ITMI942018A1 - Composizione per il trattamento di reflui polari contenenti dispersioni colloidali costituite da particelle solvatate e procedimento per la rimozione di dette sostanze che utilizza questa composizione - Google Patents
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Description
La presente invenzione concerne una composizione per trattare reflui polari contenenti dispersioni colloidali costituite da particelle solvatate, così da depurare e/o rendere riutilizzabile il liquido omogeneo nel quale dette sostanze sono disperse.
L'invenzione concerne anche il procedimento di riciclo del refluo polare che utilizza questa composizione e l'uso della stessa per il trattamento di reflui polari, contenenti dispersioni colloidali costituite da particelle solvatate, destinati alla depurazione o al riutilizzo.
Per quanto concerne i reflui acquosi, che sono la grande maggioranza, è noto che i principali problemi connessi all'inpiego dell'acqua per usi agricoli, civili ed industriali sono costituiti dall'enorme consumo d'acqua non più riutilizzabile, a causa delle impurezze contenute, e dallo smaltimento nell'ambiente delle stesse.
Le recenti direttive internazionali e comunitarie in materia di consumi idrici prevedono drastiche riduzioni all'impiego agricolo, civile ed industriale delle risorse idriche imponendo il parziale o totale riciclo delle acque nel ciclo primario dal quale esse provengono .
Le dispersioni colloidali liquide sono caratterizzate da dispersioni di solidi, liquidi e gas in un liquido omogeneo. Due fattori di stabilità consentono alle particelle delle diverse sostanze di rimanere sospese e separate, per formare una dispersione colloidale liquida: la carica elettrica e la solvatazione.
La carica elettrica provoca la repulsione delle particelle ed è determinata dall'assorbimento di ioni sulla loro superficie.
La solvatazione è determinata dalla tendenza che hanno molte sostanze disperse di mantenere fortemente aderenti le molecole del liquido polare formando un rivestimento che impedisce alle stesse di addensarsi. Il trattamento delle dispersioni colloidali liquide caratterizzate da particelle caricate elettricamente non presenta particolari difficoltà in quanto l'aggiunta di elettroliti diminuisce la dispersione provocando la flocculazione delle impurezze disperse. Più complesso è il problema costituito dalle particelle solvatate, infatti la solvatazione conferisce ai colloidi una stabilità molto maggiore che non la carica elettrica. Le particelle solvatate sono pressoché insensibili all'azione degli elettroliti ed inoltre i liquidi polari consentono la formazione di sospensioni stabili anche con particelle relativamente grandi (emulsioni e/o sospensioni di bentoniti, argille, caolini e simili).
Esiste pertanto una domanda insoddisfatta per un trattamento semplice ed economico finalizzato a separare, da reflui polari contenenti dispersioni colloidali caratterizzate da impurezze solvatate, in una forma facilmente eliminabile e non più liquida, le impurezze solvatate così da consentire che il liquido omogeneo possa essere riutilizzato e/o depurato.
Questo trattamento risulterà ovviamente tanto più vantaggioso, quanto esso possa venire universalmente impiegato, indipendentemente dalla natura delle impurezze solvatate.
Per molti reflui polari, in particolare quelli acquosi contenenti impurezze solvatate risulta utile, al fine di un loro riciclo, disporre di un trattamento specifico che permetta la separazione della dispersione colloidale lasciando un liquido limpido. Questo trattamento, per esempio, offrirebbe -in molti casi- il considerevole vantaggio di ridurre drasticamente i consumi di acqua fresca, infatti una volta rimosse le dispersioni colloidali è possibile riciclare quella utilizzata inizialmente nel processo primario.
Si tratta quindi di trovare una composizione che, in quanto destinata all'ottenimento di liquidi limpidi da reflui polari contenenti dispersioni colloidali costituite da particelle solvatate, sia in grado di essere utilizzata sulla più vasta gamma di reflui contenenti questo tipo di dispersioni colloidali e che fornisca il massimo affidamento con le più disparate sostanze solvatate.
Per raggiungere tutti questi obbiettivi, la presente invenzione fornisce una composizione per ottenere il liquido omogeneo limpido trattando reflui polari contenenti dispersioni colloidali costituite da particelle solvatate.
