The application of diffusion gradient method (DGT) for ecological risk assessment of natural and artificial matrixes

This work is devoted to describing the activities performed to test a method for measuring the mobility of persistent organic pollutants in the solid phase of soils or sediments within the context of environmental pollution risk assessment. The method is based on the design of a new probe for the passive sampling of organic pollutant in soils. The probe, namely an organic diffusive probe (ODP), was prepared to reproduce diffusion gradients in thin-films (DGT). The new probe is designed by adapting DGT, originally meant for heavy metals, to organic molecules. The main modifications relate to: the material suitable as organic pollutant receptor; the shape of the overall testing device and the materials filling the probe. The ODP was calibrated with activated carbon as a receptor material. Moreover, the influence of geometric characteristics of the probe and the influence of different physicochemical soil parameters on adsorption of organic pollutants were studied. Furthermore, were investigated influences of different concentration of pollutant in samples from one type of soil and the same concentration of the pollutant in samples with different physiochemical properties. Results from ODP experiments showed the feasibility of application of the diffusion gradient for environmental risk assessment of pollution by organic compounds. Further research has been focused on practical applications of the diffusion gradient method. The study included the testing of the principle of diffusion gradient on soil samples from coke production site, Novolipetsk Steel company. The latest work has been concentrated on analysing diffusion processes of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in sediments of the Adriatic Sea. These results confirm the possibility of applying such adopted configurations of the passive probe that is able to measure the labile fraction of organic pollutants in soils and sediments.

Il lavoro presenta le attività condotte per studiare, nell'ambito della valutazione di rischio ambientale, un metodo che descriva quantitativamente la mobilità di inquinanti organici persistenti nella fase solida del suolo e dei sedimenti. Il lavoro ha implicato la progettazione e la realizzazione di una sonda passiva in grado di campionare per diffusione le molecole organiche (Organic Diffusive Probe, ODP). La sonda ODP riproduce le condizioni necessarie per attuare la tecnica del gradiente diffusivo su strato sottile (Diffusion Gradients in Thin-film, DGT) ed è stata progettata adattando lo schema della sonda DGT, originarialmente pensata per il campionamento dei metalli pesanti. Le principali modifiche sono quelle relative ai materiali utilizzabili, come recettori dei contaminanti e come riempimento dello strato diffusivo, e all'aspetto esteriore della sonda. La sonda è stata calibrata usando carbone attivo come materiale recettore. Quindi, sono stati studiati sia l'influenza della geometria della sonda (rapporto superficie/spessore diffusivo) che quella dei parametri chimicofisici del suolo sull'adsorbimento degli inquinanti organici. È stata anche presa in esame l'influenza delle diverse concentrazioni di inquinante a parità di suolo e di suoli con diverse proprietà chimicofisiche a parità di concentrazione inquinante. I risultati mostrano la fattibilità dell'applicazione della tecnica DGT alla valutazione del rischio ambientale da inquinanti organici persistenti. La ricerca ha infine preso in considerazione l'applicazione della sonda su due casi studio di suolo e sedimento. Il primo ha esaminato campioni di suolo provenienti dal sito contaminato dell'impianto di coke della Novolipetsk Steel. Nel secondo la tecnica DGT è stata applicata all'analisi di Idrocarburi Policiclici Aromatici su sedimenti marini dell'Adriatico. I risultati confermano la possiblità di applicare la sonda per la misura della frazione organica labile nel suolo e nel sedimento.