La phytoremediation e le piante consigliate per la bonifica dei siti

Scuola - Lab sul Green Urbanism 2013
Venerdì 8 novembre, Massarosa – La Brilla
Phytoremediation
Le piante per la bonifica dei siti inquinati
Luca Marchiol - Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali
UNIVERSITÀ DI UDINE
Phytoremediation (Φγτθσ -, - remedium)
Cunningham S.D. and Berti W.R. 1993. Remediation of contaminated soils with green plants: an
overview. In Vitro Cell. Develop. Biol., 29, 207-212.
«The use of green plants to remove, contain, or render harmless
environmental contaminants»
Fitorimediazione
Fitorimedio
Ornella Vergnano Gambi
Cesalpino, 1583
“The godfather of hyperaccumulators,
phytoremediation and phytomining”
Iperaccumulatrici
Metallo biomassa epigea (ppm)
Alan JM Baker
Robert R Brooks†
As
Cd
Co
Cr
Cu
Hg
Ni
Pb
Zn
Bioindicatrici
Escluditrici
Normali
Metallo biodisponibile (ppm)
Normale
Tossicità
Iperaccumulazione
(mg kg-1)
(mg kg-1)
(mg kg-1)
1-1.7
0.05-0.2
0.02-1
0.1-0.5
5-30
0.005-0.17
0.1-5
5-10
27-150
5-20
5-30
15-50
5-30
20-100
1-3
10-100
30-300
100-400
100
1.000
1.000
1.000
10
1.000
1.000
10.000
van der Ent et al., PLSO 2012
Specie Metallofite
Noccaea (ex Thlaspi) rotundifolium subsp. caepifolium
Alyssum wulfenianum
Alyssum bertolonii – Ofioliti Alta Valletiberina
Silene paradoxa – Fenice Capanne
Phytoremediation (Φγτθσ -, - remedium)
Gestione
Agronomica
Sistemi di
contenimento
Chaney R.L. 1983. Plant uptake of inorganic
waste constituents. In: Parr J.F., Marsh P.B. and
Kla J.M. (eds.): Land Treatment of Hazardous
Wastes. 50-76. Noyes Data Corp., Park Ridge, NJ.
Recupero acque di
percolazione
Monitoraggio
falda
Siti Inquinati
SIN Toscana
Piombino
Massa Carrara
Livorno
Orbetello
Grosseto (ex discarica delle Strillaie)
Confindustria. 2009. La gestione delle bonifiche in Italia: analisi, criticità, proposte.
Siti Inquinati
ILVA
Taranto
Siti Inquinati
Napoli
Bagnoli
Siti Inquinati
SIN
Litorale Domitio Flegreo–Agro Aversano
Napoli Orientale
Napoli Bagnoli–Coroglio
Area Litorale Vesuviano
Bacino Fiume Sarno
Discarica Pianura
www.arpacampania.it
Siti contaminati
Tecniche di
Bonifica
Metodi fisico-chimici
In situ
●
●
●
●
●
●
Soil flushing
Soil venting
Immobilizzazione
Desorbimento termico
Elettrocinesi
Vetrificazione
Metodi biologici
In situ
Ex situ
●
●
●
●
●
●
●
●
Soil washing
Termodistruzione
Ossidazione chimica
Dealogenazione
Immobilizzazione
Desorbimento termico
Elettrocinesi
Vetrificazione
●
●
●
Bioventing
Phytoremediation
Bioremediation
Ex situ
●
●
●
Compostaggio
Landfarming
Biopile
Fitorimedio e Contaminanti
●
●
●
●
●
●
●
●
●
metalli/metalloidi;
nitrati, ammonio, fosfati;
radionuclidi (Cs, Sr, U);
PCB;
IPA;
esplosivi (TNT, DNT, TNB);
solventi clorurati (TCE, PCE)
insetticidi e pesticidi;
idrocarburi (BTEX);
Rizofiltrazione
Fitodegradazione
Fitoestrazione
FAQs: quali sono i criteri tecnici?
Theorical number of harvest cycles required to lower the soil’s metal
concentration to acceptable levels
t=
Mi – Mf
Cpi Mp
=
1000 x ds Ah (Csi – Csf)
Cpi Mp
, i = 0, 1, 2, ….. , f -1
t = cycle number
i = cycle number used for phytoextraction,
Cp = metal concentration in plants (mg kg-1)
Cs = metal concentration in soil (mg kg-1).
Mi = initial metal burden in soil (g ha-1),
Mf = target metal burden in soil (g ha-1),
Mp = biomass production of plant species (t ha-1 cycle-1),
ds = soil density (kg m-3),
A = contamination area (m2),
h = soil depth with metal content (m),
Csi = metal concentration in soil after the ith harvest cycle (mg kg-1)
Csf = final metal concentration in soil (mg kg-1)
Note that after a cycle of phytoextraction, the soil metal
burden decreases to
1000dsAhCsi – CpiMp
Therefore, we need to calculate the soil metal burden and
phytoextraction time by the recursive method.
Liang et al. 2009. Model evaluation of the phytoextraction potential of heavy metal hyperaccumulators and nonhyperaccumulators. Env. Poll. 157: 1945–1952.
FAQs: quali sono le piante più efficienti?
Specie agrarie
Pseudometallofite
Metallofite
Iperaccumulatrici
FAQs: quali sono le piante più efficienti?
●
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Brassica napus
Brassica juncea
Raphanus sativus
Helianthus annuus
Zea mays
Cynara cardunculus
Arundo donax
Miscanthus spp.
Populus spp.
Salix spp.
Eucalyptus spp
FAQs: quali sono le piante più efficienti?
