IT201800009958A1 - Procedimento di adsorbimento di idrocarburi da acque reflue e relativo impianto. - Google Patents
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Description
PROCEDIMENTO DI ADSORBIMENTO DI IDROCARBURI DA ACQUE
REFLUE E RELATIVO IMPIANTO
La presente invenzione riguarda un procedimento di rimozione di idrocarburi da acque reflue mediante adsorbimento e un relativo impianto.
Più dettagliatamente, l’invenzione riguarda un procedimento innovativo di rimozione in continuo di idrocarburi (petrolio e/o suoi derivati) da correnti di acque reflue industriali prodotte in quantità rilevanti, mediante utilizzo di materiale adsorbente di nuova generazione contenente catene di grafite super espansa.
Com’è ben noto, il rilascio nell’ambiente di acque reflue industriali deve essere effettuato rispettando i limiti di emissione degli scarichi idrici stabiliti dalla normativa vigente, che vengono raggiunti mediante trattamenti specifici volti a rimuovere inquinanti come gli idrocarburi.
Attualmente esistono processi batch (ossia processi non in continuo) di rimozione di idrocarburi da correnti di acque reflue prodotte in quantità rilevanti, che utilizzano materiale adsorbente a base di grafite espansa. Tuttavia, nei processi di questo tipo si ha lo svantaggio di consumare ingenti quantità di materiale adsorbente in quanto si tratta di processi non continui (di tipo once-through), che quindi non permettono il riutilizzo spinto di tali materiali nella fase di rimozione.
In particolare, la domanda di brevetto internazionale WO 2018/029277 concerne un processo per il trattamento di acque contenenti idrocarburi mediante grafite espansa avente densità apparente tra 2g/l e 5g/l e un’area superficiale specifica tra 50m<2>/g e 100m<2>/g. Tuttavia, tale documento descrive un processo di trattamento batch, che comporta l’interruzione del processo fra un ciclo di trattamento e l’altro, comportando la messa in fermo periodica dell’impianto con le conseguenti difficoltà operative. Inoltre, questo tipo di processo comporta l’impiego di ingenti quantità di materiale adsorbente, in quanto per ogni ciclo di trattamento il materiale esausto viene smaltito e per il ciclo successivo viene utilizzato materiale adsorbente nuovo.
Inoltre, la domanda di brevetto cinese pubblicata con N. CN103241796 concerne il trattamento delle acque reflue mediante un processo e un dispositivo per eseguirne una filtrazione continua mediante adsorbimento con l’utilizzo di grafene. Tuttavia, in questo tipo di processo, l’adsorbimento avviene attraverso una reazione di microelettrolisi, eseguita combinando il materiale di grafene con riempitivi metallici e/od ossidi di metallo, rendendo questa tipologia di trattamento economicamente svantaggiosa. Inoltre, anche questo tipo di processo comporta l’impiego di ingenti quantità di materiale adsorbente.
Alla luce di quanto sopra, appare evidente la necessità di poter disporre di un procedimento di rimozione degli idrocarburi da acque reflue che ottimizzi il processo di trattamento sia per quanto riguarda i tempi operativi sia per quanto riguarda le quantità di materiale adsorbente utilizzato.
In questo contesto viene ad inserirsi la soluzione secondo la presente invenzione, che si propone di fornire un procedimento in grado di rimuovere in continuo idrocarburi aventi concentrazione media di circa 100mg/l, fino a un valore massimo di concentrazione di circa a 300mg/l, da correnti di acque reflue industriali, mediante l’utilizzo di materiale adsorbente di nuova generazione contenente catene di grafite super espansa avente densità apparente tra 2g/l e 5g/l e un’area superficiale specifica tra 50m<2>/g e 100m<2>/g, in cui il materiale adsorbente viene ricircolato all’interno del procedimento stesso. La presente invenzione, proponendo un procedimento in continuo, permette di ottimizzare i tempi operativi, rendendo il processo più efficiente.
Vantaggiosamente, il procedimento secondo la presente invenzione prevede la rigenerazione del materiale adsorbente e il suo riutilizzo all’interno del processo in continuo, comportando una netta riduzione delle quantità di materiale adsorbente necessarie, a parità di volume di acque contaminate trattate, rispetto alle soluzioni note.
