ITMI981249A1 - Procedimento fotocatalitico per la preparazione di acque inquinate da composti odorizzanti contenenti zolfo - Google Patents

Procedimento fotocatalitico per la preparazione di acque inquinate da composti odorizzanti contenenti zolfo Download PDF

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Description

TITOLO: Procedimento fotocatalitico per la depurazione di acque inquinate da composti odorizzanti contenenti zolfo
La presente invenzione riguarda un procedimento perfezionato per la depurazione fotocatalitica di acque contaminate da composti odorizzanti contenenti zolfo. Gli odorizzanti, che sono normalmente addizionati al gas per uso domestico ed industriale per evidenziarne incidentali perdite lungo le linee di distribuzione, sono miscele costituite essenzialmente da mercaptani, tra i quali il ter butil mercaptano è il più usato, e stabilizzanti. Tra gli odorizzanti più noti in commercio vi sono quelli prodotti dalla Phillips Chemical Company con il nome di Scentinel.
Lungo la rete di trasporto del gas sono installati dei sifoni di raccolta dell'acqua di condensa che risulta contenere quantità dell'ordine di qualche parte per milione del composto odorizzante. Tali sifoni vengono periodicamente svuotati, recuperando l'acqua con un caratteristico ed intenso odore, dovuto alla presenza dell'agente odorizzante insieme ad essa condensato. Si rende quindi necessario un opportuno trattamento di bonifica dell'acqua prima dello scarico nell'ambiente. Tra i trattamenti possibili, l'adsorbimento su carbone attivo presenta l'inconveniente di generare a sua volta un ulteriore prodotto refluo, costituito dal carbone stesso impregnato di materiale maleodorante che deve essere quindi opportunamente incenerito. Vi sono inoltre gli inconvenienti tipici legati al trattamento di correnti liquide su letti di carbone attivo.
Lo stripping con aria risulta difficilmente applicabile in quanto la corrente gassosa, se scaricata all'aria, provocherebbe evidenti inconvenienti. Si renderebbe infatti necessaria la raccolta della corrente gassosa ed un suo ulteriore trattamento per bloccare l'agente odorizzante.
Il trattamento con ossidanti chimici, quali ad esempio l‘ipoclorito, elimina da un canto il caratteristico odore dell'acqua ma non rimuove la presenza di composti inquinanti (solitamente caratterizzati da una scarsa biodegradabilità) dovuti all'ossidazione dell'agente odorizzante originario.
Una tecnica sempre più frequentemente proposta per degradare acqua contaminata da composti organici consiste nella fotodegradazione dei contaminanti per azione della irradiazione, solare o U.V., operando in presenza di catalizzatori ossidi metallici di tipo semiconduttore. Il trattamento che avviene in presenza di ossigeno, generalmente alle temperature ambientali, porta alla "mineralizzazione" dei contaminanti, dove con mineralizzazione si intende la degradazione completa dell'inquinante tossico, con formazione di sostanze semplici quali acqua, anidride carbonica ed acidi minerali.
Gli ossidi metallici semiconduttori, come ad esempio biossido di titanio, sono materiali che presentano una particolare configurazione elettronica : la banda di valenza, a più basso livello energetico, è completamente occupata dagli elettroni, mentre quella di conduzione, ad energia più elevata, è quasi completamente vuota.
Quando un tale semiconduttore viene irradiato con fotoni di energia superiori al "bandgap" (intervallo tra le due bande), o equivalentemente con luce di lunghezza d'onda inferiore al "bandgap", avviene il passaggio di elettroni dalla banda di valenza alla banda di conduzione, lasciando una deficienza elettronica nella banda di valenza e provocando conseguentemente la formazione di coppie elettronebuco. Gli elettroni si trasferiscono all'interfaccia semiconduttore/liquido e le interazioni tra gli elettroni e/o i buchi fotogenerati, le specie adsorbite alla superficie del semiconduttore e l'ossigeno presente nel sistema, sarebbero la causa della degradazione dei contaminanti.
Da un punto di vista tecnico-ambientale, la fotocatalisi presenta, rispetto alle tecnologie più tradizionali, i seguenti vantaggi :
