ITMI930389A1 - Procedimento per la detossificazione di materiali di dragaggio - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale
La presente invenzione riguarda un procedimento per il trattamento detossif icante di materiali di dragaggio ed, in particolare, di materiali provenienti dal dragaggio di porti e canali .
I sedimenti o fanghi derivanti dal dragaggio di porti, canali e porti canale generalmente contengono notevoli quantit? di agenti inquinanti.
I suddetti inquinanti possono essere di tipo organico, inorganico o biologico. Le classi principali di inquinanti sono sostanze organiche, sia di origine umana che industriale, metalli pesanti, nutrienti e carica batterica.
La messa a dimora dei materiali di dragaggio costituisce un problema di non facile soluzione, sia per la possibile elevata concentrazione di inquinanti, sia a causa del notevole volume di fanghi da smaltire.
In passato i fanghi di dragaggio venivano scaricati direttamente in mare. Questa soluzione non ? pi? praticabile per l'evoluzione della legislazione relativa alla protezione dell'ambiente marino. Le limitazioni allo scarico in mare sono particolarmente rigorose in situazioni critiche quali, ad esempio, quella relativa al Mediterraneo, ed in particolare al Mare Adriatico, ed al Mare del Nord.
Attualmente non sono disponibili tecnologie di trattamento in grado di detossificare efficacemente ed in maniera economica i fanghi di dragaggio. L'unica soluzione possibile ? quindi quella di esitare i suddetti fanghi in discarica controllata.
Sarebbe pertanto estremamente utile avere disponibile un processo di trattamento che consenta la detossificazione di materiali provenienti dal dragaggio di canali e porti, in maniera da poter riutilizzare tali materiali senza pericolo per l'ambiente, sia all'interno dell'ecosistema di provenienza, sia per impieghi come materiali da riempimento, da costruzione ecc .
E' stato ora sorprendentemente trovato dalla Richiedente che i suddetti ed altri vantaggi possono essere ottenuti mediante un procedimento per la detossificazione di materiali di dragaggio , comprendente:
(a) il trattamento di detti materiali con acqua ossigenata, e (b) il successivo trattamento per via biologica.
Il trattamento con acqua ossigenata viene generalmente effettuato ad una temperatura compresa tra 20 e 100?C, e preferibilmente tra 50 e 80?C.
L'acqua ossigenata ? addizionata in soluzione acquosa avente una concentrazione compresa tra 5 e 70% e, preferibilmente, tra 25 e 50%.
La quantit? ottimale di acqua ossigenata da fornire al sistema dipende da molti parametri, tecnologici ed economici. In particolare, la quantit? di acqua ossigenata dipende dal grado di abbattimento del COD del fango richiesto e, generalmente, ? compresa tra il 5 e il 300% della quantit? stechiometrica calcolata sul COD.
Una realizzazione conveniente del procedimento dell'invenzione richiede una conversione del COD compresa tra il 20 ed il 60%. La quantit? di acqua ossigenata corrispondente a questa conversione pu? variare a seconda della tipologia dei materiali da trattare ed, in generale, ? compresa tra il 20 e il 200% della quantit? stechiometrica calcolata sul COD.
Va comunque tenuto presente che normalmente la resa di ossidazione diminuisce all'aumentare della conversione.
Il pH al quale viene condotto il trattamento dipende dalla composizione del fango e dal richiesto grado di lisciviazione dei metalli pesanti ed ?, generalmente, compreso tra 2 e 10, preferibilmente tra 3 e 8.
Il trattamento con acqua ossigenata pu? essere effettuato sul materiale di dragaggio tal quale o dopo separazione delle sabbie. Preferibilmente, i materiali di dragaggio vengono diluiti ad una concentrazione di solidi compresa tra il 20 ed il 30% in peso.
E' noto che l'acqua ossigenata viene fortemente destabilizzata in presenza di taluni ioni metallici quali, ad esempio, gli ioni rame. Il procedimento oggetto del presente invenzione, nonostante venga effettuato su substrati sostanzialmente solidi contenenti ioni metallici in grado di favorire la decomposizione dell'acqua ossigenata, presenta rese di ossidazione sorprendentemente elevate, generalmente del 40-100% per conversioni del COD inferiori al 50%.
Il trattamento per via biologica pu? essere condotto direttamente sulla torbida proveniente dal trattamento chimico, portata ad una temperatura e ad un pH compatibili con la vita dei batteri.