A titolo esemplificativo, il consumo medio orario di materiale adsorbente è circa lo 0,01% in peso rispetto alla quantità di acqua da trattare giornalmente. Inoltre, il procedimento secondo la presente invenzione presenta gli ulteriori seguenti vantaggi:
- depurazione di portate rilevanti di acque reflue industriali in quanto, in funzione delle portate da trattare, l’impianto può essere costituito da più moduli in modo da incrementarne la capacità di trattamento;
- facilità operativa;
- condizioni di esercizio ambientali;
- riduzione del livello di inquinanti residui fino a valori molto bassi, inferiori a quelli raggiungibili con i processi noti e sempre inferiori ai valori dettati dai limiti di legge;
- recupero spinto degli inquinanti;
- utilizzo del procedimento su un livello di larga scala industriale con potenzialità di riutilizzo dei liquidi trattati; e
- utilizzo di volumi ridotti rispetto alle soluzioni tradizionali note (come ad esempio i trattamenti biologici), con la conseguente possibilità di realizzare impianti trasportabili e rilocabili.
Questi ed altri risultati sono ottenuti secondo la presente invenzione, proponendo un procedimento in continuo di rimozione di idrocarburi da correnti di acque reflue industriali mediante adsorbimento attraverso grafite espansa, con ricircolo del materiale adsorbente e rigenerazione dello stesso.
Scopo della presente invenzione è quindi quello di realizzare un procedimento che permetta di superare i limiti delle soluzioni secondo la tecnologia nota e di ottenere i risultati tecnici precedentemente descritti.
Ulteriore scopo dell’invenzione è che detto procedimento possa essere realizzato con costi sostanzialmente contenuti, sia per quanto riguarda i costi di produzione che per quanto concerne i costi di gestione.
Non ultimo scopo dell’invenzione è quello di realizzare un procedimento che sia sostanzialmente semplice, sicuro ed affidabile.
Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un procedimento in continuo per la rimozione di idrocarburi da acque contaminate comprendenti idrocarburi, detto procedimento comprendendo le seguenti fasi:
a) miscelare l’acqua contaminata da trattare con materiale adsorbente circolante comprendente grafite super-espansa mediante mezzi di miscelazione; e successivamente
b) separare l’acqua trattata da detto materiale adsorbente circolante e prelevare l’acqua trattata dal procedimento; e successivamente
c) ricircolare una prima porzione di materiale adsorbente circolante in modo tale da poter essere riutilizzato nella fase a);
d) rigenerare una seconda porzione di materiale adsorbente circolante in modo tale da ottenere materiale adsorbente rigenerato e una fase liquida contenente idrocarburi; e successivamente
e) ricircolare detto materiale adsorbente rigenerato in modo tale da poter essere riutilizzato nella fase a).
In una forma di realizzazione preferita del procedimento secondo la presente invenzione, precedentemente alla fase a), l’acqua contaminata da trattare può essere mantenuta in agitazione, in modo tale da aumentare la superficie di contatto tra fase idrocarburica e fase acquosa.
Inoltre, nella fase a) può essere integrato nuovo materiale adsorbente, preferibilmente detto nuovo materiale adsorbente essendo minore o uguale allo 0,01% in peso rispetto alla quantità di acqua da trattare giornalmente.
In una forma di realizzazione preferita del procedimento secondo la presente invenzione, l’acqua trattata della fase b), prima di essere rimossa dal procedimento in continuo, può essere fatta passare attraverso un filtro.
Infine, detta prima porzione di materiale adsorbente circolante può essere pari a circa il 30% in volume della portata di acqua contaminata da trattare in ingresso.
Forma ulteriore oggetto della presente invenzione un impianto per attuare un procedimento come definito sopra, detto impianto comprendendo almeno un ingresso di acqua contaminata da trattare e un’uscita di acqua trattata, e tra detto ingresso e detta uscita comprendendo in sequenza una pompa, un ingresso di materiale adsorbente comprendente grafite superespansa, mezzi di miscelazione e un serbatoio di separazione di detta acqua trattata da detto materiale adsorbente ricco di una fase liquida contenente idrocarburi; una linea di ricircolo di detto materiale adsorbente da detto serbatoio di separazione a detto ingresso di materiale adsorbente, lungo detta linea di ricircolo essendo disposto un serbatoio di carica contenente detto materiale adsorbente; detto impianto essendo caratterizzato dal fatto che lungo detta linea di ricircolo è presente un circuito collegato ad un sistema di recupero di detto materiale adsorbente, detto sistema di recupero comprendendo mezzi di separazione di detta fase liquida contenente idrocarburi da detto materiale adsorbente, un’uscita di detto materiale adsorbente, un’uscita di detta fase liquida contenente idrocarburi e una linea di ricircolo di detta fase liquida contenente idrocarburi verso detto serbatoio di carica.
