ITMI971206A1

ITMI971206A1 - Procedimento di purificazione di percolato di discarica mediante ultrafiltrazione ed osmosi inversa

Info

Publication number: ITMI971206A1
Application number: IT97MI001206A
Authority: IT
Inventors: Giorgio Serafin
Original assignee: Hydro Air Research S R L
Priority date: 1997-05-22
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 1998-11-22
Also published as: EP0879634A2; IT1291978B1; EP0879634A3; ITMI971206A0

Description

Domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"Procedimento di purificazione di percolato di discarica mediante ultrafiltrazione ed osmosi inversa"

1. Campo dell'invenzione

La presente invenzione riguarda un procedimento fisico multistadio per il trattamento di percolato di discarica, basato su ultrafiltrazione ed osmosi inversa.

Il percolato di discarica è un liquame particolarmente inquinante, che si forma nelle discariche di rifiuti solidi urbani.

L'osmosi inversa è una tecnica di separazione che si basa sull'applicazione al liquido da purificare di una pressione tale da vincere la pressione osmotica, forzando l'acqua pura a permeare attraverso una membrana semipermeabile, con produzione di una fase liquida purificata (permeato) e di un residuo liquido concentrato in cui si ritrovano le impurezze organiche ed inorganiche contenute nel percolato.

L'ultrafiltrazione ha lo scopo di pretrattare il liquame da discarica, rimuovendone solidi sospesi, frazioni colloidali ed organiche solubili, ad alto peso molecolare, per renderlo idoneo ai successivi trattamenti di osmosi inversa.

Il presente procedimento consente di ridurre l'impatto ambientale del percolato di discarica, concentrandone gli inquinanti in un volume ridotto, al fine di rendere economico il successivo smaltimento al di fuori della discarica, mentre la maggior parte del percolato di partenza privato delle specie inquinanti (permeato), può essere smaltito nei corsi d'acqua superficiali (fiumi, etc.), essendo reso idoneo allo scarico, nel rispetto dei più restrittivi limiti di accettabilità della Tabella A della legge Italiana 319/76 e delle normative europee.

2. Stato della tecnica

Procedimenti tipici per la purificazione di acque contaminate comprendono uno stadio di ultrafiltrazione per ridurre i contaminanti biologici, particolati e colloidali, e due stadi di osmosi inversa ("ACWA builds leachate treatment plant", Industriai News, Nov. 1993. P- 59)·

La purificazione dei liquami da discarica mediante osmosi inversa presenta vari problemi: essi contengono infatti notevoli quantità -di sostanze organiche, spesso difficili da eliminare anche con i pre-trattamenti di ultrafiltrazione; contengono inoltre sostanze allo stato colloidale, di consistenza gelatinosa, che tendono ad occludere i pori delle membrane filtranti, riducendone l'efficienza di separazione, e rendendo necessari frequenti lavaggi delle membrane, con decremento della loro vita media ed aggravio dei costi operativi; inoltre, contengono quantità piuttosto considerevoli di ammoniaca, derivante dai processi di putrefazione dei materiali organici, che con i procedimenti tradizionali si ritrova nel permeato finale in quantità spesso superiori ai valori consentiti dalla legge, e la cui eliminazione richiede ulteriori pre-trattamenti, spesso onerosi dal punto di vista economico, quali il passaggio in apposite torri di strippaggio ("ACWA builds leachate treatment plant", Industriai News, Nov. 1993. P- 59)·

Inoltre, la salinità totale del percolato è così elevata che man mano che il liquido da purificare viene concentrato nella unità di osmosi e la fase acquosa viene continuamente rimossa, la pressione osmotica raggiunge valori cosi elevati da inficiare il rendimento e l'efficienza della separazione.

Secondo la tecnica nota, ogni stadio di osmosi inversa è effettuato a pressione di esercizio costante. Secondo U. Theilen, Process Comhination, Trade Related Articles, in Chemical Plants and Processing, November, 1994, pag. 12-14, alcuni stadi di osmosi inversa a 30-50 bar possono essere seguiti da alcuni stadi condotti a pressione compresa fra 120 e 200 bar, per concentrare ulteriormente il liquido : effettuando un intero stadio di osmosi a pressione elevata, tuttavia, si incrementa in modo considerevole il dispendio energetico e quindi economico del processo di purificazione.

E' quindi sentita l'esigenza di disporre di nuovi procedimenti per la purificazione di percolato di discarica, efficaci, economici, adatti alla realizzazione su scala industriale, che superino gli inconvenienti della tecnica nota.

2 . Sommario

La Richiedente ha trovato un procedimento multi-stadio per la purificazione di un percolato di discarica, comprendente

a) uno stadio di ultrafiltrazione;

b) uno o più.stadi di osmosi inversa (preferibilmente 2),

caratterizzato dal fatto che almeno uno stadio di osmosi inversa, preferibilmente il primo, è condotto realizzando almeno un incremento di pressione nel circuito del liquido che circola sotto pressione in una singola unità di osmosi (cioè in un quel singolo stadio di osmosi). Tale incremento è realizzato inserendo in serie nel circuito del liquido circolante in una data unità di osmosi almeno una pompa ausiliaria PB (pompa di rilancio, o pompa "booster"), che produce un aumento pressione del liquido che circola in una data unità di osmosi a pressione superiore all'atmosferica (grazie alla pompa ad alta pressione), senza interromperne in alcun modo il circuito.

