Thesis etd-03092017-150746 |
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Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
MANNOCCI, MATTIA
URN
etd-03092017-150746
Thesis title
Studio dell'evoluzione della contaminazione da elementi potenzialmente tossici (EPT) nelle matrici suolo ed acque: il caso del bacino del Torrente Baccatoio (Pietrasanta, Lucca)
Department
SCIENZE DELLA TERRA
Course of study
SCIENZE E TECNOLOGIE GEOLOGICHE
Supervisors
relatore Prof. Petrini, Riccardo
correlatore Geol. Franceschini, Fabrizio
correlatore Geol. Franceschini, Fabrizio
Keywords
- Acqua
- AMD
- Baccatoio
- Contaminazione
- EPT
- Suolo
Graduation session start date
21/04/2017
Availability
Full
Summary
Il presente lavoro di Tesi è focalizzato allo studio delle matrici solide e liquide che caratterizzano il bacino del Torrente Baccatoio (comuni di Stazzema e Pietrasanta, LU).
La parte collinare-montana del bacino del Baccatoio è interessata da un’area mineraria dismessa; dalle gallerie abbandonate fuoriescono significativi quantitativi di drenaggi acidi (AMD) contenenti elevate concentrazioni di alcuni elementi dannosi per la salute umana, che si immettono nelle acque superficiali del torrente. In particolare, precedenti studi hanno messo in evidenza che la sorgente della contaminazione è associata al rilascio di elementi tossici e potenzialmente tossici (EPT) derivanti da fenomeni di ossidazione della mineralizzazione a solfuri che caratterizza tali aree minerarie.
Nel corso degli anni sono stati raccolti numerosi campioni provenienti dall’area in esame, rappresentativi sia della matrice solida che di quella acquosa. Quest’ultima è stata oggetto di numerosi lavori in quanto le acque del Torrente Baccatoio rivestono, e soprattutto hanno rivestito, un ruolo importante per gli abitanti di Valdicastello Carducci che hanno utilizzato queste acque a scopo irriguo per la coltivazione dei loro terreni.
Durante questo studio sono stati prelevati campioni sia di suoli e sedimenti di alveo, sia di acque del torrente stesso e della falda di subalveo. In tutti i campioni sono state determinate in laboratorio le concentrazioni di una serie di elementi in traccia tramite spettrometria di massa a plasma accoppiato induttivamente (ICP-MS) e spettrometria ad emissione ottica (ICP-OES); in aggiunta nei campioni di acque sono state misurate le concentrazioni di anioni e cationi maggiori mediante cromatografia ionica e misurati in situ parametri chimico-fisici quali temperatura, pH, conducibilità elettrica (EC), ossigeno disciolto (DO) e potenziale di ossido-riduzione (Eh).
I risultati ottenuti sono stati aggiunti ad un database realizzato per riunire tutti i dati presenti per l’area del bacino del Torrente Baccatoio, dal 2011 ad oggi, suddiviso in campioni solidi e liquidi. I
campioni classificati come solidi sono rappresentativi di suoli, prelevati da terreni privati e da zone di discarica o di miniera, di sedimenti, raccolti nell’alveo del Baccatoio e dalle gallerie da cui fuoriescono i drenaggi acidi. Dei campioni liquidi fanno parte quelli provenienti dal torrente stesso, le acque delle sorgenti limitrofe al torrente, quelle sotterranee (campionate da pozzi e piezometri) e le acque dei drenaggi.
Ciascuna tipologia di campioni è stata poi studiata singolarmente, con maggiore attenzione nei confronti dei campioni solidi in quanto le dinamiche attive nelle acque del Torrente Baccatoio e nelle sorgenti (soprattutto in quella dei Molini di Sant’Anna, caratterizzata da concentrazioni significative di tallio e in scarico nel torrente da settembre 2014) sono già state studiate in dettaglio in precedenti lavori.
