ITMI20100951A1 - Reattore ed impianto per l'abbattimento di azoto presente in reflui zootecnici e industriali - Google Patents

Description

“REATTORE ED IMPIANTO PER L'ABBATTIMENTO DI AZOTO PRESENTE IN REFLUI ZOOTECNICI E INDUSTRIALIâ€

CAMPO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione concerne un reattore in cui ha luogo ossidazione fotocatalitica di azoto sia inorganico che organico ad azoto elementare, in reflui industriali e zootecnici, e relativo impianto comprendente detto reattore.

In particolare, tale reattore prevede la combinazione di un opportuno catalizzatore ed opportuni accorgimenti strutturali al fine di ottimizzare l’ossidazione fotocatalitica in termini di economicità realizzativa e resa nel tempo.

STATO DELLA TECNICA

Per far fronte alla crescente richiesta di carne, negli ultimi decenni, si à ̈ verificata una notevole crescita degli allevamenti animali, soprattutto di bovini, suini e pollame.

L’aumento delle rese/ettaro di foraggio e la possibilità di utilizzare mangimi concentrati reperibili sul mercato hanno portato ad un forte livello di specializzazione degli allevamenti, con un grande aumento del numero di capi allevati per ettaro.

Contemporaneamente la dipendenza sempre crescente dell’agricoltura dalle industrie ad essa associate ha portato anche ad una grossa specializzazione a livello regionale; l’allevamento si à ̈ tendenzialmente sviluppato in aree particolari, legate alla produzione di mangimi, lavorazione di prodotti animali e servizi inerenti la salute del bestiame.

Praticamente la produzione animale ha subito una separazione da quella agricola ed ha assunto caratteristiche simili alla produzione industriale, con anche il problema dello smaltimento dei rifiuti.

L'aumento del costo della manodopera ha inoltre portato ad uno sviluppo dell’automazione nelle stalle, con conseguente riduzione della produzione di letame a favore di quella di liquame, prodotto liquido, più difficile da smaltire.

Nelle aree soggette ad allevamento intensivo si verificano spesso fenomeni di inquinamento da deiezioni animali, soprattutto per i dosaggi eccessivi e per la scelta inappropriata del momento e dell’epoca di distribuzione.

Il pericolo di inquinamento delle acque superficiali da reflui zootecnici à ̈ legato soprattutto ai fenomeni di dilavamento ed erosione del suolo, con trascinamento nei corpi idrici di sostanze organiche, composti a base di fosforo, di azoto (nitrati e azoto ammoniacale) e di microrganismi patogeni.

Il pericolo di inquinamento delle acque sotterranee deriva invece soprattutto dai nitrati che si formano per ossidazione dell’azoto ammoniacale e di quello contenuto nella sostanza organica.

I fattori che principalmente influenzano l’inquinamento delle acque da deiezioni animali sono: quantità e qualità di liquame o letame distribuito, natura del suolo e sua stratigrafia, epoca e modalità di applicazione, interventi irrigui ed altre concimazioni chimiche, ordinamento colturale.

Particolarmente inquinanti sono le deiezioni dei suini che, rispetto a quelle dei ruminanti, possiedono un più elevato contenuto di azoto prontamente disponibile e possono contenere concentrazioni elevate di metalli pesanti, come ad esempio il rame, usati normalmente come integratori alimentari.

Con i reflui zootecnici si diffondono dunque nell’ambiente sostanze organiche, fosforo, azoto, microrganismi patogeni, metalli pesanti.

Per quanto concerne in particolare l’azoto, esso varia in rapporto a:

- specie e categoria di animale allevato;

- livello di N della dieta.

Si stima che 50-80% dell'N ingerito mediante la dieta (integratori compresi) venga poi escreto:

- nelle feci, come N organico (metabolico fecale, endogeno e microbico, ed alimentare), e

- nelle urine, principalmente come urea.

A fronte dunque delle problematiche relative al recente sviluppo di allevamenti intensivi cui si associano, come detto, problematiche di inquinamento del territorio e deH’aria, à ̈ fortemente sentita la necessità di soluzioni che possano consentire una adeguata resa degli allevamenti riducendo quanto più possibile l’impatto sull’ambiente.