La pompa ausiliaria consente quindi di lavorare ad almeno due diverse pressioni di esercizio in uno stesso stadio di osmosi, ad una pressione inferiore in una fase precedente, e ad una pressione di più elevata nella fase successiva all'inserimento della pompa.

Il presente procedimento di purificazione di percolato è inoltre ulteriormente caratterizzato dal fatto che lo stadio di ultrafiltrazione è preferibilmente effettuato ad una temperatura di almeno 30°C, più preferibilmente fra circa 30°C e 50°C.

Il limite superiore di temperatura di ultrafiltrazione è dettato dal limite di convenienza economica, e a seconda del caso può anche superiore al limite sopra indicato.

Costituiscono inoltre ulteriori oggetti della presente invenzione:

un impianto per il trattamento di percolato di discarica comprendente una sezione di ultrafiltrazione ed una o più sezioni di osmosi, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una pompa ausiliaria inserita in serie nel circuito di una singola unità di osmosi, detta pompa essendo in particolare interposta fra due gruppi successivi di membrane di osmosi, facenti parte della stessa unità di osmosi, così da realizzare un incremento di pressione del fluido che circola sotto pressione (cioè a pressione superiore a quella atmosferica) in detta unità di osmosi;

- un impianto per il trattamento di percolato di discarica -comprendente una sezione di ultrafiltrazione ed una o più sezioni di osmosi, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo per il riscaldamento del percolato posto prima delle membrane di ultrafiltrazione.

3· Breve descrizione delle Figure

Figura 1 rappresenta lo schema a blocchi di un impianto per la purificazione di percolato di discarica secondo la presente invenzione.

Figura 2 rappresenta lo schema a blocchi di una sezione di osmosi inversa secondo la presente invenzione, comprendente 4 "loops" di membrane per osmosi.

Figura 3 illustra la sezione trasversale di un elemento di membrana ceramica di ultrafiltrazione.

Figura 4 illustra un elemento di membrana per osmosi inversa con configurazione a spirale.

3· Descrizione dettagliata

Il presente procedimento è descritto di seguito in maggior dettaglio, con riferimento alle Figure.

Nel presente testo, per unità di osmosi si intende l'apparato comprendente un raggruppamento di membrane nel quale viene condotto uno stadio di osmosi, dalla immissione del liquido da trattare precedentemente portato alla pressione di esercizio prescelta mediante apposita pompa, fino allo scarico del permeato, a pressione atmosferica.

Nel primo stadio di osmosi inversa del presente procedimento la -pressione di esercizio è preferibilmente compresa fra circa 30 e 120 bar, {ad esempio ≥ 30 bar e < 120 bar), intendendosi nel presente testo per pressione di esercizio quella imposta al fluido da trattare, per vincerne la pressione osmotica.

Tipicamente, per gli scopi della presente invenzione ogni sezione (unità) di osmosi inversa contiene più gruppi di membrane di osmosi ("loop") (tipicamente da 2 a 6), ognuna a sua volta contenente uno o più contenitori a pressione ("pressure vessels"), ad esempio in numero da 2 a 6, posti in serie e/o in parallelo all'interno di ogni "loop" : ogni contenitore a pressione a sua volta contiene due o più singole membrane di osmosi (preferibilmente cartucce a spirale), ad esempio da 2 a 6, poste in serie al suo interno. Ogni "loop" L1-L4 è alimentato da una pompa di ricircolo PR1-PR4, che fa ricircolare in continuo al suo interno il liquido da filtrare.

Per incrementare la pressione di esercizio nello stadio di osmosi prescelto, preferibilmente nel primo, è in genere sufficiente una sola pompa ausiliaria PB.

In pratica, una pompa ausiliaria PB preleva il concentrato Cx in uscita da un gruppo di membrane di osmosi, e lo invia a pressione incrementata al successivo gruppo di membrane nella stessa unità di osmosi, consentendo quindi di lavorare a due diverse pressioni di esercizio nel medesimo stadio di osmosi, cioè ad una pressione più bassa in un gruppo di membrane o "loops", e ad una pressione più elevata nei successivi "loops" di una stessa unità di osmosi. Secondo una forma di realizzazione particolare della presente invenzione, la pompa ausiliaria è inserita in serie fra una prima serie ed una seconda serie di gruppi di membrane ("loops") di una stessa unità di osmosi, ogni serie essendo ad esempio costituita da due "loops" (Figura 2).

Preferibilmente, si opera a pressioni comprese fra circa 30 e 50 bar a monte della pompa ausiliaria (in particolare nella prima serie di "loops"), e a pressioni comprese fra circa 50 e 120 bar

(ad esempio > 50 e < 120 bar) a valle della pompa ausiliaria (in

particolare nella seconda serie di "loops").

L'impiego della pompa ausiliaria secondo la presente invenzione

consente di vincere l'incremento di pressione osmotica e la

conseguente riduzione della differenza fra pressione applicata e

pressione osmotica, che si riscontra al procedere dell'osmosi per

la continua rimozione di permeato Px e la progressiva

concentrazione del liquido da purificare, e che determina

rallentamento del flusso e diminuzione del rendimento

dell'osmosi; inoltre, consente di lavorare in modo ottimale, ad

una pressione inedia di esercizio inferiore a quella che sarebbe

necessario applicare lavorando a pressione costante per mantenere

un pari rendimento, rivelandosi in particolare estremamente

vantaggioso rispetto ai procedimenti della tecnica nota prima

ricordati, che utilizzano stadi di osmosi inversa interamente

condotti a pressioni di esercizio costante comprese fra 120 e 200

bar. L'uso di pressioni di esercizio inferiori consente di -preservare più a lungo la vita delle membrane di osmosi, riduce i

consumi di energia e quindi i costi operativi.