I terreni, sia quelli utilizzati a scopo ortofrutticolo che quelli incolti, presentano concentrazioni di alcuni EPT che superano in molti casi le soglie per “suoli in siti ad uso verde pubblico, privato e residenziale” e occasionalmente le soglie per “siti ad uso commerciale e industriale” (in riferimento alla Tab. 1 All. 5 Parte IV del D.Lgs. 152/06). I depositi localizzati presso le vasche di sedimentazione, dove venivano accumulati gli scarti della lavorazione dei prodotti dell’attività mineraria e quelli in prossimità delle zone di discarica (es. località Rezzaio) e di miniera, possono essere considerati ulteriori sorgenti di contaminazione, al pari degli AMD, visti i valori elevati di Sb, As, Hg, Tl, Ba e Pb. Quest’ultimi due elementi risultano particolarmente importanti in quanto assorbiti maggiormente dalle radici delle piante.
I sedimenti presenti nell’alveo del Torrente Baccatoio presentano concentrazioni di EPT paragonabili a quelle dei suoli di discarica e miniera. Le elevate concentrazioni sono causate dalla precipitazione degli elementi precedentemente solubilizzati in acqua come Sb e As, che permettono di classificare i sedimenti di alveo come un’ulteriore sorgente di contaminazione.
Per quanto riguarda le acque, questo studio ha confermato ciò che già era stato illustrato in precedenti lavori ovvero che le concentrazioni dei contaminanti sono elevate nel tratto di torrente a monte dello scarico della sorgente Molini di Sant’Anna, un’acqua mediamente di buona qualità. Gli EPT presenti nelle acque del Baccatoio sono gli stessi che ritroviamo nei drenaggi minerari, i quali hanno un pH acido che permette la solubilizzazione di questi contaminanti. L’aumento di pH che si verifica lungo l’asta del torrente favorisce la precipitazione della maggior parte degli EPT prevalentemente adsorbiti su ossidi e idrossidi di Fe.
Sia le acque delle sorgenti che quelle dei pozzi non presentano concentrazioni critiche di EPT (in riferimento alla Tab. 3 All. 5 Parte III del D.Lgs. 152/06), mentre le acque prelevate dai piezometri mostrano una situazione diversa, in quanto alcuni piezometri sono stati installati in aree critiche sotto monitoraggio.
Si è cercato di definire un possibile valore di fondo per alcuni EPT utilizzando per l’elaborazione e l’analisi statistica dei dati quanto suggerito nei documenti APAT - ISS, ARPA Veneto, Environmental Protection Agency ed altri riportati in bibliografia. Per questo scopo sono stati utilizzati anche i risultati delle analisi sulle carote prelevate durante la realizzazione dei piezometri, le quali rappresentano campioni di substrato naturale non interessato dall’attività antropica.
This Thesis is focused on the study of the aqueous and solid environmental matrices (water, soil and sediment) that characterize the basin of Baccatoio Stream (Stazzema and Pietrasanta municipalities, Lucca).
The hilly-mountainous part of the Baccatoio’s catchment is a mining dismissed area; from the abandoned galleries protrude significant quantities of acid drainages (AMD) containing elevated concentrations of harmful elements for humans, that enter into the superficial waters of the Baccatoio. In particular, previous studies have highlighted that the source of contamination is associated to the release of toxic and potentially toxic elements (EPT) from oxidation of sulphide minerals that characterize the mining area.
During the years, numerous samples from the area under examination have been collected, representatives of the solid and aqueous matrices. The water has been the object of many studies considering that Baccatoio’s waters cover, and mostly have covered, an important role for the inhabitants of Valdicastello Carducci that have used these waters to irrigate the cultivations of their land.
During this study samples of soils and sediments from the river-bed and the waters from the stream and of the under-bed river aquifer have been collected. For each sample the concentration of a series of trace elements has been determined by using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and optical emission spectrometry (ICP-OES); in addition, the concentration of major ions in water samples has been measured by ion chromatography. The chemical-physical parameters such ad temperature, pH, electrical conduction (EC), dissolved oxygen (DO) and oxide-reduction potential (Eh) were measured in the field.