Tale necessità trova conferma anche nella Direttiva 91/676/CEE, nota come "direttiva Nitrati" e recepita in Italia nel 2006 (DLgs 152/2006), per la salvaguardia delle risorse idriche, la quale individua le sostanze azotate di provenienza agricola tra le cause d’inquinamento da fonti diffuse. La Direttiva promuove la razionalizzazione dell<'>uso in agricoltura dei composti azotati per prevenirne l’accumulo nel terreno. Le norme prevedono che i fertilizzanti distribuiti non eccedano i fabbisogni delle colture, sia per i concimi di sintesi che in caso di utilizzo di matrici organiche, quali i reflui zootecnici, sottratte ai vincoli della normativa sui rifiuti.

Pertanto, scopo della presente invenzione à ̈ risolvere il problema delle elevate emissioni di composti azotati provenienti da allevamenti, in forma di reflui zootecnici.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE

Lo scopo indicato più sopra à ̈ stato raggiunto mediante un reattore come indicato in rivendicazione 1 per l’ossidazione fotocatalitica di azoto sia organico che inorganico in reflui industriali e zootecnici, detto reattore comprendendo una struttura comprendente:

- almeno un primo strato di supporto;

- almeno un secondo strato di catalizzatore a base di titanio, vanadio, zirconio, stagno o loro miscele su detto primo strato di supporto;

- almeno un terzo strato di scorrimento per lo scorrimento di detti reflui, detto reattore essendo provvisto di una sezione di ingresso (IN) e di una sezione di uscita (OUT) di detti reflui da detto terzo strato di scorrimento;

- almeno un quarto strato di materiale vetroso o polimerico avente almeno 90% di trasmittanza alle radiazioni dello spettro UV-visibile,

in cui detto almeno un terzo strato di scorrimento si sviluppa fra detto almeno un secondo strato di catalizzatore e detto almeno un quarto strato di materiale vetroso o polimerico.

La presente invenzione à ̈ inoltre relativa ad un impianto per l’abbattimento di azoto sia organico che inorganico comprendente detto reattore, come indicato in rivendicazione 11.

Inoltre, la presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo per ['implementazione di detto impianto.

Per gli scopi della presente invenzione, con l’espressione “reflui industriali e zootecnici†si intendono reflui provenienti da allevamenti, da impianti di biogas, da impianti industriali o da impianti civili di depurazione, in cui à ̈ presente azoto inorganico e/o organico.

Con l’espressione “azoto inorganico e/o organico†si intende l’azoto in tutti quei composti sia inorganici che organici che sono presenti in detti reflui e/o si liberano dagli stessi.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione saranno evidenti dalla descrizione dettagliata di seguito riportata, dagli Esempi di realizzazione forniti a titolo illustrativo e non limitativo, e dalle Figure allegate, in cui:

- Figura 1 Ã ̈ una prima vista relativa ad una prima forma di realizzazione di un reattore secondo la presente invenzione;

- Figura 2 Ã ̈ una vista relativa alla struttura del reattore di Figura 1 ;

- Figura 3 Ã ̈ una seconda vista relativa al reattore di Figura 1;

- Figura 4 Ã ̈ una vista relativa ad una seconda forma di realizzazione di un reattore secondo la presente invenzione;

- Figura 5 Ã ̈ una vista schematica relativa al funzionamento del reattore di Figura 4;

- Figura 5A Ã ̈ una vista in dettaglio della struttura del reattore di Figura 4;

- Figura 6 mostra schematicamente un impianto per l’abbattimento di azoto sia organico che inorganico comprendente un reattore secondo la presente invenzione;

- Figura 7 mostra l’andamento dell’abbattimento di azoto nel tempo su soluzioni standardizzate di cloruro di ammonio, ottenuto secondo l’Esempio 1 della presente invenzione; e

- Figura 8 mostra l’andamento dell’abbattimento di azoto nel tempo su liquami provenienti da allevamento di suini, ottenuto secondo l’Esempio 2 della presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

L’invenzione à ̈ pertanto relativa ad un reattore 1 per la riduzione della presenza di inquinanti azotati mediante l’ossidazione fotocatalitica di azoto sia organico che inorganico in reflui industriali e zootecnici, detto reattore 1 comprendendo una struttura 2 comprendente:

