ITVR20090152A1 - Impianto e procedimento per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi - Google Patents
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Description
IMPIANTO E PROCEDIMENTO PER L'ESTRAZIONE DI AZOTO AMMONIACALE DA REFLUI LIQUIDI
DESCRIZIONE
Il presente trovato riguarda un impianto per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi e, nello specifico, dai reflui zootecnici quali le deiezioni animali derivanti da allevamenti di suini e bovini, e il relativo procedimento.
Negli ultimi tempi le normative nazionali e internazionali vanno nella direzione di imporre limiti via via più restrittivi alla quantità di azoto che è possibile scaricare nell'ambiente attraverso lo spandimento delle deiezioni animali su terreni agricoli.
In particolare, i limiti risultano ancora più restrittivi in corrispondenza di zone agricole in cui le concentrazioni di nitrati hanno raggiunto valori tali da essere qualificate come “zone vulnerabili da nitrati”.
Appare dunque evidente come, non potendo intervenire sulla quantità di deiezioni prodotte e sul loro contenuto d'azoto (che sono sostanzialmente proporzionale al numero di capi di ciascun allevamento), la superficie complessiva dei terreni a disposizione di ciascuna azienda diventa progressivamente insufficiente a garantire lo smaltimento delle deiezioni a meno che non si riesca a ridurne il contenuto di azoto prima dello spandimento sul terreno stesso.
A livello esemplificativo, si segnala come, normalmente, nel caso di reflui zootecnici derivanti da allevamenti di suini, l'azoto presente è in concentrazioni comprese tra 1000 mg/l e 6000 mg/l in funzione, principalmente, della dieta utilizzata presso l'allevamento e dal numero di lavaggi effettuati per mantenere pulita la porcilaia.
Tipicamente un allevamento di suini di medie dimensioni (3000–5000 capi) produce, di conseguenza, una quantità di tale refluo variabile da 30 a 50 m<3>/giorno.
Attualmente sono già noti alcuni processi di trattamento dei reflui liquidi contenenti azoto finalizzati a eliminare (o a ridurre) il contenuto di azoto.
Una prima tipologia di processi impiegati per realizzare una quasi completa rimozione dell'azoto è quella che utilizza un trattamento dei reflui di tipo biologico.
Questi processi, che prevedono, generalmente, una o più fasi di ossidazione biologica del refluo seguita da una fase di denitrificazione, sono tuttavia molto complessi da gestire e, inoltre, richiedono l'impiego di impianti e apparecchiature eccessivamente costose.
Poiché comunque i reflui, anche quelli trattati, sono destinati allo spandimento, sono stati sviluppati degli impianti, meno costosi, in grado di rimuovere solamente una parte dell'azoto contenuto in essi.
Appare infatti evidente come, rimuovendo ad esempio la metà dell'azoto contenuto nei reflui prodotti, sia possibile lo spandimento, a parità di terreno disponibile, di una quantità doppia di refluo (rispetto a quello originario).
Tale seconda tipologia di impianti (finalizzati, come spiegato, a ridurre il contenuto di azoto) si basa sostanzialmente sul processo di estrazione (stripping) dell'azoto contenuto nel refluo sotto forma di ammoniaca.
Tale processo, che viene generalmente eseguito in torri a piatti o anelli rashling, prevede l'estrazione dell'azoto ammoniacale mediante insufflazione di una corrente d'aria (corrente di stripping) in controcorrente rispetto alla caduta del refluo con conseguente allontanamento dell'ammoniaca gassosa.
Per consentire che l'azoto presente all'interno del refluo si porti in condizione di ammoniaca gassosa, il refluo viene generalmente riscaldato ed addizionato con agenti basificanti come NaOH. Normalmente il refluo, prima di essere inviato alle torri di strippaggio viene vagliato o filtrato, prevedendo spesso l'aggiunta di agenti flocculanti, in quanto l'eventuale presenza di particelle solide, anche se di piccole dimensioni, potrebbe portare ad ostruire i fori dei piatti o gli anello rashling con la conseguente necessità di fermare gli impianti per consentirne la pulizia.
Inoltre, come spiegato in precedenza, per permettere velocità di estrazioni compatibili con le necessità, il refluo deve essere riscaldato ad una temperatura superiore agli 80°C, con un evidente dispendio energetico.