Secondo detta composizione si prepara una sospensione, avente una concentrazione in montmorillonite compresa tra 0,5% e 15% in una frazione del refluo polare da trattare o in un liquido polare contenente una dispersione colloidale caratterizzata dalle stesse sostanze solvatate presenti nel refluo che si dovrà trattare. Detta frazione di refluo o di liquido polare avrà, o sarà condizionato per ottenere, un pH compreso tra 5 e 9. Si lascia quindi "attivare selettivamente" la montmorillonite per almeno 1 ora. La montmorillonite è un minerale argilloso caratterizzato da una struttura reticolare espandibile; essa dà il nome ad un gruppo di minerali (beidellite, nontronite, hectorite e saponite) presentanti, in diversa misura, la stessa caratteristica.
La formula teorica della montmorillonite, senza sostituzioni strutturali, è: (OH)4Si8Al*O20 ■nH20. ;La montmorillonite è un minerale a tre strati, infatti è composto da pacchetti lamellari costituiti da due strati di tetraedri SiO* -con l'atomo di Si al centroe da uno strato intermedio di ottaedri -con un atomo di Al al centro-.
Le unità silice-allumina-silice sono continue nelle direzioni cristallografiche "a" e "b " e sono disposte una sull'altra nella direzione "c"; con questa disposizione i livelli di ossigeno delle unità vicine vengono ad essere adiacenti; ciò determina l'esistenza di un legame debole e di una sfaldatura tra le unità. La dimensione dell'asse "c", tra gli strati, può variare considerevolmente: da 9,6À a 21,4À. Normalmente l'espansione dell'asse "c" avviene per adsorbimento -tra i singoli strati-, nel minerale, di acqua o di altre molecole polari, favorite dalle debolissime forze residuali caratteristiche della montmorillonite .
Nella pratica il minerale ha sempre una composizione diversa da quella teorica. Nello strato dei tetraedri spesso il silicio può essere sostituito dall'alluminio e dal fosforo mentre l'alluminio che si trova al centro degli ottaedri dello strato intermedio può essere sostituito da Mg, Fe, Li.
Secondo il procedimento oggetto della presente invenzione, la composizione, contenente la montmorillonite "attivata selettivamente", viene addizionata -sotto agitazione- al refluo da trattare (il quale avrà, o dovrà essere condizionato a, pH maggiori di 2,5) fino ad ottenere una concentrazione finale in montmorillonite non inferiore a 20 ppm, continuando ad agitare per alcuni minuti si ottiene la precipitazione delle sostanze solvatate agglomerate alla montmorillonite. Per filtrazione, ad esempio, è poi possibile separare rapidamente il liquido omogeneo limpido dal residuo, costituito dalle impurezze solvatate, che si sono agglomerate alla montmorillonite .
Questo fenomeno potrebbe trovare una spiegazione in quanto segue: disperdendo montmorillonite secca, in concentrazioni relativamente elevate (dell'ordine delle unità percentuali), in un refluo polare contenente una dispersione colloidale liquida costituita da particelle solvatate, parte delle forze residuali delle particelle di montmorillonite vengono neutralizzate, ad esempio, dall'acqua (attraverso il legame idrogeno) in questo modo anche le particelle solvatate (circondate dall'acqua) vengono attratte dalle particelle di montmorillonite che espanderanno l'asse cristallografico "c" fino a permettere l'ingresso delle particelle solvatate (impurezze) nel minerale le quali conferirebbero alla montmorillonite caratteristiche liofile.
Completata la preparazione della composizione si ottiene una montmorillonite "attivata selettivamente" che quando viene addizionata -sotto agitazione-, in concentrazioni finali superiori a 20 ppm, al refluo contenente le stesse particelle solvatate (che hanno permesso l'espansione selettiva dell'asse "c") queste ultime, in parte, sono attratte dalle forze residue delle particelle di montmorillonite "attivata selettivamente" penetrando nella stessa e contribuendo ad aumentare la liofilità della superficie della montmorillonite, mentre l'agitazione continua provoca le collisioni tra le particelle solvatate residue e le particelle di montmorillonite "liofile" consentendo la diffusione delle sostanze liofile, contenute nelle particelle solvatate, nello strato liofilo che ricopre sempre più abbondantemente la superficie della montmorillonite, determinando l'aggregazione finale delle impurezze liofile contenute nei colloidi solvatati presenti nel refluo, consentendo in questo modo la precipitazione del complesso. Per filtrazione, ad esempio, si può poi separare rapidamente il liquido omogeneo limpido dal residuo costituito dalla montmorillonite e dalle impurezze. Il procedimento, oggetto della presente invenzione, è nel suo complesso, semplice e rapido. Infatti richiede solo l'aggiunta di una quantità indicata della composizione (che è funzione della concentrazione delle sostanze solvatate) sotto energico mescolamento, la precipitazione degli agglomerati di montmorillonite e impurezze avviene in alcuni minuti e la separazione del liquido limpido si ottiene rapidamente, per esempio, via filtrazione.