- almeno un primo strato 10 di supporto;

- almeno un secondo strato 20 di catalizzatore a base di titanio, vanadio, zirconio, stagno o loro miscele su detto primo strato 10 di supporto;

- almeno un terzo strato 30 di scorrimento per lo scorrimento di detti reflui, detto reattore 1 essendo provvisto di una sezione di ingresso (IN) e di una sezione di uscita (OUT) di detti reflui da detto terzo strato 30 di scorrimento;

- almeno un quarto strato 40 di materiale vetroso o polimerico avente almeno 90% di trasmittanza alle radiazioni dello spettro UV-visibile,

in cui detto almeno un terzo strato 30 di scorrimento si sviluppa fra detto almeno un secondo strato 20 di catalizzatore e detto almeno un quarto strato 40 di materiale vetroso o polimerico.

Si à ̈ infatti vantaggiosamente osservato che tale reattore 1 consente l’abbattimento contestuale e contemporaneo di azoto presente sia in composti inorganici che in composti organici, in reflui che li contengono. Tale sorprendente risultato consente di destinare detto reattore a diverse applicazioni, quali ad esempio il trattamento dei reflui provenienti da allevamenti, il trattamento dei reflui provenienti da industrie e la potabilizzazione dell'acqua.

Il reattore 1 comprende un primo strato di supporto 10 sul quale à ̈ presente uno strato di catalizzatore a base di titanio, vanadio, zirconio, stagno o loro miscele, di seguito indicato anche con l’espressione “secondo strato 20 di catalizzatore†. La struttura 2 comprende inoltre un terzo strato 30 che si sviluppa fra il secondo strato 20 di catalizzatore e un quarto strato 40 di materiale vetroso o polimerico avente almeno 90% di trasmittanza alle radiazioni dello spettro UV-visibile. Il terzo strato 30 à ̈ destinato allo scorrimento del liquido organico e per questa ragione verrà di seguito indicato anche con l’espressione “terzo strato 30 di scorrimento†. Preferibilmente, detto terzo strato 30 di scorrimento ha uno spessore di 1-20 mm, più preferibilmente ha uno spessore di 2-10 mm, ancora più preferibilmente ha uno spessore di 3-6 mm. Si à ̈ infatti osservato che, quanto più il refluo da trattare à ̈ scuro oppure denso, tanto più lo spessore del terzo strato 30 sarà opportunamente ridotto al fine di evitare eventuali indesiderate schermature delle radiazioni UV-Vis da parte del refluo stesso.

Con specifico riferimento alle Figure da 1 a 3, in cui à ̈ mostrata una prima forma di realizzazione preferita, la struttura 2 del reattore 1 presenta una configurazione “a pannello†volendo con questo indicare una configurazione sostanzialmente bidimensionale a base preferibilmente rettangolare o quadrata. Tale base à ̈ formata da una prima lastra in materiale metallico 10 di supporto. Preferibilmente tale materiale metallico à ̈ titanio. Sul primo strato 10 di supporto à ̈ presente il secondo strato 20 di materiale catalizzatore.

Il primo strato 10 di supporto ed il secondo strato 20 di materiale catalizzatore comprendono una prima e una seconda apertura che definiscono rispettivamente la sezione di ingresso IN e la sezione di uscita OUT del liquido organico all’interno del terzo strato 30 di scorrimento. Come più avanti meglio specificato, i reflui da trattare nel reattore 1 raggiungono la sezione di ingresso IN attraverso una linea idraulica per mezzo dell’azione di mezzi dì pompaggio. Una linea idraulica di scarico à ̈ invece connessa alla sezione di uscita OUT per consentire, ad esempio, la raccolta del liquido organico trattato.

Il quarto strato 40 in materiale vetroso o polimerico comprende una lastra di forma rettangolare o quadrata in analogia a quella delle lastre in materiale metallico che definisce il primo strato 10 di supporto. Fra lo strato di catalizzatore (secondo strato 20) e la lastra di vetro (quarto strato 40) Ã ̈ collocata una prima guarnizione perimetrale di tenuta per evitare la fuoriuscita di liquido e una seconda guarnizione perimetrale per agevolare il contatto e garantire uno spessore costante di liquido fra la lastra in vetro e lo strato di catalizzatore.

