L'importanza del tempo e di altri fattori determinanti nella valutazione del rilascio di metalli pesanti durante la gestione dei rifiuti solidi

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 1651 (2023) Citare questo articolo

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Uno dei parametri che influenzano la lisciviabilità dei metalli pesanti dai rifiuti è il tempo di contatto con il lisciviante. In questo articolo, il comportamento di lisciviazione di Zn, Cu, Pb e Ni è stato valutato in relazione al rapporto liquido/solido (L/S), che riflette il tempo dopo il quale un certo volume di acqua permea il materiale, ad es. cumuli di scorie o discariche. È stato condotto uno studio sulla lisciviazione mediante diversi metodi di lisciviazione utilizzando tre materiali di prova, vale a dire scorie di zinco pericolose, scorie di rame in pezzi e compositi minerali-organici. È stato riscontrato che la quantità più elevata di metalli lisciviati a lungo termine nel test di massima disponibilità, nelle seguenti condizioni di lisciviazione: L/S = 50 dm3/kg, pH ridotto del lisciviante, frammentazione dei materiali a granulometria < 0,125 mm. Confrontando i risultati ottenuti nel test batch e nel test di percolazione, non è stata osservata alcuna tendenza marcata nel rilascio di un dato metallo da diversi materiali di prova. L'analisi utilizzando il test in vasca ha dimostrato che i processi che controllano la lisciviabilità possono comportare il rilascio dei carichi metallici più elevati immediatamente dopo il contatto tra il materiale e il lisciviante, ma possono anche contribuire al rilascio di metalli solo dopo un contatto prolungato.

La questione della lisciviabilità dei metalli pesanti da diversi materiali e prodotti è la chiave per la valutazione dell'impatto ambientale. I metalli pesanti migrano da prodotti costituiti da materie prime naturali, materiali di scarto e da rifiuti depositati nell'ambiente1,2,3.

Una delle principali preoccupazioni nella valutazione del potenziale rilascio di elementi dai materiali di scarto depositati nelle discariche è che con il passare del tempo quantità inaccettabili di contaminanti potrebbero essere rilasciate nell'ambiente4. Il tempo è un fattore importante che influenza le concentrazioni di contaminanti lisciviati quando si valuta la velocità con cui hanno luogo i processi di discarica. Questi processi possono limitare il rilascio di elementi quando la reazione è lenta (dissoluzione lenta dei minerali) o durante la diffusione. Poiché i rifiuti vengono immagazzinati nel tempo, possono verificarsi cambiamenti nelle loro proprietà e condizioni ambientali a causa della decomposizione della materia organica, dei cambiamenti nella permeabilità della discarica, della carbonatazione dei materiali di scarto alcalini o dell'aumento della superficie di lisciviazione dovuta all'erosione5 .

I test di lisciviazione di laboratorio possono includere test/estrazioni a lotto singolo ed estrazioni multiple/test dinamici. Una caratteristica comune a tutti i test di lisciviabilità è la generazione di un eluato che viene poi utilizzato per valutare proprietà specifiche del materiale o per simulare scenari di lisciviazione nell'ambiente6. Uno dei criteri per la suddivisione dei metodi di lisciviazione è la durata della lisciviazione, quindi possiamo distinguere tra test a lungo termine (es. tank test7) e test a breve termine (es. batch test8) e test a breve termine per prevedere i tempi di lisciviazione a lungo termine. lisciviazione a termine (test di massima disponibilità9).

Il rapporto tra la massa del solido e il volume del lisciviante influisce sulla velocità di lisciviazione dei metalli pesanti dai rifiuti10,11,12,13. Esprimere i risultati dei test di lisciviabilità in termini di quantità di metallo lisciviato (in mg/kg) è un modo conveniente. Consente di confrontare i risultati ottenuti da diversi metodi di prova, principalmente da percolazione14 e test batch8,15,16. Tuttavia, va tenuto presente che il rapporto L/S in un test di lisciviabilità può essere influenzato anche dal pH o da altri parametri che controllano la lisciviazione. Inoltre, diverse condizioni di test come l'agitazione del campione, la temperatura, il tipo di lisciviante e il tempo di contatto possono variare, rendendo difficile il confronto dei risultati ottenuti con i vari metodi di test17.

La lisciviabilità dei metalli pesanti viene solitamente valutata mediante test accelerati. I test di lisciviazione a breve termine sono spesso test batch con un basso rapporto liquido/solido, ovvero L/S = 2 dm3/kg corrispondente a un periodo di lisciviazione ambientale (discarica, cumulo di scorie) di 100 anni18. Nella maggior parte dei casi, tali test forniscono valutazioni preliminari soddisfacenti della lisciviazione dei contaminanti. I test a breve termine possono essere eseguiti anche utilizzando test su colonna o lisimetro. Questi test sono più accurati, ma vengono condotti su periodi di tempo più lunghi (richiedono mesi o addirittura anni) e quindi non sono pratici per la stima di routine della lisciviazione a lungo termine finché il rapporto L/S non raggiunge la cifra di diverse centinaia4. L'analisi della lisciviabilità a lungo termine presentata da Astrup et al.4 mostra la prospettiva di rilascio di elementi inclusi metalli pesanti fino al raggiungimento di L/S = 5000 dm3/kg, che corrisponde a circa 100.000–250.000 anni di smaltimento dei rifiuti.