Preferibilmente, la torbida proveniente dal trattamento chimico viene inoculata con batteri acclimatati nell'ambiente di reazione.
Il trattamento biologico pu? essere di tipo aerobico, anaerobico o misto aerobico-anaerobico . E' preferibile un trattamento di tipo misto aerobico-anaerobico che, specie se preceduto da inoculo con batteri, permette una pi? efficiente eliminazione dei nutrienti azotati.
Secondo una forma di realizzazione del procedimento dell'invenzione, il trattamento biologico ? realizzato in una laguna provvista di un insufflatone mobile di aria e ossigeno. Nelle vicinanze dell'insufflatone, che percorre lentamente la superficie della laguna, sono attive le reazioni aerobiche, mentre lontano dall'insufflamento di ossigeno si attivano le reazioni anaerobiche, quali quelle supportate dai batteri denitrificanti responsabili dell'eliminazione dei nutrienti azotati .
Fino alla presente invenzione, generalmente i fanghi di dragaggio non venivano sottoposti a trattamenti per via biologica. Infatti, questi processi sono lenti e difficilmente realizzabili su substrati contenenti elevate concentrazioni di inquinanti .
La Richiedente ha ora sorprendentemente trovato che ? possibile trattare in maniera efficiente per via biologica un fango di dragaggio quando questo sia stato preventivamente sottoposto ad un trattamento di ossidazione chimica con acqua ossigenata.
I trattamenti con acqua ossigenata e biologico sopra descritti hanno l'effetto di abbattere il contenuto di inquinanti organici e biologici, e di portare in soluzione i metalli pesanti lisciviabili.
Pertanto, il procedimento oggetto della presente invenzione pu? convenientemente comprendere un ulteriore trattamento, effettuato sulla porzione surnatante del materiale ottenuto dal trattamento con acqua ossigenata o dal trattamento biologico, in cui viene abbattuto il contenuto di metalli pesanti .
L'abbattimento del contenuto di metalli pesanti ? ottenuto mediante tecnologie convenzionali quali, ad esempio, la precipitazione o lo scambio ionico.
Preferibilmente, questo trattamento viene effettuato per precipitazione dei metalli pesanti mediante aggiunta al materiale ottenuto dal trattamento biologico di tiourea o trimercaptotriazina, e successiva separazione del precipitato con tecniche convenzionali quali, ad esempio, la filtrazione.
Il grado di lisciviazione dei metalli presenti nel fango dipende fortemente dal pH al quale viene effettuato il trattamento chimico. In particolare, per pH < 4 si ottiene una lisciviazione dei metalli presenti sostanzialmente completa, mentre valori di pH pi? alti consentono di ottenere soltanto una lisciviazione parziale.
Il procedimento oggetto della presente invenzione pu? essere integrato da ulteriori stadi quali, ad esempio:
la separazione preliminare delle sabbie;
un trattamento in continuo del surnatante ottenuto dal trattamento biologico al fine di una efficiente lisciviazione dei metalli pesanti;
la separazione del materiale biologico dal fango inorganico.
Queste ed altre operazioni accessorie per il completamento dell'ingegneria del processo possono essere effettuate con tecnologie note. Ad esempio, la separazione delle sabbie, utile quando queste costituiscono una frazione importante del materiale solido, pu? essere effettuata tramite idrociclone.
Il procedimento oggetto della presente invenzione, che permette di abbattere efficacemente il contenuto di inquinanti di un materiale di dragaggio proveniente da porti, canali, corsi d'acqua o fondali in genere, pu? essere inoltre convenientemente utilizzato su altri tipi di materiale contenenti elevate quantit? di inquinanti.
I seguenti esempi vengono forniti a titolo illustrativo e non limitativo dell'invenzione.
ESEMPIO 1
Tre differenti campioni di fanghi provenienti dai canali del centro storico di Venezia sono stati caratterizzati come riportato in Tabella 1. Ad esclusione dell'umidit? e del pH, misurati sul sedimento tal quale, tutti gli altri parametri sono calcolati sul peso di secco.
La reazione di ossidazione chimica ? stata realizzata in un reattore discontinuo, munito di agitatore, camicia riscaldante e frangiflutti.
