ITPD950071A1 - Procedimento ed impianto per il trattamento di acque destinate ad uso potabile o tecnologico - Google Patents

Abstract

Il procedimento consiste nel trattamento di acque contenenti in soluzione arsenico come unico inquinante o acque contenenti arsenico in presenza di altri inquinanti come ammoniaca, metano, ferro, manganese, mediante la dissoluzione nell'acqua stessa di ferro per via elettrolitica.Il ferro disciolto viene ossidato a ferro trivalente e l'arsenico viene ossidato da trivalente a pentavalente mediante l'aerazione dell'acqua, con conseguente saturazione in ossigeno disciolto.L'ossigeno disciolto, mediante la catalisi di ossidi metallici presenti sulla superficie di un granulato filtrante, riesce a ossidare il ferro e l'arsenico che coprecipitano insieme direttamente sulla superficie del granulato filtrante aumentando lo spessore del film stesso.

Description

"PROCEDIMENTO ED IMPIANTO PER IL TRATTAMENTO DI ACQUE DESTINATE AD USO POTABILE O TECNOLOGICO"

DESCRIZIONE

Forma oggetto dell'invenzione un procedimento per il trattamento di acque contenenti in soluzione arsenico come unico inquinante o acque contenenti arsenico in presenza di altri inquinanti come amnoniaca, metano, ferro, manganese, destinate ad uso potabile o tecnologico e un impianto per tale procedimento.

Le acque profonde e, a volte, anche quelle superficiali sono frequentemente caratterizzate dalla presenza, in soluzione, di quantità variabili di arsenico e/o suoi sali solubili, se destinate ad uso potabile od anche tecnologico, ove richiesto, il contenuto di tale metallo deve essere notevolmente ridotto ed, in ogni caso, portato a valore rientrante nei parametri consentiti dalle vigenti normative riguardanti le acque destinate ad uso potabile o tecnologico.

Nella tecnica odierna tale trattamento viene realizzato impiegando massicci dosaggi di ferro trivalente o alluminio, successiva ossidazione dell'arsenico alla forma pentavalente mediante dosaggio nella stessa acqua di ossidanti forti, quali: ozono, biossido di cloro, ipoclorito, acqua ossigenata.

L'arsenico pentavalente viene adsorbito e/o coprecipitato dagli ossidi idrati di ferro o di alluminio, le particelle di ossidi contenenti anche l'arsenico vengono trattenute e separate dall'acqua o mediante chiarificazione e successiva filtrazione o per filtrazione su filtri a sabbia o altri materiali filtranti.

Tali dispositivi noi sono scevri da inconvenienti quali la non flessibilità dell 'inpianto, in quanto ad ogni variazione della quantità di acqua da trattare si ha la possibilità di fughe di particelle di ferro, alluminio e arsenico data la scarsa coesione di dette particelle con il materasso filtrante.

Questo comporta che si possano riscontrare in uscita dei filtri valori dei residui di arsenico e degli ossidi metallici «precipitanti ancora elevati, se non oltre i limiti stabiliti dalla Legge.

Consegue ancora che si debbano tenere velocità di filtrazione molto basse e costi di inpianto elevati.

Nei casi in cui l'arsenico è presente assieme ad altri inquinanti come l'ammoniaca, il trattamento diventa ancora più conplesso in quanto si è costretti ad usare uno stadio specifico di abbattimento dell'ammoniaca separatamente dall' abbattimento dell'arsenico.

Una unica alternativa che si può usare per abbattere contemporaneamente arsenico e ammoniaca finora è l'uso di un ossidante come il cloro o l' ipoclorito di sodio che spesso formano composti indesiderati e cancerogeni reagendo con le normali sostanze organiche presenti nelle acque.

Compito precipuo del presente trovato è quello di eliminare inconvenienti sopra lamentati escogitando un procedimento per la dearsenizzazione che non abbia bisogno dell'uso di un ossidante forte come detto sopra.

Altro scopo è quello di ottenere un'acqua filtrata con livelli residui di sali di arsenico e ferro e/o alluminio estremamente bassi.

Altro importante scopo è quello di evitare al massimo il pericolo di sfondamento del letto filtrante da parte degli ossidi di ferro e/o alluminio .

Altro scopo è quello di sfruttare al massimo la capacità del ferro di assorbire e/o coprecipitare l'arsenico.

