LA FITORIMEDIAZIONE APPLICATA AL SITO DI PERTUSOLA Il

LA FITORIMEDIAZIONE APPLICATA AL SITO DI PERTUSOLA
Il Progetto Operativo di Bonifica del sito di Pertusola, già approvato in Conferenza
dei Servizi decisoria dal Ministero dell’Ambiente, prevede, tra le tecniche di bonifica,
anche la fitorimediazione e la rimediazione elettrocinetica (EKRT).
La scelta di queste tecniche innovative e a basso impatto ambientale, mascherano in
realtà la “non bonifica” del sito, che sarà una semplice messa in sicurezza
permanente, con tutti le sostanze cancerogene che resteranno dove sono, coperti in
parte con altre scorie (CIC) e in parte con pochi cm di asfalto.
La fitorimediazione dei 5 ettari del sito di Pertusola merita però un approfondimento,
soprattutto per quanto riguarda i risultati sperimentali sino ad oggi ottenuti.
In situ alcune specie arboree fitorimediatrici vengono studiate per stabilire la capacità
estrattiva dei metalli pesanti e dell’arsenico presenti sul sito.
La sperimentazione prevede l’utilizzo di alcune specie arboree (acacia saligna,
populus alba, eucalyptus camadulensis, paulownia tomentosa, eucalyptus globulus)
e alcune specie erbacee con ciclo breve, costituite da piante iperaccumulatrici (cynara
cardunculus, brassica napus, sorghum bicolor, festuca rubra).
I risultati sperimentali forniti da Syndial sono quelli relativi all’accrescimento delle
specie arboree (variazioni percentuali dei dati biometrici) e all’asportazione dei
metalli pesanti, ma non è stata fornita nessuna indicazione sulla stima della
produzione totale di biomassa, o sui tempi necessari per la bonifica.
La stima dei tempi di fitorimediazione di un sito dipende da molti fattori, come la
natura agronomica del suolo (pH, calcare attivo, composizione granulometrica,
capacità di scambio cationico, sostanza organica, azoto totale, microelementi e
macroelementi), dal tipo di contaminazione presente, dalle specie fitorimediatrici
impiegate, che devono avere elevati fattori di bioconcentrazione (BFC) e di
traslocazione (TF), nonché dalla biomassa prodotta.
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Risulta estremamente difficile effettuare una stima rigorosa dei tempi di risanamento
dei suoli, tuttavia con i risultati sino ad oggi ottenuti in situ, ma soprattutto dal
confronto con altre sperimentazioni simili, è possibile valutare in linea di massima il
tempo necessario per la bonifica del sito di Pertusola.
La stima sui tempi di fitorimediazione viene fatta dividendo la quantità di metallo da
eliminare dal terreno con la quantità di metallo asportato annualmente dalla biomassa
prodotta. Nel caso specifico verrà stimata la produzione di biomassa della pianta che
ha dato i migliori risultati in situ e la distribuzione dei metalli asportati nelle varie
parti della pianta (radici, arbusti e foglie).
Calcolo della quantità di metalli pesanti e arsenico da asportare dal suolo (strato
0-1 m da p.c.).
La particella del sito di Pertusola scelta per la realizzazione del campo sperimentale
ha come sondaggio di riferimento SI33 (Sondaggi Fisia Italimpianti - 2006), che
risulta fortemente contaminata da:

Arsenico 350 mg/kg (invece di 50 mg/kg);

Cadmio 580 mg/kg (invece di 15 mg/kg);

Piombo 5.300 mg/kg (invece di 1.000 mg/kg);

Zinco 36.000 mg/kg (invece di 1.500 mg/kg).
Il suolo in queste condizioni può essere assimilato ad un rifiuto pericoloso e dovrebbe
essere smaltito in discarica autorizzata per rifiuti pericolosi, indipendentemente dai
risultati dei test di cessione, che al massimo potrebbero indicare ulteriori trattamenti
preliminari di inertizzazione.
Nei seguenti calcoli non considereremo la fitorimediazione dello zinco, perché in
base all’analisi di rischio sito specifica effettuata da Syndial, la concentrazione soglia
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di rischio (CSR) che è stata determinata per il metallo è di 38.420 mg/kg, cioè
superiore al valore del sondaggio SI33 ed incredibilmente regolare.
L’arsenico (As), il cadmio (Cd) e il piombo (Pb) invece dovranno essere riportati al
di sotto delle loro CSR, che rispettivamente sono di 50 mg/kg, 15 mg/kg e 1000
mg/kg, perché il Cd e As sono sostanze riconosciute cancerogene (H7) ed il Pb è una
sostanza tossica per il ciclo riproduttivo (R61).
Concentrazioni dei metalli da asportare dal suolo:

Arsenico:
350 – 50 = 300 mg/kg;

Cadmio:
580 – 15 = 565 mg/kg;

Piombo:
5.300 – 1.000 = 4.300 mg/kg
Massa Suolo/Ha:
superficie: 10.000 mq;
densità: 1,6 Ton/mc;
spessore contaminato: 1 m;
Massa Suolo: 10.000 mq x 1 m x 1,6 Ton/mc = 16.000 Ton = 16.000.000 kg
Massa dei Metalli da fitorimediare per ettaro (Sondaggio SI33):
As = 300 mg/kg x 16.000.000 kg = 4,8*109 mg = 4.800 kg
Cd = 565 mg/kg x 16.000.000 kg = 9,04 *109 mg = 9.040 kg
Pb = 4.300 mg/kg x 16.000.000 kg = 68,8 *109 mg = 68.800 kg
Fitoestrazione in situ (dati Syndial)
La specie arborea che ha dato i migliori risultati sperimentali sino ad oggi (giugno
2012) è stata l’acacia saligna (Syn. Acacia Cyanophylla), perché rispetto alle altre
piante ha accumulato concentrazioni notevolmente maggiori di cadmio e piombo
nell’apparato fogliare.
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Questa specie inoltre è stata l’unica che ha accumulato nelle foglie concentrazioni di
metalli superiori a quelli delle radici, confermando tra l’altro quanto riscontrato in
altri lavori di ricerca.
I risultati dell’asportazione dell’arsenico non sono stati forniti, come se il suolo non
fosse contaminato dal metalloide, tuttavia occorrerà estrarne 4.800 kg/ha.
I risultati dell’asportazione di Cd e Pb dell’acacia saligna (micorrizata) sono stati i
seguenti:

Cd, foglie = 185 ppm (mg/kg);

Cd, fusto = 5 ppm (mg/kg);

Cd, radici = 20 ppm (mg/kg);

Pb, foglie = 1.350 ppm (mg/kg);

Pb, fusto = 20 ppm (mg/kg);