Preferibilmente, una o più delle fasi di separazione su membrane

del presente procedimento, preferibilmente tutte, sia quelle di

ultrafiltrazione che quelle di osmosi inversa, sono effettuate

mediante filtrazione tangenziale, pompando il liquido da trattare

secondo un flusso parallelo alla superficie filtrante.

Mentre il liquido scorre parallelamente alla superficie filtrante, il filtrato viene in continuo rimosso.

Tale flusso parallelo genera un'elevata turbolenza, che impedisce alle particelle in sospensione nel liquido di depositarsi sui pori delle superficie della membrana filtrante, evitandone cosi il rapido intasamento, e consentendo quindi di mantenere per lunghi periodi rendimenti di filtrazione stabili. La velocità di flusso del liquido, chiamata velocità tangenziale, è un parametro operativo molto importante, che controlla il rendimento della filtrazione tangenziale (quantità di liquido rimosso come filtrato o permeato Px nell'unità di tempo).

In particolare, per il processo di ultrafiltrazione più alta è la velocità tangenziale, maggiore tale rendimento. Nel presente procedimento, in ultrafiltrazione si utilizzano velocità di filtrazione tangenziale preferibilmente comprese fra 3 e 6 metri/secondo.

Quando si verificano significativi sporcamente delle membrane, il ripristino dei flussi a valori ottimali può essere ottenuto con -varie tecniche di lavaggio, compreso il controlavaggio.

Prima di essere sottoposto alle fasi di ultrafiltrazione e preriscaldamento secondo la presente invenzione, il percolato in arrivo dalla discarica è tipicamente sottoposto a uno o più pretrattamenti convenzionali, quali omogeneizzazione, nitrificazionè-denitrificazione biologica; chiarificazione mediante filtrazione su setacci convenzionali per la separazione di materiale particolato e grossolano, per renderlo idoneo ai successivi trattamenti.

Secondo una forma di realizzazione particolare della presente invenzione, il percolato da sottoporre ad ultrafiltrazione è stoccato in una vasca di accumulo V (Figura 1), ad una temperatura in genere di circa 5°C/+20°C, e, prima dell'invio alla sezione di ultrafiltrazione, viene pre-riscaldato alla temperatura selezionata per l'ultrafiltrazione secondo il presente procedimento.

Il percolato è ad esempio pre-riscaldato mediante passaggio in uno scambiatore di calore illustrato in Figura 1), posto prima della sezione di ultrafiltrazione, (ad esempio fra la caldaia C ed il serbatoio SI, oppure nel serbatoio SI), e quindi in genere stoccato in un serbatoio S1 . Il fluido riscaldante dello scambiatore è prodotto da una caldaia C, alimentata da una Fonte energetica qualsiasi (metano, gas della discarica, etc.).

Secondo una forma di realizzazione tipica della presente invenzione, il percolato stoccato nella vasca di accumulo -attraverso lo scambiatore di calore è inviato al sistema di ultrafiltrazione UF mediante una pompa di alimentazione PAUf, ad un flusso ad esempio di circa 5 metri cubi/ora (mc/h), e quindi fatto circolare in continuo all'interno dei moduli a membrana della unità di ultrafiltrazione UF mediante una pompa di ricircolo PRUf ad alta portata.

La velocità lineare di circolazione del liquido nella sezione di ultrafiltrazione UF è preferibilmente di circa 3-6 mt/secondo. Il fatto di effettuare l'ultrafiltrazione secondo il presente procedimento ad una temperatura di almeno 30°C, è vantaggiosa innanzitutto per l'ultrafiltrazione, che procede con maggiori rendimenti a parità di superficie filtrante rispetto ai procedimenti che operano a temperature inferiori, ad esempio a circa 5°C/+20°C, consentendo una concentrazione più spinta delle sostanze inquinanti, permettendo di diminuire la frequenza dei lavaggi delle membrane di ultrafiltrazione e di osmosi inversa, e riducendo i costi operativi.

Inoltre, il fatto di condurre l'ultrafiltrazione ad almeno 30°C si è rivelato vantaggioso anche per rendimenti ed efficienza dei successivi stadi di osmosi inversa. In particolare, consente di effettuarli ad una temperatura preferita di almeno 25°C (ad esempio di circa 25°C/+30°C), che, secondo una forma di realizzazione vantaggiosa del presente procedimento, è ottenuta raffreddando il permeato proveniente dalla ultrafiltrazione in uno scambiatore di calore che utilizza come fluido di raffreddamento lo stesso percolato di partenza (quello cioè stoccato a 5°/+20°C nella vasca di accumulo).

Inoltre, è stato osservato che a 25°C/+30°C circa, la osmosi inversa lavora con maggior rendimento di permeazione a parità di pressione, consentendo di utilizzare pressioni di esercizio preferite di circa 30-120 bar, mediamente inferiori a quelle tradizionalmente impiegate, con conseguente riduzione di usura e frequenza di ricambi delle strutture meccaniche e delle membrane degli impianti, e con risparmio quindi nei costi di esercizio. Il percolato da ultrafiltrare ed il permeato Px ultrafiltrato hanno un pH generalmente alcalino, generalmente compreso fra 7.5 e 8,8.

