Il rapporto descrive i risultati delle indagini sperimentali finalizzate allo sviluppo di “Linee guida” per la valutazione della sensibilità al mercurio degli ecosistemi acquatici fluviali. Le attività sono state condotte nell’ambito del Progetto “Sviluppo ed applicazione dei metodi per la quantificazione dell’impatto dei microinquinanti ed opportunità di mitigazione” dell’area “Produzione e Fonti Energetiche”, una delle quattro Aree di ricerca definite nell’Accordo di programma triennale tra il Ministero per lo Sviluppo Economico e CESI RICERCA S.p.A. stipulato il 21 giugno 2007. Tra i microinquinanti emessi sia dagli impianti termoelettrici a carbone che dagli inceneritori (o più precisamente termovalorizzatori nel contesto del Sistema Elettrico), il mercurio infatti negli ambienti acquatici viene trasformato, ad opera prevalentemente dei batteri anaerobi solfato-riduttori, in metilmercurio che viene bioaccumulato negli organismi acquatici e successivamente biomagnificato (di un fattore 10 6-7 rispetto alle concentrazioni in acqua) nei più elevati livelli trofici della catena alimentare. Il metilmercurio è inoltre un potente neurotossico i cui effetti si manifestano sia negli organismi acquatici sia nell’uomo a seguito del consumo alimentare di tali organismi. L’interesse per le implicazioni ecologiche e sanitarie dovute alla presenza del metilmercurio negli ecosistemi acquatici è notevolmente cresciuta da quando l’Environmental Protection Agency degli USA ha emesso nel 1997 una serie di voluminosi rapporti (Mercury Study Report to Congress, Voll. 1-8) dedicati alle varie problematiche del mercurio, dalla stima delle emissioni, alle implicazioni ambientali e sanitarie, alle possibili tecnologie di controllo e dei costi associati. Negli USA pertanto, grandi Istituti di ricerca, sia privati che governativi, dedicano ingenti risorse umane e finanziarie allo studio del destino ambientale del mercurio e delle possibili ripercussioni negative sugli ecosistemi e la salute umana; tra i più importanti l’Electric Power Research Institute (struttura di ricerca finanziata dalle “utilities” elettriche) ed il Geological Survey del Dipartimento dell’Interno. Nel contesto europeo, la rilevanza delle possibili implicazioni ambientali è testimoniata sia dalla pubblicazione da parte della Commissione di un “Position Paper on Mercury”, che dall’introduzione nella quarta direttiva “figlia” dell’Unione Europea sulla qualità dell’aria di raccomandazioni sull’opportunità di “misurare le concentrazioni ed i depositi in modo da conoscere la loro evoluzione nello spazio e nel tempo” pur non stabilendo “valori da conseguire o norme di qualità per il mercurio” in quanto “le concentrazioni riscontrate nell’aria ambiente sono inferiori ai valori ritenuti nocivi per la salute”. Nell’ambito della “Strategia comunitaria sul mercurio” si afferma che “la Direttiva EU sulle sostanze prioritarie nell’ambito della Direttiva quadro 2000/60/CE “Acque” comprenderà standard di qualità per il mercurio cui gli Stati membri dovranno conformarsi entro il 2015 e che saranno, tra l’altro, importanti per la concessione di autorizzazioni IPPC”. In tale contesto la Commissione UE ha presentato nel luglio 2006 un proposta di Direttiva “Relativa a standard di qualità ambientale nel settore della politica delle acque” in cui definisce per le “sostanze prioritaria pericolose” indicate nella Direttiva 2000/60/CE (tra cui il mercurio) i valori medi annui e le concentrazioni massime ammissibili nelle acque, nei sedimenti e negli organismi. Tale “proposta intende garantire un livello elevato di protezione contro i rischi che tali sostanze prioritarie e alcuni altri inquinanti comportano per l’ambiente acquatico o attraverso di esso”. Poiché numerose indagini sperimentali hanno consentito di evidenziare che il processo di metilazione è favorito sia da diversi fattori abiotici caratteristici dell’ambiente che da fattori biotici è fondamentale evidenziare a livello “locale” l’efficienza di trasformazione del mercurio in metilmercurio. Pur in presenza di alti carichi di Hg metallico, negli ecosistemi acquatici si può avere

