Metalli pesanti in tracce in acque destinate ad utilizzo agricolo: fato, mobilità ed interazioni
all’interfaccia suolo-acquifero
RELATORE:
Prof. Massimiliano Fabbricino CORELATORE:
Dott. Ludovico Pontoni
Università degli Studi di Napoli Federico II, Italia CANDIDATI:
Gerardo D’Alessio M67000176 Luigi Ferrara M67000224
Indice
INTRODUZIONE
DISCUSSIONE DEI RISULTATI SPERIMENTAZIONE
• Esposizione del problema
• Obiettivi
• Colonne
• Analisi dei reflui
• Soluzione artificiale
• Metalli pesanti
• Assorbanza e Fenoli
• Meccanismi
CONCLUSIONI
INTRODUZIONE
Esposizione del problema
Uso domestico Uso industriale Agricoltura
Solo tra il 10% e il 30% delle acque raggiungono le colture
Necessità di recuperare e riutilizzare l’acqua
Incremento del consumo di acqua Crescita della popolazione mondiale
INTRODUZIONE
Vie di destinazione dei contaminati a contatto con il suolo
INTRODUZIONE
Contaminante
Interazione con il suolo e ripartizione della fase solida, liquida e gassosa
Bioaccumulo Percolazione
Volatilizzazione Adsorbimento alla
matrice del suolo
Metalli pesanti in tracce in acque destinate ad utilizzo agricolo: fato, mobilità ed interazioni
all’interfaccia suolo-acquifero
Processi metalli pesanti
L’uomo assume una determinata quantità di metalli pesanti dall’acque potabili, anche se di norma le concentrazioni di tali sono molte basse.
Il problema nasce, quando essi riescono ad entrare nella catena alimentare attraverso gli alimenti con processi di biaccumolo e biomagnificazione raggiungendo concentrazioni elevate, che possono portare danni alla salute dell’uomo.
INTRODUZIONE
BIOACCUMULO
Colture Cibo
Rilascio
INTRODUZIONE
Metalli pesanti
Matrice solida immobile
Fase acquosa mobile
Colloidi Nano particelle
Fase mobile dei colloidi
Le dinamiche dei metalli pesanti all’interfaccia suolo- acquifero
INTRODUZIONE
I metalli pesanti:
hanno una densità superiore a 5g/cm3 ;
hanno un numero atomico superiore a 20;
si comportano generalmente come cationi;
hanno un’elevata attitudine a formare complessi molecolari.
INTRODUZIONE
Metalli pesanti: cadmio (cd)
Numero atomico 48
Peso atomico(g/mol) 112,41
Numero d’ossidazione +2
Origini Crosta terrestre e sottoprodotto
dell’estrazione di Zn,Cu e Pb Danni sulla salute Tossico per basse concentrazione,
bioaccumula
Utilizzi Pile nichel-cadmio, vernici
Concentrazione medie nelle acque reflue 0,002 mg/L
Cadmio (Cd)
INTRODUZIONE
Metalli pesanti: Rame (cu)
Numero atomico 29
Peso atomico(g/mol) 63,54
Numero d’ossidazione +1,+2
Origini Estrazione mineraria
Danni sulla salute Tossico ad alte concentrazioni, bioaccumula Utilizzi Elettronica , artigianato, trasporti, edilizia,
impiantistica termo-sanitaria Concentrazione medie nelle acque reflue 0,016 mg/L
Rame (Cu)
INTRODUZIONE
Metalli pesanti: N iche l (ni)
Numero atomico 27
Peso atomico(g/mol) 58,71
Numero d’ossidazione +2
Origini Estrazione mineraria
Danni sulla salute Tossico ad alte concentrazioni
Utilizzi leghe (acciaio inox)
Concentrazione medie nelle acque reflue 0,032 mg/L
Nichel (Ni)
INTRODUZIONE
Metalli pesanti: piombo(pb)
Numero atomico 30
Peso atomico (g/mol) 65,409
Numero d’ossidazione +2
Origini Estrazione mineraria
Danni sulla salute Presente nel corpo umano ma tossico in grandi quantità, bioaccumula
Utilizzi Fabbricazione di leghe, vernici, batterie
Concentrazione medie nelle acque reflue 0,003 mg/L
Zinco (Zn)
INTRODUZIONE
Studio delle interazioni all’interfaccia suolo/acquifero e della mobilità dei metalli presenti in tracce nelle acque reflue depurate
in terreni sottoposti a irrigazione
SPERIMENTAZIONE
SCOPO DELLA
SPERIMENTAZIONE
COLONNE
5%
20%
74%
1%
SUOLO ARTIFICIALE
Torba di sfagno
Caolinite
Sabbia di quarzo
CaCO3
SPERIMENTAZIONE
Analisi delle acque reflue
Metalli Lunghezza d’onda[nm] Concentrazione [ppb]
Al 396.153 118.3
Ca 396.47 1112 x100
Cd 214.44 0.232
Co 238.829 <0.5
Cr 283.563 Nd
Cu 327.393 8.734
K 766.490 86.20 x100
Mg 279.077 133.7 x100
Na 930.237 350.8 x100
Ni 232.003 1.308
Pb 405.781 Nd
Sr 232.235 927.6
Zn 206.200 24.82
Artificiale Corretta
[ppb]
F.A.O.