Nel presente processo, le membrane di ultrafiltrazione sono preferibilmente membrane ceramiche, comprendenti un supporto di α-Αl Ο3 rivestito da uno strato attivo di ZrO.

Per gli scopi della presente invenzione, sono ulteriormente preferite le membrane di ultrafiltrazione con configurazione tubolare multicanale.

Un esempio di membrana di ultrafiltrazione utile per gli scopi della presente invenzione è la membrana Me illustrata in Figura 3, comprendente un supporto Sp di α-Αl Ο3 a sezione esagonale, nel quale sono ricavati vari canalicoli Ch, la cui superficie interna, destinata al contatto con il liquido da trattare, è rivestita da uno strato di ZrO. Esempi di membrane ceramiche di ultrafiltrazione utili per la presente invenzione sono commercializzate con il nome di MEMBRALOX dalla S.C.T. (Société Céramique Francais, della US Filter).

In Figura 3. la freccia , parallela alla lunghezza dei canalicoli Ch, indica la direzione di entrata del fluido Fx da ultrafiltrare; la freccia P2, parallela alla direzione P1, quella di uscita del liquido di -scarto (concentrato, Cx), e la freccia P3, perpendicolare a P1, quella di uscita del liquido ultrafiltrato {permeato Px) : in ognuna di tali membrane di ultrafiltrazione, il liquido di scarto (concentrato) Cx, raccolto nella direzione di uscita P2 è fatto ricircolare più volte ad alta velocità lungo i canalicoli filtranti mediante la suddetta pompa di ricircolo.

Nella presente unità di ultrafiltrazione UF trovano tipicamente posto svariate membrane di ultrafiltrazione, raggruppate in moduli: ogni modulo contiene più membrane, ed i vari moduli sono a loro volta raggruppati in serie e/o in parallelo in gruppi di membrane, detti "loops", ad esempio in numero da 2 a 5: ogni "loop" è alimentato da una pompa di ricircolo ad alta portata. Secondo una caratteristica ulteriormente preferita del presente procedimento, si utilizzano membrane di ultrafiltrazione con porosità compresa fra 5 e 100 nanometri (nm) circa, più preferibilmente di circa 50 nm, associate a pressioni di transmembrana preferibilmente comprese fra 0,5 e 3,5 bar, in relazione alla specifica porosità adottata, dove la pressione di transmembrana è definita come segue:

dove, Prp è la pressione di transmembrana, e con riferimento alla Figura 3, è la pressione esercitata dal fluido Fx in entrata a ciascun modulo di ultrafiltrazione; P2 è la pressione del concentrato Cx {fase di scarto) in uscita dal modulo di ultrafiltrazione; P3 la pressione del permeato Px in uscita dal modulo di ultrafiltrazione.

All'inizio della ultrafiltrazione si hanno valori di pressione di transmembrana abbastanza bassi, ad esempio di circa 0,5-0,8 bar; poi, man mano che la ultrafiltrazione procede ed il sistema di filtri tende a saturarsi per la presenza di materiale particolato e colloidale, la pressione tende a salire, fino a circa 3-5-L'impiego di membrane ceramiche aventi porosità di 5“100 nm a pressioni di transmembrana di 0,5-3t5 bar consente di ottenere flussi specifici di filtrazione più elevati rispetto ai procedimenti prima noti, che utilizzano membrane con porosità superiore a 100 nm, in particolare di circa 0,2 micrometri {circa 200 nm), associati a pressioni di transmembrana di 0,5-1.5 bar. Nel presente procedimento, i valori di pressione di transmembrana sono convenientemente controllati entro i valori preferiti sopra indicati, regolando l’apertura e chiusura della valvola di uscita del permeato Px e della valvola uscita del concentrato Cx (non illustrate nelle Figure), per ottenere una portata il più possibile costante, conveniente anche per la alimentazione degli stadi successivi. I flussi del concentrato Cx e del permeato Px in uscita dalla fase di ultrafiltrazione secondo il presente procedimento sono ad esempio rispettivamente regolati a valori di circa 0,15 mc/h e di circa 4,85 mc/h.

La ultrafiltrazione effettuata ad almeno 30°C (in particolare preceduta da pre-riscaldamento) secondo il presente procedimento comporta significativi vantaggi, che si riflettono anche sulle successive fasi di osmosi inversa. In particolare :

- consente di preservare più a lungo dagli sporcamenti le membrane di ultrafiltrazione rispetto ai procedimenti prima noti, evitando numerosi lavaggi chimici, e aumentandone quindi la vita media, che nel presente caso può arrivare anche a diversi anni, come estrapolato dai dati sperimentali di usura finora ottenuti; - consente di spingere la concentrazione volumetrica del refluo di scarto fino a livelli altrimenti impossibili, pena forti sporcamenti delle membrane con difficoltà di rigenerazione;

- l'uso di membrane di ultrafiltrazione a porosità ridotta rispetto alle tecniche prima note associate a pressioni di transmembrana mediamente superiori, permette di ottenere flussi di filtrazione più elevati;

- consente di impiegare per l'osmosi inversa membrane a spirale (come più avanti illustrato), che sono più vantaggiose, sia dal punto di vista energetico (bassa potenza installata), che dei costi operativi (costi delle membrane di ricambio, facilità e rapidità di interventi per la sostituzione, ingombri ridotti); - permette il facile e rapido lavaggio delle membrane di osmosi inversa, con intervalli tra un ciclo e l'altro molto distanziati nel tempo;

- consente una vita media delle membrane di osmosi più lunga. Il permeato Px in uscita dallo stadio di ultrafiltrazione è tipicamente caratterizzato da: un indice di "fouling" SDÌ < 5 (SDÌ = Silt Density Index = Indice di Sporcamente), ed un indice di torbidità NTU < 1 (NTU = Nephelometric Turbidimetric Unit = Unità di Torbidità Nefelometrica).

