Bioremediation potenziata con ossigeno
Il Waterloo Emitter™ – Modello 703 è un dispositivo per il rilascio controllato e continuo di ossigeno o di altri gas ammendanti, progettato per applicazioni di biodegradazione stimolata (Enhanced Biodegradation) in interventi di bonifica delle acque sotterranee contaminate da idrocarburi.
Il sistema consente di fornire in modo diretto e uniforme ossigeno all’interno dell’acquifero, al fine di favorire i processi biologici di degradazione dei contaminanti da parte delle comunità microbiche autoctone. Il rilascio avviene in maniera passiva, senza generazione di bolle e senza dispersioni non controllate dell’agente immesso.
Principio di funzionamento
Il Waterloo Emitter è costituito da tubazioni permeabili in silicone o polietilene a bassa densità (LDPE), avvolte su un telaio in PVC. L’agente gassoso introdotto all’interno delle tubazioni diffonde verso l’acqua di falda circostante in risposta a un gradiente di concentrazione.
Il meccanismo di rilascio è governato dalla legge di Fick, secondo la quale la diffusione prosegue fino al raggiungimento dell’equilibrio di concentrazione. In condizioni operative, tale equilibrio non viene mai raggiunto poiché l’agente è continuamente reintegrato all’interno delle tubazioni e l’acqua di falda è soggetta a flusso, garantendo un apporto costante e controllato nel tempo.
Rilascio dell’ossigeno in falda
L’ossigeno puro viene introdotto all’interno delle tubazioni dell’Emitter a una pressione leggermente superiore a quella idrostatica. La differenza di concentrazione tra l’ossigeno all’interno della tubazione e quello disciolto in falda determina la migrazione delle molecole verso l’esterno attraverso la membrana semipermeabile.
Poiché la concentrazione di ossigeno all’interno della tubazione rimane prossima al 100%, si realizza un apporto continuo di ossigeno molecolare immediatamente disponibile, in grado di aumentare la concentrazione di ossigeno disciolto in falda e stimolare efficacemente l’attività microbica naturale responsabile della degradazione degli idrocarburi.
Waterloo Emitters, disponibili in tre dimensioni: 1,8″, 3,8″ e 5,8″:
Caratteristiche tecniche
| Modello | 703 Waterloo Emitter™ |
| Funzione | Rilascio controllato e continuo di gas o agenti bioattivanti per biodegradazione stimolata |
| Principio di funzionamento | Diffusione passiva attraverso tubazioni permeabili (legge di Fick) |
| Agenti rilasciabili | Ossigeno (O₂), Idrogeno (H₂), CO₂, gas traccianti, altri gas compatibili |
| Materiale struttura | Telaio in PVC |
| Materiale elemento diffusore | Tubazioni in silicone o LDPE |
| Lunghezza emettitore | 130 cm |
| Diametri pozzo compatibili | 2″, 4″, 6″ (50, 100, 150 mm) |
| Configurazione | Installazione singola o multipla (impilabile verticalmente) |
| Installazione | Pozzi verticali, installazioni orizzontali, trincee o perforazioni permanenti |
| Profondità operativa | Qualsiasi profondità al di sotto del livello dell’acqua |
| Alimentazione | Bombole di gas a bassa o media pressione |
| Modalità di rilascio | Continuo e uniforme, senza formazione di bolle |
| Manutenzione | Minima; nessuna parte in movimento |
| Alimentazione elettrica | Non richiesta |
| Condizioni operative | Funzionamento passivo indipendente da portata di falda e gradiente idraulico |
| Raggio di influenza tipico | Dipendente dal diametro del pozzo e dalla configurazione; indicativamente dell’ordine del metro |
| Gestione del gas | Necessità di spurghi periodici o regolazione continua per mantenere l’efficienza di diffusione |
| Compatibilità ambientale | Nessuna produzione di fanghi o sottoprodotti; assenza di volatilizzazione indotta |
| Applicazioni tipiche | Bonifica in situ di acque sotterranee contaminate, bioremediation aerobica e anaerobica |
| Durata operativa | Prolungata, dipendente dal tipo di gas e dalle condizioni di esercizio |
| Brevetto | Brevettato dall’Università di Waterloo (Ontario CA) 24 Aprile 1995 – U.S. Patent #5605634 |
Assenza di gorgogliamento
Una caratteristica distintiva del Waterloo Emitter è l’introduzione dell’ossigeno in forma disciolta direttamente in falda. Lo scambio avviene esclusivamente per diffusione molecolare attraverso la membrana semipermeabile della tubazione, senza formazione di bolle.