Questi ed altri scopi vengono raggiunti da un procedimento per la dearsenizzazione e/o deferrizzazione e/o demanganizzazione e/o deamnoniazione di acque destinate ad uso potabile o tecnologico che consiste nel:

- effettuare la dissoluzione di ferro nell'acqua per via elettrol itica;

- aerare l'acqua per ossidare il ferro a ferro trivalente e l'arsenico da trivalente a pentavalente con conseguente saturazione in ossigeno disciolto;

- far passare l'acqua su un granulato filtrante comprendente ossidi metallici per ossidare, mediante l'ossigeno disciolto, il ferro e l'arsenico che coprecipitano insieme.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva illustrata a titolo indicativo e non limitativo nell'unita tavola in cui:

la figura 1 illustra una vista schematica dell1 inpianto.

Con riferimento alla figura precedentemente citata, il procedimento per il trattamento di acque destinate ad uso potabile o tecnologico, consistente in più fasi seguenti, avviene in un primo serbatoio 1 contenente una cella elettrolitica in cui gli elettrodi sono costituiti da lamiera o altro profilato di ferro, in un secondo serbatoio 2 dove avviene la degasazione e/o aerazione dell ' acqua da trattare, in un primo filtro 3 contenente la massa filtrante 4 che è costituita da uno o più strati 5 e 6 di granulati monocristallini di quarzo o ad alto tenore di silice o a base di dolomite.

La massa filtrante 5 e 6 che può essere a granulometria uniforme o variabile è preparata inizialmente a massa catalitica mediante ricopertura dello stesso con un film di ossidi di ferro e con un film di batteri nitrii icanti e/o ferrossidanti e/o manganeseossidanti e/o arsenico ossidanti e/o metanossidanti .

E' previsto un terzo serbatoio 7 contenente una seconda cella elettrolitica come la precedente descritta e un secondo filtro 8 come il filtro 3 precedentemente descritto.

Può anche essere presente a valle del secondo filtro 8 o a sostituire il terzo serbatoio 7, un quarto serbatoio, noi illustrato, dove avviene il dosaggio di uno sterilizzante, ove previsto dalla normativa vigente o dall'uso tecnologico.

Tutti questi serbatoi e filtri hanno inoltre varie valvole di blocco di flusso, di deviazione di flusso per il lavaggio periodico con acido cloridrico delle celle elettrolitiche per il contro lavaggio dei filtri ecc. . . .

In fig. 1 si è indicato con 9 il serbatoio dell'acqua grezza, con 10 la pompa che da questo invia l'acqua all 'impianto, con 11 l'intero circuito di lavaggio del primo serbatoio 1, con 12 il condotto dell'acqua di lavaggio del primo filtro 3, con 13 il condotto dell'acqua di lavaggio del secondo filtro 8 e con 14 il condotto dell'acqua trattata in uscita dall 'impianto.

La prima fase del procedimento consiste nella trasformazione iniziale delle masse filtranti dei filtri da inerte a catalitica e arricchita con biofilm, ottenuti inizialemte con il passaggio a riciclo sull ' intero impianto dell 'acqua da trattare e contemporaneo arricchimento della stessa con ferro bivalente disciolto nelle celle elettrolitiche e CCHT anmoniaca dosata artificialmente mediante opportune impianto di dosaggio.

Dopo un periodo di circa 20-40 giorni in cui l ' impianto funziona a riciclo con arricchimento dell'acqua in ferro e ammoniaca, la massa filtrante è diveltata catalitica e supporta una sufficiente quantità di biofilm per ossidare la quantità di anmoniaca e/o ferro e/o metano e/o manganese ivi richiesti.

La seconda fase consiste nel far passare in corrente l'acqua da trattare attraverso le celle elettrolitiche 1, il degasa tore ossidatone 2, il filtro 3, la cella elettrolitica 7, il filtro 8.

Il film di ossidi di ferro presente sulle masse filtranti dei filtri 3 e il biofilm contemporaneamente presente sulle stesse nasse filtranti consente l'ossidazione dell'arsenico alla forma pentavalente, l 'ossidazione del ferro alla forma trivalente insolubile, la coprecipitazione assorbimento dell’arsenico sul film di ferro appena riformatosi, il biofilm presente sulle masse filtranti consente contemporaneamente l'ossidazione dell ' ammoniaca a nitrato del metano ad anidride carbonica e del manganese a biossido di manganese, per cui ad un certo punto è necessario procedere al controlavaggio delle nasse filtranti per asportare l'eccesso di film biologico formatosi e l'eccesso di sali di ferro insolubili trattenuti .

