109
Cap. 8 – Conclusioni
Tutte le specie vegetali selezionate per la sperimentazione si sono bene adattate al sistema, nonostante non si tratti di specie acquatiche, e si sono sviluppate regolarmente durante l'intero anno, come visibile anche dalla foto (figura 8.1) scattata all‟inizio del secondo periodo di sperimentazione (23/03/2012).
Figura 8.1 Lisimetri e specie vegetali utilizzate, nell‟ultimo periodo di sperimentazione
Complessivamente tutte le specie vegetali sono risultate efficaci nella rimozione dei contaminati organici N e P e di quelli inorganici, anche se probabilmente parte di tale rimozione è dovuta all'adsorbimento del substrato di riempimento. L‟azoto, utilizzato in grande quantità dalle piante, che reagiscono in modo vistoso al suo apporto, è soggetto ad un grande “dinamismo‖, nel senso che viene trasformato da una forma all‟altra (N- NH4+, N-NO3-). La rimozione dell‟azoto avviene per ammonificazione biologica seguita
da nitrificazione e denitrificazione e per assunzione diretta da parte delle piante seguita da processi di volatilizzazione dell‟ammoniaca. Il processo di volatilizzazione
Cap. 8 - Conclusioni
110
dell‟ammoniaca richiede però alti valori del pH del liquame, pari a 8-9, valori più alti di quelli registrati nelle acque di post trattamento delle piante, tranne che nel “controllo‖. L‟ammonificazione seguita da nitrificazione e denitrificazione è stato certamente il meccanismo più importante di rimozione. I risultati della sperimentazione hanno evidenziato che “Miscanthus, Calla e Phragmites‖ si sono comportate bene nella rimozione dell‟ N, raggiungendo negli ultimi campionamenti tassi di rimozione superiori al 90%. Nel caso del P la rimozione avviene principalmente nei lisimetri con le piante tramite adsorbimento del medium e captazione delle piante, ma certamente prevale il processo di adsorbimento, come testimoniato anche da studi passati, che mettono in luce la difficoltà nella rimozione di questo inquinante in impianti a flusso subsuperficiale. I risultati ci dicono che “Phragmites‖, utilizzata comunemente negli impianti di fitodepurazione, si è rivelata essere la peggiore insieme a “Carex e a Canna
indica‖. I dati definitivi sul “controllo” invece sottolineano che la rimozione del fosforo
avviene principalmente nei lisimetri tramite adsorbimento del medium. Solo il “controllo” mostra dei picchi di rimozione del 90%, al termine degli intervalli di 60 giorni, che sono paragonabili e persino superiori a quelli delle piante. Lo stesso discorso lo si può fare nel caso dei metalli pesanti, dove l‟adsorbimento è molto elevato. La composizione e la forza ionica della soluzione immessa, le proprietà fisiche dell‟adsorbente (porosità, distribuzione dei pori ecc.) e i valori alti del pH, hanno favorito le specifiche interazioni tra la superficie solida della ghiaia e ognuna delle specie ioniche metalliche presenti.
Basti pensare che si è persino triplicata la concentrazione dei metalli a partire dal terzo intervallo di tempo del primo periodo per poter osservare delle variazioni nell‟abbattimento, ma, nonostante ciò, i tassi di rimozione sono rimasti pressoché gli stessi, sia nei lisimetri contenenti le piante, sia in quello del “controllo‖, a testimonianza dell‟importanza fondamentale del processo di adsorbimento. Le concentrazioni dei metalli rilevate nelle acque di post-trattamento sono state perciò molto basse e simili tra di loro, ma alla luce dei dati si può concludere che “Phragmites,
Carex e Miscanthus‖ sono risultate le specie vegetali più efficienti nella rimozione del
Cu, mentre Canna indica, sempre insieme a “Miscanthus e Phragmites‖, è risultata più efficiente nella rimozione dello Zn. Per una miglior valutazione della rimozione dei
Cap. 8 - Conclusioni
111
metalli, sarebbe opportuno aumentare le loro concentrazioni nella soluzione sintetica in modo da superare la quantità potenzialmente adsorbibile dal substrato.