Aerofiltrazione
Rizofiltrazione
Fitostabilizzazione
Fitodegradazione
Fitovolatilizzazione
Fitoestrazione
Cupressus
sempervirens,
Platanus spp.,
Taxus baccata
Thuya occidentalis
Acer campestre,
Chamaecyperis pisifera,
Quercus robur
Sambucus racemosa
Sorbus aucuparia,
Acer campestre,
Populus deltoides
trichocarpa
Pinus nigra
Cupressocyparis
leylandii
Panicum virgatum
Festuca arundinacea
Carex elata,
Phragmites australis
Typha latifolia
Salix spp.
Populus spp.
Picea abies
Agrostis capillaris.
Sorghastrum nutans
Panicum virgatum.
Agropyron desertorum
Medicago sativa
Bromus inermis
Festuca arundinacea
Morus spp.
Malus spp.
Kochia scoparia,
Nepeta cataria,
Carduus nutans
Brassica oleracea,
Beta vulgaris,
Oryza sativa
Brassica juncea
Brassica juncea
Hibiscus cannabinus,
Festuca arundinacea
Lotus corniculatus
Brassica napus,
Festuca arundinacea.
Salix caprea
Salix viminalis
Populus tremula
Amaranthus retroflexus,
Brassica juncea e
Phaseolus acutifolius
[acquatiche]
Eichhornia crassipes,
Hydrocotyle umbellata
Lemna minor
Azolla pinnata
FAQs: quali sono i criteri della gestione agronomica?
Metallo
totale
SUOLO
PIANTA
Metallo
biodisponibile
Aumento produzione
Piani di concimazione
Irrigazione
Tasso di crescita (< tempi intervento)
Micorrize
Batteri azoto fissatori
[Metal Bioavailable]
●
●
●
●
●
●
Addition of the
mobilizing agent
Optimal
mobilization
range
Capturing period
Harvest
FAQs: come gestire le biomasse prodotte?
POLLUTED SOIL
Lievens et al. 2008. Fuel 87: 1894-1905.
FITORIMEDIO CAFFARO
TORVISCOSA (UD)
SIN LAGUNA DI GRADO E MARANO
Archivio fotografico CID - Museo Territoriale Bassa Friulana
CAFFARO – TORVISCOSA
CAFFARO – TORVISCOSA
Impianto cloro-soda
con celle a Hg
Cortecce
contaminate
Hg
metallico
Peci
benzoiche
Ceneri di
caldaia e
carbone
Discariche
Zolfo
Peci
tolueniche
Ceneri
di pirite
N
CAFFARO – TORVISCOSA
CAFFARO – TORVISCOSA
Approvazione progetto e autorizzazione alla
costruzione ed esercizio di un impianto
sperimentale di trattamento rifiuti mediante
fitoestrazione, da realizzarsi all’interno dello
stabilimento «CAFFARO S.p.a.» di Torviscosa
CAFFARO – TORVISCOSA
CAFFARO – TORVISCOSA
SUMATECS - SUstainable MAnagement of Trace Element Contaminated Soils
Mench et al., 2010. Successes and limitations of phytotechnologies at field scale:
outcomes, assessment and outlook from COST Action 859. J Soils Sedim., 10: 1039-1070.
Element
Plant species
State – Location
Reference
Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn
S. viminalis
B , Menen
Vervaeke et al. 2003; Meers et al. 2005
Cd, Zn
B. napus
B , Balen, Buden
Grispen et al. 2006
Cd, Cu, Zn
Q. robur, P. alba, A. pseudoplatanus
B , Deinze
Vandecasteele et al. 2008
Cd, Cu, Zn
S. viminalis, N. tabacum, H. annuus, B. juncea, Z. mays
CH, Dornach, Caslano Keller et al. 2003; Hammer and Keller 2003
Cd, Cu, Zn
B. pendula, S. viminalis, A. incana, F. excelsior, S. mougeotii CH , Le Locle
Rosselli et al. 2003
Cd, Pb
Z. mays
CZ , Pribram
Neugschwandtner et al. 2008
Pb
Pelargonium cvs.
F , Bazoches,
Arshad et al. 2008
Cd, Zn
T. caerulescens
F , La Bouzule
Schwartz et al. 2003
As, Cu, Cd, Co, Pb, Zn H. annuus, S. bicolor, Salix spp., Populus spp.
I , Torviscosa
Marchiol et al. 2007; Vamerali et al. 2009
Cd, Zn
B. napus
NL,– Budel
Grispen et al. 2006
Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn
S. viminalis
S, Uppsala, Enkóping
Klang-Westin 2003; Dimitriou et al. 2006
Pb, Zn, Cu, Cd
B. carinata, B. juncea
SP,– Aznalcollar
del Rio et al. 2000
Pb, Sb, Tl, Zn
O. europea, P. alba, Mediterranean shrubs
SP, Aznalcollar
Dominguez et al. 2008
Cd, Zn
T. caerulescens, A. halleri
UK, Bedfordshire
McGrath et al. 2006
As, Cd, Cu, Ni
Betula spp.
UK, Liverpool
French et al. 2006
Cu
A. cordata, A. incana, A. glutinosa, C. monogyna, S. caprea UK, Merseyside,
Dickinson 2000
Cd, Cu, Ni, Zn
Salix spp., T. caerulescens
UK, Nottingham
Pulford et al. 2002; Maxted et al. 2007a,b;
Cd, Cu, Zn
Salix spp.
UK, Warrington
King et al. 2006
Scuola - Lab sul Green Urbanism 2013
Venerdì 8 novembre, Massarosa – La Brilla
Phytoremediation
Le piante per la bonifica dei siti inquinati
Luca Marchiol - Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali
UNIVERSITÀ DI UDINE