Approfondimenti sul riscaldamento a bassa temperatura di terreni nell'ottica della bonifica in situ

The remediation of contaminated soils is a continuously evolving subject. Starting from the experience with consolidated remediation technologies, more efficient, cost-effective, and environmental-friendly approaches to soil remediation are being sought. Emerging technologies include low-temperature ground heating mediated by electrical resistances (ERH). Over the years, the use of this technology has proved effective in the treatment of hydrocarbon- contaminated soil either as a single solution or together with other technologies. The use of ERH integrated with other in situ technologies, such as chemical oxidation and bioremediation, may reduce the economic and environmental impacts of remedial actions. The application of multiple remediation technologies on the same site, in addition to being site-specific, requires careful control and monitoring of the process conditions in order to be able to achieve the remediation objectives. This thesis work explores the mechanisms that determine the heating of a soil subjected to direct current or alternating current and how the main parameters (humidity, electrical conductivity and granulometry) influence the achievement of the intended objectives. In the first part of the thesis, the optimal process conditions to obtain efficient soil heating were investigated at a lab scale. In particular, it was observed that alternating current (ERH) was more efficient than direct current electric field to soil heating. It was also observed that soil moisture and conductivity are crucial in allowing adequate heating. In the second part, the changes induced in soil geochemistry by dosing a chemical (sodium persulfate) and the electrokinetic mechanisms were investigated at bigger laboratory scale, in particular for the effects in reaching and maintaining the optimal temperature for the treatment. The respirometric tests conducted on the soil at the end of the tests show how, under the experimental conditions, the application of heating processes at low temperature (<60°C) and the addition of persulfate does not have detrimental effects on the activity of the soil microbial community.

Il risanamento di terreni contaminati è una materia in continua evoluzione. A partire dall’esperienza sulle tecnologie di bonifica più consolidate, si ricercano tecnologie sempre più efficienti, economiche e meno impattanti sui complessi equilibri naturali del sottosuolo. Tra le tecnologie emergenti si annovera il riscaldamento del terreno a bassa temperatura mediato da resistenze elettriche (ERH). Negli anni tale tecnologia si è dimostrata efficace nel trattamento di terreni contaminati da idrocarburi, sia come soluzione unica che integrata ad altre tecnologie. L’utilizzo dell’ERH insieme ad altre tecnologie in situ, quali ad esempio l’ossidazione chimica e la biodegradazione, potrebbe ridurre gli impatti economici e ambientali degli interventi di bonifica. La progettazione dell’ERH ed eventuali altre tecnologie di bonifica, oltre ad essere un’attività strettamente sito specifica, necessita di un attento controllo e monitoraggio delle condizioni di processo al fine di consentire il raggiungimento degli obiettivi di bonifica in un orizzonte temporale ragionevole. Questo lavoro di tesi approfondisce i meccanismi che determinano il riscaldamento di un terreno sottoposto a corrente continua o corrente alternata e come i principali parametri (umidità, conducibilità elettrica e granulometria) influenzino il raggiungimento degli obiettivi preposti. Nella prima parte della tesi sono state indagate, alla scala di laboratorio, le condizioni di processo ottimali per ottenere un efficiente riscaldamento del terreno. In particolare, è stato osservato come l’applicazione di corrente alternata (ERH) sia risultata più efficiente dell’applicazione di un campo elettrico a corrente continua nell’ottica del riscaldamento a bassa temperatura. Si è, inoltre, osservato come umidità e conducibilità del suolo siano determinanti nel consentirne un adeguato riscaldamento. Nella seconda parte si è valutato, a scala di laboratorio più grande, come i cambiamenti indotti nella geochimica del suolo dall’aggiunta di un composto salino (persolfato di sodio) e dai meccanismi indotti dai fenomeni di elettrocinesi influenzino il raggiungimento e il mantenimento nel tempo della temperatura ottimale per il trattamento. Le prove respirometriche condotte sui terreni, al termine della sperimentazione, dimostrano come, alle condizioni sperimentali, l’applicazione di processi di riscaldamento a bassa temperatura (< 60°C) anche con dosaggio di persolfato non abbia impatti negativi sull’attività della comunità microbica del terreno.