The obtained results have been used to build a large geochemical database, starting from2011 till now. Solid samples are representative of soils gathered from private terrains and from mining area or tips, from sediments gathered from Baccatoio’s river-bed and from the galleries from which exit acid drainage. Waters include stream waters, springs , groundwaters sampled from well and piezometers and drainage outflows.
A particular attention was used in the study of solid samples
The lands, those used for growing crops and those uncultivated, have concentrations of some EPT that exceed in many cases the thresholds for “land used as public green, private and residential”, and occasionally the thresholds for “land for commercial and industrial use” (with reference to Tab. 1 All. 5 Parte IV del D.Lgs. 152/06). Materials near the settling ponds, where the wastes from the manufacturing of mining where accumulated, and materials in the proximity of tips (for example Rezzaio) and mining areas, can be considered additional sources of contamination, at the same status of AMD, according to the high values of Sb, As, Hg, Tl, Ba and Pb. These last two elements result particularly important because of they are absorbed mostly by the plant roots.
The sediments of the Baccatoio’s stream-bed show concentrations of EPT comparable to those of mining soils and tips. These elevated concentrations are caused by the precipitation of the elements previously solubilized in water, such as Sb and As, that allow the classification of river-bed sediments like an ulterior source of contamination.
Regarding waters, this study has confirmed that the concentration of the contaminating elements is high in the portion of stream above the input of Molini di Sant’Anna spring.
The EPT that characterize the Baccatoio’s water are the same that we find in the mining drainages, having an acidic pH that allows the solubilisation of these contaminating elements. The increase in pH that occurs downstream favours the precipitation of most part of the EPT, prevalently adsorbed by iron oxides and hydroxides.
Spring waters, such as those of the wells, don’t show any critical concentration of EPT (with reference to Tab. 3 All. 5 Parte III del D.Lgs. 152/06), instead, the waters picked up from the piezometers show a different situation, because some piezometers have been installed in critical monitored areas.
We tried to define a possible natural soil value for some EPT utilizing for the elaboration and statistical analysis of the data what was suggested in the APAT - ISS, ARPA Veneto, Environmental Protection Agency documents and other reported in bibliography. For this purpose the results of the analysis on the cores have been used. The cores have been taken during the realization of piezometers and they represent samples of the natural substrate not interested by the anthropic activity.
La parte collinare-montana del bacino del Baccatoio è interessata da un’area mineraria dismessa; dalle gallerie abbandonate fuoriescono significativi quantitativi di drenaggi acidi (AMD) contenenti elevate concentrazioni di alcuni elementi dannosi per la salute umana, che si immettono nelle acque superficiali del torrente. In particolare, precedenti studi hanno messo in evidenza che la sorgente della contaminazione è associata al rilascio di elementi tossici e potenzialmente tossici (EPT) derivanti da fenomeni di ossidazione della mineralizzazione a solfuri che caratterizza tali aree minerarie.
Nel corso degli anni sono stati raccolti numerosi campioni provenienti dall’area in esame, rappresentativi sia della matrice solida che di quella acquosa. Quest’ultima è stata oggetto di numerosi lavori in quanto le acque del Torrente Baccatoio rivestono, e soprattutto hanno rivestito, un ruolo importante per gli abitanti di Valdicastello Carducci che hanno utilizzato queste acque a scopo irriguo per la coltivazione dei loro terreni.
Durante questo studio sono stati prelevati campioni sia di suoli e sedimenti di alveo, sia di acque del torrente stesso e della falda di subalveo. In tutti i campioni sono state determinate in laboratorio le concentrazioni di una serie di elementi in traccia tramite spettrometria di massa a plasma accoppiato induttivamente (ICP-MS) e spettrometria ad emissione ottica (ICP-OES); in aggiunta nei campioni di acque sono state misurate le concentrazioni di anioni e cationi maggiori mediante cromatografia ionica e misurati in situ parametri chimico-fisici quali temperatura, pH, conducibilità elettrica (EC), ossigeno disciolto (DO) e potenziale di ossido-riduzione (Eh).