Un'aliquota di fango, diluita alla concentrazione del 20% in peso con una soluzione acquosa a 30 g/1 di NaCl, ? stata portata alla temperatura di reazione e quindi addizionata di una soluzione acquosa di acqua ossigenata al 28% in peso, mantenendo la temperatura costante. Il pH del sedimento non ? stato modificato.
La quantit? di acqua ossigenata aggiunta era pari al valore stechiometrico calcolato sul COD del fango.
Dopo il trattamento, il fango ? stato essiccato a 105?C.
Il valore del COD ? stato quindi determinato e confrontato con il valore iniziale. La conversione percentuale ? stata calcolata come differenza tra il COD iniziale e il COD finale, rapportata al valore iniziale.
In Tabella 2 si riportano le conversioni ottenute in un campo di temperatura tra 25 e 100?C. Il sedimento ? a pH naturale .
TABELLA 1
TABELLA 2
ESEMPIO 2
La reazione di ossidazione chimica ? stata realizzata in un reattore discontinuo, munito di agitatore, camicia riscaldante e frangiflutti.
Un'aliquota di fango dei campioni dell'esempio 1, diluita alla concentrazione del 20% in peso con una soluzione acquosa a 30 g/1 di NaCl, ? stata portata alla temperatura di reazione e quindi addizionata di una soluzione acquosa di acqua ossigenata al 28% in peso, mantenendo la temperatura costante. Il pH del sedimento non ? stato modificato.
L'acqua ossigenata ? stata aggiunta in diversi stadi, fino alle quantit? totali indicate in Tabella 3, calcolate sul COD. Dopo ogni stadio ? stato prelevato un campione di fango, essiccato ed analizzato per determinare il valore del COD.
In Tabella 3 si riporta il grado di conversione del COD, calcolato come riportato nell'esempio 1, in funzione della quantit? di acqua ossigenata aggiunta, e la resa di ossidazione .
TABELLA 3
ESEMPIO 3
Su un'aliquota di fango dell'esempio 1, si ? eseguito una prova di ossidazione come descritto nell'esempio 2, utilizzando acqua ossigenata alla concentrazione del 50%.
In Tabella 4 si riporta il grado di conversione del COD, in funzione della quantit? di acqua ossigenata aggiunta, e la resa di ossidazione.
TABELLA 4
ESEMPIO 4
Un'aliquota di fango dell'esempio 1, diluita alla concentrazione del 20% in peso con una soluzione acquosa a 30 g/1 di NaCl , ? stata portata a pH 3.5 per aggiunta di HC1. Il fango acidificato ? stato portato quindi alla temperatura di reazione e addizionato di una soluzione acquosa di acqua ossigenata al 28% in peso, mantenendo la temperatura costante.
In Tabella 5 ? riportato il grado di conversione, calcolato come riportato nell'esempio 1, in funzione della quantit? di acqua ossigenata aggiunta.
TABELLA 5
ESEMPIO 5
Un campione di sedimento prelevato dai canali del centro storico di Venezia, le cui caratteristiche sono riportate in Tabella 6 (T.Q.), ? stato trattato con acqua ossigenata come descritto nell'esempio 1. La temperatura di trattamento ? 80?C; il pH del sedimento non ? stato modifi
La quantit? di acqua ossigenata ? pari alla quantit? stechiometrica, calcolata sul COD del fango.
Alla fine del trattamento chimico, un'aliquota del sedimento viene posta in un reattore agitato munito di insufflatori di gas (Reattore A) dove viene insufflata aria in continuo.
Un'altra aliquota si sedimento, trattata chimicamente in maniera analoga, viene posta in un altro (Reattore B) dove vengono insufflati aria e azoto con un ciclo ripetitivo di 8 h di aria e 4 h di azoto.
Prima di iniziare il trattamento vengono addizionati ad entrambi i reattori 73 g/Kg di fango secco di un inoculo constituito da biomassa proveniente dal depuratore della citt? di Venezia, preventivamente equilibrata alla salinit? di sedimento.
Il trattamento viene interrotto dopo 2 mesi.
Le analisi effettuate sul sedimento dopo i trattamenti sono riportate in Tabella 6. Tutti i valori sono calcolati per unit? di peso di fango secco.
In Tabella 7 si riporta l'andamento dei nutrienti in fase liquida durante il trattamento biologico. In questa Tabella si evidenzia l'effetto del trattamento combinato aerobico/anaerobico sulla riduzione del contenuto di ammoniaca senza produzione di nitrati (efficacia dei batteri denitrificanti).