Preferibilmente, una porzione superiore a maggior contenuto di idrocarburi di detta fase liquida contenente idrocarburi può essere rimossa dall’impianto e una porzione inferiore a minor contenuto di idrocarburi di detta fase liquida contenente idrocarburi può essere ricircolata verso detto serbatoio di carica.
Preferibilmente, detto impianto può comprendere ulteriormente un serbatoio di ingresso comprendente un miscelatore, detto serbatoio in ingresso essendo idraulicamente connesso a detta pompa ed essendo posto a monte di detta pompa.
In una forma di realizzazione preferita di detto impianto, detti mezzi di miscelazione possono comprendere uno o più dei seguenti mezzi di miscelazione: un eiettore, un miscelatore statico e un serbatoio di miscelazione comprendente un miscelatore. In particolare, quando detti mezzi di miscelazione comprendono un eiettore, detto eiettore è posto preferibilmente a monte rispetto agli altri mezzi di miscelazione.
Infine, detto impianto può comprendere almeno un filtro, posto a valle di detto serbatoio di separazione e a monte di detta uscita di acqua trattata.
L’invenzione verrà descritta nel seguito a titolo illustrativo, ma non limitativo, con particolare riferimento all’Esempio 1 e alle figure allegate, in cui:
- la Figura 1 mostra uno schema a blocchi di un primo impianto secondo la presente invenzione;
- la Figura 2 mostra uno schema a blocchi di un impianto comparativo rispetto all’impianto di Figura 1;
- la Figura 3 mostra l’andamento dei valori di concentrazione di idrocarburi misurati nel tempo nell’impianto di Figura 2;
- la Figura 4 mostra i livelli di concentrazione di idrocarburo, prima e dopo un processo di rigenerazione secondo la presente invenzione, in quattro campioni di materiale adsorbente ricco in contaminante;
- la Figura 5 mostra uno schema del sistema utilizzato per misurare i livelli di adsorbimento e saturazione del materiale adsorbente secondo la presente invenzione;
- la Figura 6 mostra la curva di saturazione del materiale adsorbente rigenerato secondo la presente invenzione; e
- la Figura 7 mostra le curve di saturazione di materiale adsorbente rigenerato secondo la presente invenzione e di materiale adsorbente fresco a confronto.
Con riferimento alla Figura 1, verrà di seguito descritto un impianto per l’implementazione di un procedimento secondo la presente invenzione, comprendente un sistema atto alla rimozione dei contaminanti, in particolare idrocarburi.
La corrente di acqua contaminata da trattare proveniente dall’esterno, attraverso un primo ingresso viene inviata in un serbatoio d’ingresso 1 in cui viene stoccata, in cui detto serbatoio d’ingresso 1 comprende un primo miscelatore 2 avente una velocità di rotazione preferibilmente di circa 700giri/min.
Dal fondo del serbatoio d’ingresso 1, la corrente di acqua contaminata viene aspirata da una pompa di carica 3 (o da una pompa di riserva 4) e inviata ad un eiettore 5, nel quale la corrente di acqua contaminata si miscela con il materiale adsorbente proveniente da un serbatoio di carica 6, provvisto di un secondo miscelatore 7. La miscelazione dell’acqua contaminata con il materiale adsorbente permette di creare un intimo contatto e favorisce l’adsorbimento dell’idrocarburo da parte del materiale adsorbente. A valle dell’eiettore è presente un miscelatore statico 8, atto a incrementare la capacità di miscelazione della corrente di acqua contaminata con il materiale adsorbente, aumentando il mescolamento del fluido e di conseguenza il tempo di contatto tra solido ed idrocarburo.
Successivamente, la miscela viene inviata a un serbatoio di miscelazione 9, fornito di un terzo miscelatore 10, al fine di aumentare l’intimo contatto tra la corrente liquida di acqua contaminata e l’adsorbente per ottenere, quindi, un maggiore grado di adsorbimento di idrocarburo.