Il concentrato Cx in uscita dallo stadio di ultrafiltrazione è smaltito, mentre il permeato Px passa alle successive fasi di osmosi inversa.

Gli stadi di osmosi inversa del presente procedimento sono preferibilmente effettuati ad una temperatura di almeno 25°C circa, più preferibilmente a circa 25°C/+30°C.

Nella presente invenzione, il permeato Px in uscita dalla unità di ultrafiltrazione UF è preferibilmente inviato attraverso uno scambiatore di calore alimentato dal percolato iniziale avente una temperatura di 5°/+20°C, che permette di portare il permeato ad una temperatura di 25°C/+30°C, ad un serbatoio S2. dal quale è poi inviato alla prima sezione di osmosi 01-1.

Il calore liberato attraverso lo scambiatore è convenientemente recuperato per alimentare la suddetta fase di preriscaldamento. Secondo una caratteristica ulteriormente preferita del presente procedimento, prima di essere sottoposto ad osmosi inversa, il permeato Px ultrafiltrato, che come sopra riportato ha un pH alcalino, è acidificato, ad un pH preferibilmente compreso fra 5,0 e 6,5. più preferibilmente fra 5.5 e 6,0.

L'acidificazione è tipicamente effettuata per aggiunta di un acido inorganico, quale acido cloridrico o solforico.

In genere, il dispositivo di acidificazione è posto all'interno della prima unità di osmosi, prima della pompa di alimentazione alle membrane di osmosi.

L'acidificazione secondo il presente procedimento consente di controllare efficacemente entro livelli ammissibili per legge la quantità di NH3 del permeato Px finale.

A parte il suddetto trattamento di acidificazione, prima di essere sottoposto ad osmosi, il permeato Px ultrafiltrato è inoltre tipicamente sottoposto ad uno o più pre-trattamenti convenzionali, ad esempio con agenti antiincrostanti e/o con agenti chimici sterilizzanti.

Le membrane di osmosi preferibilmente utilizzate nel presente procedimento, in particolare nel primo stadio di osmosi, sono quelle ad alta reiezione salina, in particolare pari ad almeno il 95%, più in particolare ad elevata reiezione di NaCl (ad esempio a reiezione di NaCl circa del 98,8%-99%)·

La reiezione salina esprime la % di un sale, in questo caso NaCl, che è trattenuta nel concentrato da una membrana di osmosi, nelle seguenti condizioni operative: soluzione acquosa contenente 32.000 mg/litro di NaCl; pressione di esercizio di 800 psig -(5-516 KPa), a 25°C, pH 6,5; % di recupero pari al 13% , dopo 24 ore. Il flusso negli elementi individuali di osmosi può variare intorno a ± 15%.

Diversamente dalle membrane comunemente utilizzate e commercializzate per la dissalazione dell'acqua di mare, che possano essere utilizzate fino ad una pressione massima di 70-80 bar, quelle ad alta reiezione salina possono raggiungere pressioni di esercizio fino a 120 bar, evitando i fenomeni di compattazione comuni alle membrane standard, e permettendo inoltre elevate reiezioni (dal permeato) sia dei composti organici che della ammoniaca.

Per gli scopi della presente invenzione, sono ulteriormente preferite membrane di osmosi inversa con configurazione a spirale, come ad esempio la membrana Mo rappresentata in Figura 4, ad esempio quelle commercializzate dalla DESAL Membrane Products, aventi ad esempio diametro di 4" o 8 '' (pollici) e lunghezza.ad esempio di circa 40''(pollici), oppure le membrane commercializzate dalla FILMTEC.

Nel presente procedimento, l'alimentazione del permeato Px alle unità di osmosi (sia la prima che la seconda) avviene tipicamente mediante una pompa di alimentazione PA1 ed una pompa ad alta pressione PA2 (Figura 2).

Il permeato Px in uscita da ogni loop della prima unità di osmosi 01-1 viene man mano raccolto con quello dei "loop" successivi, ed avviato allo stadio successivo, in particolare alla seconda -sezione di osmosi 01-2 (Figura 2).

A titolo di esempio, come illustrato in Figura 2 la prima sezione di osmosi può contenere 4 "loops" L1-L4, collegati fra loro in serie, ognuno alimentato dalla propria pompa di ricircolo PR1-PR4; ogni "loop" a sua volta contiene 3 contenitori a pressione, disposti in serie e/o in parallelo all'interno del "loop", ognuno dei quali contiene 3 cartucce di membrane a spirale (non illustrate in Figura 2).

Preferibilmente, la frazione di permeato Px in uscita dall'ultimo "loop" della prima sezione di osmosi 01-1 è riciclata in testa al primo "loop" e riprocessata, ottenendo un ulteriore incremento di qualità del permeato Px.

