Studio dei processi di trasformazione e stabilizzazione del Cr n un suolo agrario inquinato mediante tecniche analitiche che impiegano raggi-X

Lo studio dei meccanismi biogeochimici che regolano il destino dei metalli pesanti (MP) nei suoli inquinati è indispensabile al fine di comprendere il grado di mobilità e biodisponibilità dei MP e, quindi, il loro effetto sull’uomo e sull’ambiente. Quando l’inquinamento interessa il suolo agrario, è ancora più urgente la comprensione di tali dinamiche, al fine di ridurre al minimo i rischi di trasferimento dei MP dal suolo alla pianta e, attraverso la catena alimentare, all’uomo. Il suolo possiede una propria capacità naturale di attenuazione dell’inquinamento da MP, che si esplica nei processi di complessazione da parte della sostanza organica, adsorbimento sulle superfici dei colloidi, intrappolamento nelle microporosità dei minerali primari e secondari, nonché precipitazione e coprecipitazione. Lo studio di tali importanti fenomeni richiede l’ausilio di tecniche in grado di risolvere l’estrema complessità del sistema suolo fino a livelli micrometrici. Nel presente lavoro, molteplici tecniche di analisi di raggi-X sono state utilizzate, congiuntamente a tecniche convenzionali, per indagare la distribuzione e l’eventuale immobilizzazione del Cr e altri MP (Zn, Pb e Cu) in un suolo agrario pugliese sottoposto nel passato ad ammendamento con compost miscelato a rifiuti di provenienza incerta. È stata condotta sui campioni di suolo una caratterizzazione chimico-fisica di base, che ha consentito di accertare la presenza, in media, di un elevato contenuto di Corg (130 g kg-1) e CaCO3 (105 g kg-1), nonché Cr e Zn in concentrazioni molto elevate (4480 e 1220 mg kg-1, rispettivamente), e livelli di Cu e Pb meno allarmanti ma comunque superiori ai limiti di legge. Le estrazioni sequenziali con il metodo BCR hanno rivelato la scarsa mobilità di Cr, Cu e Pb, tutti prevalentemente associati alle componenti organiche del suolo e ai minerali della frazione residua, ed una discreta mobilità dello Zn, distribuito per circa il 40% nella frazione riducibile o associata ai carbonati. La concentrazione di Cr(VI) è stata determinata con i metodi ufficiali USEPA (3060A e 7196A); tuttavia l’elevato contenuto di sostanza organica del suolo ha interferito negativamente sul metodo, dando recuperi pari a zero. L’analisi di diffrazione di raggi-X (XRD) ha evidenziato la presenza di calcite, quarzo, illite, rutilo, caolinite e albite, e l’assenza di minerali cristallini contenenti Cr o altri MP. L’analisi di fluorescenza di raggi-X a dispersione di lunghezza d’onda (WD-XRF) ha rivelato che il suolo inquinato ha un minore contenuto di Al e Si ed un maggiore contenuto di Ca, P e S rispetto al suolo di controllo (campionato nella stessa zona e non inquinato). L’analisi con microfluorescenza di raggi-X (μ-XRF) su sezioni sottili di suolo ha evidenziato la presenza diffusa di Cr, che è apparso distribuito in particelle di dimensioni variabili (da pochi micrometri a qualche millimetro). Il Cr è risultato associato a Ca, Zn, P, S e Fe, ma non a Si e Al. L’elaborazione degli spettri acquisiti per ciascun pixel della mappa di microfluorescenza ha consentito di indagare le correlazioni tra gli elementi. Lo studio della correlazione Si-Al (Fig. 1a) ha rivelato la presenza nel suolo di due frazioni, una alluminosilicatica di tipo autoctono (Fig. 1a, in verde), e una alloctona (assente nel suolo di controllo), quest’ultima ricca in Cr ma povera in Si e Al (Fig. 1a, Cr in scala di grigio). Numerose particelle contenenti Cr sono apparse circondate da un bordo alluminosilicatico, ben evidente soprattutto nelle particelle di dimensioni minori. L’analisi di microscopia elettronica a scansione accoppiata alla microanalisi (SEM-EDX) delle sezioni sottili e delle singole particelle di suolo ha confermato la presenza, nelle particelle, di uno strato esterno alluminosilicatico, e di una porzione interna ricca in Cr, Ca, Fe, P, S e Zn (Fig. 1b). Correlazioni positive sono state riscontrate tra Cr e Ca, nonché tra Cr e Fe e tra Cr e P. Inoltre, il suolo è stato suddiviso in varie frazioni granulometriche ed è stato accertato che Cr, Ca e Zn sono più concentrati nelle frazioni più grossolane. L’insieme dei risultati ottenuti fa ipotizzare che l’inquinamento da Cr e altri MP sia stato provocato dall’apporto al suolo di materiale organico miscelato a rifiuti industriali, probabilmente scarti di conceria, notoriamente ricchi in Cr, Ca, Fe e Zn. La microanalisi rivela altresì che nel suolo è in corso un processo naturale di stabilizzazione del Cr ad opera di minerali alluminosilicatici autoctoni, che formano “uno strato protettivo” sulle particelle dei rifiuti sversati. Tale fenomeno è visibile anche da analisi di microtomografia computerizzata di raggi-X condotte su alcune particelle del suolo.