Il reattore 1 comprende un telaio perimetrale di chiusura (non riportato nelle Figure) con la funzione di tenere gli strati nella corretta posizione operativa. Il telaio perimetrale comprende preferibilmente una porzione perimetrale inferiore e una porzione perimetrale superiore che vengono collegate fra loro attraverso mezzi di fissaggio ad esempio a vite. Le due porzioni perimetrali del telaio di sostegno sono definite, preferibilmente, da profilati in acciaio inossidabile a sezione quadrata, mentre il collegamento fra di esse à ̈ realizzato attraverso mezzi di fissaggio amovibili, ad esempio a vite.

Figura 4 mostra una seconda forma di realizzazione preferita del reattore 1 secondo la presente invenzione, la cui struttura 2 presenta una configurazione cilindrica stratiforme illustrata in dettaglio in Figura 5A. In particolare, il primo strato 10 di supporto à ̈ formato da una barra cilindrica in materiale metallico sulla cui superficie à ̈ presente il secondo strato 20 di catalizzatore. Tale struttura 2 cilindrica stratiforme comprende un terzo strato 30 che si sviluppa fra il secondo strato 20 di catalizzatore e un quarto strato 40 cilindrico di materiale vetroso avente almeno 90% di trasmittanza alle radiazioni delio spettro UV-visibile.

Con riferimento ancora a Figura 4, secondo una ulteriore forma di realizzazione, il reattore 1 comprende inoltre un dispositivo per concentrare la radiazione solare sulla struttura cilindrica 2 stratiforme. In particolare, tale dispositivo comprende almeno uno specchio 60 sagomato a ramo di parabola e orientato rispetto alla struttura 2 in modo da riflettere sulla stessa la radiazione solare come schematizzato in Figura 5. Si osserva che la struttura 2 cilindrica stratiforme à ̈ posizionata nel "fuoco†della parabola configurata dallo specchio 60 in modo da concentrare il picco di radiazione sul secondo strato 20 di catalizzatore.

L’impiego di una struttura 2 cilindrica stratiforme per il reattore 1 à ̈ particolarmente vantaggioso qualora si presenti la necessità di ottenere ossidazioni molto spinte, come ad esempio nel caso della potabilizzazione dell’acqua, o più in generale nel caso in cui il refluo da trattare sia refrattario all’ossidazione. Il possibile impiego di un catalizzatore ad alta efficienza rende la struttura 2 cilindrica stratiforme particolarmente vantaggiosa in termini di ingombro rispetto alla struttura a “pannello†sopra descritta. Inoltre, la struttura 2 cilindrica stratiforme à ̈ preferita anche nel caso in cui il refluo da trattare presenti una elevata viscosità ovvero una maggiore difficoltà di circolazione nello strato di scorrimento 30.

Preferibilmente, nel reattore 1 dell’invenzione, detto catalizzatore a base di titanio, vanadio, zirconio, stagno o loro miscele, à ̈ biossido di titanio, vanadia, ossìa pentossido di vanadio, biossido di zirconio, biossido di stagno, o loro miscele, preferibilmente drogati con Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, W, Re, Os, Ir, Pt, Au o loro miscele, preferibilmente con Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, o loro miscele. Si à ̈ infatti osservato che tale drogaggio consente di ampliare lo spettro di radiazioni UV-Vis da impiegarsi nell’attivazione del processo di fotocatalisi.

Preferibilmente, tale catalizzatore à ̈ in forma di nanoparticelle di granulometria tra 1 e 200 nm, poiché si à ̈ osservato che l’elevata area superficiale offerta dalle nanoparticelle consente di incrementare l’efficienza fotocatalitica del reattore.

Quando tale catalizzatore à ̈ biossido di titanio, preferibilmente esso à ̈ una miscela di anatasio:rutilo in rapporto da 5:1 a 2:1, più preferibilmente à ̈ una miscela di anatasio:rutilo in rapporto 3:1. Si à ̈, infatti, osservato che l’anatasio presenta una maggiore capacità fotocatalitica per gli scopi della presente invenzione.