La corrente di stripping contenente l'ammoniaca gassosa estratta dal refluo viene generalmente trattata in torri di lavaggio con soluzioni acide; dopo aver ceduto l'ammoniaca gassosa alla soluzione di lavaggio, la corrente gassosa priva di ammoniaca viene rilasciata in atmosfera.
Tale tipologia di processo basato sullo stripping, anche se efficace del punto di vista della rimozione dell'azoto, non è scevro di inconvenienti.
In primo luogo, dovendo innalzare sensibilmente la temperatura del refluo da trattare oltre che produrre e movimentare la corrente di stripping, i consumi energetici degli impianti utilizzanti tale processo risultano estremamente elevati.
Inoltre, per rendere efficace il processo, è necessario impiegare grandi quantità di additivi chimici (agenti basificanti e flocculanti) con conseguente aumento dei costi di gestione dell'impianto.
Tutti questi aspetti rendono poco conveniente la realizzazione di impianti di questo tipo.
Compito precipuo del presente trovato è quello di eliminare, o quantomeno di ridurre drasticamente gli inconvenienti sopra esposti fornendo un impianto per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi, in particolare per reflui provenienti da attività zootecniche, estremamente efficace.
All'interno di questo compito, uno scopo importante del presente trovato è quello di mettere a disposizione un impianto per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi, e il relativo procedimento di estrazione, presentante un costo di produzione estremamente competitivo.
Un altro scopo del presente trovato è quello di proporre un procedimento per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi presentante costi di gestione estremamente contenuti così da rendere il suo impiego vantaggioso anche dal punto di vista economico.
Questo compito, nonché questi ed altri scopi ancora che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un impianto per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi e il relativo procedimento di estrazione secondo quanto previsto nelle rivendicazioni.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di alcune forme di esecuzione preferite ma non esclusive di un impianto per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi, e del relativo procedimento, secondo il trovato, illustrate a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni in cui:
la figura 1 mostra un esempio schematico di realizzazione dell'impianto per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi secondo il presente trovato.
Negli esempi di realizzazione che seguono, singole caratteristiche, riportate in relazione a specifici esempi, potranno in realtà essere intercambiate con altre diverse caratteristiche, esistenti in altri esempi di realizzazione.
Inoltre, è da notare che tutto quello che nel corso della procedura di ottenimento del brevetto si rivelasse essere già noto, si intende non essere rivendicato ed oggetto di stralcio (disclaimer) dalle rivendicazioni.
Con riferimento alla figura citata, il presente trovato si riferisce ad un impianto, indicato globalmente con il numero di riferimento 1, per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi e, in particolare per reflui di origine zootecnica.
L'impianto 1 comprende almeno un gruppo assorbitore 2, il quale presenta almeno una rispettiva colonna di assorbimento 3.
Nello schema esemplificativo rappresentato in figura 1, l'impianto 1 prevede due gruppi assorbitori 1, ognuno dei quali è costituito da 5 colonne di assorbimento 3.
Ciascuna colonna di assorbimento 3 presenta, opportunamente, una rispettiva luce d'ingresso 3a per l'entrata dei reflui da trattare e una rispettiva luce d'uscita 3b per l'uscita del refluo trattato o in fase di trattamento.
Facendo riferimento alla forma di realizzazione illustrata in figura, la luce d'ingresso 3a è disposta in corrispondenza del fondo della colonna di assorbimento 3 mentre la luce d'uscita 3b è posizionata sostanzialmente alla sommità della colonna di assorbimento 3.
La o le colonne di assorbimento 3 presentano, inoltre, almeno una prima zona di assorbimento 4 contenente zeolite.
La zeolite impiegata può essere costituita, in particolare, da chabasite e/o clinoptilolite e/o phillipsite eventualmente miscelate tra loro in granulometria compresa tipicamente tra 1 mm e 5 mm.
Vantaggiosamente, tale prima zona di assorbimento 4 risulta disposta distanziata dal fondo e dalla sommità della colonna di assorbimento 3.
Secondo il presente trovato, l'impianto 1 comprende un dispositivo di rigenerazione 5 della zeolite contenuta all'interno di ciascuna zona di assorbimento 4 delle colonne di assorbimento 3.
