3. Il soil flushing di suoli contaminati da metalli mediante agent
3.2 Fattori che influenzano l’efficacia del trattamento
3.2.4 Modalità di applicazione del chelante
Per un dato chelante, la modalità di applicazione (concentrazione, rapporto molare, applicazione singola o ripetuta, applicazione di diversi chelanti) determina differenti efficienze di estrazione, in un trattamento di soil flushing o di soil washing, ed un differente leaching dei metalli, in un trattamento di phytoremediation (Elliot e Brown, 1989; Heil et al., 1994; Davis e Hotha, 1998; Steele e Pichtel, 1998; Theodoratos et al., 2000; Greman et al., 2001; Andrade et al., 2007; Polettini et al., 2007; Udovic e Lestan, 2007; Zou et al., 2009).
Vari studi, in letteratura, hanno dimostrato come l’estrazione dei metalli, dal suolo, risulti più veloce e consistente con l’aumento della concentrazione della soluzione estraente (Kim et al., 2003; Tandy et al., 2004; Tsang et al., 2007b). Lo studio, condotto da Kedziorek e Bourg (2000), sul trattamento di soil flushing mediante EDTA, ha riscontrato come, una diminuzione, di un ordine di grandezza della concentrazione della soluzione estraente, comporti una riduzione della quantità di Pb e Cd estratti, rispettivamente, di 14 e 6 volte.
Il grado di estrazione dei contaminanti target, da parte dei chelanti, è affetto dalla presenza nel suolo di cationi (Ca, Mg, Mn, Al e Fe), i quali competono, con essi, per la
complessazione con i chelanti (Kim e Ong, 2000; Kim et al., 2003; Lim et al., 2004; Polettini et al., 2007).
Per tale ragione, è necessario applicare un eccesso del chelante, se si vuole ottenere un’adeguata rimozione dei contaminanti. Nello studio condotto da Elliot e Brown (1989), più del 95% del Pb presente nel suolo è stato rimosso, adottando un rapporto molare EDTA:Pb di 2:1. Lo studio condotto da Kim et al. (2003) ha esaminato l’impatto, sull’efficienza estrattiva del piombo, del rapporto stechiometrico tra chelante (EDTA) e metallo; per un rapporto stechiometrico superiore a 10, la maggior parte del Pb è stato estratto da quasi tutti i suoli esaminati. Anche di Palma e Ferrantelli (2005) hanno studiato l’effetto del rapporto molare EDTA:Cu sull’efficienza estrattiva del metallo.
Tuttavia, essendo la dissoluzione del suolo influenzata anche dal rapporto molare chelante-metallo, occorre particolare attenzione nel fissare tale rapporto Nello studio condotto da Yip et al. (2009a), l’utilizzo dell’EDDS in eccesso comporta l’incremento del fenomeno della dissoluzione del suolo, sebbene abbia il vantaggio di eliminare il riadsorbimento dei metalli nel suolo trattato, che invece si presenta utilizzando l’EDDS in difetto.
L’applicazione dello stesso quantitativo di chelante, in un certo numero di dosaggi (approccio multistep), anziché in un unico dosaggio, può determinare una maggiore efficienza di estrazione, per via dell’attenuazione del fenomeno della dissoluzione del Fe conseguente all’applicazione del chelante (Finzgar e Lestan, 2007). Lo studio, condotto da Finzgar e Lestan (2007), ha dimostrato come l’applicazione di una stessa quantità di EDTA in vari step, anziché in un’unica dose, migliori, significativamente, la rimozione del Pb e dello Zn. Infatti, nel trattamento di uno dei suoli analizzati, l’EDTA, applicato alla concentrazione di 2.5 mmol/kg in otto step (per un totale di 20 mmol/kg di EDTA applicato), ha consentito di ottenere il 28% in più di Pb rimosso, rispetto al caso della singola applicazione di 20 mmol/kg.
Nello studio condotto da Neugschwandtner et al. (2008) sul trattamento di phytoremediation, l’applicazione dell’EDTA, in modalità multistep, ha prodotto una mobilizzazione iniziale più bassa dei metalli, ma ha consentito di ottenere, in generale, un quantitativo di Pb e Cd solubile più costante nel tempo, se confrontato con quello ottenuto nel caso dell’applicazione del chelante in un’unica dose. Inoltre, lo studio ha riscontrato una mobilizzazione dei metalli decisamente più consistente nella parte superiore del terreno trattato con EDTA (0-5 cm), rispetto alla parte inferiore (45-50 cm). La distribuzione verticale del Pb e del Cd mobilizzati è risultata maggiormente evidente nell’applicazione del dosaggio unico di EDTA. Ciò conferma i risultati ottenuti da Shen et al. (2002), secondo cui l’applicazione dei chelanti, in dosi multiple, limita la solubilità di questi e la potenziale migrazione verso il basso.
Anche secondo Sun et al. (2001) la modalità di applicazione dell’EDTA è uno dei principali fattori che controlla il leaching. Nello studio da essi condotto, infatti, differenti modalità di applicazione del chelante conducono a risultati differenti in termini di percolazione dei metalli. Lo stesso terreno è stato trattato, dagli studiosi, con l’applicazione di 50 mmol/kg di EDTA, in modo impulsivo, e con l’applicazione di circa 3 mmol/kg del chelante in continuo. L’applicazione impulsiva, di un quantitativo di chelante molto più alto, ha condotto ad un rapido esaurimento del fenomeno di
cessione dei metalli; inoltre, il fenomeno si è concluso, per tutti i metalli, dopo il passaggio, attraverso la colonna di terreno, della stessa quantità di flusso, anche per il Pb, che era risultato più fortemente legato al suolo e la cui cessione doveva, dunque, essere più lenta. Nel caso dell’applicazione in continuo della dose molto inferiore del chelante, il fenomeno di rilascio dei metalli è risultato molto più lento e non si è esaurito neanche dopo il passaggio, attraverso la colonna di terreno, di un quantitativo di flusso rispetto due volte superiore a quello del caso precedente; inoltre, con l’applicazione della dose di chelante minore, le cinetiche di cessione dei vari metalli sono risultate differenti.
Anche l’applicazione contemporanea di differenti sostanze chimiche può migliorare l’efficienza di estrazione. Tale combinazione può essere scelta, in modo da abbassare il pH della soluzione, per aumentare la solubilità dei metalli, per esempio con EDTA e acido acetico (Blaylock et al., 1997); oppure possono essere utilizzati più chelanti, contemporaneamente, in modo da ridurre la competizione del metallo target con gli altri metalli del suolo, ad esempio, in Luo et al. (2006c), l’utilizzo dell’EDDS, assieme all’EDTA, aumenta notevolmente l’efficienza di estrazione, per via della complessazione del Ca da parte dell’EDDS.