0.25 5 10
10 100 200
1.5 100 200
25 500 2000
Soluzione
SPERIMENTAZIONE
Le colonne di terreno sono state innaffiate con il refluo ed è stato prelevato giornaliermente il percolato.
Il suolo è stato poi suddiviso in 6 strati (i primi 2 di 0,5 cm e i restanti di 1 cm), per poter studiare i gradienti di concentrazione degli inquinanti sulla profondità.
Successivamente i campioni di terreno vengono fatti essiccare all’interno di un frigotermostato alla temperatura 42°C.
1
Strati
2 3 4 5 6
SPERIMENTAZIONE
SOLUZIONI
GRUPPO COLONNE SOLUZIONE
CONC.
METAL LI (ppb)
DOM
1
Acque reflue reali
Cd=0,25 Cu=10 Ni=1,5 Zn=25 2
3
B
7
Acque reflue artificiali
Cd=0,25 Cu=10 Ni=1,5 Zn=25 8
9
C
4
Acque reflue reali corrette
Cd=5 Ni=100 Cu=100 Zn=500 5
6
D
10
Acque reflue artificiali corrette Cd=5 Ni=100 Cu=100 Zn=500 11
12
E
13
Acque reflue artificiali corrette
Cd=5 Ni=100 Cu=100 Zn=500 14
15
A
C
D
E B
SPERIMENTAZIONE
A
=
= =0
= =
8
MINERALIZZAZIONE SPERIMENTAZIONE
CONCENTRAZIONE DI FENOLI
200 mg terreno + 1800 mg di Na2SO4;
500 mg diluzione solida-falcon di 15ml + 10 mL di acqua bidistillata +75 µL di FOLIN + 3 mL di Tartrato di sodio e potassio (75 ml acqua bidistillata, aggiungendo, agitandolo, 1.2 gr di Potassio sodio tartrato tetraidrato e 20 gr Carbonato di sodio);
Vortex, il tutto è stato lasciato a riposo per 30 minuti ottenendo una soluzione di colore blu;
Cuvette, spettrofotometro (λ=700nm), legge Lambert-Beer.
SPERIMENTAZIONE
ANALISI DEI PERCOLATI
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18
A
Cd Ni Cu 42,3
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18 37,8 B
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18
A
Zn 1000,4
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18 5242,1 B
[ppb] [ppb]
[ppb]
[ppb]
[giorni]
[giorni]
RISULTATI
COD e ASSORBANZA
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 2 3 5 6 8 9 11 12 14 15 17 18
A - COD
465,2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 2 3 5 6 8 9 11 12 14 15 17 18
B - COD
434,9
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18
A – abs245
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 16,5 18
B – abs245
𝑚𝑔𝑂2
𝐿 𝑚𝑔𝑂2
𝐿
[nm]
[nm]
[giorni]
[giorni]
RISULTATI
Concentrazione dei fenoli e Assorbanza (700nm)
[nm]
[nm]
RISULTATI
0 1 2 3 4 5 6
0 100 200 300 400 500
A
0 1 2 3 4 5 6
0 100 200 300 400 500
B
[cm]
[ppm]
[cm]
[cm]
[ppm]
0 1 2 3 4 5 6
0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500
ads 700 A
0 1 2 3 4 5 6
0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500
ads 700 B
[cm]
Concentrazione Zinco
RISULTATI
[cm] [cm]
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6
A [ppm]
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6
B [ppm]
Concentrazione Nichel
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6
A [ppm]
[cm]
Concentrazione Cadmio
RISULTATI
[cm]
Concentrazione Rame
[cm]
0 1 2 3 4 5 6
0 10 20 30 40 50
[ppb]
A
0 1 2 3 4 5 6
0 10 20 30 40 50
[ppm]
A
Effetto della DOM
Colloidi mobili (lenti) Colloidi/liganti mobili (veloci)
Metalli
RISULTATI
I metalli adsorbiti sul primo cm, con il trascorrere del tempo, potrebbero generare fenomeni di bioaccumulo nelle radici della vegetazione irrigata.
CONCLUSIONI
La presenza di DOM (acidi umici e fulvici) all’interno del suolo è strettamente correlata con la migrazione dei metalli pesanti nelle colonne.
Gli acidi umici e fulvici sono sitospecifici, da ciò consegue che il meccanismo dipende principalmente dal tipo e composizione del suolo stesso.
Unitamente alla mobilitazione dei metalli pesanti può esserci anche mobilitazione dei fenoli e di altri inquinati .
Il trasporto dei fenoli all’interno del suolo fornisce interessanti informazioni sul meccanismo di mobilità della DOM e quindi dei metalli pesanti.