Secondo una preferita forma di realizzazione, il dispositivo di rigenerazione 5 può essere realizzato prevedendo un primo circuito di rigenerazione 6 attraversante ciascuna prima zona di assorbimento 4 contenente zeolite e attraversante dunque, vantaggiosamente in senso longitudinale, ciascuna colonna di assorbimento 3. Secondo un aspetto particolarmente importante del presente trovato, il primo circuito di rigenerazione 6 è attraversato da un liquido di rigenerazione scelto nel gruppo costituito da: - una soluzione acquosa di un sale idrosolubile di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele;
- una soluzione acquosa di un idrossido di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele;
- una soluzione acquosa di un ossido di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele.
In particolare, si è riscontrato essere particolarmente vantaggioso l'impiego di una soluzione acquosa di potassa caustica, ad esempio con concentrazione compresa tra il 5% e il 10%.
In particolari condizioni è possibile impiegare come liquido di rigenerazione anche una soluzione acquosa di sali di sodio quale la soda caustica. L'impianto 1 presenta un circuito vantaggiosamente chiuso 10, di trattamento reflui il quale è collegato, mediante condotti e valvole normalmente reperibili sul mercato, alle colonne di assorbimento 3 e, in particolare, alle luci d'entrata 3a e d'uscita 3b.
Entrando maggiormente nei dettagli, tale circuito chiuso 10 di trattamento reflui comprende un serbatoio di ricircolo del liquame 11 il quale è atto a ricevere, in ingresso, da un condotto di invio 12, il liquame da trattare.
A monte del condotto d'invio 11 può essere previsto un separatore meccanico che consente di inviare all'impianto 1 solo la parte liquida dei reflui da trattare.
Il serbatoio di ricircolo del liquame 11 è inoltre associato ad un condotto di scarico 13 del refluo trattato che consente di scaricare il refluo trattato in una vasca di stoccaggio temporaneo oppure nelle cisterne destinate allo spandimento. Il serbatoio di ricircolo 11 del liquame o refluo da trattare è collegato ad almeno un condotto di prelievo 14, destinato, attraverso eventuali diramazioni di invio 15, ad inviare il refluo estratto dal serbatoio di ricircolo 11 alle colonne di assorbimento 3 attraverso le rispettive luci d'entrata 3a.
Il circuito chiuso 10 di trattamento dei reflui è completato da una o più diramazioni di raccolta 16 collegate a ciascuna colonna di assorbimento 3 attraverso le rispettive luci d'uscita 3b e sfocianti in un condotto di ritorno 17 sfociante, a sua volta, all'interno del serbatoio di ricircolo del liquame 11.
Lungo il circuito chiuso 10 sono previsti mezzi di circolazione forzata 18 destinati a movimentare i reflui da trattare lungo il circuito chiuso 10 di trattamento reflui.
Vantaggiosamente, i mezzi di circolazione forzata 18 sono posizionati tra il condotto di prelievo 14 e le diramazioni di invio 15.
Secondo un aspetto particolarmente importante del presente trovato, l'impianto 1 è fornito, lungo il circuito chiuso 10 di trattamento reflui e, opportunamente, immediatamente a valle del serbatoio di ricircolo 11, di un dispositivo di rilevazione 19 della concentrazione di azoto ammoniacale del refluo circolante all'interno del circuito chiuso 10 di trattamento dei reflui.
Passando all'analisi del primo circuito di rigenerazione 6, esso presenta, vantaggiosamente, un serbatoio di stoccaggio 20 del liquido di rigenerazione.
Tale serbatoio di stoccaggio 20 è collegato ad una linea di mandata 21 destinata a permettere l'invio del liquido di rigenerazione alla o alle colonne di assorbimento 3 così da consentire la rigenerazione della zeolite contenuta nelle prime zone di assorbimento 4 dopo che quest'ultima ha assorbito lo ione ammonio NH<4+>dai reflui trattati in precedenza.
Opportunamente, la linea di mandata 21 sfocia in una valvola a tre vie 22 che si innesta lungo il condotto di prelievo 14 e, in particolare, a monte dei mezzi di circolazione forzata 18.