Per quanto concerne il materiale vetroso o polimerico avente trasmittanza di almeno 90% alle radiazioni UV-Vis, esso à ̈ scelto tra vetro al quarzo, polietilene, oppure polipropilene.

Preferibilmente detto materiale à ̈ vetro al quarzo, più preferibilmente comprendente SÃŒO2, Na20, K20, CaO, Fe203 e Sb203, poiché si à ̈ visto che vantaggiosamente presenta totale inerzia chimica nei confronti dei reflui ed una trasmittanza estremamente elevata e pertanto particolarmente adatta agli scopi della presente invenzione.

Secondo una forma di realizzazione preferita, detto strato di catalizzatore à ̈ preparato applicando allo strato di supporto una soluzione acida comprendente biossido di titanio, vanadia, biossido di zirconio, biossido di stagno, o loro miscele, aventi granulometria tra 1 e 200 nm, un alcossido di silicio, alcool CrC4ed acqua, lasciando evaporare il solvente e trattando termicamente ad almeno 100°C. In questo modo, si ottiene uno strato particolarmente uniforme sia in termini di spessore che di distribuzione granulometrica.

Preferibilmente, il reattore 1 dell'invenzione ulteriormente comprende elementi di partizione collocati fra il secondo strato in materiale catalizzatore e il quarto strato in vetro al quarzo. Tali elementi definiscono un percorso di scorrimento prestabilito del refluo da trattare all'interno del terzo strato di scorrimento. La definizione della opportuna disposizione degli elementi consente di massimizzare il tempo di esposizione del refluo alla radiazione solare ovvero consente ottimizzare la reazione di fotocatalisi.

Nella forma di realizzazione illustrata in Figura 1, una prima serie 7A e una seconda serie 7B di elementi di partizione si sviluppano da lati opposti della struttura del reattore 1 secondo una direzione sostanzialmente ortogonale ai lati stessi. In particolare gli elementi della prima serie 7A sono disposti in modo da risultare alternati a quelli della seconda serie 7B. Attraverso questa soluzione, il refluo può scorrere all’interno dello strato di scorrimento anche più volte, con versi opposti, nella direzione in cui si sviluppano detti elementi di partizione.

Sotto un altro aspetto, la presente invenzione à ̈ relativa ad un impianto per l’abbattimento di azoto sia organico che inorganico in reflui industriali e zootecnici comprendente detto reattore.

In particolare, detto impianto comprende:

- almeno una unità di contenimento comprendente un primo ingresso per aria e ossigeno, un secondo ingresso per detto liquido organico, almeno una prima uscita per detto liquido organico;

- mezzi di pompaggio la cui aspirazione à ̈ collegata idraulicamente a detta almeno una prima uscita di detta almeno una unità di contenimento attraverso una prima linea idraulica;

- almeno un reattore come sopra descritto, in cui detta sezione di ingresso di detto terzo strato di scorrimento di detto reattore à ̈ collegata idraulicamente alla mandata di detti mezzi di pompaggio attraverso una seconda linea idraulica.

Con riferimento alla Figura 6, l'impianto 100 comprende almeno una unità di contenimento 2 provvista di un primo ingresso 2A per aria e ossigeno, un secondo ingresso per il liquido organico e almeno una prima uscita 2C sempre per il liquido organico. L’impianto 100 comprende inoltre mezzi di pompaggio 8 la cui aspirazione à ̈ collegata idraulicamente alla prima uscita 2C dell’unità di contenimento 2 attraverso una prima linea idraulica L1. L’impianto 100 comprende inoltre almeno un reattore 1, secondo la presente invenzione, la cui sezione di ingresso IN del liquido organico à ̈ collegata idraulicamente alla mandata dei mezzi di pompaggio 8 attraverso una seconda linea idraulica L2.

Secondo una forma di realizzazione preferita, l'impianto 100 ulteriormente comprende un gorgogliatore 4 e una ulteriore linea idraulica L3 che collega idraulicamente l’unità di contenimento 2 al gorgogliatore 4. Il gorgogliatore 4 viene impiegato per ricondensare i composti comprendenti azoto che si liberano in forma gassosa prima di raggiungere il reattore. Infatti, qualora, questo aspetto non fosse considerato e calcolato, la valutazione della resa effettiva dell’abbattimento di azoto in uscita al reattore risulterebbe alterata.