Vantaggiosamente, la combinazione dei tre tipi di miscelazione, ossia la miscelazione che avviene attraverso l’eiettore, il miscelatore statico e il serbatoio di miscelazione 9, risulta avere un effetto sinergico per quanto concerne l’efficienza di rimozione degli idrocarburi, aumentando il tempo e la superficie di contatto tra materiale adsorbente e corrente liquida contaminata ed evitando il ristagno con impaccamenti di materiale all’interno dell’impianto.
Dal fondo del serbatoio di miscelazione 9, la miscela viene inviata in parte, ad esempio il 30% in volume della portata di acqua contaminata in ingresso all’impianto, al serbatoio di carica 6 ed in parte ad un serbatoio di separazione 11, nel quale avviene la separazione per differenza di densità tra il materiale adsorbente contenente il contaminante e l’acqua. Il materiale adsorbente contenente il contaminante si posiziona in una porzione superiore 12 del serbatoio di separazione 11, mentre l’acqua pulita, pressoché priva di contaminanti, si posiziona in una porzione inferiore 13 del serbatoio di separazione 11.
La corrente di acqua pulita viene prelevata dalla porzione inferiore 13 del serbatoio di separazione 11 e inviata in uscita all’impianto dopo essere passata attraverso un filtro di guardia 14 o attraverso un filtro di riserva 21, atto a trattenere le eventuali particelle di materiale adsorbente ancora contenute nell’acqua.
Il materiale adsorbente contenente il contaminante posizionato nella porzione superiore 12 del serbatoio di separazione 11 viene estratto dal serbatoio di separazione 11 mediante una slitta mobile a comando elettrico 15 fissata su un telaio appositamente sagomato e inviato ad una vasca 20, da cui viene successivamente inviato al serbatoio di carica 6, mediante un primo trasportatore a coclea 16, per essere ricircolato. Quando necessario, il materiale adsorbente contenente il contaminante, prima di essere ricircolato, è miscelato con nuovo materiale adsorbente, proveniente da un serbatoio di stoccaggio 17 o da contenitori di carica. Infatti, poiché il materiale adsorbente circolante nel sistema perde la sua capacità adsorbente durante i diversi cicli di lavorazione, è previsto un reintegro di materiale adsorbente fresco, variabile in funzione dell’idrocarburo contenuto nell’acqua inquinata, in sostituzione di una corrispondente quantità di materiale esausto che viene estratto dall’impianto. Ad esempio, per una corrente inquinata avente in ingresso una concentrazione media di idrocarburi di circa 100ppmw, si potrà reintegrare materiale adsorbente fresco per un valore medio orario inferiore allo 0,1% in peso rispetto al materiale adsorbente circolante. Al fine di minimizzare il consumo relativo al reintegro di materiale adsorbente, una parte di materiale adsorbente ricco in contaminante, contenuto nella porzione superiore 12 del serbatoio di separazione 11, viene prelevato dal primo trasportatore a coclea 16, e inviato ad un sistema di recupero 18, in cui avviene la separazione del contaminante dal materiale adsorbente, che viene così recuperato e inviato, tramite un secondo trasportatore a coclea 19, verso la vasca 20.
Il sistema di recupero 18 è preferibilmente costituito da un filtro a pressa (non presente in figura) o a nastro-pressa, in funzione della portata di fluido che deve essere trattata, azionato da una centralina di comando. Il filtro, creando una variazione di pressione, permetterà la separazione della fase liquida, composta da acqua e idrocarburi, da quella solida, costituita da materiale adsorbente riutilizzabile.
La fase liquida viene convogliata in una vasca di raccolta che contiene il liquido di separazione composto da acqua, sul fondo, ed idrocarburo sulla superficie. La fase idrocarburica viene inviata in uscita impianto per essere recuperata e/o riutilizzata in altri processi.
La rimanente fase acquosa viene rilanciata tramite una pompa, contenuta all’interno del sistema di recupero, al serbatoio di carica 6.
La fase solida, pressata e disidratata, viene successivamente frantumata per essere poi riciclata nell’impianto al serbatoio di carica 6 mediante un trasportare a coclea.
La frantumazione della fase solida vantaggiosamente permette di ottenere un materiale più facilmente trasportabile e miscelabile rispetto al materiale pressato e disidratato.