Tipicamente, nel presente procedimento, il concentrato Cx in uscita dalla prima sezione di osmosi 01-1 è scartato ed inviato allo smaltimento, insieme con quello prodotto in ultrafiltrazione. Il permeato Px ottenuto dal primo stadio di osmosi inversa 01-1 è tipicamente inviato ad un serbatoio S3, da cui è poi inviato alla seconda sezione di osmosi 01-2 (Figura 1). I flussi di concentrato Cx e di permeato Px in uscita dalla prima unità di osmosi sono ad esempio regolati rispettivamente intorno a 0,6 mc/h, e a 4,65 mc/h.

II secondo stadio di osmosi del presente procedimento può essere realizzato vari tipi di membrane note, a pressioni di esercizio preferibilmente comprese fra circa 40 e circa 70 bar, più preferibilmente applicando una pressione di esercizio costante. Infatti, nel secondo stadio di osmosi inversa non si rende in genere necessario realizzare un incremento di pressione, in quanto il permeato Px prodotto nel primo stadio ha un livello di purificazione piuttosto elevato, ed il secondo stadio ha la funzione di perfezionare tale purificazione.

A puro titolo di esempio, la seconda unità di osmosi 01-2 può essere costituita da 3 "loops", ciascuno contenente 2 contenitori a pressione, ognuno dei quali a sua volta contiene 3 cartucce di membrane a spirale.

Nel presente procedimento, il concentrato Cx in uscita dal secondo stadio di osmosi inversa è tipicamente riciclato al primo stadio 01-1 (Figura 1), ed il permeato Px in uscita dalla seconda unità di osmosi inversa 01-2 ad un serbatoio S4, da cui poi viene inviato allo scarico.

Il presente procedimento, applicato ad esempio ad un percolato con conducibilità iniziale ad esempio di 15-000-20.000 pS/cm, consente di ottenere volumi di recupero del permeato Px finale mediamente dell'85# rispetto al volume iniziale di percolato di discarica trattato, e volumi di concentrato Cx da smaltire tipicamente del 13% rispetto al percolato trattato, con un fattore di concentrazione volumetrica finale FCV pari a circa 6 volte il volume originario del liquido trattato, dove

in cui VE è il volume di liquido in entrata in uno stadio di -separazione e VC è il volume di concentrato Cx in uscita dallo stesso stadio.

Il presente procedimento consente di ottenere FCV aventi ad esempio i seguenti valori, stadio per stadio: ultrafiltrazione FCV = 30; primo stadio di osmosi inversa FCV = 9; secondo stadio di osmosi inversa FCV = 11.

Il presente procedimento si presta ad esempio al trattamento di percolati di discarica contenente NH4 > 1200 ppm, con conducibilità ≥ 10.000 pS/cm, consentendo di ricavarne a fine processo un permeato Px con valori di ΝΗ4 ≤ 10 ppm e con conducibilità < 100 pS/cm (micro Siemens/cm).

La regolazione della velocità di immissione del fluido da trattare e quella di uscita di concentrato Cx e permeato Px nei vari stadi del presente processo risponde essenzialmente all'esigenza di avere flussi il più possibile costanti e funzionali alle esigenze dei cicli produttivi industriali, preferibilmente per poter completare un ciclo di purificazione di percolato in una unica giornata lavorativa. I flussi in mc/h sopra riportati con riferimento ai vari stadi hanno quindi un valore puramente esemplificativo, potendo essere variati entro ampi limiti a seconda delle esigenze specifiche.

La selezione di condizioni operative secondo il presente procedimento consente di conseguire un rendimento depurativo costante nel tempo, anche al variare delle caratteristiche del liquido in ingresso in ultrafiltrazione. I moduli di ultrafiltrazione e di osmosi inversa mantengono a lungo flussi medi di filtrazione elevati, e la loro rigenerabilità è eccellente.

Si riporta il seguente esempio, a titolo illustrativo ma non limitativo della presente invenzione.

ESEMPIO 1

In un impianto industriale analogo a quello schematizzato in Figura 1 e 2 si trattano da 60 a 240 metri/cubo al giorno di un percolato di discarica avente le caratteristiche riportate in Tabella 1, ottenendone un permeato Px avente le caratteristiche pure riportate in Tabella 1.

Caratteristiche dell'impianto

Capacità di trattamento del percolato : 100 mc/giorno

Potenza installata : 305 kW

Qualità permeato finale : entro i limiti della Tabella A della legge Italiana 319/76

Membrane ceramiche di ultrafiltrazione MEMBRALOX.

Membrane di osmosi a spirale DESAL da 4''.

Sezione stoccaggio iniziale - Vasca di accumulo di percolato

t = 5°C/+20°C ; pH 7.5 - 8,8

Alimentazione del percolato alla vasca da accumulo : 5 mc/h Sezione di preriscaldamento

Riscaldamento a 30°C/+ 50°C

Sezione di ultrafiltrazione

2 loops, ognuno contenente quattro moduli MEMBRALOX (parallelo di -due elementi in serie)

t = 30°C / 50°C ; PH 7.5 - 8,8;

pressione di transmembrana 0,5-3,5 bar;

concentrato Cx in uscita : 0,15 mc/h; permeato in uscita : 4,85 mc/h FCV = 30

Passaggio in scambiatore di calore

La temperatura scende a 25°C /+30°C, con recupero di calore che serve per alimentare la fase di preriscaldamento.

