze, non è stato riscontrata rimozione per degradazione biologica; 4. la MET e la BEG sono le sostanze che si ritrovano in maggiore quantità in soluzione al termine delle prove batch e pari rispettivamente a circa il 62 % e il 70 %, non essendo stata riscontrata per la prima né rimozione per adsorbimento ai fiocchi di fango e né per degradazione biologica e per la seconda esigue quantità rimosse solo per volatilizzazione e per adsorbimento ai fanghi. Per il BPA, l’E1, l’EE2 e il THC-COOH, per i quali la rimozione avviene per effetto combinato di volatilizzazione, adsorbimento ai fiocchi di fango e degradazione biologica, la quantità residua in soluzione è pari a circa il 3 %, l’8 %, il 10 % ed il 34 % rispettivamente. Infine, per l’AM, che viene rimossa solo per volatilizzazione e adsorbimento, la quantità residua in soluzione rispetto alla quantità in ingresso al sistema è pari a circa il 20 %. L’unico analita che non è stato rilevato nelle acque reflue al termine delle prove batch è l’E2. Le prove batch, quindi, hanno mostrato che una vasca a fanghi attivi simulata attraverso l’utilizzo di reattori discontinui non riesce ad eliminare completamente i microinquinanti organici emergenti dalle acque reflue. Questo comporta un duplice effetto negativo sull’ambiente: - in primo luogo, la quota parte che si ritrova in soluzione a seguito della degradazione biologica viene rilasciata in corpo idrico superficiale causando possibili alterazioni alla fauna acquatica anche a bassissime concentrazioni; - la quota parte adsorbita ai fiocchi di fango rappresenta una ulteriore fonte di contaminazione per l’ambiente causata dalla lisciviazione dei microinquinanti organici emergenti accumulati nei fanghi qualora questi vengano riutilizzati in agricoltura. Le criticità emerse durante l’attività di ricerca sono state: - l’individuazione delle fonti e delle vie di contaminazione; - la messa a punto della procedura di estrazione dei microinquinanti organici emergenti dalle acque reflue e successiva determinazione analitica, non essendo disponibile, allo stato attuale, una procedura standardizzata; - l’impossibilità di effettuare un campionamento medio-composito (24 h) dei microinquinanti organici emergenti di interesse nella rete fognaria selezionata al fine di valutarne la variabilità temporale; - la quantificazione dei microinquinanti organici emergenti che si accumulano nei fanghi di supero dell’impianto di depurazione e al termine delle prove batch. Le prospettive future e le necessità degli approfondimento sia della presente attività sperimentale che in generale della ricerca inerente i microinquinanti organici emergenti riguardano: - studi tossicologici, a completamento di quelli già esistenti, al fine di individuare gli effetti negativi che queste sostanze possono esercitare sulla fauna acquatica e sull’uomo e medio-lungo termine; - i limiti allo scarico in rete fognaria e in corpo idrico superficiale tali da non alterare le caratteristiche qualitative del corpo idrico ed evitare il bioaccumulo del biota e nei sedimenti; - l’individuazione di sistemi di trattamento terziari in grado di ridurre al di sotto dei limiti allo scarico (qualora identificati) le concentrazioni nell’effluente; - la valutazione del destino dei fanghi in relazione alla quantità di microinquinanti organici emergenti accumulata al loro interno. In conclusione, si può affermare che la rimozione dei microinquinanti organici emergenti oggetto dello studio, risulta solo parziale, a dimostrazione che gli impianti di trattamento convenzionali delle acque reflue non sono in grado di abbattere completamente tali contaminanti (in quanto non originariamente progettati con tale finalità). Questi composti si ritrovano, di conseguenza, nei corpi idrici recettori potenzialmente attivi e quindi pericolosi sia per l’uomo che per l’ambiente.
URI: http://hdl.handle.net/10805/2027
Research interests: Rimozione dei microinquinanti organici emergenti dalle acque reflue; Depurazione delle acque reflue; Interferenti Endocrini, Sostanze ad uso terapeutico-d'abuso.
Appears in PhD:INGEGNERIA AMBIENTALE

Files in This Item:

File Description SizeFormat
Tesi di Dottorato - Ing. Pierpaolo Tedesco.pdfTesi Dottorato_Tedesco Pierpaolo7.57 MBAdobe PDF

File del Curriculum Vitae:

CurriculumVitae. Pierpaolo Tedesco.pdf 235.16 kBAdobe PDF


This item is protected by original copyright

Recommend this item

Items in PADIS are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

 

Valid XHTML 1.0! DSpace Software Copyright © 2002-2010  Duraspace - Feedback Sviluppo e manutenzione a cura del CINECA