Nel caso di reintegro di materiale fresco nel sistema, una quantità idonea di materiale esausto viene inviata in uscita impianto per essere successivamente inviata a smaltimento.
Esempio 1 comparativo. Procedimento di adsorbimento degli idrocarburi da acque reflue in un impianto pilota privo di rigenerazione del materiale adsorbente.
Questo esempio comparativo ha lo scopo di dimostrare la validità di un procedimento di adsorbimento in continuo degli idrocarburi da acque reflue mediante grafite espansa, in un impianto privo di rigenerazione del materiale adsorbente. I test sono stati condotti in laboratorio mediante l’utilizzo di un piccolo impianto pilota.
Facendo riferimento alla Figura 2, per l’impianto pilota utilizzato sono indicati gli stessi numeri di riferimento della Figura 1 per quanto riguarda gli elementi in comune. Questo impianto comparativo non comprende il sistema di recupero 18 descritto in Figura 1.
Il procedimento realizzato riguardava il trattamento di una corrente di acqua contaminata avente un quantitativo di idrocarburi dell’ordine dei 100ppmw. Le condizioni iniziali dell’impianto erano le seguenti:
- serbatoio d’ingresso 1, avente un volume di 300L, riempito per il 50% del suo volume con acqua pulita;
- serbatoio di carica 6 , avente un volume di 70L, riempito per il 70% del suo volume con acqua pulita;
- serbatoio di miscelazione 9 , avente un volume di 200L, riempito tra il 20% e il 25% del suo volume con acqua pulita;
- serbatoio di separazione 11, avente un volume di 300L, riempito per il 100% del suo volume con acqua pulita;
- pompa di carica 3 ferma;
- filtro a maglia metallica in uscita 14 intercettato in chiusura.
Prima di effettuare i test sono state eseguite le seguenti attività:
- analisi dell’acqua pulita al fine di verificare l’assenza di idrocarburi al tempo zero;
- immissione all’interno del serbatoio d’ingresso 1 di 15g di idrocarburo, in particolare di gasolio, al fine di ottenere acqua contaminata con la concentrazione desiderata di idrocarburo, per poi lasciare il serbatoio d’ingresso 1 in agitazione; e - immissione di 240g di materiale adsorbente nel serbatoio di carica 6, per poi lasciare il serbatoio di carica 6 in agitazione al fine di ottenere una migliore omogeneizzazione.
Dopo aver allineato l’intero circuito, è stata avviata la pompa di carica 3 e l’impianto è stato messo in esercizio, permettendo al materiale adsorbente di rimanere in intimo contatto con l’acqua contaminata e di legare l’idrocarburo.
La corrente di acqua contaminata, passando per la pompa di carica 3, entrava in contatto con il materiale adsorbente, proveniente dal serbatoio di carica 6, all’interno dell’eiettore 5, dal quale la miscela era successivamente inviata al miscelatore statico 8 e poi al serbatoio di miscelazione 9, dal cui fondo la miscela veniva inviata al serbatoio di separazione 11, nel quale avveniva la separazione in acqua pulita e materiale adsorbente legato al contaminante. Mentre l’acqua pulita veniva prelevata in uscita dalla porzione inferiore 13 del serbatoio di separazione 11, dopo essere stata fatta passare per il filtro di guardia 14, il materiale adsorbente legato al contaminante posizionato nella porzione superiore 12 del serbatoio di separazione 11 veniva inviato nuovamente al serbatoio di carica 6 e poi all’eiettore 5.
Dopo 30 minuti di marcia, sono stati prelevati i campioni e sono state eseguite le analisi delle seguenti correnti:
- acqua dal fondo del serbatoio d’ingresso 1 (acqua contaminata);
- acqua in uscita dal fondo del serbatoio di separazione 11; e
- acqua in uscita dal filtro di guardia 14.
A causa dei volumi utilizzati, l’acqua in uscita a valle del filtro di guardia 14 veniva ricircolata in ingresso verso il serbatoio d’ingresso 1. Tuttavia, successivamente ai campionamenti eseguiti dopo i primi 30 minuti di marcia, sono stati immessi all’interno del serbatoio d’ingresso 1 ulteriori 15g di gasolio, al fine di raggiungere nuovamente la concentrazione desiderata di 100 ppmw e di poter simulare un processo in continuo.