I risultati ottenuti sono stati aggiunti ad un database realizzato per riunire tutti i dati presenti per l’area del bacino del Torrente Baccatoio, dal 2011 ad oggi, suddiviso in campioni solidi e liquidi. I
campioni classificati come solidi sono rappresentativi di suoli, prelevati da terreni privati e da zone di discarica o di miniera, di sedimenti, raccolti nell’alveo del Baccatoio e dalle gallerie da cui fuoriescono i drenaggi acidi. Dei campioni liquidi fanno parte quelli provenienti dal torrente stesso, le acque delle sorgenti limitrofe al torrente, quelle sotterranee (campionate da pozzi e piezometri) e le acque dei drenaggi.
Ciascuna tipologia di campioni è stata poi studiata singolarmente, con maggiore attenzione nei confronti dei campioni solidi in quanto le dinamiche attive nelle acque del Torrente Baccatoio e nelle sorgenti (soprattutto in quella dei Molini di Sant’Anna, caratterizzata da concentrazioni significative di tallio e in scarico nel torrente da settembre 2014) sono già state studiate in dettaglio in precedenti lavori.
I terreni, sia quelli utilizzati a scopo ortofrutticolo che quelli incolti, presentano concentrazioni di alcuni EPT che superano in molti casi le soglie per “suoli in siti ad uso verde pubblico, privato e residenziale” e occasionalmente le soglie per “siti ad uso commerciale e industriale” (in riferimento alla Tab. 1 All. 5 Parte IV del D.Lgs. 152/06). I depositi localizzati presso le vasche di sedimentazione, dove venivano accumulati gli scarti della lavorazione dei prodotti dell’attività mineraria e quelli in prossimità delle zone di discarica (es. località Rezzaio) e di miniera, possono essere considerati ulteriori sorgenti di contaminazione, al pari degli AMD, visti i valori elevati di Sb, As, Hg, Tl, Ba e Pb. Quest’ultimi due elementi risultano particolarmente importanti in quanto assorbiti maggiormente dalle radici delle piante.
I sedimenti presenti nell’alveo del Torrente Baccatoio presentano concentrazioni di EPT paragonabili a quelle dei suoli di discarica e miniera. Le elevate concentrazioni sono causate dalla precipitazione degli elementi precedentemente solubilizzati in acqua come Sb e As, che permettono di classificare i sedimenti di alveo come un’ulteriore sorgente di contaminazione.
Per quanto riguarda le acque, questo studio ha confermato ciò che già era stato illustrato in precedenti lavori ovvero che le concentrazioni dei contaminanti sono elevate nel tratto di torrente a monte dello scarico della sorgente Molini di Sant’Anna, un’acqua mediamente di buona qualità. Gli EPT presenti nelle acque del Baccatoio sono gli stessi che ritroviamo nei drenaggi minerari, i quali hanno un pH acido che permette la solubilizzazione di questi contaminanti. L’aumento di pH che si verifica lungo l’asta del torrente favorisce la precipitazione della maggior parte degli EPT prevalentemente adsorbiti su ossidi e idrossidi di Fe.
Sia le acque delle sorgenti che quelle dei pozzi non presentano concentrazioni critiche di EPT (in riferimento alla Tab. 3 All. 5 Parte III del D.Lgs. 152/06), mentre le acque prelevate dai piezometri mostrano una situazione diversa, in quanto alcuni piezometri sono stati installati in aree critiche sotto monitoraggio.