Sezione di stoccaggio in serbatoio

Sezione di osmosi inversa. 1° Stadio

Quattro loops, ognuno contenente 3 contenitori a pressione, ciascuno a sua volta contenente 3 cartucce DESAL da 4''x 40'' t = 25°C / 30°G pH 5,5 - 6

P loop 1,2 = 30-50 bar; P loop 3.4 = 50“120 bar; FCV = 9 concentrato in uscita : 0,6 mc/h ; permeato in uscita : 4,65 mc/h Sezione di stoccaggio fra la e 2a unità di osmosi

Il permeato della prima unità di osmosi viene accumulato in un serbatoio intermedio prima di alimentare lo stadio successivo. Sezione di osmosi inversa, 2° Stadio

3 "loops" contenenti 2 contenitori a pressione, ognuno contenente 3 cartucce di membrane ad elevata reiezione salina,

t = 25°C / 30°C ; pH 5 - 6; P = 40-70 bar; FCV = 11 concentrato in uscita : 0,40 mc/h : permeato in uscita: 4,25 mc/h Il concentrato viene riciclato alla prima unità di osmosi inversa. Il permeato finale ha un aspetto limpido ed incoloro, nessun odore è percepibile vicino alla vasca : è raccolto in un bacino di accumulo, prima di essere avviato allo scarico.

PARAMETRO VALORI MINIMI - VALORI MASSIMI

PERCOLATO IN INGRESSO PERMEATO

FINALE

T (°C) 5 - 30 -PH 6.0 - 8,5 6.0 - 6,5 Cond.

(pS/cm) 5200 - 20.000 <100 NH4-N ppm 295 - 1200 < 10 TOC ppm 600 - 2000 < 17 BOD^ ppm 300 - 1200 < 20 COD ppm - 1200 < 15 TDS ppm 5000 - 10000 — AOX ppm 1.5 - ~ ≤ 0,04

Cond. = conduttività ;

NH4-N = azoto ammonico

TOC = Carbonio organico totale (Total Organic carbon) COD = richiesta chimica di ossigeno;

BOD5= richiesta biochimica di ossigeno dopo 5 giorni a 20°C TDS = Solidi totali disciolti (Total Dissolved Solids) AOX = Composti organici alogenati

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento multi-stadio per la purificazione di un percolato di discarica, comprendente a) uno stadio di ultrafiltrazione; b) uno o più stadi di osmosi inversa, caratterizzato dal fatto che almeno uno stadio di osmosi inversa è condotto realizzando almeno un incremento di pressione nel circuito del liquido che circola sotto pressione in una singola unità di osmosi, detto incremento essendo ottenuto inserendo in serie in detto circuito almeno una pompa ausiliaria PB.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la fase di ultrafiltrazione è effettuata ad una temperatura di almeno 30°C.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, in cui la fase di ultrafiltrazione è effettuata ad una temperatura compresa fra 30°C e 50°C.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il primo stadio di osmosi inversa è effettuato ad una pressione di esercizio compresa fra 30 e 120 bar.
5. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui nel primo stadio di osmosi inversa si opera a pressioni comprese fra 30 e 50 bar a monte della pompa ausiliaria PB, e a pressioni comprese fra 50 e 120 bar a valle della pompa ausiliaria PB.
6. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui ogni sezione (unità) di osmosi inversa contiene più gruppi di membrane di osmosi ("loop") L·1, ognuno a sua volta contenente uno o più contenitori a pressione posti in serie e/o in parallelo all'interno di ogni "loop" : ogni contenitore a pressione a sua volta contiene due o più singole membrane di osmosi poste in serie al suo interno; ogni "loop" L1-L4 è alimentato da una pompa di ricircolo PR1-PR4, che fa ricircolare in continuo al suo interno il liquido da filtrare. 7- Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui la pompa ausiliaria PB è inserita in serie fra una prima serie ed una seconda serie di gruppi di membrane ausiliare o "loops" 8. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui uno o più stadi sono effettuati mediante filtrazione tangenziale, pompando il liquido da trattare secondo un flusso parallelo alla superficie filtrante. 9- Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui lo stadio di ultrafiltrazione è effettuato ad una velocità di filtrazione tangenziale compresa fra 3 e 6 metri/secondo. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 2, in cui il percolato è stoccato in una vasca di accumulo V, ad una temperatura di 5°C/+20°C, e sottoposto a pre-riscaldamento mediante passaggio in uno scambiatore di calore, e quindi stoccato in un serbatoio S1. 11. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il percolato stoccato nella vasca di accumulo V è inviato al sistema di ultrafiltrazione mediante una pompa di alimentazione PAUf e viene fatto ricircolare all'interno dei moduli a membrana della sezione di ultrafiltrazione UF mediante una pompa di ricircolo PRUf ad alta portata. 12. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui le membrane di ultrafiltrazione sono membrane ceramiche, comprendenti un supporto di α-Al O3 rivestito da uno strato attivo di ZrO. 13. Procedimento secondo la rivendicazione 12, in cui dette membrane hanno configurazione tubolare multicanale. 14. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui nella unità di ultrafiltrazione trovano posto più membrane di ultrafiltrazione, raggruppate in moduli: ogni modulo contiene più membrane, ed i vari moduli sono a loro volta raggruppati in serie e/o in parallelo in gruppi di membrane, detti "loops", ogni "loop" essendo alimentato da una pompa di ricircolo ad alta portata. 15· Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui si utilizzano membrane di ultrafiltrazione con porosità compresa fra 5 e 100 nanometri, associate a pressioni di transmembrana PT comprese fra 0,5 e 3.5 bar, dove