Trascorsi ulteriori 30 minuti di marcia a partire dalla seconda aggiunta del gasolio, è stato eseguito un secondo campionamento delle correnti precedentemente indicate, che sono state analizzate.
Il processo è stato iterato per circa otto ore totali di marcia, in cui ogni trenta minuti venivano prelevati campioni e aggiunti 15g di gasolio.
Facendo riferimento alla Figura 3, sull’asse delle ascisse sono riportati gli intervalli di campionamento, in cui ciascun punto corrisponde a mezz’ora di marcia, ad esempio il numero 2 corrisponde alla seconda mezz’ora di marcia (1 ora), il numero 3 corrisponde alla terza mezz’ora di marcia (1,5 ore) ecc., mentre sull’asse delle ordinate sono riportati i valori di concentrazione di idrocarburo in ppmw.
I campioni analizzati riportati sono quelli prelevati dal fondo del serbatoio di separazione 11 e dall’uscita del filtro di guardia 14.
La misura della concentrazione degli idrocarburi in acqua è stata effettuata in laboratorio utilizzando la metodologia ASTM D7678 (Standard Test Method for Total Petroleum Hydrocarbons in Water and Wastewater with Solvent Extraction using Mid-IR Laser Spectroscopy) ed utilizzando come solvente per l’estrazione il cicloesano.
Dal grafico si evince che per le prime sei ore di funzionamento (punto 12 sull’asse delle ascisse), il sistema è in grado di rimuovere l’idrocarburo inserito nel sistema con performance ottime, mantenendo le concentrazioni di idrocarburo inferiori ai 5ppmw, mentre, a partire dalla sesta ora di marcia, il materiale adsorbente inizia a saturarsi e sarebbe necessario inviarlo al sistema di recupero 18 per la separazione dell’idrocarburo ed il successivo recupero della quota parte dell’adsorbente.
Esempio 2 comparativo. Procedimento di rigenerazione del materiale adsorbente per successivo ricircolo in impianto.
Questo esempio comparativo ha lo scopo di dimostrare la validità di un procedimento di rigenerazione del materiale adsorbente ricco in contaminante per il successivo ricircolo in impianto.
I test sono stati condotti simulando il comportamento del sistema di rigenerazione secondo la presente invenzione, mediante utilizzo di un dispositivo di filtrazione pilota. Un campione di materiale adsorbente ricco in contaminante è stato prelevato dalla porzione superiore 12 del serbatoio di separazione 11 trattato in precedenza nel piccolo impianto pilota descritto nell’esempio 1.
Il procedimento riguardava il trattamento di un campione di 25L composto da circa l'80%vol di materiale adsorbente contaminato da un notevole quantitativo di idrocarburo, e dal rimanente 20%vol da acqua.
Prima di effettuare i test sono state eseguite le seguenti attività:
- analisi del contenuto di acqua trattenuto nel campione di materiale adsorbente;
- analisi del contenuto di contaminante trattenuto nel campione di materiale adsorbente.
La misura della concentrazione degli idrocarburi in acqua è stata effettuata in laboratorio utilizzando la metodologia ASTM D7678 (Standard Test Method for Total Petroleum Hydrocarbons in Water and Wastewater with Solvent Extraction using Mid-IR Laser Spectroscopy) ed utilizzando come solvente per l’estrazione il cicloesano.
Successivamente il campione è stato suddiviso in quattro lotti identici di circa 6L ciascuno (a cui è stato assegnato un riferimento numerico progressivo da 1 a 4) al fine di poter effettuare più prove comparative.
Ogni lotto è stato successivamente inviato ad un sistema di rigenerazione, comprendente un dispositivo di filtrazione, per separare la parte solida, trattenuta nell’elemento filtrante, da quella liquida.
Allo scopo dell’esempio comparativo, la fase liquida è stata raccolta in un contenitore per essere espulsa dal sistema, mentre, nel caso dell’impianto oggetto della presente invenzione, la fase liquida viene raccolta in una vasca che contiene il liquido di separazione composto da acqua ed idrocarburo, in cui la fase idrocarburica viene inviata in uscita impianto mentre la fase acquosa viene rilanciata al serbatoio di carica 6.
