• inquinamento acque sotterranee
• discarica
• isotopi

Il monitoraggio delle acque superficiali e sotterranee è fondamentale per lo studio della qualità ambientale in una zona adiacente ad una discarica, sia nelle ordinarie condizioni di gestione della risorsa che nelle investigazioni per la valutazione di eventuali contaminazioni.
Il “modello concettuale” idrogeologico non è necessario solo nello studio preliminare dello stato ambientale di un sito adibito a scarico controllato o in occasione della costruzione di una nuova discarica, ma in modo particolare, in caso di contaminazione delle acque superficiali e sotterranee.
Nelle situazioni in cui avviene il miscelamento di acque a diversa composizione, specialmente quando alcuni inquinanti derivano da più di una sorgente, l’utilizzo della procedura standard del superamento del “valore limite” di legge, non permette di valutare l’origine della contaminazione.
In particolare, nel caso in cui gli eventi di mescolamento sono importanti, si rende necessario conoscere in anticipo quali siano i processi che causano tali fenomeni e quale sia la loro influenza nel determinare la composizione delle acque.
Lo scopo della presente tesi è quello di applicare le tecniche dell’idrogeochimica allo studio delle interazioni tra discarica e acque limitrofe per capire se nell’area indagata possono esistere i suddetti fenomeni di miscelamento ed una reale contaminazione dovuta alla presenza della discarica. Per questa ragione, abbiamo ritenuto molto utile caratterizzare le acque attraverso la determinazione dei componenti salini a concentrazione maggiore come i cationi Na, K, Ca, Mg, e gli anioni Cl, SO4, HCO3, insieme ad alcuni inquinanti come metalli pesanti, NH3, NO3, NO2, P, COD eccetera. La composizione delle acque superficiali e sotterranee è stata studiata attraverso i metodi di classificazione delle acque e di analisi statistica dei dati raccolti. Innanzitutto, tutti i campioni di acqua sono stati classificati usando il metodo di Langelier-Ludwig e i grafici bivariati, per vedere se le acque avevano la stessa composizione; in caso contrario avrebbero indicato la possibilità di una diversa origine. Successivamente, i vari parametri, analizzati in tutti i punti campionati, possono essere considerati come una matrice di vettori ed essere analizzati con la tecnica statistica delle Componenti Principali (PCA) per identificare, con un numero minore di variabili, gli elementi che determinano la complessità del sistema.
Un approccio complementare, per riuscire a distinguere i diversi processi di interazione, è la determinazione delle abbondanze isotopiche degli elementi costituenti la molecola d’acqua (18O, Deuterio e Tritium).
In particolare, tutte queste tecniche sono state applicate alla discarica de “Le Strillaie”, situata in Località Strillaie nel territorio comunale di Grosseto, inserita nella fascia di pianura tra la città di Grosseto e il mare.
Il sito occupa un’area di circa 600.000 mq ed è compreso tra il Canale San Rocco a Sud, che arriva fino a Marina di Grosseto dove sfocia in mare, il fosso delle Strillaie che delimita a Nord la discarica, con funzione di collettore per le zone agricole, ed il Fosso Squartapaglia a Ovest con funzione di drenaggio delle acque dell’area. La zona circostante la discarica è un’area agricola ad uso seminativo. Intorno, per un raggio di 4km, non ci sono nuclei abitati o centri industriali di rilevante importanza ma solo casolari rurali sparsi.
La discarica è gestita dall’Ufficio Ambiente del Comune di Grosseto e i rifiuti conferiti sono Rifiuti Solidi Urbani (RSU) e assimilati. È coltivata sia in avvallamento che in rilevato ed è attiva dagli anni ’70 anche se la prima autorizzazione risale al 1984; oggetto di successivi ampliamenti è stata inserita nel Piano Provinciale di gestione dei rifiuti nel 1995. L’ultimo modulo della vecchia discarica si è esaurito nel ’97 ed attualmente viene utilizzata per il conferimento in sormonto di RSU. L’estensione dell’area interessata alla coltivazione, dalla nascita della discarica ad oggi, comprende una superficie di circa 297.000 mq inoltre è presente una parte esclusa dall’area recintata attuale, per un totale di circa 420.000 mq. Dall’anno 2001 è stata sottoposta ad un progetto di bonifica in quanto classificabile come “sito contaminato” ai sensi del D.M. 471/1999.
L’assetto geologico-stratigrafico del sito è stato ricostruito tramite la rielaborazione di tutti i risultati degli studi effettuati nel passato sulla zona. È emerso che l’area è il risultato della bonifica di un’ampia palude ed è caratteristica di un ambiente di transizione tra un dominio marino ad Ovest ed un dominio continentale ad Est; i sedimenti sono costituiti da argille limose con presenza di strati di argille lagunari marine azzurre e limi argillosi che si intercalano a sottili strati di sabbie fini limose. Sono stati individuati un livello acquifero in sabbie marine più superficiale (12-18m) e un livello acquifero in ghiaie e sabbie alluvionali più profondo (>30m). I due complessi acquiferi risultano idraulicamente chiusi da potenti spessori di argille al tetto ed alla base.
