UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA CLS “Scienze e tecnologie per l’ambiente e il territorio” Corso di depurazione chimica

1. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA CLS “Scienze e tecnologie per l’ambiente e il territorio” Corso di depurazione chimica BARRIERE IMPERMEABILI PER LA MESSA IN SICUREZZA DI UN SITO CONTAMINATO Francesca Scaggiante

2. SISTEMI DI CONTENIMENTO D.M. 471/99 possono essere impiegati come: Misure di messa in sicurezza di emergenza Messa in sicurezza permanente In un contesto di bonifica con misure di sicurezza

3. BONIFICA CON MISURE DI SICUREZZA: pur applicando le migliori tecnologie disponibili a costi sostenibili non è possibile raggiungere le concentrazioni limite previste dal D.M. 471/99. • MESSA IN SICUREZZA D’EMERGENZA: è una misura provvisoria quando si verificano eventi accidentali in attesa delle operazioni di bonifica. • intercettare e isolare gli inquinanti sversati • impedire la loro diffusione verso matrici ambientali adiacenti • impedire il contatto diretto con la popolazione MESSA IN SICUREZZA PERMANENTE: sono interventi destinati a permanere per un tempo indefinito. E’ comune nel caso di discariche incontrollate.

4. MESSA IN SICUREZZA DI UN SITO: non è classificabile come sistema di bonifica o ripristino in quanto non favorisce la riduzione della concentrazione delle sostanze inquinanti (ad eccezione del sistema “pump and treat”) Si realizza mediante SISTEMI DI ISOLAMENTO (barriere impermeabili) finalizzati a contenere la diffusione degli inquinanti. • Tra i sistemi di isolamento si distinguono: • BARRIERE FISICHE • BARRIERE IDRAULICHE

5. BARRIERE FISICHE • Tra le barriere fisiche si distinguono: • SISTEMI DI ISOLAMENTO SUPERFICIALE • SISTEMI DI ISOLAMENTO DEL FONDO • BARRIERE VERTICALI

6. BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale • Vengono utilizzati per: • limitare l’infiltrazione di acque meteoriche riduzione del rischio di contaminazione del suolo e della falda sottostante • limitare le emissioni di gas (composti tossici o maleodoranti). Questi sistemi si sono dimostrati efficaci nel contenere idrocarburi, VOC, SVOC, materiali radioattivi. • prevenire la fuoriuscita superficiale di contaminanti (diffusione capillare) • protezione dall’azione erosiva di agenti atmosferici • resistenza a condizioni climatiche critiche (gelo-disgelo, escursioni termiche) • consentire il recupero dell’area degradata

7. BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale DIVERSE REALIZZAZIONI IN RELAZIONE A : materiale da isolare durata dell’intervento destinazione d’uso del suolo

8. BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale COPERTURE TEMPORANEE: a- con terreno superficiale: strati ottenuti con terreno presente in sito, livellato e compattato + strato di terreno vegetale b- coperture transitabili: strato di regolarizzazione + geomembrana (teli HDPE, LDPE, PVC) + strato di protezione (geotessile + terreno transitabile) c- coperture non transitabili: strato di regolarizzazione + geomembrana (teli PVC, LDPE)

9. BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale COPERTURE PERMANENTI: a- asfaltatura:sistema adottato in corrispondenza di aree transitabili (siti industriali, parcheggi, strade) b- copertura superficiale impermeabilizante:sistema adottato ad esempio per aree verdi; costituito dastrato di regolarizzazione + barriera impermeabile (geocomposito bentonitico o argilla compattata) + strato di terreno vegetale. Strato superficiale pendenza 3-5%. Può essere necessario uno strato drenante dei gas o delle acque meteoriche tipologia costruttiva seguente

10. BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale L’EVOLUZIONE TECNOLOGICA DEI SISTEMI DI COPERTURA SUPERFICIALE c- copertura superficiale composita:

11. BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale • PARTENDO DAL PIANO DI CAMPAGNA: • copertura vegetale: viene installata per incrementare l’evapotraspirazione, ridurre l’erosione generata dagli agenti atmosferici, migliorare la stabilità del terreno e l’aspetto estetico del paesaggio • terreno di copertura: materiale non compattato che consenta lo sviluppo della vegetazione. Funzione di accumulo di acqua e nutrienti, protezione degli strati sottostanti, deflusso delle acque superficiali (pendenza 3-5%) • strato di drenaggio delle acque meteoriche: ha lo scopo di rimuovere l’acqua che si infiltra attraverso lo strato superficiale e ridurre il carico sopra lo strato impermeabile; è costituito da sabbia e ciottoli ed ha una pendenza del 2%, oppure da geocompositi drenanti (georeti + geotessile filtrante) • strato di protezione: ha lo scopo di proteggere lo strato impermeabile ed è costituito da un geotessile di adeguato spessore e resistenza

12. BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale • strato impermeabilizzante: ha lo scopo di prevenire l’infiltrazione delle acque meteoriche nella zona contaminata Può essere costituito da materiali naturali (con elevato tenore di argilla come ad esempio miscele di sabbia e bentonite compattate) o da materiali sintetici come geomembrane con teli di HDPE, LDPE o PVC (i cui supporti polimerici possono essere impregnati con asfalto o bitume) eventualmente installati tra due strati di materiale geotessile. Possibili sistemi intermedi (argilla compattata e geomembrana o geocomposito bentonitico) • strato di regolarizzazione: per favorire la messa in opera degli strati superiori MATERIALECONTAMINATO DA ISOLARE

13. BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale c- barriera capillare:sistema di impermeabilizzazione basato su una struttura costituita da due strati sovrapposti Terreno di copertura Strato capillare: costituito da sabbia fine Blocco capillare: ghiaia • Vantaggi: • Costi modesti • Resistenza alle condizioni climatiche (gelo, aridità…) • Barriere adattabili a cedimenti differenziali della massa sottostante di rifiuti.

14. BARRIERE FISICHE-isolamento del fondo • Sono strutture orizzontali realizzate per contenere la fonte inquinante. • Trovano largo impiego nelle discariche controllate (fondo trattato prima • della posa dei rifiuti). • Si interviene con la sostituzione totale o parziale del terreno • sottostante e con l’iniezione del materiale impermeabilizzante (miscele • di vari componenti a seconda del grado di impermeabilizzazione che si • vuole ottenere). • Possibile aggiunta di additivi plastificanti o fluidificanti. • Due tecniche principali: • Iniezione per fratturazione idraulica • Iniezione per permeazione

15. BARRIERE FISICHE-isolamento del fondo INIEZIONE PER FRATTURAZIONE IDRAULICA: Apertura di un sistema di fenditure orizzontali al fondo di fori di sondaggio verticali Iniezione in pressione di un fluido cementante attraverso le aperture orizzontali La pressione del getto crea delle fratturazioni Il fluido iniettato si espande attraverso le fratturazioni - Vantaggi: velocità di esecuzione, bassi costi realizzazione - Svantaggi: difficile il controllo preciso della miscela di espansione APPLICAZIONE IN SITUAZIONI DI EMERGENZA

16. BARRIERE FISICHE-isolamento del fondo INIEZIONE PER PERMEAZIONE: Il fluido impermeabile, a differenza del caso precedente, viene iniettato ad una pressione inferiore a quella di rottura del terreno Vengono riempiti i macropori (applicazione a terreni a granulometria medio-alta) Permeabilità variabile, continuità inaffidabile

17. BARRIERE FISICHE-isolamento verticale • La profondità della barriera dipende da quella dell’acquifero e da • stratificazioni del sottosuolo. • Tre possibili alternative sistemi a diversa efficienza • Cinturazione parziale a monte della zona inquinata: la barriera impedisce il raggiungimento della zona inquinata; drenaggio a valle della barriera Barriera verticale Direzione del flusso Zona contaminata Pozzi emungenti

18. BARRIERE FISICHE-isolamento verticale • Cinturazione parziale a valle della zona inquinata: viene realizzata quando non sono possibili gli altri due sistemi; non viene contrastato il flusso dell’acqua ma si contiene e si recupera il percolato (pozzi di emungimento o trincee di drenaggio) Barriera verticale Direzione del flusso Zona contaminata Pozzi emungenti

19. BARRIERE FISICHE-isolamento verticale • Cinturazione completa:è la configurazione più sicura ma anche la più costosa. Se associata all’impermeabilizzazione superficiale e del fondo isola idraulicamente in modo completo la fonte inquinante. Barriera verticale Direzione del flusso Zona contaminata Pozzi emungenti

20. BARRIERE FISICHE-isolamento verticale • In base alla tecnologia utilizzata si distinguono diverse TIPOLOGIE • COSTRUTTIVE: • TIPOLOGIA 1: prevede lo scavo e l’asportazione del terreno e il suo rimpiazzo con miscele impermeabilizzanti (diaframmi plastici) • TIPOLOGIA 2: prevede lo spiazzamento del terreno e l’immissione di miscele impermeabilizzanti, o l’infissione di palancole o manufatti prefabbricati (diaframmi sottili) • TIPOLOGIA 3: prevede la riduzione della permeabilità in situ