Rispetto ai sistemi basati su micro o nanobolle, l’assenza di bubbling consente di evitare dispersioni di gas, limitando l’apporto di ossigeno ai quantitativi effettivamente assimilabili dall’acquifero, con conseguente riduzione dei consumi. Inoltre, l’assenza di bolle elimina la necessità di sistemi di captazione superficiale del gas, prevenendo fenomeni di stripping e volatilizzazione dei contaminanti.
Il sistema è completamente passivo e non richiede alimentazione elettrica né l’utilizzo di pompe o compressori: il funzionamento è garantito esclusivamente dalla pressione delle bombole di gas.
Le molecole di ossigeno migrano direttamente in falda sfruttando la permeabilità della parete del tubo.
L’ossigeno introdotto è immediatamente e completamente disponibile per stimolare la bioremediation.
Ambiti applicativi
Il Waterloo Emitter è impiegato in interventi di bonifica in situ per il trattamento di contaminazioni delle acque sotterranee mediante processi biologici aerobici e anaerobici. In particolare, il sistema è utilizzato per:
- stimolare la biodegradazione aerobica di idrocarburi leggeri e aromatici (BTEX, MTBE) mediante apporto di ossigeno;
- favorire processi di declorazione riduttiva anaerobica tramite rilascio di idrogeno;
- introdurre gas traccianti per studi di trasporto e distribuzione in falda;
- regolare le condizioni di pH mediante rilascio controllato di CO₂;
- supportare strategie di contenimento e trattamento di plume contaminati, anche in combinazione con altre tecnologie di bonifica.
Configurazione e modalità di installazione
I Waterloo Emitter sono disponibili per l’installazione in pozzi di monitoraggio di diametro nominale pari a 2″, 4″ e 6″. Possono essere installati in pozzi esistenti, in perforazioni dedicate o all’interno di trincee drenanti, sia in configurazione verticale sia orizzontale.
Gli emettitori, con lunghezza nominale di 130 cm, possono essere installati singolarmente oppure in configurazione modulare mediante impilamento verticale, al fine di coprire l’intero spessore saturo interessato dalla contaminazione. Il sistema risulta efficace a qualsiasi profondità al di sotto del livello piezometrico, senza necessità di battente idraulico minimo.
Alimentazione e gestione operativa
L’alimentazione degli emettitori avviene tramite bombole di gas a bassa o media pressione, collegate mediante linee di adduzione. Una singola bombola può alimentare più dispositivi collegati in serie, consentendo una gestione flessibile dell’impianto.
Il reintegro dell’agente diffusore può avvenire mediante spurghi periodici oppure tramite sistemi di regolazione a flusso continuo, come valvole a spillo, in funzione degli obiettivi di progetto e delle condizioni idrogeologiche del sito.
Affidabilità e continuità operativa
Il Waterloo Emitter™ – Modello 703 è caratterizzato da una struttura semplice, priva di parti in movimento e di componenti elettrici. Tali caratteristiche garantiscono un’elevata affidabilità operativa, una manutenzione minima e una continuità di funzionamento nel tempo, rendendolo idoneo a interventi di bonifica di lunga durata e a programmi di monitoraggio ambientale estesi.
Emitter per il biorisanamento di acque sotterranne salate a temperatura elevata
Emitter installati in pozzetti carrabili in punto vendita carburanti
Barriere permeabili reattive
L’impiego dei Waterloo Emitter™ consente la realizzazione di barriere permeabili reattive basate sull’apporto di ossigeno disciolto, progettate per intercettare e trattare in modo passivo i plume contaminati in falda. In questa configurazione, gli emettitori vengono installati lungo una sezione trasversale al flusso di falda, creando una zona reattiva nella quale la concentrazione di ossigeno disciolto viene mantenuta a livelli sufficienti a sostenere processi di biodegradazione aerobica.