Pb, radici = 20 ppm (mg/kg);
Stima della produzione di biomassa
Per la determinazione della produzione sono stati messi a punto vari metodi per la
stima campionaria della biomassa epigea sui singoli alberi modello: tra quelli di
maggior efficacia, si cita in particolare il metodo RBS (Random Branch Sampling).
Gli alberi modello sono utilizzati per mettere a punto equazioni di predizione delle
varie componenti della biomassa (equazioni allometriche), a partire da variabili
dendrometriche di facile rilievo (CALAMINI e GREGORI, 2001; ALBERTI et al., 2005),
quali diametro a petto d’uomo e, meno frequentemente, altezza totale del fusto.
Uno studio molto interessante di previsione della biomassa totale, fogliare e legnosa
dell’acacia saligna (syn. Acacia Cyanophylla Lindl), è stato svolto da Abdelwahed
Laamouri et. al.”Prediction de la biomass aérienne d’acacia cyanophylla Lindl à
partir de mensurations dimensionnelles” [Ann. For. Sci. 59 (2002) 335-340].
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Come si evince dalla Tabella I, secondo questo studio, i modelli previsionali delle
biomasse si basano sulla misurazione del volume o del diametro di base degli arbusti,
o su entrambi:
Poiché non sono stati forniti da Syndial questi dati, la previsione della produzione di
biomassa è stata fatta confrontando la produzione ottenuta in altri siti, considerando
comunque tutti i fattori che possono migliorare l’accrescimento delle piante, come la
fertilizzazione e la frequente irrigazione, anche se l’acacia saligna resiste bene in
zone aride.
Ad esempio una sperimentazione condotta di recente in Italia a Mussomeli (CL) da
Facciotto G. et al. “Biomass production of fast growing species in a short rotation
coppice in Sicily” (19th European Biomass Conference and Exhibition – 2011 Berlin),
indica per l’acacia saligna una produzione di biomassa annuale secca per ettaro di
12,4 ton, ottenuta senza irrigazione, ad eccezione del primo anno di crescita.
In precedenza, sempre in Sicilia, su un sito con terreni argillosi, fertilizzati ma
degradati, con 500 mm di precipitazioni, sono stati ottenuti annualmente soltanto 13
ton di biomassa verde per ettaro di acacia saligna (Stringi et al. 1987).
Secondo uno studio di Trevor J. Hobbs et. al.”Reviews of high priority species for
woody biomass crops in lower rainfall Southern Australia” (Agosto 2009), la
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biomassa totale secca prodotta (fuori terra), in un sito australiano, di cui la pianta è
originaria, è stata pari a 20 ton per ettaro per anno.
In Fig. 1 si può vedere quanto siano rigogliose queste piante di acacia saligna, con la
speranza che anche quelle del sito di Pertusola diventino così produttive.
Fig.1 Acacia Saligna di 51 mesi in un sito ad alta produttività 20 ton / ha anno
(Esperance, Western Australia)
Altri lavori hanno dimostrato che un’irrigazione spinta migliora la produttività
dell’acacia saligna, infatti, lo studio di Zegada-Lizarazu et.al. (2007), condotto nel
deserto del Negev (Israele), ha evidenziato sotto differenti trattamenti d’irrigazione,
una produzione totale secca di biomassa a 5 anni, compresa tra 14,4 ton e 126,2 ton,
per una produzione annuale massima di 25,2 Ton (126,2/5 anni).
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Un risultato analogo è stato ottenuto su un campo sperimentale a Sde Boker (Israele)
da E. Garcia e P. Berliner “ The Effect of Irrigation Frequency and Water Quality on
the Biomass Production of Acacia Saligna Mature Shrubs” (2000), variando sia la
frequenza d’irrigazione, che la qualità dell’acqua impiegata.
La stima della produzione di biomassa totale è stata ottenuta determinando una
correlazione tra l’area della sezione trasversale (CSA) e la produzione di biomassa
secca totale annua (ATDBP), riportata in Fig.2:
Fig.2 Relazione tra la biomassa secca degli arbusti e l’area della sezione trasversale (CSA)
Il miglior risultato produttivo, ottenuto con la frequenza d’irrigazione più elevata e la
migliore acqua è stato di 32,5 Ton:
TDB (ton) = 2.500 piante /ha x 13 kg/pianta = 32.500 kg
TDB = Biomassa secca totale
Densità dell’Impianto = 2.500 piante/ha
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Fig.3 Relazione tra l’uso di acqua a consuntivo (Consumptive Water Use ) e la produzione di
biomassa secca totale annua ( Annual Total Dry Biomass Production), raggruppate per qualità di
acqua utilizzata per l’acacia saligna (1999).
Alla luce di tutto ciò, appare evidente che la produzione totale secca di biomassa che
si potrà ottenere sul sito di Pertusola, nelle migliori condizioni agronomiche possibili,
non supererà mai 30 ton/ha per anno.
Una previsione realistica potrebbe attestarsi intorno alle 10-12 ton/ha, tuttavia ai fini
del calcolo considereremo il valore massimo ottenuto su altri siti, in condizioni di
fertilizzazione ed irrigazione.
Vediamo adesso com’è suddivisa la produzione totale di biomassa nell’apparato
radicale, negli arbusti e nelle foglie.
Sulla base di alcuni studi effettuati da Trevor J. Hobbs , la percentuale di fogliame
nella biomassa secca è del 16 % , mentre la parte legnosa e la corteccia è del 84%.