Preferibilmente, l'impianto comprende un serbatoio di avviamento 3 connesso idraulicamente alla prima linea L1 fra l’unità di contenimento 2 e i mezzi di pompaggio 8 attraverso un primo elemento di regolazione (V1). Il serbatoio di avviamento 3 ha la funzione di mantenere i mezzi di pompaggio 8 sotto battente per facilitarne l'avvio. Si osserva che nel caso tali mezzi di pompaggio 8 comprendano una pompa autoadescante allora il serbatoio di avviamento 3 potrebbe non essere presente nell'impianto 100.

L’impianto 100 comprende inoltre una linea idraulica di by-pass L4 che collega idraulicamente la seconda linea idraulica L2 all'unità di contenimento 2 del liquido organico. L’impianto 100 comprende altresì un secondo elemento di regolazione V2 disposto fra la seconda linea idraulica L2 e la linea di by-pass L4 e preferibilmente un terzo elemento di regolazione del flusso V3 che consente il prelievo di liquido organico dalla linea di by-pass L4.

Secondo un’altra forma di realizzazione preferita, l'impianto comprende almeno due reattori dell’invenzione posti in serie, in modo da incrementare la resa di abbattimento di azoto in uscita all’impianto.

Seconda una ulteriore forma di realizzazione preferita, l’impianto comprende almeno due reattori dell’invenzione posti in parallelo, in modo da incrementare la quantità di refluo contemporaneamente trattato nell’impianto.

Facoltativamente, l'impianto può comprendere una pluralità di reattori sia in serie che in parallelo in modo da migliorare contestualmente sia la resa di abbattimento di azoto in uscita all’impianto, che la quantità di refluo contemporaneamente trattato nell'impianto.

Sotto un altro aspetto, la presente invenzione concerne un metodo per l’implementazione dell’impianto come sopra descritto. Detto metodo per l’abbattimento di azoto sia organico che inorganico in reflui industriali e zootecnici comprende le seguenti fasi:

a) fornire refluo industriale e/o zootecnico chiarificato e/o filtrato;

b) fare passare detto refluo chiarificato e/o filtrato attraverso il reattore come sopra descritto esposto alla luce solare; e

c) raccogliere il refluo così trattato in uscita dal reattore.

Nella fase a), il refluo industriale e/o zootecnico à ̈ fornito in forma chiarificata e/o filtrata, ossia deprivato dei corpi solidi eventualmente presenti, che potrebbero schermare l’esposizione alla luce solare, nonché ostruire il passaggio nel reattore. Per chiarificazione e/o filtrazione si intende infatti la fase di rimozione di tutte le particelle solide in sospensione, mediante sedimentazione, flottazione, filtrazione, centrifugazione, e analoghe tecniche, al fine di conseguire:

- massima trasparenza del liquido da trattare e quindi maggiore efficienza del sistema fotocatalitico.

- miglioramento della fluidità e pompabilità soprattutto negli strati sottili riducendo la formazione di incrostamenti e depositi.

- riduzione del particolato organico che competerebbe con i composti azotati durante l'ossidazione.

Di fatto, si opera inoltre una riduzione meccanica preliminare del COD.

Nella fase b), il refluo così chiarificato e/o filtrato à ̈ fatto passare attraverso il reattore dell’Invenzione, la cui superficie ad elevata trasmittanza à ̈ esposta alla luce solare, in modo da innescare la fotocatalisi.

Nella fase c), il refluo così trattato, ossia in cui l’azoto sia inorganico che organico à ̈ stato significativamente abbattuto, à ̈ raccolto in uscita la reattore.

È da intendersi che tutti gli aspetti identificati come preferiti e vantaggiosi per il reattore e l'impianto, sono da ritenersi analogamente preferiti e vantaggiosi anche per il metodo di implementazione della presente invenzione.

Si riportano di seguito Esempi di realizzazione della presente invenzione forniti a titolo illustrativo e non limitativo.