Per quanto riguarda i PPCPs, la cui valutazione degli effetti sull‟ambiente è ancora un terreno poco noto, essi si sono dimostrati essere i composti più persistenti. Il loro abbattimento si è verificato esclusivamente tramite degradazione biologica. La degradazione avviene in seguito a trasformazioni che sono generalmente distinte in biotiche e abiotiche; la prima classe comprende modificazioni strutturali ad opera del metabolismo delle specie vegetali, capaci di assorbire il farmaco come nutriente, la seconda riguarda processi idrolitici e fotochimici che comunemente avvengono in natura. Il risultato di queste trasformazioni è stata la completa degradazione dei composti farmaceutici. I dati, ottenuti dal controllo, hanno messo in luce la mancanza di capacità del medium drenante di adsorbire la carbamazepina. I dati sul paracetamolo non sono stati presi in considerazione perché a causa della sensibilità dello strumento di misurazione non si sono rilevati valori esprimibili delle concentrazioni nelle acque di post trattamento. Nel caso della carbamazepina, si è registrata una rimozione del 50% durante il 1° periodo di sperimentazione con “Canna indica e Phragmites‖, suggerendo un'azione attiva delle piante nei processi di degradazione di tale composto organico. Nel secondo periodo, si è visto un aumento esponenziale dei tassi di abbattimento fino a raggiungere valori dell‟82% in “Canna indica‖, che è risultata la specie migliore nella rimozione del farmaco.
Per una maggiore efficacia del sistema, si potrebbe ipotizzare un trattamento con periodiche interruzioni con cicli di riempimento-svuotamento, paragonandoli ai sistemi di fitodepurazione a flusso sub-superficiale verticale, che sono notoriamente più efficaci nella rimozione dei nutrienti organici e inorganici. Infatti le cinetiche di rimozione sono più veloci, perché assicurano un maggior apporto di ossigeno, che determina condizioni di non saturazione del letto da parte della fase liquida cosa che invece è avvenuta nella nostra sperimentazione. Cicli più brevi di svuotamento e riempimento, accompagnate dalle escursioni del livello di falda, permetterebbero di ottenere il massimo rendimento del trasporto convettivo e diffusivo dell‟ossigeno in fase gassosa.
Bibliografia
112
Bibliografia
Armostrong e Beckett. Phragmites australis: Venturi and humidity-induced pressure flows enhancerhizome aeration and rhizosphere oxidation. New Phytologist,120, 197–
207.
Bonomo (1996). Recenti tendenze nella depurazione delle acque reflue: innovazioni tecnologiche e di processo. XLIV Corso di Aggiornamento di Ingegneria Sanitaria,
Milano 26 Febbraio – 1 Marzo 1996.
C.A. Arias*, H. Brix* and N.-H. Johansen. Phosphorus removal from municipal wastewater in an experimental two-stage vertical flow constructed wetland system equipped with a calcite filter. Department of Plant Ecology, University of Aarhus,
Nordlandsvej 68, 8240 Risskov, Denmark.
Clara, M.; Strenn, B.; Kreuzinger N.(2004). Carbamazepine as a possible anthropogenic marker in the aquatic environment: investigations on the behaviour of Carbamazepine in wastewater treatment and during groundwater infiltration. Water Research 38, 947-954. Chen, G., Pan, B.,Hawver, D.B.,Wright, C.B., Potter,W.Z., Manji, H.K. (1996). Attenuation of cyclic AMP production by carbamazepine. J. Neurochem. 67, 2079–
2086.al, 1996.
Cheng S. ,Grosse W, Karrenbrock F.,Thoennessen M. (2002). Efficiency of constructed wetlands in decontamination of water polluted by heavy metals. Ecological Engineering
18, 317–325.
Cooney D.O. (1999). Adsorption design for wastewater treatment. CRC Press LLC. Del Bubba (2001). L‟uso di impianti pilota per la valutazione delle potenzialità depurative di zone umide costruite a flusso sommerso: l‟esperienza del progetto Unifito.
Bibliografia
113
Fent, K.,Weston, A.A., Caminada, D. (2006). Ecotoxicology of human pharmaceuticals.
Aquat. Toxicol. 76, 122–159.
Gagnè, F., Blaise, C., Andrè, C., Gagnon, C., Salazar, M. (2007). Neuroendocrine disruption and health effects in Elliptio complanata mussels exposed to aeration lagoons for wastewater treatment. Chemosphere 68, 731–743.
Hamdaoui O. (2006a). Batch study of liquid-phase adsorption of methylene blue using cedar sawdust and crushed brick. Journal of Hazardous Materials, B135: 264-273. Heberer, T. Stan H. J. (1996). Vom Wasser, , 86, 19-31.
Huber M.M., Ternes T., Gunten U.V. (2004). Removal of estrogenic activity and formation of oxidation products during ozonation of ethinylestradiol. Environmental
Science and Technology, 38: 5177–518.
Huber M.M., Gobel A., Joss A., Hermann N., Loffler D., Mcardell C.S., et al.(2005). Oxidation of pharmaceuticals during ozonation of municipal wastewater effluents: a pilot study. Environmental Science and Technology, 39: 4290–4299.