Il trattamento, oggetto della presente invenzione è anche caratterizzato dal fatto che il liquido omogeneo limpido non è assolutamente alterato chimicamente, in quanto la montmorillonite viene eliminata completamente con la filtrazione e/o con altra tecnica di separazione liquido-solido, ciò lo rende spesso riutilizzabile nel ciclo primario di provenienza.
La presente invenzione trova un'efficace applicazione in tutti reflui contenenti particelle solvatate.
A titolo di esempio si citano reflui provenienti dal lavaggio industriale di veicoli e simili, dagli scarichi civili in genere, dall'allevamento di animali e dall'industria. Un interessante ulteriore applicazione è costituita dal trattamento dalle acque di sentina al fine di ottenere un liquido perfettamente limpido.
La montmorillonite "attivata selettivamente" ha la peculiarità di essere validamente utilizzabile in tutti i campi di applicazione sopra ricordati, con il massimo di efficacia e rendimento. Uno dei minerali che ha esibito i migliori risultati si caratterizza nei seguenti valori dei principali parametri fisici: Umidità 10% max
Limite di liquidità 450-500%
Rigonfiamento 30-35 ml/2 g Granulometria 90% inferiore a 75 micron. La presente invenzione sarà meglio compresa dalla lettura della descrizione che segue, accompagnata da esempi forniti a titolo illustrativo e non limitativo. Inoltre, sebbene essa trovi una favorevole applicazione nel riciclo di acque di scarico, contenenti particelle solvatate, di qualsiasi provenienza e nella chiarificazione delle acque di sentina, per comodità di esposizione si farà nel seguito riferimento ad un refluo proveniente dal lavaggio industriale di autoveicoli ed alle acque di sentina -dopo la rimozione gravimetrica degli olii liberi-, senza voler tuttavia limitare l'ambito di impiego della presente invenzione.
Una preferita composizione dell'invenzione che viene utilizzata per il trattamento dell'acqua di scarico di autolavaggio, così da poterla ancora riutilizzare nel successivo ciclo di lavaggio, è caratterizzata da una sospensione di montmorillonite, al 10%, in una parte del refluo che dovrà essere trattato, condizionando -se necessario- il pH a circa 6,5 e lasciando "attivare selettivamente" la montmorillonite per 3 ore.
Detta sospensione si prepara aggiungendo lentamente la montmorillonite ad una parte del refluo da trattare -mantenuto sotto energica mescolazione- e si continua a mescolare fino alla completa scomparsa dei grumi del minerale .
Un preferito procedimento che utilizza detta composizione prevede che quest'ultima venga addizionata -sotto mescolazione- al restante refluo da trattare (il cui pH viene condizionato, in assenza di sospensioni colloidali caratterizzate da carica elettrica, a valori debolmente acidi prossimi alla neutralità: 5,5÷6,5) fino a raggiungere una concentrazione finale in montmorillonite "attivata selettivamente" pari a 200 ppm (questa concentrazione, come abbiamo già detto, varia in funzione della quantità delle particelle solvatate da rimuovere). Si continua a mescolare per altri 5 minuti e si lascia sedimentare per 5 minuti, quindi si filtra ottenendo un filtrato limpido ed un residuo solido.
Nell'esempio che segue, ad un campione di 50 litri di acqua di scarico proveniente da un impianto di autolavaggio, molto sfruttato, aventi le seguenti caratteristiche :
PH : 6,8
Solidi sospesi : 118 mg/1
COD : 222 mg/1
Tensioattivi (MBAS) 5,25 mg/1
Olii totali : 18,3 mg/1
sono stati aggiunti -sotto miscelazione- 100 g di composizione contenente 10 g di montmorillonite, "attivata selettivamente" per tre ore a temperatura ambiente in 90 grammi dello stesso refluo da trattare. Si è continuato ad agitare per 5 minuti e lasciato sedimentare per altri 5 minuti. Un campione di 5 litri è stato prelevato e filtrato con filtro di carta a filtrazione rapida, il filtrato, perfettamente limpido, ha fornito i seguenti valori:
Solidi sospesi : assenti
COD : 85 mg/1
Tensioattivi (MBAS) : 1,50 mg/1
Olii totali : tracce.