infatti solo un modesto bioaccumulo di MeHg negli organismi, in particolare di quelli di elevato livello trofico, se l’efficienza di metilazione complessiva del sistema è bassa (cioè l’entità di conversione di Hg metallico in MeHg è modesta); viceversa se l’efficienza di metilazione è elevata, anche se il carico di Hg metallico è basso, la bioaccessibilità e biodisponibilità della forma metilata del mercurio è alta e pertanto il suo bioaccumulo e biomagnificazione da parte degli organismi è elevato. Gli ecosistemi acquatici sono pertanto ritenuti diversamente “sensibili al mercurio”. La valutazione dell’entità della metilazione e dei processi che la favoriscono o la inibiscono rappresenta pertanto l’elemento chiave per verificare la necessità di adottare interventi di riduzione delle emissioni. Qualora infatti non sussistano negli ecosistemi acquatici le condizioni strutturali e/o funzionali favorevoli al processo di metilazione o le caratteristiche abiotiche e biotiche dell’ecosistema potenzialmente impattato siano tali da “compensare” tale produzione, in termini economici sarebbe sproporzionata ai reali benefici ambientali una politica tesa a limitare il più possibile, se non ad annullare, le emissioni di mercurio dagli impianti di generazione e l’adozione di ulteriori e più sofisticate tecnologie di contenimento delle emissioni. L’adozione di tali tecnologie potrebbe essere limitata soltanto agli impianti localizzati in prossimità di ecosistemi acquatici “sensibili”, essendo sufficiente nelle altre situazioni ambientali il beneficio risultante dall’adozione nella totalità degli impianti di sistemi di abbattimento degli inquinanti, così come imposto dalla Direttiva IPPC che richiede che le “migliori tecniche disponibili” siano presenti al fine dell’ottenimento dell’autorizzazione integrata ambientale. L’obiettivo principale delle attività condotte è stato pertanto quello di valutare l’esistenza e l’entità del processo di metilazione in tre ecosistemi “campione” e di definire delle “Linee guida” da applicare in altri contesti in cui sia previsto l’insediamento di una centrale a carbone o di un termovalorizzatore. Le concentrazioni delle specie del mercurio nel sedimento nei tre corpi idrici, sulla base dei valori statistici, in particolare della mediana e del 75 percentile, consentono di formulare le seguenti osservazioni e considerazioni generali: �¾ in termini assoluti i valori di Hg totale (sia nella mediana che nel 75 percentile) sono più elevati nel torrente Agogna e nel fiume Cesano di quelli riscontrati nel fiume Vara; �¾ in termini assoluti i valori di MeHg (sia nella mediana che nel 75 percentile) sono uguali o più elevati nel torrente Agogna e nel fiume Cesano di quelli riscontrati nel fiume Vara; �¾ la percentuale di MeHg è tuttavia più elevata nel Vara sia nella mediana (6,9 %) che nel 75 percentile (13 %); �¾ l’utilizzo di un “indicatore” integrato di metilazione consente di discriminare l’efficienza complessiva degli ecosistemi considerati nella trasformazione del mercurio in metilmercurio; �¾ l’efficienza di metilazione osservata nei tre ecosistemi fluviali risulta congruente con quella di bacini caratterizzati da un diverso grado di presenza di aree forestate confermando il ruolo primario che la struttura del territorio ha sull’intero processo, dalla cattura alla trasformazione del mercurio proveniente dalle deposizioni atmosferiche umide e secche. In tutti e tre i corpi idrici l’indicatore di metilazione netta, cioè la percentuale di MeHg su Hg totale, pare decresce all’aumentare della concentrazione di Hg totale, con valori più elevati della percentuale di MeHg che si collocano, in tutti e tre i corpi idrici, in un “intervallo di Hg totale compreso tra 40 e 80 µg/kg p.s. Per quanto riguarda i parametri ancillari nell’acqua, sono stare registrate le seguenti condizioni: �¾ le concentrazioni dei solfati riscontrati nel Vara e nell’Agogna rientrano nell’intervallo (circa 1- 30 mg/L) in cui la metilazione risulta stimolata favorevolmente, mentre nel Cesano sono risultate “sub-ottimali”; �¾ le concentrazioni della sostanza organica (espressa dal TOC) sono risultate nel Vara estremamente basse, con una mediana di 0,82 mg/L, e distribuite pressoché totalmente in fase disciolta (DOC);