ESEMPI

Esempio 1. Trattamento di soluzioni standardizzate di cloruro di ammonio secondo la presente invenzione

30 litri soluzione standardizzata di cloruro di ammonio erano filtrati. Tale soluzione presentava un contenuto in azoto ammoniacale complessivo del 3%. Successivamente, la soluzione filtrata era introdotta, in parte nel serbatoio di avviamento ed in parte nell’unità di contenimento. Era azionata la pompa e fatta circolare nel reattore. Era prelevato un primo campione al tempo 0 e altri successivi dieci campioni a distanza di 30 minuti l’uno dall’altro, dalla linea bypass. Come mostrato in Figura 7, in uscita all'impianto il refluo presentava un contenuto in azoto ammoniacale di 1,89% dopo mezz’ora, che continuava a diminuire fino a 0,94% alla quinta ora.

Si poteva osservare, pertanto, che l’abbattimento dell’azoto era sorprendentemente del 37% rispetto all’iniziale già solo dopo la prima mezz’ora; il risultato era estremamente soddisfacente soprattutto considerando che era osservato in un tempo breve e che nelle successive ore cala complessivamente del 70%. È da sottolineare che questo esperimento à ̈ stato condotto in piena estate ed in presenza di condizioni ottimali di luminosità e temperatura.

Esempio 2. Trattamento di liquami provenienti da allevamento di suini secondo la presente invenzione

30 litri di refluo proveniente da allevamento suino intensivo erano filtrati. Tale refluo presentava un contenuto in azoto ammoniacale complessivo dello 0,15%. Successivamente, il refluo filtrato era introdotto, in parte nel serbatoio di avviamento ed in parte nell’unità di contenimento. Era azionata la pompa e fatto circolare nel reattore. Era prelevato un primo campione al tempo 0 e altri successivi quattro campioni a distanza di 30 minuti l’uno dall'altro, dalla linea bypass. Come mostrato in Figura 8, in uscita all'impianto il refluo presentava un contenuto in azoto ammoniacale di 0,13% dopo mezz’ora, rimanendo costante per le successive 2 ore.

Si poteva osservare, pertanto, che l’abbattimento dell’azoto vantaggiosamente del 13% rispetto all’iniziale; risultato più che soddisfacente considerando che la riduzione si aveva appena dopo la prima mezz’ora e che questo esperimento à ̈ stato effettuato nel periodo invernale e condotto in una giornata con delle condizioni di luminosità e temperature ben lontane da quelle ottimali.

Dalla descrizione dettagliata e dagli Esempi sopra riportati, risultano evidenti i vantaggi conseguiti mediante la soluzione descritta ed ottenuta secondo la presente invenzione. In particolare, il reattore della presente invenzione si à ̈ dimostrato sorprendentemente e vantaggiosamente efficace nell’abbattere azoto contestualmente e contemporaneamente sia in composti organici che inorganici, riducendo dunque significativamente la relativa emissione nell’ambiente. Inoltre, il fatto che il reattore funzioni per diretta esposizione alla luce solare, essendo il catalizzatore in grado di attivarsi con le radiazioni UV-Vis naturalmente emesse dal sole, anche in condizioni atmosferiche non favorevoli per un irraggiamento ottimale, consegue un notevole vantaggio in termini economici, nonché ambientali, poiché non si ricorre all’uso di sorgenti artificiali che comportano considerevoli consumi energetici. Inoltre, per ossidazione fotocatalitica i composti trattati liberano azoto elementare (N2) che come à ̈ noto à ̈ il principale componente dell’atmosfera.

