Siti contaminati: Caratterizzazione, Bonifica e Analisi di Rischio
DETERMINAZIONE DEI VALORI DI FONDO
DI SOSTANZE INORGANICHE NELLE ACQUE
SOTTERRANEE
Nicoletta Calace, Maurizio Guerra
ISPRA
Nicoletta Calace, Maurizio Guerra
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Indice
1.
2.
3.
4.
Inquadramento normativo
Le acque di falda
L’approccio BRIDGE
Il protocollo ISPRA
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2
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"Nec miror, si locus atque aer aquas inficit similesque
regionibus reddit, per quas et ex quibus veniunt: pabuli
sapo apparet in lacte, et vini vis existit in aceto. Nulla
res est, quae non eius, quo nascitur notas reddat"
"E non mi meraviglio se il luogo e l'aria inquinano le
acque e le rendono simili alle regioni che attraversano
e da cui provengono: il latte conserva il sapore del
pascolo e nell' aceto si ritrova il vigore del vino. Non c'
è cosa alcuna che non porti impresso il marchio di ciò
da cui nasce."
(Seneca, Naturales Quæstiones, liber III 21,2)
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Inquadramento normativo
Direttiva Quadro Acque 2000/60/CE (DQA), Art 17: misure per il
raggiungimento del buono stato chimico dei corpi idrici
sotterranei
Direttiva 2006/118/CE “attua quanto previsto dall’art. 17 della
DQA, All’ art. 3 si definisce lo stato chimico delle acque sulla
base del confronto delle concentrazioni misurate con dei valori
di conformità, o valori soglia (threshold values, VS)
L’all’II, parte A : per fissare i VS è necessario considerare “le
caratteristiche idrogeologiche, comprendenti informazioni sul
livello di fondo e del bilancio idrico”
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Inquadramento normativo
Il Dlgs 152/06 e il recente DM 56 del 14 aprile 2009
in conformità con la DQA impone entro il 2015 il
raggiungimento del buono stato ambientale dei corpi
idrici sotterranei.
Il riferimento sono i VS, (fissati a livello nazionale su
base ecotossicologica e, a scala sito specifica anche
i Valori di fondo VF, quando VF>VS
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Inquadramento normativo
Nel DM 471/99 il fondo naturale è un obiettivo cui deve
tendere la bonifica qualora si dimostri che nell’intorno
non influenzato dalla contaminazione del sito i valori di
concentrazione del fondo naturale per una data
sostanza risultano superiori a quelli delle CLA.
Il D. Lgs 152/2006 (art. 240): …nel caso in cui il sito
potenzialmente contaminato sia ubicato in un’area
interessata da fenomeni antropici o naturali che
abbiano determinato il superamento di una o più
concentrazioni soglia di contaminazione CSC,
quest’ultime si assumono pari al valore di fondo
esistente per tutti i parametri superati.
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Inquadramento normativo
In entrambi in casi il concetto di fondo mostra degli elementi di
criticità:
Nel DM 471/99 si parlava di fondo naturale laddove non sempre è
chiaramente distinguibile da un fondo antropico
Nel D.Lgs. 152/99 si parla in genere di fenomeni antropici senza
specificare la differenza fra eventi puntuali e contaminazione
diffusa
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Le acque di falda
Il chimismo delle acque di falda è il risultato di processi naturali:
•interazione acqua –roccia durante il percorso ricarica-emergenza
•processi correlati (mixing fra acquiferi, condizioni redox, interazione
con gas (CO2), particolati e aerosol;
L’interazione acqua-roccia dipende da molti fattori:
litologie interessate, caratteristiche del ciclo idrogeologico (es. tempi
di residenza, modalità di ricarica, regime sismo –tettonico ecc.)
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Le acque di falda
Contributo antropogenico:
•contaminazione diretta della falda
•contaminazione di altre matrici ambientali (es. terreni, aria, acque
superficiali),
•alterazione
delle
condizioni
chimico-fisiche
ambientali
(temperatura, ph, Eh)
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Le acque di falda
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Le acque di falda
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Le acque di falda
8
Sateano
5
3
2
1
S. Casciano ai B.
Rapolano T.