�¾ i valori di temperatura nel sedimento sono risultati, in tutti e tre i corpi idrici, sempre sub- ottimali per l’attività dei batteri solfatoriduttori (nel Vara soltanto nel 5 % dei casi si sono registrati valori superiori a 22,8 0 C, nell’Agogna soltanto nel 5 % dei casi si sono registrati valori superiori a 22,5 0 C ed infine nel Cesano soltanto nel 5% dei casi si sono registrati valori superiori a 19,7 0 C); �¾ il valore del pH nel sedimento, in tutti e tre i corpi idrici, presenta valori prossimi alla normalità, tuttavia leggermente più acidi nell’Agogna rispetto al Vara ed al Cesano. Per quanto riguarda i parametri ancillari nel sedimento, sono stare registrate le seguenti condizioni: �¾ i valori del potenziale di ossidoriduzione nel sedimento sono significativamente diversi nei tre corpi idrici: nel Vara soltanto il 25 % dei valori risultano tipici di condizioni riducenti, nell’Agogna il 95 % e nel Cesano il 75 % dei valori riscontrati indicano invece, seppur con diverso livello di intensità, condizioni tipicamente riducenti; �¾ il contenuto di sostanza organica totale nel sedimento espresso dal valore del parametro “surrogato” LOI (Loss on Ignition) non è significativamente diverso dei tre corpi idrici: nel Vara la mediana è di 2,4 %, nell’Agogna del 1,5 % e nel Cesano del 2,3 % . L’analisi statistica bivariata tra metilazione e parametri ancillari ha fatto emergere le seguenti relazioni, più o meno marcate: �¾ nella maggior parte dei casi ad un valore più elevato (o più basso) di solfati corrisponde un altrettanto valore elevato (o più basso) di MeHg nel sedimento, confermando quindi l’influenza di tale parametro nel processo di metilazione da parte dei batteri solfato riduttori; �¾ in tutti e tre i corpi idrici le concentrazioni di MeHg presentano la tendenza a diminuire all’aumentare della temperatura, indicando quindi che in tali ecosistemi tale parametro non rappresenta un significativo fattore di regolazione del processo di metilazione; �¾ le più elevate concentrazioni di MeHg sono state riscontrate nel Vara per valori compresi nell’intervallo tra 10-15 0 C, nell’Agogna per valori compresi nell’intervallo tra 7-20 0 C e nel Cesano infine per valori compresi nell’intervallo tra 7-14 0 C; �¾ nel Vara la percentuale di MeHg è risultata piuttosto elevata (circa 8%) sia in presenza di condizioni nettamente riducenti (comprese tra – 250 e + 100 mV a 25 0 C) che in condizioni moderatamente riducenti (comprese cioè tra + 100 e + 250 mV a 25 0 C); �¾ nell’Agogna la percentuale di MeHg risulta mediamente decrescere dal passaggio da condizioni più riducente a condizioni meno riducenti; �¾ nel Cesano la percentuale di MeHg risulta variabile all’interno di condizioni riducenti con tuttavia un valore elevato anche in condizioni moderatamente riducenti; �¾ la sostanza organica rappresenta un importante “ingrediente” del processo di metilazione e, in particolare, la qualità della sostanza organica riscontrata nei sedimenti di tutti i tre corpi idrici sembra essere idonea (ossia facilmente degradabile) per il metabolismo (respirazione) dei batteri solfatoriduttori; �¾ nella maggior parte dei campionamenti è stata riscontrata una evidente corrispondenza tra le concentrazioni di Hg totale e di MeHg, normalizzati sul contenuto di sostanza organica; �¾ seppur in modo non particolarmente significativo, in tutti e tre i corpi idrici, le concentrazioni di MeHg presentano la tendenza a diminuire all’aumentare del valore del pH, con più marcato valore di R 2 nel fiume Vara, anche se con valori di R 2 statisticamente non significativo. L’analisi statistica multivariata (analisi delle correlazioni multiple, analisi dei cluster, analisi delle componenti principali) applicata sia all’intero set di dati disponibili, sia soltanto al complesso di dati depurato dai valori inferiori al limite di rilevabilità, ha confermato le correlazioni ed i raggruppamenti riscontrati con l’analisi bivariata. Nell’analisi dei cluster particolarmente significativo è risultato il fatto che i campioni con una concentrazione di metilmercurio inferiore al limite di rilevabilità non influiscono nella messa in luce di una associazione tra percentuale di metilmercurio e concentrazione dello ione solfato. L’analisi delle componenti principali inoltre si è rilevata poco sensibile alla presenza dei valori inferiori al limite di rilevabilità.