Alla fine delle prove di rigenerazione, per ogni lotto campionato è stata recuperata la parte solida separata per essere analizzata in laboratorio.
I risultati ottenuti dell’ analisi dei quattro lotti sono mostrati in Figura 4, in cui sono riportati i valori della concentrazione di idrocarburi sia prima che dopo la rigenerazione. Ogni campione, appartenente a ciascun lotto, è stato analizzato due volte e il valore indicato nel grafico è la media dei valori dei due campioni corrispondenti a ciascun lotto.
Facendo riferimento alla Figura 4, dal grafico si evince che l’operazione di rigenerazione mediante filtrazione rimuove quasi tutto l’idrocarburo contenuto nel materiale adsorbente (solo circa il 10% in peso dell’idrocarburo iniziale rimane dopo la filtrazione).
Per verificare se l’operazione di rigenerazione era efficace, al fine di un riutilizzo di tale materiale adsorbente, è stata eseguita una simulazione in laboratorio creando una curva di saturazione.
Facendo riferimento alla Figura 5, un volume noto di 1,9L di acqua contaminata contenuto in un recipiente calibrato 100, avente un quantitativo di idrocarburi di 500ppmw dello stesso idrocarburo utilizzato in partenza, veniva percolato attraverso 0,4g di materiale adsorbente filtrato posto all’interno di un contenitore Alla fine della percolazione di ogni volume noto (1,9L)veniva eseguita un’analisi dell’acqua in uscita contenuta nel recipiente 300. Ogni operazione di percolazione è durata circa due ore.
I risultati delle analisi relative a ciascuna operazione di percolazione sono riportati nella Figura 6, da cui si nota che la saturazione del materiale adsorbente viene raggiunta dopo il passaggio di 11,9L di acqua percolata con concentrazione di 500ppmw, ossia dopo circa ventiquattro ore di operazione.
A titolo comparativo, è stata eseguita la stessa analisi con acqua contaminata contenente 1000ppmw dello stesso idrocarburo (per ridurre i tempi di saturazione è stata utilizzata una quantità doppia di HC) facendola percolare attraverso 0,4g di materiale adsorbente fresco, ossia non sottoposto ad operazione di rigenerazione mediante filtrazione. I risultati sono riportati nella Figura 7, da cui si evince che il punto di saturazione finale del materiale rigenerato (ossia sottoposto a filtrazione) si ottiene facendo percolare un quantità di idrocarburi in grammi pari al 50% di quella ottenuta con materiale fresco.
Inoltre, nella Figura 7 si nota che la variazione di pendenza inizia intorno all’ottava percolazione nel caso di materiale adsorbente rigenerato, e da ciò si può desumere che tale materiale inizia a perdere la sua capacità adsorbente.
Poiché la tendenza alla saturazione del materiale adsorbente rigenerato è il doppio di quello fresco, si può desumere che per ogni due/tre operazioni di rigenerazione mediante filtrazione bisogna reintegrare un quantitativo pari a circa il 50% di materiale fresco per ripristinare completamente l’efficacia di rigenerazione del materiale adsorbente.
In sintesi, il procedimento secondo la presente invenzione prevede un impianto comprendente un sistema in continuo atto alla efficace rimozione dei contaminanti, in particolare idrocarburi. Detto sistema comprende un insieme di attrezzature statiche e dinamiche, che permettono di adsorbire gli inquinanti contenuti nella corrente in ingresso al sistema, di separarli mediante contatto in continuo con il materiale adsorbente e di inviarli successivamente alla porzione dell’impianto che provvede alla rigenerazione del materiale adsorbente, ossia alla separazione di tali inquinanti dall’adsorbente stesso. In tal modo il materiale adsorbente recuperato viene immesso nuovamente nel ciclo di produzione per essere riutilizzato, mentre la corrente contaminata, una volta separata dagli inquinanti, viene inviata in uscita all’impianto per essere recuperata e/o riutilizzata in altri processi, oppure per essere smaltita in opportuni sistemi. Anche gli inquinanti vengono inviati in uscita al sistema per essere recuperati e/o riutilizzati in altri processi.
Possibili applicazioni industriali del procedimento secondo la presente invenzione sono, ad esempio, le seguenti:
- un processo di trattamento in continuo di acque provenienti da pozzi di estrazione olio; o
- un processo di trattamento in continuo di acque reflue aventi quantitativi di idrocarburi elevati disciolti e non, da inserire a valle di sistemi fisici (es. scolmatura), che abbia la funzione di finissaggio.