TABELLA 6
TABELLA 7
ESEMPIO 6 (di confronto)
Quattro campioni del sedimento descritto nell'esempio 5 vengono posti, dopo semplice diluizione al 20% in peso con una soluzione acquosa di NaCl a 30 g/1, in altrettanti reattori muniti di agitatore ed insufflatore .
Due dei suddetti quattro campioni sono stati sottoposti, senza aggiunta di inoculo, a trattamento biologico aerobico (Reattore C) e misto aerobico/anaerobico (Reattore D) come descritto nell'esempio 5.
Gli altri due campioni, dopo essere stati addizionati dello stesso inoculo descritto nell'esempio 5, vengono trattati in modo aerobico (Reattore E) e misto aerobico/anaerobico (Reattore F) come descritto nel suddetto esempio 5.
In Tabella 8 si riportano i risultati del trattamento. Tutti i valori sono calcolati per unit? di peso di fango secco.
I dati sui nutrienti in fase acquosa sono riportati in Tabella 9.
TABELLA 8
TABELLA 9
REATTORE C
REATTORE D
REATTORE E
REATTORE F
ESEMPIO 7
Il surnatante filtrato proveniente da un trattamento effettuato con le modalit? descritte nell'esempio 1, a 80?C e a pH rispettivamente 2, 5 e 7, su un sedimento prelevato da un canale del centro storico di Venezia, viene neutratizzato ove necessario con NaOH e addizionato di trimercaptotriazina. Il precipitato viene separato per filtrazione.
In Tabella 10 si riportano le analisi dai principali metalli presenti nel surnatante prima (T.Q.) e dopo la precipitazione. Le concentrazioni sono espresse in mg/1.
La concentrazione dei metalli pesanti dopo il trattamento con trimercaptotriazina risulta mediamente un ordine di grandezza inferiore ai limiti di legge.
TABELLA 10
Claims (8)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la detossificazione di materiali di dragaggio, comprendente: (a) il trattamento di detti materiali con acqua ossigenata, e (b) il successivo trattamento per via biologica.
- 2. Procedimento per la detossificazione di materiali di dragaggio secondo la rivendicazione 1, in cui il trattamento (a) con acqua ossigenata ? effettuato ad una temperatura compresa tra 20 e 100?C, a pH compreso tra 2 e 10, utilizzando una soluzione acquosa di acqua ossigenata a concentrazione compresa tra il 5 ed il 70%, in quantit? tale che l'apporto di'acqua ossigenata sia compreso tra il 5 ed il 300% della quantit? stechiometrica calcolata sul COD.
- 3. Procedimento per la detossificazione di materiali di dragaggio secondo la rivendicazione 2, in cui la temperatura ? compresa tra 50 e 80?C, il pH ? compreso tra 3 e 8, la soluzione acquosa di acqua ossigenata ha una concentrazione compresa tra il 25 ed il 50% e l'apporto di acqua ossigenata ? compreso tra il 20 ed il 200% della quantit? stechiometrica calcolata sul COD.
- 4. Procedimento per la detossificazione di materiali di dragaggio secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il trattamento biologico {b) ? di tipo misto aerobico-anaerobi co.
- Procedimento per la detossifreazione di materiali di dragaggio secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui i sedimenti ottenuti dal trattamento (a) con acqua ossigenata vengono inoculati con batteri acclimatati nell'ambiente di reazione.
- Procedimento per la detossificazione di materiali di dragaggio secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente : (c) un ulteriore trattamento, effettuato sulla porzione surnatante del materiale ottenuto dal trattamento (a) con acqua ossigenata o dal trattamento biologico (b), in cui viene abbattuto il contenuto di metalli pesanti.
- Procedimento per la detossifreazione di materiali di dragaggio secondo la rivendicazione 6, in cui l'abbattimento del contenuto di metalli pesanti ? ottenuto tramite precipitazione o scambio ionico.
- 8. Procedimento per la detossificazione di materiali di dragaggio secondo la rivendicazione 7, in cui la precipitazione dei metalli pesanti viene effettuata mediante aggiunta al materiale ottenuto dal trattamento biologico (b) di tiourea o trimercaptotriazina.
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Effective date: 19970325 |