21. BARRIERE FISICHE-isolamento verticale-tipologia 1 TIPOLOGIA 1: SCAVO ASPORTAZIONE RIMPIAZZO CON MISCELE IMPERMEABILIZZANTI DIAFRAMMA PLASTICO Fase 1: scavo della trincea Fase 2: riempimento della trincea con un fluido per il sostegno delle pareti: Miscela fangosa acqua- bentonite Miscela cemento-bentonite DIAFRAMMI MONOFASE (diaframma plastico continuo cemento-bentonite) DIAFRAMMI BIFASE (diaframma plastico continuo terreno bentonite)

22. BARRIERE FISICHE-isolamento verticale-tipologia 1 DIAFRAMMI MONOFASE(diaframma plastico continuo cemento- bentonite): Barriere utilizzate per interventi di cinturazione verticale importanti, in cui il fluido viene lasciato indurire all’interno della trincea per effetto dell’idratazione del cemento che forma una massa impermeabile (consistenza argillosa). Profondità raggiungibile: 30/40 m. Costi maggiori (cemento portland), il terreno deve essere trattato Permeabilità: 10-8/10-10 m/s. Attacco chimico: acidi e basi forti, ione solfato sostituzione parziale comento portland ceneri volanti (6/8%) processi combustione.

23. BARRIERE FISICHE-isolamento verticale- tipologia 1 DIAFRAMMI BIFASE (diaframma plastico continuo terreno-bentonite): la miscela con funzione di sostegno viene sostituita da quella definitiva costituita da terreno-acqua-bentonite in rapporti in peso diversi a seconda della frazione granulometrica fine. Profondità massima: 30m. Permeabilità: 10-9/10-10 m/s. La miscela a contatto con acidi e basi forti e soluzioni fortemente saline genera un aumento di permeabilità variabile fra 2 e 10 volte misure idrauliche. DIAFRAMMI COMPOSITI: all’interno dello strato cemento-bentonite o terreno-bentonite (prima che solidifichi) viene inserita una barriera per incrementare la funzione impermeabilizzante (HDPE).

24. BARRIERE FISICHE-isolamento verticale- tipologia 2 TIPOLOGIA 2: CREAZIONE DI CAVITA’ SPIAZZANDO IL TERRENO • Rientrano in questa tipologia costruttiva: • 1. DIAFRAMMI SOTTILI (A TRAVE INFISSA): • infissione di una trave metallica con sezione di avanzamento a doppio T (spessore 5-8 cm); • recupero della trave e riempimento dello spazio con una miscela fangosa (cemento-bentonite); • ripetizione e formazione di un muro continuo;

25. BARRIERE FISICHE-isolamento verticale- tipologia 2 TIPOLOGIA 2: CREAZIONE DI CAVITA’ SPIAZZANDO IL TERRENO • 2. PANNELLI METALLICI: è prevista l’infissione di pannelli metallici • (palancole) o strutture formate con due principali tecniche esecutive. • Palizzata tradizionale: pali assemblati fuori terra e poi infissi nel terreno. Le connessioni costituiscono un limite del sistema. Profondità 10-20 m. Permeabilità non inferiori a 10-4/10-5 cm/s • Palizzata con giunti formati da pali di iniezione: fori del diametro di 0,3 metri vengono riempiti con una miscela sigillante e prima che questa si indurisca vengono infissi i pali. Profondità: 15 m. Permeabilità 10-9/10-10 cm/s

26. BARRIERE FISICHE-isolamento verticale- tipologia 3 • TIPOLOGIA 3: RIDUZIONE DELLA PERMEABILITA’ IN SITU • infissione nel terreno di un sistema multiplo di alberi ronanti (3) con eliche miscelatrici che consentono il rimescolamento del terreno; • attraverso le cavità all’estremità inferiori degli alberi viene iniettata una miscela fangosa a base di bentonite e acqua o bentonite-acqua-cemento; • ripetizione fino ad ottenere una barriera continua; Vantaggi: -Bassi costi di realizzazione: mancanza di scavi trattamento del terreno. -Non c’è pericolo per gli operatori. -Rapidità di esecuzione, sistema subito funzionale. -Riutilizzo pannelli. Svantaggi: -Attacco chimico (rivestimenti polimerici, zincatura).