La permeabilità della barriera non viene alterata, consentendo il naturale passaggio dell’acqua sotterranea attraverso il volume trattato, mentre l’apporto continuo e uniforme di ossigeno favorisce l’attività delle comunità microbiche autoctone responsabili della degradazione degli idrocarburi e di altri contaminanti organici. L’assenza di formazione di bolle e di fenomeni di stripping rende questa tipologia di PRB particolarmente idonea in contesti sensibili, permettendo un controllo efficace della migrazione del plume con ridotte esigenze di manutenzione e senza impatti sulla superficie.
Barriera di ossigeno disciolto Permeabile Reattiva
Utilizzo combinato con gas traccianti
I Waterloo Emitter™ possono essere utilizzati in modo efficace anche per l’immissione controllata di gas traccianti inerti, quali esafluoruro di zolfo (SF₆) e argon (Ar), a supporto di studi di caratterizzazione idrogeologica e di monitoraggio dei processi di bonifica. In questa applicazione, il rilascio per diffusione passiva consente l’introduzione uniforme e riproducibile del tracciante direttamente in falda, evitando la formazione di bolle e garantendo un’elevata efficienza di trasferimento alla fase acquosa. L’impiego di SF₆ o Ar permette di valutare la direzione e la velocità di flusso della falda, il raggio di influenza degli emettitori, la connettività idraulica tra pozzi e l’efficacia di barriere reattive o sistemi di biodegradazione stimolata. La possibilità di dosare i gas traccianti con continuità e a basse portate rende i Waterloo Emitter particolarmente idonei per prove di tracciamento a lungo termine, minimizzando le perturbazioni del sistema acquifero e consentendo un’interpretazione affidabile dei dati di monitoraggio.
Criteri di progettazione e dimensionamento del sistema
La progettazione di un sistema di bonifica basato su Waterloo Emitter™ – Modello 703 richiede una valutazione preliminare delle caratteristiche idrogeologiche del sito, della geometria del plume contaminato e degli obiettivi di intervento. In particolare, il numero, la tipologia e la disposizione degli emettitori devono essere definiti in funzione dello spessore saturo da trattare, della permeabilità dell’acquifero e del regime di flusso della falda.
Gli emettitori possono essere installati singolarmente oppure in configurazione modulare, mediante impilamento verticale, al fine di coprire almeno il 50% dello spessore del plume contaminato, come indicato nelle linee guida applicative. In presenza di contaminazioni distribuite su più livelli, l’installazione multipla consente di ottenere una distribuzione più uniforme dell’agente bioattivante lungo la colonna d’acqua.
Il raggio di influenza di ciascun emettitore dipende dal diametro del dispositivo e dal diametro del pozzo. Per emettitori installati in pozzi da 4″ e 6″, il raggio di influenza tipico è pari a circa 1,5 m, consentendo un’interdistanza tra i pozzi di circa 3 m per garantire una copertura completa. Per emettitori di diametro inferiore installati in pozzi da 2″, il raggio di influenza risulta più contenuto e richiede una spaziatura ridotta.
Un ulteriore elemento progettuale riguarda la scelta del materiale delle tubazioni diffusori (silicone o LDPE), che influisce direttamente sulla velocità di diffusione dell’agente e sui consumi. Il silicone presenta un coefficiente di diffusione più elevato ed è indicato per applicazioni che richiedono un apporto maggiore di ossigeno, mentre il LDPE è preferibile in presenza di fase libera o quando si desidera un rilascio più lento e controllato.
Poiché i gas disciolti presenti in falda (ad esempio CO₂, CH₄) possono diffondere all’interno delle tubazioni, riducendo nel tempo l’efficienza del sistema, è necessario prevedere una gestione periodica dello spurgo. Questa può essere effettuata mediante spurghi manuali a intervalli regolari oppure tramite un sistema di spurgo continuo a bassa portata, utilizzando valvole a spillo, al fine di mantenere costante la concentrazione dell’agente rilasciato.