Allo scopo di determinare l’impatto della discarica sui sistemi idrici circostanti (acque sotterranee del primo livello acquifero e canale S.Rocco), sono state effettuate 11 campagne di monitoraggio dall’anno 2001 al 2004 (tra cui 3 campagne di campionamento e 4 campagne di analisi, tra il 2003 e il 2004, fanno parte di questo lavoro di tesi); sono stati considerati un numero variabile di pozzi piezometrici (sigla Pz) dislocati nell’intorno della discarica in quanto o non ancora perforati (i punti di indagine, utili per caratterizzare le acque in un intorno più ampio, sono aumentati da 6 nel 2001 a 16 nel 2003) o non raggiungibili per motivi contingenti. Oltre a ciò sono stati considerati tre punti dislocati lungo il canale S.Rocco: 1 a monte e 2 più valle rispetto alla discarica (sigla Sr); in alcune campagne è stato campionato sia il percolato proveniente dai piezometri inseriti nel corpo rifiuti che dalle vasche di raccolta in modo da avere informazioni sulla chimica di tale componente. Saltuariamente, sono stati campionati alcuni pozzi irrigui delle abitazioni circostanti per avere informazioni aggiuntive sulla tipologia delle acque sotterranee della zona.
Le acque campionate, prese in considerazione per la classificazione, sono quelle delle campagne dal 2002 al 2004 che risultano appartenenti a diversi tipi chimici. In particolare si distinguono le acque:
a) Clrorurato-sodiche dei piezometri Pz1-Pz7 e Pz9-Pz16, con salinità variabile da 22,9 meq/l del pozzo Pz1 a 628,3 meq/l del pozzo Pz9. I rapporti Ca/Na e Cl/SO4 dei campioni che appartengono a tale famiglia variano consentendo di riconoscere l’esistenza di processi di interazione con le argille, particolarmente evidenti per i pozzi Pz9 e Pz10, e fenomeni di riduzione dei solfati a causa di ambienti riducenti. A tale proposito non si può escludere la presenza di acque a composizione Na-Cl ma molto povere in solfati. Dato l’ambiente geologico ciò potrebbe significare che acque mescolate con quelle di origine marina perdono solfati per processi redox ovvero che esistono acque ricche di ioni Cl ma che non sono di origine marina. In questa famiglia sono comprese anche le acque superficiali a valle della discarica per le campagne di Febbraio e Settembre 2002, Luglio e Settembre 2003, Giugno 2004.
b) Solfato-Calciche del fosso S.Rocco, campionate a monte (Febbraio, Giugno, Settembre e Dicembre 2002, Luglio 2003, Gennaio e Giugno 2004) e a valle della discarica (Giugno 2002 e Gennaio 2004). c) Miste, di tipo Cl-Na-SO4, per tutti i campioni del pozzo Pz8.
In una situazione così complicata è stato possibile derivare un modello concettuale della contaminazione usando il metodo statistico delle PCA. La matrice di correlazione conferma le osservazioni derivanti dalla classificazione delle acque. Infatti esiste una forte correlazione tra i cloruri, il sodio e il potassio che può essere causata sia da ingressioni marine che da interazioni con argille marine. I solfati non possono essere completamente spiegati assumendo la presenza di acqua marina visto che tra i campioni ci sono sia acque arricchite che impoverite di solfati rispetto ai cloruri trovati. È inoltre possibile che le acque della zona siano naturalmente ricche in solfati e che, allo stesso tempo, i solfati siano ridotti per la presenza di ambienti riducenti prossimi alla discarica e dove il potenziale redox è fortemente negativo. I campioni di due specifici pozzi mostrano peculiari comportamenti capaci di condizionare fortemente la correlazione tra diversi parametri (Pz5 e 9). Ricostruendo la matrice senza di essi si sono evidenziati molti coefficienti di correlazione diversi. La PCA ha individuato 3 fattori che permettono di spiegare il 95% della varianza del sistema; questi sono identificativi di tre tipologie di acque: Cl-Na-K, riconducibili ad acqua di origine marina o che ha interagito con argille marine, SO4-Ca-Mg che potrebbe essere dovuta alla composizione locale delle acque sotterranee e acque bicarbonatiche. Utilizzando i tre fattori sono stati costruiti i modelli di regressione lineare nel tentativo di spiegare la varianza di COD e NH3. Nel caso del COD il modello spiega il 44% della varianza osservata ma i campioni Pz3 e 4 permangono come anomalie positive mentre, nel caso dell’ammoniaca, si riesce a spiegare il 75% solo dopo aver eliminato gli outlier, ciò nonostante, risultano anomali molti altri campioni. Questo ci suggerisce che la sola chimica, dovuta alla circolazione delle acque nel sottosuolo e alle possibili interazioni con acqua marina, non riesce a spiegare completamente il sistema ma è necessario invocare una componente diversa, quale il percolato o un’altra sorgente di contaminazione antropica. La determinazione delle abbondanze isotopiche di 18O e Deuterio su di un campione per ogni pozzo (esclusi il Pz6 e Pz13-16), sulle acque superficiali e alcuni campioni del percolato è stata un utile supporto per la scelta delle diverse ipotesi riguardo ai processi di mescolamento. Abbiamo notato che i punti, non allineandosi sulla retta meteorica, possono aver subito dei fenomeni quali evaporazione o miscelamento che hanno arricchito o alterato la presenza degli isotopi più pesanti di H e O. Inoltre i diagrammi Cl-δD, Cl-δ18O, insieme a Cl-SO4 e Cl-COD, mostrano come molti dei punti non sembrano tanto influenzati dall’acqua di mare quanto da un’altra sorgente di cloruri che allo stesso tempo è povera in solfati e ricca di materia organica. Come conclusione generale possiamo dire che anche gli isotopi confermano la presenza di una miscela ternaria di acque. Quindi entrambe le tecniche applicate, isotopiche e PCA, ci confermano la presenza di campioni molto influenzati da una terza sorgente, di sali e altri composti, che potrebbe essere messa in relazione ad una contaminazione da percolato poiché ha le stesse caratteristiche chimiche di questo.