Il particolato sospeso (espresso dal DMOS) contribuisce alla concentrazione del metilmercurio riscontrato nei sedimenti; la concentrazione di MeHg nel sedimento, e quindi la sua percentuale su Hg totale, oltre che da un processo di di metilazione “in situ” a carico dei batteri solfatoriduttori, deriva da apporti “ex situ”, cioè a mercurio metilato nei sedimenti in altra parte del corpo idrico e veicolato dal particolato sospeso, successivamente sedimentatosi in corrispondenza di zone caratterizzate da debole idrodinamismo. Per quanto attiene l’analisi delle concentrazioni delle forme di mercurio nel periphyton e nei pesci, è emerso che: �¾ la percentuale di metilmercurio nel periphyton dei tre corpi idrici presenta mediamente un valore del 10% (dall’8% al 12%) è congruente con i valori di letteratura e può rappresentare la quota bioaccumulata del mercurio derivante dalla metilazione operata dai batteri solfo riduttori; �¾ nel fiume Vara,in una circostanza, tale percentuale è tuttavia molto elevata (55%) consentendo di ipotizzare che oltre al fenomeno di bioaccumulo si sia verificato all’interno della comunità perifitica, in virtù della sua composizione e della complessa struttura, anche un processo di metilazione; �¾ i valori medi delle concentrazioni di Hg totale e di MeHg nelle varie specie campionate nel Vara e nell’Agogna non superano limite indicato dall’US EPA come valore che non deve essere superato per garantire la protezione dei consumatori di pesci d’acqua dolce e salmastra, ma in alcune specie sono superiori al valore indicato dall’US Fish and Wildlife Service come limite per la protezione e salvaguardia della fauna acquatica selvatica e degli uccelli piscivori; �¾ i valori massimi delle concentrazioni di Hg totale e di MeHg riscontrati nel diverse specie campionate nel Vara e nell’Agogna in numerosi casi invece superano sia il valore di riferimento assunto dall’US FWS e, nel caso dell’Anguilla nel Vara, anche quello indicato dall’US EPA per il metilmercurio; �¾ assumendo che i valori indicati dall’US FWS e dall’US EPA costituiscano le PNEC (Predicted No Effect Concentration) rispettivamente per Hg totale e per MeHg, e che i valori delle PEC (Predicted Environmental Concentration) siano costituiti dalle rispettive concentrazioni effettivamente misurate nelle specie ittiche, si può ipotizzare, secondo l’approccio dello “scoping level”, che alcune specie siano soggette ad un potenziale “rischio ecologico” in quanto l’Hazard Quotient, cioè il rapporto PEC/PNEC, è maggiore di 1. Le indagini sperimentali effettuate hanno quindi messo in luce che, a parità di mercurio depositato, il livello di disponibilità del metilmercurio per gli organismi fluviali, e quindi quello che può entrare in ultima analisi in catene trofiche importanti anche per l’uomo, può essere valutato in modo utile solo con accurate indagini e misure e non può essere determinato a priori dal momento che dipende da parametri individuali di ogni bacino idrografico. Sulla base della qualificazione sperimentale dell’approccio adottato e dei risultati ottenuti sono state definite delle “Linee guida” incentrate sull’utilizzo di due “indicatori” di valutazione dell’efficienza di metilazione a livello di ecosistema fluviale che devono essere supportati dall’accertamento di alcuni parametri ancillari indispensabili per supportarne la validità e l’applicabilità. In particolare, l’efficienza di metilazione netta del mercurio a livello di bacino idrografico può essere valutata attraverso la determinazione di “indicatori di metilazione” (IM) definiti dal rapporto percentuale tra la concentrazione del MeHg e quella del Hg totale presenti nelle matrici ambientali acqua (IM acqua ) e sedimento (IM sedimento ). Dalla determinazione di questi due “indicatori” specifici si può dedurre un “indice” complessivo dato dalla loro media (IM m ) che si può ritenere rappresentativo così del contributo di MeHg derivante dall’intero bacino idrografico. Il complesso delle informazioni fornite dalle due matrici costituisce una stima integrata dei principali processi di metilazione in quanto: �¾ il sedimento superficiale intero (particelle solide + acqua di porosità) è rappresentativo della produzione “in situ” del MeHg: ha quindi il ruolo di sorgente di MeHg;

�¾ l’acqua (fase disciolta + particolato sospeso) è rappresentativa sia della produzione “in situ” che di quella “ex situ”; ha quindi il ruolo sia di sorgente che di trasportatore “carrier”. L’utilizzo del valore di % MeHg rispetto a MeHg e Hg totale consente di normalizzare la variabilità nei livelli di MeHg che sono attribuibili alle differenze nei livelli di disponibilità di Hg totale sia spaziale che temporale. Ad esempio, in alcuni ecosistemi acquatici le concentrazioni di Hg totale nell’acqua possono mostrare regolari cicli stagionali, sia che essi siano dovuti a cambiamenti del carico esterno (dovuto, ad esempio, all’ alternanza di periodi siccitosi versus periodi piovosi) oppure a quello interno (dovuto, ad esempio, dalla risospensione durante il “runoff” primaverile del materiale precedentemente sedimentato). La percentuale di MeHg tende quindi a smorzare la variabilità spaziale e temporale mostrata dai soli valori di MeHg e Hg totale. Poiché l’efficienza di metilazione, e quindi le concentrazioni di MeHg, non dipende solo dalle concentrazioni di Hg totale presente nella matrice, ma è controllata/regolata/condizionata dalle condizioni ambientali (biogeochimiche e idrologiche) e dalle caratteristiche ecosistemiche (strutturali/funzionali) è indispensabile accompagnare tale valutazione da indagini sui parametri ancillari (fisici, chimici e chimico-fisici) e sulle matrici biologiche che maggiormente possono influenzare il processo di metilazione, il trasferimento del metilmercurio nell’ecosistema fluviale e il suo potenziale accumulo negli organismi delle reti trofiche presenti.