-mineralizzazione completa di una vasta gamma di contaminanti organici;
-elevata efficienza di abbattimento a concentrazioni del contaminante organico dell'ordine delle ppb;
-assenza di processi rigenerativi di tipo termico (quali ad esempio richiesti dal carbone attivo) che spesso comportano problemi di carattere ambientale legati alle emissioni gassose; e
-non insorgenza di fenomeni di fouling microbico tipici dei filtri a carbone.
Ora noi abbiamo risolto questi problemi con un procedimento fotocatalitico che permette di degradare i composti odorizzanti contenenti zolfo ottenendo, in modo semplice e poco costoso, un'acqua priva di odore e senza inquinante o suoi prodotti intermedi di degradazione .
In accordo con ciò, la presente invenzione riguarda un procedimento per la depurazione dell'acqua di condensa raccolta lungo le linee di distribuzione del gas per uso domestico e industriale, contaminata da miscele odorizzanti, attuato con i seguenti stadi:
-disperdere in detta acqua di condensa particelle solide di ossido metallico semiconduttore, di grandezza dell'ordine di 0,5 - 3 micron, ed in quantità tale che la concentrazione di detto ossido metallico è compresa tra 20 e 1000 ppm;
-irradiare detta dispersione, a temperatura ambiente, con luce U.V. compresa tra 150 e 420 nm per un tempo compreso tra 20 e 150 minuti.
Secondo la presente invenzione, l'acqua di condensa viene addizionata, in qualità di catalizzatore, di un ossido metallico semiconduttore in forma di particelle solide disperse. I catalizzatori impiegabili allo scopo possono sono ZnO, Sn02, Fe203, Fe203 e F304. Tra tutti è preferito il biossido di titanio nella forma cristallina anatasio per motivi di attività fotocatalitica e per la sua stabilità nelle condizioni di impiego. Convenientemente il catalizzatore è sotto forma di particelle di 0,5 - 3 micron, così da realizzare una buona dispersione del catalizzatore stesso nella fase acquosa. La concentrazione del catalizzatore potrà generalmente variare da 20 a 1000 ppm e sarà preferibilmente dell'ordine delle 50 ppm.
La dispersione del catalizzatore nell'acqua inquinata viene sottoposta ad irradiazione con luce ultravioletta fino a degradare completamente il contaminante organico in essa contenuto.
La radiazione capace di attivare un catalizzatore semiconduttore, specialmente biossido di titanio, è la radiazione ultravioletta, specialmente quella del vicino ultravioletto (300-400 mm ). Pertanto le sorgenti di radiazione normalmente impiegate sono lampade ad arco di mercurio (ad alta, media o bassa pressione), oppure lampade allo xenon, che emettono nel campo U.V. Si tratta di dispositivi disponibili in commercio.
Convenientemente verranno impiegati reattori fotochimici di forma cilindrica allungata, nei quali è inserita una lampada UV tubolare, lungo 11asse maggiore del reattore, così da realizzare una resa quantica la più possibilie elevata. Secondo una forma di attuazione della stessa invenzione, la sospensione viene fatta circolare continuamente tra un serbatoio di contenimento ed il reattore fotochimico.
In ogni caso si opererà alla temperatura ambiente, o a temperature prossime a quella ambiente.
Quando si opera secondo il procedimento della presente invenzione, i tempi per una degradazione compieta, o circa completa del ter butil mercaptano contenuto nella miscela odorizzante, sono dell'ordine di 20 150 minuti.
Alla fine del processo il ter butil mercaptano è eliminato in modo semplice ed economico, ottenendo un acqua completamente deodorizzata ed esente dall’inquinante organico che risulta essere completamente trasformato in anidride carbonica e ione solfato.
Gli esempi sperimentali che seguono sono riportati a maggior illustrazione della presente invenzione. ESEMPIO 1