Iannelli, Renato, Bianchi, Veronica, Salvato, Michela and Borin, Maurizio (2011). Modelling assessment of carbon supply by different macrophytes for nitrogen removal in pilot vegetated mesocosms. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 91: 7, 708 — 726.
Katie Waterston, Jenny Weijun Wang, Dorin Bejan and Nigel J. Bunce (2006). Electrochemical waste water treatment: Electrooxidation of acetaminophen. Journal of Applied Electrochemistry 36:227–232.
Laura Martin-Diaza, Silvia Franzellitti, Sara Buratti, Paola Valbonesi, Antonio Capuzzo, Elena Fabbri (2009). Effects of environmental concentrations of the
Bibliografia
114
antiepilectic drug carbamazepine on biomarkers and cAMP-mediated cell signaling in the mussel Mytilus galloprovincialis. Aquatic Toxicology 94 177–185.
Liming Yang, Liya E. Yu, Madhumita B. Ray. Degradation of paracetamol in aqueous solutions by TiO2 photocatalysis (2008 ). Water research 42 3480 – 3488.
Martin-Diaz L., Franzellitti S., Buratti S., Valbonesi P., Capuzzo A., Fabbri E. (2009). Effects of environmental concentrations of the antiepilectic drug carbamazepine on biomarkers and cAMP-mediated cell signaling in the mussel Mytilus galloprovincialis.
Aquatic Toxicology 94, 177–185.
Masi (2003). Applicazioni e rendimenti depurativi dei sistemi naturali di depurazione: casi studio nazionali e internazionali. 2° Scuola Nazionale Trattamenti naturali delle
acque reflue, Sesto Fiorentino 7-10 Luglio 2003.
M. Clara*, B. Strenn, N. Kreuzinger (2004). Carbamazepine as a possible anthropogenic marker in the aquatic environment: investigations on the behaviour of Carbamazepine in wastewater treatment and during groundwater infiltration. Water
Research 38 947–954.
Montezinho, L.P., Mork, A., Duarte, C.B., Penschuck, S., Geraldes, C.F., Castro, M.M. (2007). Effects of mood stabilizers on the inhibition of adenylate cyclase via dopamine D(2)-like receptors. Bipolar Disord. 9, 290–297.
Naeem A., Westerhoff P., Mustafa S. (2007). Vanadium removal by metal (hydr)oxide adsorbents. Water Research, 41: 1596-1602.
Rai, U.N., Sinha, S., Tripathi, R.D., Chandra, P. (1995). Wastewater treatability potential of some aquatic macrophytes: removal of heavy metals. Ecological
Engineering 5, 5–12.
Sebastine, I.M., Wakeman, R.J. (2003). Consumption and environmental hazards of pharmaceutical substances in the UK. Process Saf. Environ. 81 (B4), 229–235.
Bibliografia
115
Sikora, F.J., Zhu, T., Behrends, L.L., Steinberg, S.L., Coornod, H.S. (1995). Ammonium removal in constructed wetlands with recipulating subsurface flow: removal rates mechanisms. Water Sci.Technol. 32 (3), 193–202.
Shuiping Cheng, Wolfgang Grosse, Friedhelm Karrenbrock, e Manfred Thoennessen. Efficiency of constructed wetlands in decontamination of water polluted by heavy metals.
Ternes, (2001). T. A. in Pharmaceuticals and Personal Care Products in the Environment: Scientific and Regulatory Issue, Daughton C. G. and Jones Lepp T. L. Eds. ACS Symposium Series 791 American Chemical Society, Washington, D. C.
Vymazal, J., Brix, H., Cooper, P.F., Haberl, R., Perfler, R. and Laber, J. (1998). Removal mechanisms and types of constructed wetlands. Constructed wetlands for wastewater treatment in Europe, J. Vymazal, H. Brix, P.F. Cooper, M.B. Green, R. Haberl (Eds.). Backhuys Publishers, Leiden, The Netherlands, pp. 17–66. C.
Waterston K., Wang J.W., Bejan D., Bunce N.J. (2006). Electrochemical waste water treatment: Electrooxidation of acetaminophen. Journal of Applied Electrochemistry 36,
227–232.
Yanga L., Yua L.E., Ray M.B. (2008). Degradation of paracetamol in aqueous solutions by TiO2 photocatalysis. Water research 42, 3480-3488.
Zhang, Y., Geissen, S.U., Gal, C. (2008). Carbamazepine and diclofenac: removal in wastewater treatment plants and occurrence in water bodies. Chemosphere 73,1151–