SO4(meq/l)/HCO3(meq/l)
6
4
SSE
Chianciano T
NNO
7
0
0
10
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20
30
km
40
50
60
12
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Le acque di falda
2-
SO4 + Cl
50
-
25
50
0
69
70
29
0
32
68
c
22
5 6
4
sw
25
25
25
64
61
66
26
16
10
11
17
8
9
a
18
1224
15 2 38
20 23
14
71
46-55
19
34 31
3
7
21
1
13 44
45
33
28
35-36 27
56
30 39
63
67
40 41
37 43 42
57 b
0
0
25
HCO3
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Ca2++Mg2+
Na++K+
62
65
50
50
-
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L’approccio BRIDGE
BRIDGE (Background cRiteria for the IDentification
of Groundwater thrEsholds) è una ricerca
sviluppata a livello europeo volta al supporto di atti
di indirizzo politico e gestionale della risorsa
acqua, nell’ambito delle Water Framework
Directive (WFD) e della Groundwater Daughter
Directive (GWDD). L’obiettivo di fondo è
individuare e testare un metodo per derivare i
valori soglia di determinati parametri nelle acque di
falda.
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L’approccio BRIDGE
Il BRIDGE ha proposto una metodologia di derivazione
dei VF che può essere schematizzata come segue:
▪
determinazione della tipologia dell’acquifero sulla
base di una tipizzazione idrogeochimica degli acquiferi
europei operata tenendo in considerazione la litologia, il
grado di intrusione salina, parametri idrodinamici,
condizioni redox, contenuto di sostanza organica, ossidi
e solfuri minerali, nonché l’età geologica.
identificazione dell’approccio da utilizzare sulla base
della tipologia, dalla quantità e dalla affidabilità dei dati
disponibili.
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L’approccio BRIDGE
Nei casi in cui si ha un livello medio di conoscenza
dei processi geochimici che interessano l’acquifero
e sono disponibili dati relativi al monitoraggio delle
acque sotterranee i VF possono essere:
▪ stimati sulla base dei risultati di elaborazioni
statistiche (uso del 90° percentile dei valori elaborati
statisticamente in altri Paesi per acquiferi della
stessa tipologia);
▪ derivati sulla base di un approccio semplificato
(pre-selezione). La pre-selezione è basata
sull’esclusione dei campioni che contengono
indicatori di contaminazione antropica (ad es: nitrati,
potassio, ammoniaca) al di sopra di un certo valore.
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L’approccio BRIDGE
Ulteriori limitazioni sull’uso dei dati da utilizzare per la
determinazione
dei
VF
sono
costituite
dall’incompletezza di informazioni circa i punti di
campionamento (es. profondità rappresentativa del
campione) oppure quando gli stessi afferiscono a
situazioni geologiche/geochimiche specifiche (es.
presenza di sorgenti idrotermali, intrusioni saline,
ecc.).
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L’approccio BRIDGE
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DEFINIZIONE DEL
MODELLO
CONCETTUALE
Il Protocollo ISPRA
Acquisizione
nuovi dati
1.
2.
3.
4.
Definizione del modello concettuale
Organizzazione della banca dati
Analisi dei dati
Determinazione del valore di fondo
ORGANIZZAZIONE
DEL DATA BASE
REVISIONE
DEI DATI
NO
Raccolta dati
Definizione dei
criteri di esclusione
set di dati sufficiente?