In Sud Africa è stato osservato che la percentuale di foglie è del 12%, mentre la parte
legnosa è del 88% (Milton and Siegfried 1981).
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Uno studio egiziano ha determinato la percentuale di foglie nel 20 % e la matrice
legnosa al 79,3% (El-Osta and Megahed 1992). Comunque la variazione della
componente fogliare varia con le condizioni di crescita e al tipo di sottospecie.
Così come generalmente con l’età delle piante aumenta la parte legnosa.
Ai fini del calcolo, poiché l’acacia saligna ha una buona asportazione nella parte
fogliare, considereremo per quest’ultima il valore più elevato, cioè il 20%.
Asportazione dei metalli dalle specie erbacee con ciclo breve
Per intensificare l’attività di fitorimediazione del sito, oltre alle specie arborie,
Syndial prevede di coltivare alcune specie erbacee, con ciclo produttivo breve, come
la cynara cardunculus, brassica napus, sorghum bicolor e la festuca rubra.
Su queste piante non sono stati forniti dati, pertanto possiamo semplicemente far
riferimento ai risultati ottenuti in altre sperimentazioni.
Ovviamente, la quantità di metalli asportati dalle piante bioaccumulatrici dipende da
molti fattori ed è difficilissimo trovare siti contaminati come quello di Pertusola, in
cui viene applicata la fitorimediazione.
Il cadmio è uno dei metalli più difficili da fitorimediare e sul sito di Pertusola ci sono
9.040 kg di Cd in eccesso.
La quantità di metallo (Cd) che viene normalmente estratto con specie erbacee è al
massimo poche centinaia di grammi per ettaro.
Ad esempio nello studio di L. Marchiol et.al. “Utilizzo di piante agrarie nel
fitorisanamento di suoli contaminati da metalli pesanti e metalloidi: (II) primi
risultati della sperimentazione in situ di Torviscosa (Udine)”, il trattamento di
bonifica di un sito contaminato da metalli pesanti e arsenico, che ricade in un’area
SIN, ha dimostrato che il processo di fitorimediazione, soprattutto quando si tratta di
siti fortemente contaminati, è poco efficace.
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Tra l’altro la contaminazione del sito è avvenuta ad opera di polveri di pirite (solfuro
di ferro), simile alla contaminazione del sito di Pertusola, dove si lavorava la blenda
(solfuro di zinco).
A Torviscosa (UD) la specie erbacea che ha dato i migliori risultati è stata il sorghum
bicolor fertilizzato chimicamente, che attraverso lo sfalcio e la raccolta della
biomassa, ha asportato 5,62 g/ha di Cd, 159 g/ha di As e 107 g/ha di Pb.
Le quantità di Cd rimosse dal suolo contaminato di Dornach (Svizzera)
nell’esperimento condotto da Keller et al. (2003) sono state: 6.95 g/ ha da Brassica
juncea, 41.7 g/ ha Nicotiana tabacum, 9 g /ha Zea mays e 179 g/ ha Thlaspi
caerulescens.
Sempre Keller e Hammer (2003) in un suolo acido hanno verificato asportazioni di
Cd da parte di Thlaspi caerulescens pari a 540 g/ ha.
Ai fini della nostra stima ipotizziamo che con la specie erbacea venga estratto la
stessa quantità di metallo fitorimediato da l’acacia saligna.
Estrazione dei metalli con l’acacia saligna
Ipotizzando una produzione di biomassa epigea di 30.000 kg:
Biomassa secca fogliare = 0,20 x 30.000 kg = 6.000 kg/ha anno
Biomassa secca legnosa = 0,80 x 30.000 kg = 24.000 kg/ha anno
Cadmio
Cd, foglie = 6.000 kg/ha anno x 185 mg/kg = 1.110 g/ha anno
Cd, fusto = 24.000 kg/ha anno x 5 mg/kg = 120 g/ha anno
Cd, totale = 1.230 g/ha anno
Cd, erbacee = 1.230 g/ha anno (al massimo con la Brassica Juncea)
Cd, estratto = 1.230 + 1.230 = 2.460 g/ha anno
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Piombo
Pb, foglie = 6.000 kg/ha anno x 1.350 mg/kg = 8.100 g/ha anno
Pb, fusto = 24.000 kg/ha anno x 20 mg/kg = 480 g/ha anno
Pb, totale = 8.580 g/ha anno
Pb, erbacee = 8.580 g/ha anno (al massimo con la Brassica Juncea)
Pb, estratto = 8.580 + 8.580 = 17.160 g/ha anno
Stima dei tempi di fitorimediazione
Cadmio
Cd, anni = 9.040 /2,46 = 3.675 anni
Piombo
Pb, anni = 68.800 /17,16 = 4.009 anni
Nei seguenti calcoli è stata esclusa la quantità di metalli estratti dalle radici.
Conclusione
La fitorimediazione del sito di Pertusola non è una soluzione tecnica accettabile,
soprattutto se paragonata ai tempi previsti dal progetto operativo di Syndial (circa 10
anni).
In nessuna parte del mondo esiste un sito contaminato da cadmio di queste
proporzioni, che viene bonificato con delle piante, per quanto queste possano essere
bioaccumulatrici e/o produrre tanta biomassa.
A fini del calcolo abbiamo considerato tutte le soluzioni tecniche-agronomiche che
potevano favorire la quantità di metalli sottratti dal suolo, come ad esempio una
notevole produzione di biomassa della specie arborea, che migliora con la
fertilizzazione e abbondanti irrigazioni.
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Si è valutata anche la migliore asportazione di Cd e Pb di una pianta
bioaccumulatrice come la Brassica Juncea, da utilizzare in cicli produttivi brevi
(short rotation).
Escludendo la fitorimediazione dell’arsenico, i tempi previsti per la bonifica del sito
superano i 4.000 anni.
Crotone, 01 ottobre 2012
Ing. Vincenzo Voce
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