La terza fase consiste appunto nel controlavaggio delle masse filtranti che avviene mediante l ' invio di acqua ed aria in controcorrente sulle masse filtranti scartando il fango lavato via in fognatura o in opportuno impianto di trattamento.

La quarta fase è il lavaggio con acido cloridrico o altro acide delle celle elettrolitiche per ripristinare la superficie degli elettrodi che si ricoprono di melme di sali di calcio e di ferro.

Il processo di dosaggio del ferro per via elettrolitica consente l' impiego delle tecniche di filtrazione biologica per l'abbattimento del ferro e contemporaneamente dell ' armoni aca, in quanto esso rimane in forma solubile fino ad arrivare sui primi strati delle masse filtranti, ove per l'azione catalitica superificaie degli altri ossidi di ferro già presenti sulla superficie delle masse, esso viene ossidato dall'ossigeno disciolto formando in grande percentuale un nuovo strato più superficiale di film dì ossido di ferro, che è in grado anche di catalizzare l'ossidazione dell ' arsenico dalla forma trivalente alla forma pentavalente più facilmente coprecipitabile o assorbibile.

I primi strati della massa filtrante catturano cosi oltre il 99% del ferro dosato che in base alle note leggi sull'assorbimento coprecipitazione abbatte una certa quantità di arsenico presente.

Gli strati inferiori delle masse filtranti non disturbati da ossidanti forti sterilizzanti possono ospitare e far crescere una biomassa organica in forma di film organico che laddove presenti è in grado di ossidare metano, amnoniaca, manganese.

Se la quantità di arsenico presente supera nell'acqua da trattare certi valori, sono necessari per raggiungere i limiti di normativa più bassi uno o più stadi del tutto identici a quello descritto.

Naturalmente se nell'acqua è presente solo arsenico l'impianto funziona comunque in modo egregio.

Inoltre si ottiene un vantaggio importante in questa nuova procedura e cioè quello di non dover usare un ossidante forte come cloro, ipoclorito di sodio, biossido di cloro, ozono, acqua ossigenata o permanganato, in ogni caso pericolosi nell’uso e nelle reazioni secondarie che possono sviluppare.

Inoltre si ottiene che il ferro dosato abbia la massima efficacia di assorbimento dell'arsenico in quanto si deposita sulla enorme superficie libera della massa filtrante fornendo continuamente un nuovo sottilissimo film.

A parità quindi di contenuto di arsenico il poter usare l'ossigeno disciolto naturale o puro come ossidante e dosare il ferro in forma elettrolitica permette di usare una minore quantità di ferro in ragione dell'arsenico presente e dei cicli di filtrazione più lunghi.

Altro vantaggio è che il ferro ossidandosi direttamente sulla super ificie del granulato e formando un nuovo film è aggrappato alla massa filtrante in maniera molto più forte, evitando quindi il pericolo di sfondamento del letto di fango del filtro.

Da quanto descritto ed illustrato si nota come il procedimento e l ' impianto messo a punto abbiano raggiunto tutti gli scopi prefissati risultando estremamente semplice, ma altrettanto efficace per ottenere da un lato delle ottime caratteristiche dell'acqua trattata e dall'altro dei costi di esercizio notevolmente contenuti e raggiungendo una estrema flessibilità dell ' impianto dato che , si può aumentare il dosaggio di ferro fino a valori di 4-5 ppm nell'acqua da trattare senza avere controindicazione alcuna, quali la fuga di ferro nell'acqua trattata, l' impedimento del contemporaneo abbattimento di altri inquinanti presenti nelle acque per via biologica.

Ovviamente il procedimento e l' impianto cosi concepito possono essere suscettibili di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo .

Così, ad esempio, l' impianto può essere anche parte di un più complesso impianto che prevede in combinazione anche un impianto di vecchia concezione.

Inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti e quindi anche i materiali, le dimensioni e i conponenti utilizzati potranno essere qualsiasi a seconda delle necessità, della potenzialità dell ' impianto o di altre convenienze .