La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.
Claims (12)
- RIVENDICAZIONI 1) Procedimento in continuo per la rimozione di idrocarburi da acque contaminate comprendenti idrocarburi, detto procedimento comprendendo le seguenti fasi: a) miscelare l’acqua contaminata da trattare con materiale adsorbente circolante comprendente grafite super-espansa mediante mezzi di miscelazione; e successivamente b) separare l’acqua trattata da detto materiale adsorbente circolante e prelevare l’acqua trattata dal procedimento; e successivamente c) ricircolare una prima porzione di materiale adsorbente circolante in modo tale da poter essere riutilizzato nella fase a); d) rigenerare una seconda porzione di materiale adsorbente circolante in modo tale da ottenere materiale adsorbente rigenerato e una fase liquida contenente idrocarburi; e successivamente e) ricircolare detto materiale adsorbente rigenerato in modo tale da poter essere riutilizzato nella fase a).
- 2) Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui, precedentemente alla fase a), l’acqua contaminata da trattare viene mantenuta in agitazione, in modo tale da aumentare la superficie di contatto tra fase idrocarburica e fase acquosa.
- 3) Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui nella fase a) viene integrato nuovo materiale adsorbente.
- 4) Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui detto nuovo materiale adsorbente è minore o uguale allo 0,01% in peso rispetto alla quantità di acqua da trattare giornalmente.
- 5) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’acqua trattata della fase b) prima di essere rimossa dal procedimento in continuo viene fatta passare attraverso un filtro.
- 6) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta prima porzione di materiale adsorbente circolante è pari a circa il 30% in volume della portata di acqua contaminata da trattare in ingresso.
- 7) Impianto per attuare un procedimento come definito in una qualsiasi delle rivendicazioni 1-6, detto impianto comprendendo almeno un ingresso di acqua contaminata da trattare e un’uscita di acqua trattata, e tra detto ingresso e detta uscita comprendendo in sequenza una pompa (3), un ingresso di materiale adsorbente comprendente grafite super-espansa, mezzi di miscelazione (5, 8, 9) e un serbatoio di separazione (11) di detta acqua trattata da detto materiale adsorbente ricco di una fase liquida contenente idrocarburi; una linea di ricircolo di detto materiale adsorbente da detto serbatoio di separazione (11) a detto ingresso di materiale adsorbente, lungo detta linea di ricircolo essendo disposto un serbatoio di carica (6) contenente detto materiale adsorbente; detto impianto essendo caratterizzato dal fatto che lungo detta linea di ricircolo è presente un circuito collegato ad un sistema di recupero (18) di detto materiale adsorbente, detto sistema di recupero (18) comprendendo mezzi di separazione di detta fase liquida contenente idrocarburi da detto materiale adsorbente, un’uscita di detto materiale adsorbente, un’uscita di detta fase liquida contenente idrocarburi e una linea di ricircolo di detta fase liquida contenente idrocarburi verso detto serbatoio di carica (6).
- 8) Impianto secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che una porzione superiore a maggior contenuto di idrocarburi di detta fase liquida contenente idrocarburi viene rimossa dall’impianto e una porzione inferiore a minor contenuto di idrocarburi di detta fase liquida contenente idrocarburi viene ricircolata verso detto serbatoio di carica (6).
- 9) Impianto secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che detto impianto comprende ulteriormente un serbatoio di ingresso (1) comprendente un miscelatore (2), detto serbatoio in ingresso (1) essendo idraulicamente connesso a detta pompa (3) ed essendo posto a monte di detta pompa (3).
- 10) Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7-9, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di miscelazione comprendono uno o più dei seguenti mezzi di miscelazione: un eiettore, un miscelatore statico e un serbatoio di miscelazione comprendente un miscelatore.
- 11) Impianto secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che, quando detti mezzi di miscelazione comprendono un eiettore, detto eiettore è posto a monte rispetto agli altri mezzi di miscelazione.
- 12) Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7-11, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un filtro (14, 21), posto a valle di detto serbatoio di separazione (11) e a monte di detta uscita di acqua trattata.
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2018
- 2018-10-31 IT IT102018000009958A patent/IT201800009958A1/it unknown
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