Si è cercato di definire un possibile valore di fondo per alcuni EPT utilizzando per l’elaborazione e l’analisi statistica dei dati quanto suggerito nei documenti APAT - ISS, ARPA Veneto, Environmental Protection Agency ed altri riportati in bibliografia. Per questo scopo sono stati utilizzati anche i risultati delle analisi sulle carote prelevate durante la realizzazione dei piezometri, le quali rappresentano campioni di substrato naturale non interessato dall’attività antropica.
This Thesis is focused on the study of the aqueous and solid environmental matrices (water, soil and sediment) that characterize the basin of Baccatoio Stream (Stazzema and Pietrasanta municipalities, Lucca).
The hilly-mountainous part of the Baccatoio’s catchment is a mining dismissed area; from the abandoned galleries protrude significant quantities of acid drainages (AMD) containing elevated concentrations of harmful elements for humans, that enter into the superficial waters of the Baccatoio. In particular, previous studies have highlighted that the source of contamination is associated to the release of toxic and potentially toxic elements (EPT) from oxidation of sulphide minerals that characterize the mining area.
During the years, numerous samples from the area under examination have been collected, representatives of the solid and aqueous matrices. The water has been the object of many studies considering that Baccatoio’s waters cover, and mostly have covered, an important role for the inhabitants of Valdicastello Carducci that have used these waters to irrigate the cultivations of their land.
During this study samples of soils and sediments from the river-bed and the waters from the stream and of the under-bed river aquifer have been collected. For each sample the concentration of a series of trace elements has been determined by using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and optical emission spectrometry (ICP-OES); in addition, the concentration of major ions in water samples has been measured by ion chromatography. The chemical-physical parameters such ad temperature, pH, electrical conduction (EC), dissolved oxygen (DO) and oxide-reduction potential (Eh) were measured in the field.
The obtained results have been used to build a large geochemical database, starting from2011 till now. Solid samples are representative of soils gathered from private terrains and from mining area or tips, from sediments gathered from Baccatoio’s river-bed and from the galleries from which exit acid drainage. Waters include stream waters, springs , groundwaters sampled from well and piezometers and drainage outflows.
A particular attention was used in the study of solid samples
The lands, those used for growing crops and those uncultivated, have concentrations of some EPT that exceed in many cases the thresholds for “land used as public green, private and residential”, and occasionally the thresholds for “land for commercial and industrial use” (with reference to Tab. 1 All. 5 Parte IV del D.Lgs. 152/06). Materials near the settling ponds, where the wastes from the manufacturing of mining where accumulated, and materials in the proximity of tips (for example Rezzaio) and mining areas, can be considered additional sources of contamination, at the same status of AMD, according to the high values of Sb, As, Hg, Tl, Ba and Pb. These last two elements result particularly important because of they are absorbed mostly by the plant roots.
The sediments of the Baccatoio’s stream-bed show concentrations of EPT comparable to those of mining soils and tips. These elevated concentrations are caused by the precipitation of the elements previously solubilized in water, such as Sb and As, that allow the classification of river-bed sediments like an ulterior source of contamination.
Regarding waters, this study has confirmed that the concentration of the contaminating elements is high in the portion of stream above the input of Molini di Sant’Anna spring.
The EPT that characterize the Baccatoio’s water are the same that we find in the mining drainages, having an acidic pH that allows the solubilisation of these contaminating elements. The increase in pH that occurs downstream favours the precipitation of most part of the EPT, prevalently adsorbed by iron oxides and hydroxides.
Spring waters, such as those of the wells, don’t show any critical concentration of EPT (with reference to Tab. 3 All. 5 Parte III del D.Lgs. 152/06), instead, the waters picked up from the piezometers show a different situation, because some piezometers have been installed in critical monitored areas.
We tried to define a possible natural soil value for some EPT utilizing for the elaboration and statistical analysis of the data what was suggested in the APAT - ISS, ARPA Veneto, Environmental Protection Agency documents and other reported in bibliography. For this purpose the results of the analysis on the cores have been used. The cores have been taken during the realization of piezometers and they represent samples of the natural substrate not interested by the anthropic activity.
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