in cui Prp è la pressione di transmembrana, e con riferimento alla Figura 3. P1 è la pressione esercitata dal liquido in entrata nella sezione di ultrafiltrazione; P2 è la pressione del concentrato Cx (fase di scarto) in uscita dalla sezione di ultrafiltrazione; la pressione del permeato Px in uscita dalla ultrafritrazione. 16. Procedimento secondo la rivendicazione 15. in cui detta porosità è di 50 nm. 18. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui gli stadi di osmosi inversa sono 2 e sono effettuati ad almeno 25°C. 19- Procedimento secondo la rivendicazione 18, in cui gli stadi di osmosi inversa sono effettuati ad temperatura compresa fra 25°C e 30°C. 20. Procedimento secondo la rivendicazione 19. in cui il permeato Px in uscita dalla unità di ultrafiltrazione UF è inviato ad un serbatoio S2 attraverso uno scambiatore di calore, alimentato dal percolato iniziale avente una temperatura di 5°C/+20°C, che permette di portare il permeato ad temperatura di 25°C /+30°C, e da tale serbatoio è poi inviato alla prima sezione di osmosi 01-1, il calore liberato attraverso lo scambiatore essendo recuperato per alimentare la suddetta fase di pre-riscaldamento. 21. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il permeato Px ultrafiltrato prima di essere sottoposto ad osmosi inversa, è acidificato ad un pH compreso fra 5.0 e 6,5-22. Procedimento secondo la rivendicazione 21, in cui detto pH è compreso fra 5.5 e 6,0. 23- Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui si utilizzano membrane di osmosi inversa ad alta reiezione di NaCl, pari ad almeno il 95% , dove la reiezione esprime la percentuale di NaCl trattenuta nel concentrato da una membrana, nelle seguenti condizioni operative: soluzione acquosa contenente 32.000 mg/litro di NaCl; pressione di esercizio di 800 psig (5-516 KPa), a 25°C, pH 6,5; % di recupero pari al 15#, dopo 24 ore. 24. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la prima sezione di osmosi 01-1 contiene 4 "loops" L1-L4, collegati fra loro in serie, ognuno alimentato dalla propria pompa di ricircolo PR1-PR4; ogni "loop" a sua volta contiene 3 contenitori a pressione, disposti in serie e/o in parallelo all'interno del "loop", ognuno contenente 3 cartucce di membrane a spirale. 25- Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, la frazione di permeato Px in uscita dall'ultimo "loop" L4 della prima sezione di osmosi 01-1 è riciclata al primo "loop" L-1 e riprocessata. 26. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il secondo stadio di osmosi è effettuato applicando una pressione di esercizio costante, compresa fra 40 e 70 bar. 27. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il concentrato Cx in uscita dalla prima sezione di osmosi 01-1 è scartato ed inviato allo smaltimento, insieme con quello prodotto in ultrafiltrazione; il permeato Px ottenuto dal primo stadio di osmosi inversa 01-1 è inviato ad un serbatoio S3, da cui è poi inviato alla seconda sezione di osmosi 01-2; il concentrato Cx in uscita dal secondo stadio di osmosi inversa 01-2 è riciclato al primo stadio di osmosi inversa 01-2, ed il permeato Px in uscita dalla seconda unità di osmosi inversa 01-2 è inviato ad un serbatoio S4, da cui poi viene inviato allo scarico. 28. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la seconda unità di osmosi 01-2 è costituita da 3 gruppi di membrane (o "loops"). ciascuno contenente 2 contenitori a pressione, ognuno a sua volta contenente 3 cartucce di membrane a spirale . 29- Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il percolato di discarica trattato contiene NH4 > 1200 ppm, ed ha conducibilità ≥ 10.000 pS/cm, ed il permeato ottenuto a fine processo ha valori di NH4 ≤ 10 ppm e conducibilità < 100 pS/cm (micro Siemens/cm). 30. Impianto per il trattamento di percolato di discarica comprendente una sezione di ultrafiltrazione ed una o più sezioni di osmosi, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una pompa ausiliaria inserita in serie nel circuito di una singola unità di osmosi, interposta fra due gruppi successivi di membrane di osmosi della stessa unità di osmosi, così da realizzare un incremento di pressione del fluido che circola sotto pressione in detta unità di osmosi. 31. Impianto secondo la rivendicazione 30. in cui detta pompa ausiliaria è inserita in serie fra una prima serie ed una seconda serie di gruppi di membrane ausiliare o "loops", ognuna costituita da due gruppi di membrane (o"loops"), in cui il primo gruppo opera a pressioni di 30-50 bar ed il secondo gruppo a pressioni di 50-120 bar. 32. Impianto per il trattamento di percolato di discarica comprendente una sezione di ultrafiltrazione ed una o più sezioni di osmosi, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo per il riscaldamento del percolato posto prima delle membrane dì ultrafiltrazione. 33· Oso di una pompa ausiliaria PB per realizzare un incremento di pressione in un circuito di fluido circolante sotto pressione all'interno di una singola unità di osmosi inversa, facente parte di un impianto per la purificazione di percolato di discarica comprendente una unità di ultrafiltrazione ed almeno una unità di osmosi inversa.