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1) Procedimento per il trattamento di acque destinate ad uso potabile o tecnologico che consiste nel: - effettuare la dissoluzione di ferro nell 'acqua per via elettrolitica; - aerare l'acqua per ossidare il ferro a ferro trivalente e l'arsenico da trivalente a pentavalente con conseguente saturazione in ossigeno disciolto; - far passare l'acqua su un granulato filtrante comprendente ossidi metallici per ossidare, mediante l'ossigeno disciolto, il ferro e l'arsenico che coprecipitano insieme.
2. 2) Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere, prima della dissoluzione di ferro nell'acqua, una trasformazione iniziale delle masse filtranti del detto granulato da inerte a catalitica.
3. 3) Procedimento come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere, prima della dissoluzione di ferro nell'acqua, la inseminazione e coltivazione sul granulato filtrante di batteri delle speci nitrificanti, fino ad una concentrazione adatta al trattamento della quantità di ammoniaca presente nell'acqua da trattare, e/o batteri ferrossidanti e/o manganeseossidanti e/o arsenico ossidanti e/o metanossidanti.
4. 4) Procedimento come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere dopo la trasformazione iniziale delle dette masse filtranti e l'inseminazione, il passaggio a riciclo sull'intero inpianto dell'acqua da trattare e contemporaneo arricchimento della stessa con ferro bivalente disciolto nelle celle elettrolitiche e con ammoniaca dosata artificialmente mediante inpianto di dosaggio.
5. 5) Procedi mento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere, dopo il passaggio dell'acqua su dette masse filtranti comprendenti ossidi metallici, il controlavaggio delle masse filtranti per asportare l'eccesso di film biologico formatosi e l'eccesso di sali di ferro insolubili trattenuti.
6. 6) Procedimento come alla rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto controlavaggio è realizzato mediante invio di acqua ed aria in controcorrente sulle masse filtranti scartando il fango lavato via in fognatura o in un impianto di trattamento.
7. 7) Procedimento come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere periodicamente il lavaggio con acido cloridrico o altro acido delle celle elettrolitiche per ripristinare la superficie degli elettrodi che si ricoprono di melme di sali di calcio e di ferro.
8. 8) Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta aerazione è realizzata mediante ossidazione in pressione o mediante degasaggio con aria a pressione atmosferica e/o in pressione o con immissione diretta nell'acqua di ossigeno puro.
9. 9) Procedimento come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di poter prevedere il dosaggio di uno sterilizzante.
10. 10) Impianto per realizzare un procedimento come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un primo serbatoio contenente una cella elettrolitica in cui gli elettrodi sono costituiti da lamiera o altro profilato di ferro, almeno un secondo serbatoio dove avviene la degasazione e/o aerazione dell’acqua da trattare, almeno un primo filtro contenente una massa filtrante.
11. 11) Impianto come alla rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detta nassa filtrante è costituita da uno o più strati di granulati monocristallini di quarzo o ad alto tenore di silice o a hase di dolomite.
12. 12) Impianto come alla rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detta massa filtrante è a granulometria uniforme o variabile 13) inpianto come ad una o più delle rivendicazioni da 10 a 12, caratterizzato dal fatto di conprendere a valle del detto primo filtro almeno un terzo serbatoio contenente una seconda cella elettrolitica come la detta prima. 14) Impianto come ad una o più delle rivendicazioni da 10 a 13, caratterizzato dal fatto di comprendere a valle del detto terzo serbatoio almeno un secondo filtro come il detto primo. 15) inpianto come ad una o più delle rivendicazioni da 10 a 14, caratterizzato dal fatto di poter comprendere a valle del detto secondo filtro o a sostituire detto terzo serbatoio, un quarto serbatoio, per il dosaggio di uno sterilizzante. 16) Impianto come ad una o più delle rivendicazioni da 10 a 15, caratterizzato dal fatto che tutti detti serbatoi e filtri hanno presenti varie valvole di blocco di flusso, di deviazione di flusso per il lavaggio periodico con acido cloridrico delle celle elettrolitiche per il controlavaggio dei filtri. 17) Impianto come ad una o più delle rivendicazioni da 10 a 16, caratterizzato dal fatto di comprendere un circuito con mezzi di arresto collocati a monte e valle della detta prima cella elettroolitica per il lavaggio con acido cloridrico periodico della stessa. 18) Procedimento e impianto come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizzano per quanto descritto ed illustrato nella allegata tavola di disegni.