Inoltre, sia il reattore che l'impianto che lo ricomprende sono di realizzazione estremamente semplice ed economica.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Reattore (1) per la ossidazione fotocatalitica di azoto sia organico che inorganico in reflui industriali e zootecnici, detto reattore comprendendo una struttura comprendente: - almeno un primo strato (10) di supporto; - almeno un secondo strato (20) di catalizzatore a base di titanio, vanadio, zirconio, stagno o loro miscele su detto primo strato di supporto; - almeno un terzo strato (30) di scorrimento per lo scorrimento di detti reflui, detto reattore essendo provvisto di una sezione di ingresso (IN) e di una sezione di uscita (OUT) di detti reflui da detto terzo strato di scorrimento; - almeno un quarto strato (40) di materiale vetroso o polimerico avente almeno 90% di trasmittanza alle radiazioni dello spettro UV-visibile, in cui detto almeno un terzo strato (30) di scorrimento si sviluppa fra detto almeno un secondo strato (20) di catalizzatore e detto almeno un quarto strato (40) di materiale vetroso o polimerico.
2. 2. Reattore (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto catalizzatore à ̈ biossido di titanio, vanadia, biossido di zirconio, biossido di stagno, o loro miscele, facoltativamente drogati con Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, W, Re, Os, Ir, Pt, Au o loro miscele.
3. 3. Reattore (1) secondo la rivendicazione 2, in cui detto biossido di titanio à ̈ una miscela di anatasio:rutiio in rapporto da 5:1 a 2:1.
4. 4. Reattore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui detto materiale vetroso o polimerico à ̈ vetro al quarzo, polietilene, o polipropilene.
5. 5. Reattore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, in cui detto vetro al quarzo comprende Si02, Na20, K20, CaO, Fe203e Sb203.
6. 6. Reattore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-5, in cui detto secondo strato (20) di catalizzatore à ̈ preparato applicando al primo strato (10) di supporto una soluzione acida comprendente biossido di titanio, vanadia o loro miscele, avente granulometria tra 1 e 200 nm, un alcossido di silicio, alcool C-1-C4ed acqua, lasciando evaporare il solvente e trattando termicamente ad almeno 100°C.
7. 7. Reattore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-6, in cui detto terzo 10016PTIT Notarbartolo & Gervasi S.p.A. strato (30) di scorrimento dei liquidi ha uno spessore di 1-20 mm.
8. 8. Reattore (1) secondo la rivendicazione 7, in cui detto terzo strato(30) di scorrimento dei liquidi ha uno spessore di 2-10 mm.
9. 9. Reattore (1) secondo la rivendicazione 8, in cui detto terzo strato (30) di scorrimento dei liquidi ha uno spessore di 3-6 mm.
10. 10. Reattore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui in detto terzo strato sono predisposti elementi di partizione (7A,7B) che definiscono un percorso di scorrimento prestabilito per detto liquido organico.
11. 11. Impianto (100) per l’abbattimento di azoto sia organico che inorganico comprendente: - almeno una unità di contenimento (2) comprendente un primo ingresso (2A) per aria e ossigeno, un secondo ingresso per detto liquido organico, almeno una prima uscita (2C) per detto liquido organico; - mezzi di pompaggio (8) la cui aspirazione à ̈ collegata idraulicamente a detta almeno una prima uscita (2C) di detta unità di contenimento (2) attraverso una prima linea idraulica (L1); - almeno un reattore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui detta sezione di ingresso di detto terzo strato di scorrimento di detto reattore (1) à ̈ collegata idraulicamente alla mandata di detti mezzi di pompaggio (8) attraverso una seconda linea idraulica (L2).
12. 12. Impianto (100) secondo la rivendicazione 11, ulteriormente comprendente un gorgogliatore (4) e una ulteriore linea idraulica (L3) che collega detta unità di contenimento (2) a detto gorgogliatore (4).
13. 13. Impianto (100) secondo la rivendicazione 11 o 12, ulteriormente comprendente un serbatoio di avviamento (3), connesso idraulicamente a detta prima linea idraulica (L1) fra detta unità di contenimento (2) e detti mezzi di pompaggio (8).
14. 14. Impianto (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 11 a 13, ulteriormente comprendente una linea idraulica di bypass IL4) la quale collega idraulicamente detta seconda linea idraulica (L2) a detta unità di contenimento (2), detto impianto comprendendo una valvola di regolazione(V2) idraulica fra detta linea idraulica di bypass e detta seconda linea idraulica (L2).
15. 15. Metodo per l'abbattimento di azoto sia organico che inorganico in reflui industriali e zootecnici comprende le seguenti fasi: a) fornire refluo industriale e/o zootecnico chiarificato e/o filtrato; b) fare passare detto refluo chiarificato e/o filtrato attraverso almeno un reattore di rivendicazione 1 esposto alla luce solare; e c) raccogliere il refluo così trattato in uscita dal reattore.