Dall'esame dei risultati riportati nella precedente tabella si può rilevare che il trattamento di riciclaggio delle acque di scarico provenienti dal lavaggio di autoveicoli fornisce un acqua che, oltre a rientrare abbondantemente nei limiti imposti dalla tabella A della legge Italiana n°319/76, consente di essere vantaggiosamente riutilizzata nel ciclo di lavaggio successivo.
Ulteriori, successive prove sulla linea di lavaggio hanno confermato la rapidità del processo e l'idoneità dell'acqua ottenuta al riutilizzo nel ciclo di lavaggio successivo.
Un altro esempio, non finalizzato al riutilizzo del liquido omogeneo, riguarda il trattamento di depurazione delle acque di sentina, le quali -tra l'altro- contengono dispersioni colloidali costituite da particelle solvatate.
Un campione di 10 litri di acque di sentina è stato sottoposto a separazione gravimetrica dell'olio libero, che si stratificava nella parte superiore del separatore, che veniva recuperato. Dal refluo restante, piuttosto torbido ed avente pH 6,4, venivano prelevati 20 mi. che venivano portati a 95 mi. con acqua, ciò al fine di ridurre l'elevata concentrazione di elettroliti, caratteristica dell'acqua di mare, a questa soluzione venivano addizionati, lentamente e sotto energica miscelazione 5 g di montmorillonite secca. Si lasciava poi "attivare selettivamente" la montmorillonite per tre ore agitando la sospensione di tanto in tanto.
A 5 litri del refluo disoleato gravimetricamente venivano aggiunti -sotto miscelazione- 50 mi della composizione, di cui sopra, dopo "attivazione" della montmorillonite, mantenendo la miscelazione per 5 minuti e lasciando sedimentare per altri 5 minuti, dopo filtrazione -su carta da filtro a filtrazione rapida- si otteneva un filtrato perfettamente limpido, sulla superficie del quale si intravedevano tracce di olii liberi, che sono stati completamente separati impiegando un metodo ed una apparecchiatura innovativa descritta nella domanda di brevetto PCT/EP93/01053 della stessa Richiedente. Proprio per ottenere i migliori risultati da tale sistema la Richiedente ha messo a punto la presente invenzione consistente nella preparazione di una specifica composizione ed il relativo procedimento per il trattamento di dispersioni colloidali costituite da particelle solvatate .
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1.Composizione per il trattamento di reflui polari contenenti dispersioni colloidali costituite da particelle solvatate caratterizzata dal fatto di comprendere una sospensione di montmorillonite -a concentrazione indicata- in una parte dello stesso refluo da trattare. Detta frazione di refluo avrà, o dovrà essere condizionata per ottenere, un pH tra 5 e 9 e la montmorillonite sarà lasciata "attivare selettivamente" in detta sospensione. 2.Composizione secondo la rivendicazione 1. caratterizzata dal fatto che la concentrazione della montmorillonite nella sospensione è compresa tra 0,5% e 15%; 3.Composizione secondo le rivendicazioni 1. e 2. caratterizzata dal fatto che il tempo di "attivazione selettiva" della montmorillonite è di almeno 1 ora; 4.Composizione secondo le rivendicazioni da 1. a 3. caratterizzata dal fatto che la sospensione di montmorillonite venga preparata in un fluido polare diverso dal refluo polare da trattare; 5.Procedimento per la depurazione o riutilizzo di reflui polari contenenti dispersioni colloidali costituite da particelle solvatate, caratterizzato dal fatto che la composizione di cui alle rivendicazioni da 1. a 4. venga miscelata intimamente con detti reflui (i quali avranno, o dovranno essere condizionati a pH maggiori di 2,5) fino ad ottenere una concentrazione finale in montmorillonite non inferiore a 20 ppm. 6.Procedimento secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che l'agglomerazione delle impurezze solvatate alla montmorillonite e la conseguente precipitazione avvenga in almeno 2 secondi . 7.Procedimento secondo le rivendicazioni 5 e 6 caratterizzato dal fatto che il liquido omogeneo limpido viene separato dalle impurezze mediante una qualunque tecnica di separazione liquido-solido. 8.Procedimento secondo le rivendicazioni da 5 a 7 caratterizzato dal fatto che, prima della separazione liquido-solido, si aggiunga alla miscela un coadiuvante di flocculazione.
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