SI
ANALISI DEI DATI
- non detect
- outliers
- distribuzione
DETERMINAZIONE
DEL
VALORE DI FONDO
CONFRONTO
POPOLAZIONI
FONDO / AREA DI
INTERESSE
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Il Protocollo ISPRA
Definizione del modello concettuale
1. Raccolta dati
2. Ricostruzione dell’assetto geologico ed idrogeologico
3. Valutazione delle pressioni antropiche
Organizzazione della banca dati
1. Completezza del set di dati
2. Revisione e selezione dei dati raccolti
3. Pianificazione indagini ex novo
Analisi dei dati
1. Numerosità campionaria
2. Trattamento non-detect
3. Individuazione e trattamento degli outliers
4. Definizione della distribuzione dei dati
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1. Completezza del set di dati
coordinate, tipologia punto monitoraggio (pozzo,
ricostruzione stratigrafica, profondità del tratto filtrato;
piezometro,
sorgente),
profondità di campionamento, data di campionamento,
metodo di campionamento, pretrattamento del campione
conservazione e metodi di analisi per ciascun parametro;
dati chimico-fisici: temperatura, conducibilità elettrica, pH, Eh,
ossigeno disciolto, solidi sospesi totali
§chimismo principale: contenuto in K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, SO42-,
HCO3-, NO3§composti organici: indicatori di contaminazione dovuta a
pressione antropica;
§parametri di interesse: sono i composti inorganici per i quali si
vogliono determinare i valori di fondo nelle acque sotterranee.
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2. Revisione e selezione dei dati raccolti
Dal set di dati preesistenti bisogna eliminare quelli relativi a campioni con:
NO3- >10 mg/l
bilancio ionico maggiore del 10%
NaCl>1g/l (aree costiere)
Il vincolo legato al contenuto in cloruro di sodio andrà valutato caso
per caso in funzione delle interazioni anche naturali che il corpo idrico
di interesse ha con sistemi esterni (es. prossimità alla linea di costa,
risalita dei fluidi di origine profonda)
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Dati preesistenti
non idonei alla elaborazione
3. Pianificazione indagini ex novo
Andranno prodotte TUTTE le informazioni necessarie
alla creazione di un set di dati idoneo
coordinate geografiche, profondità e spessore di acquifero campionato, data di campionamento e
tecniche di pretrattamento del campione se operate in campo conservazione del campione
temperatura, potenziale redox, conducibilità elettrica, pH, ossigeno disciolto da effettuarsi in campo
ioni maggiori: sodio, potassio, calcio, magnesio, cloruri, solfati, nitrati, bicarbonati
contaminanti organici, scelti in funzione delle problematiche sito-specifiche
analiti di interesse (ad esempio metalli pesanti)
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Solubilità dell’alluminio funzione del pH
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Solubilità del ferro e del manganese funzione del potenziale redox
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Analisi dei dati
Numerosità campionaria
numero minimo di dati dipende ad es. dall’estensione del corpo idrico,
dal tipo di distribuzione dei valori e dal livello di accettabilità dell’errore
(definito a priori)
10 - 30
Trattamento non-detect
si propone di associare ai non detect un valore di concentrazione pari al
corrispondente limite di rilevabilità del metodo; laddove siano presenti
differenti limiti di rilevabilità per un singolo parametro si dovrà associare
ai non detect il limite di rilevabilità più basso
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Individuazione e trattamento degli outliers
20
Outliers
limite superiore (upper fence)=18.51
valore adiacente
15
g g
gradino=1,5 (8.91-2,51)=9,6 mg/kg
Tipo di distribuzione
10
75 percentile (8,91 mg/kg))
5
mediana (5,50 mg/kg)
Descrittori statistici in funzione del
tipo di distribuzione
25 percentile (2,51 mg/kg)
valore adiacente=valore minimo
0
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50
30
As (mg/kg)
il valore di fondo potrà essere
individuato, fra gli indicatori statistici ,
anche in funzione del tipo di
distribuzione (es. media +2s, mediana,
percentili) ovvero tramite l’individuazione
di punti di discontinuità della curva
cumulativa di frequenza
40
20
soglia
10
fondo
0
0.02
0.05
0.1
0.2
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
0.8
0.9
0.95
In analogia con il “Protocollo operativo per la determinazione dei valori di
fondo di metalli /metalloidi nei suoli dei siti di interesse nazionale” (APATISS, 2006) si propone, nel caso di valutazione basata sui percentili, di
riferirsi al 95°.
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0.98