27. BARRIERE FISICHE-isolamento verticale • CONGELAMENTO DEL TERRENO IN SITU • Metodo innovativo per l’impermeabilizzazione laterale e di fondo; la barriera viene realizzata congelando un opportuno volume di terreno attorno al sito. • installazione di un sistema di tubazioni in acciaio inclinate (struttura a “V”); • seconda serie di tubi affiancata alla prima ad una distanza tra 6 e 9 m; • la porzione di suolo che congela è quella compresa nello spazio della struttura a “V” barriera dello spessore complessivo 12-15 m; la barriera si forma per congelamento dell’umidità del suolo (possibilità di aggiungere acqua) • tubi di refrigerazione attraversati da fluidi (azoto liquido); il sistema opera ad una T –190°C. TEMPI LUNGHI E COSTI ELEVATI

28. BARRIERE IDRAULICHE • Consentono l’isolamento di un sito contaminato (in particolare di una • discarica), anche mediante la separazione delle acque di falda dalla • zona inquinata (misure per il controllo della falda). • Si realizzano • Pozzi di estrazione. • Drenaggi (funzione simile ai pozzi di estrazione). • Pozzi di iniezione (o ricarica). • Trincee di infiltrazione (funzione simile ai pozzi di iniezione).

29. BARRIERE IDRAULICHE-pozzi di estrazione e di iniezione Generalmente vengono utilizzati simultaneamente POZZI DI ESTRAZIONE: sono localizzati a valle della zona inquinata e lungo la direzione del flusso dell’acquifero; hanno la funzione di captare ed estrarre l’acqua di falda. Il pompaggio deve creare una depressione che interessi tutta la zona contaminata, evitando la dispersione del pennacchio di contaminazione. POZZI DI RESA: dopo l’estrazione l’acqua viene trattata e scaricata a monte dei pozzi di estrazione, mediante i pozzi di resa in un corpo idrico superficiale o immessa nuovamente nell’acquifero da cui era stata captata.

30. POZZI DI RESA POZZI DI ESTRAZIONE barriera • Vantaggi: • Adattabilità alla situazione geologica ed idrogeologica (falde freatiche, confinate…) e alle diverse forme del pennacchio. • Possibilità di variare le portate di estrazione e immissione a seconda delle variazioni di velocità del flusso dell’acquifero. • Scarso pericolo per gli operatori (non si effettua scavo/trasporto del terreno contaminato). • Svantaggi: • Elevati costi di gestione e manutenzione • Problemi operativi (fuga temporanea inquinanti), rendimenti ridotti per acquiferi con basso valore di trasmissività.

31. BARRIERE IDRAULICHE-drenaggi DRENAGGI Costituiscono dei sistemi idraulici “continui” di captazione ed estrazione della acque sotterranee contaminate (trincee drenanti munite di materiale filtrante e raccolta posizionata al fondo). Utilizzo in varie condizioni idrogeologiche, di eterogeneità ed anisotropia del sottosuolo. Preferiti ai pozzi di presa specie nel caso di acquiferi con coefficiente di permeabilità basso Utilizzo in combinazione con barriere verticali (eliminazione dell’inquinante senza possibilità di ricircolo a valle, situazione di abbassamento del livello di falda interno nel caso di una discarica con cinturazione perimetrale).

32. PORTO MARGHERA-interventi di messa in sicurezza di emergenza e di confinamento strategico dei suoli contaminati. • Con l’Accordo della Chimica è stato stabilito che il marginamento • costituisce sia un’opera di “messa in sicurezza di emergenza”che una • misura di sicurezza per le bonifiche che verranno attuate all’interno • delle aree marginate (D.M. 471/99). • Il sistema di messa in sicurezza è composto di tre attività: • Confinamento laterale (mediante palancole), spinto fino alla prima falda, delle aree inquinate mediante marginamento dei canali industriali (lato laguna) e retromarginamento MACROISOLE IMPERMEABILI. • Drenaggio lungo il marginamento lato laguna. • Trasferimento delle acque raccolte ad una sezione di controllo e trattamento (impianto di Fusina).

33. PORTO MARGHERA-interventi di messa in sicurezza di emergenza e di confinamento strategico dei suoli contaminati. macroisole impermeabili

34. PORTO MARGHERA-interventi di messa in sicurezza di emergenza e di confinamento strategico dei suoli contaminati. Limite al flusso di acque sotterranee dall’area a monte Limite all’inquinamento della Laguna per fuoriuscita delle acque sotterranee ed erosione dei sedimenti

35. PORTO MARGHERA-interventi di messa in sicurezza di emergenza e di confinamento strategico dei suoli contaminati. COSTI TOTALI (caratterizzazione del sito, messa in sicurezza di emergenza, bonifica e ripristino, monitoraggio e controllo degli interventi) = 1,830,324,057 euro COSTI PER LE OPERE DI CONFINAMENTO STRATEGICO = 670,650,000 euro