Un campione di acqua di condensa raccolta dagli appositi sifoni di spurgo lungo la linea di distribuzione del metano e contente 1000 ppb di ter butil mercaptano (TBM) viene addizionato di 400 ppm di biossido di titanio (Degussa P25) nella forma cristallina anatasio, in forma di particelle con grandezza 0.5 - 3 micron. La dispersione viene agitata nel reattore fotocatalitico costituito da un recipiente in vetro del volume di 400 mi nel quale è immersa una lampada UV a vapori di mercurio, bassa pressione, della potenza di 125W. Il recipiente viene ermeticamente chiuso, con la lampada UV spenta. Da una apposita presa di campionamento viene prelevato un campione iniziale della dispersione ed analizzato mediante un gas cromatografo collegato ad uno spettrometro di massa. Ulteriori campioni della dispersione sono prelevati dopo una e due ore di agitazione della dispersione a temperatura ambiente mantenendo spenta la lampada UV. I risultati analitici non evidenziano alcuna variazione della concentrazione iniziale del mercaptano presente nell'acqua da decontaminare.
ESEMPIO 2
Un secondo campione di acqua, identico a quello impiegato nelle esempio 1 ma non addizionato del biossido di titanio, viene caricato nel fotoreattore ed illuminato mediante la lampada UV in esso immersa. La dispersione viene agitata, mantenendo la temperatura a valori prossimi a quella ambiente mediante circolazione di acqua in una apposita camicia di raffeddamento costruita intorno alla lampada UV. Campioni della dispersione sono prelevati al tempo zero (lampada spenta) e dopo 15, 30 e 60 minuti di irraggiamento. L'analisi mediante gas cromatografia - spettrometria di massa indica, dopo 60 minuti, una riduzione della concentrazione iniziale del TMB di circa il 20% con formazione di composti intermedi non ben identificati. L’acqua scaricata dal fotoreattore alla fine dell'esperimento presenta inalterato il caratteristico odore del composto odorizzante.
ESEMPIO 3
Un terzo campione di acqua, identico a quelli impiegati nelle prove precedenti, viene addizionato di 400 ppm di biossido di titanio Degussa P25 e caricato nel fotoreattore precedentemente descritto. La dispersione viene agitata a temperatura ambiente. Dopo aver prelevato un campione iniziale, viene accesa la lampada UV, mantenendo la temperatura della dispersione a valori prossimi a quella ambiente mediante raffreddamento con acqua, così come effettuato nei precedenti esempi. Ulteriori campioni di dispersione sono prelevati dopo 15, 30 e 60 minuti ed analizzati alla gas massa nelle medesime condizioni degli esempi precedenti. Dopo soli 15 minuti di irraggiamento non è stata rilevata la presenza del TMB, nè degli intermedi osservati nell'esempio 2, neanche in tracce rilevabili considerando l'estrema sensibilità dello strumento analitico. Il campione a 15 minuti risulta esente dal tipico odore del tioetere.
ESEMPIO 4
Viene ripeturo l'esempio 3, impiegando una quantità inferiore di biossido di titanio, pari a 50 ppm anziché 400. Dopo 15 minuti di irraggiamento la concentrazione del TMB risulta pari a circa un decimo di quella iniziale e dopo 30 minuti non sono rilevabili tracce del ter butil mercaptano di partenza nè degli intermedi osservati nella prova 2.

Claims (2)

  1. RIVENDICAZIONI 1)Procedimento per la depurazione dell'acqua di condensa raccolta lungo le linee di distribuzione del gas per uso domestico e industriale, contaminata da miscele odorizzanti, attuato con i seguenti stadi: -disperdere in detta acqua di condensa particelle solide di ossido metallico semiconduttore, di grandezza dell'ordine di 0,5 - 3 micron, ed in quantità tale che la concentrazione di detto ossido metallico è compresa tra 20 e 1000 ppm; -irradiare detta dispersione, a temperatura ambiente, con luce U.V. compresa tra 150 e 420 nm per un tempo compreso tra 20 e 150 minuti.
  2. 2) Processo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la miscela odirizzante contiene ter butil mercaptano . 3)Processo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che l'ossido semiconduttore è il biossido di titanio . 4)Processo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che l'ossido semiconduttore è disperso in quantità di 50 ppm. 4)Processo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la radiazione ultravioletta è compresa tra 300 e 400 nm.
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