Secondo tale schema costruttivo è possibile impiegare unici mezzi di circolazione forzata 18 per comandare lo spostamento sia del refluo da trattare lungo il circuito chiuso 10 di trattamento dei reflui che il liquido di rigenerazione lungo il circuito di rigenerazione 6.
Parte del circuito di rigenerazione 6 è inoltre costituito dalle diramazioni di invio 15 verso le colonne di assorbimento 3, dalle diramazioni di raccolta 16 e da parte del condotto di ritorno 17. E' vantaggioso prevedere che anche lungo il condotto di ritorno 17 sia posizionata una valvola a tre vie 23 destinata a collegare il condotto di ritorno 17 al serbatoio di stoccaggio 20 attraverso una linea di ritorno 24.
Il primo circuito di rigenerazione 6 comprende, a valle delle colonne di assorbimento 3 e a monte del serbatoio di stoccaggio 20, un dispositivo estrattore 25 dell'ammoniaca gassosa dal liquido di rigenerazione.
Nel caso la soluzione acquosa costituente il liquido di rigenerazione impiegato per la rigenerazione della zeolite non sia estremamente basica (con pH prossimo al 14) sarà necessario prevedere una stazione di basificazione a monte del dispositivo estrattore 25.
Tale necessità potrebbe verificarsi nel caso si decidesse di utilizzare come liquido di rigenerazione una soluzione acquosa di potassio solfato.
In particolare, il dispositivo estrattore può essere posizionato lungo lo sviluppo della linea di ritorno 24.
Secondo una preferita forma di realizzazione, il dispositivo estrattore 25 comprende, in sequenza, un dispositivo di estrazione 26 a corrente d'aria dell'ammoniaca gassosa dal liquido di rigenerazione e una torre di abbattimento 27.
In particolare, il dispositivo di estrazione 26 può essere realizzato da una torre di estrazione attraversata, dal basso verso l'alto, da una corrente d'aria 26a intercettante il liquido di rigenerazione nebulizzato (ed eventualmente basificato) proveniente dalla linea di ritorno 24. La corrente d'aria 26a trascina con sé l'ammoniaca (che è sotto forma di gas) portandola, attraverso una linea di evacuazione 28, alla torre di abbattimento 27.
La torre di abbattimento 27 “lava”, utilizzando, ad esempio, acido solforico in soluzione acquosa tale da mantenere il pH della soluzione di lavaggio ad un valore di 4-5, stoccato all'interno di un serbatoio 27a, la corrente d'aria 26a proveniente dalla torre d'estrazione e neutralizza l’ammoniaca dando origine a del solfato di ammonio fino ad una concentrazione di 250-300 g/l; dopodiché viene stoccato, in un rispettivo recipiente 27b.
La corrente d'aria 26b in uscita dalla sommità della torre di abbattimento 27 risulta quindi sostanzialmente pura (comunque con una concentrazione di ammoniaca inferiore a 5mg/NMc, limite della normativa attuale); è altresì possibile evitare l’emissione in atmosfera, chiudendo il circuito dell’aria in uscita dalla torre, mediante un condotto che invia la corrente d’aria depurata, sull’aspirazione del ventilatore di immissione dell’estrattore di ammoniaca dal liquido di lavaggio. La soluzione applicabile, (circuito chiuso o scarico in atmosfera) è in funzione delle dimensioni dell’impianto e delle quantità di ammoniaca da estrarre.
Dal dispositivo di estrazione 26, il liquido di rigenerazione da cui è stata estratta l'ammoniaca gassosa, viene inviato al serbatoio di stoccaggio 20.
Nulla vieta, naturalmente, di prevedere che l'impianto 1, soprattutto nel caso sia dimensionato per piccoli allevamenti, sia fornito di un primo circuito di rigenerazione 6 con liquido di rigenerazione a perdere.
In questo caso, tale liquido di rigenerazione potrebbe essere stoccato in un apposito serbatoio per essere conferito per la rigenerazione in altro sito oppure potrebbe essere impiegato (dopo opportune correzioni del pH e delle concentrazioni dei vari componenti) come fertilizzante liquido a bassa concentrazione di ammonio.
Facendo riferimento alla forma di realizzazione che prevede la presenza del serbatoio di stoccaggio 20, è opportuno prevedere un serbatoio di rabbocco 29 del liquido di rigenerazione collegato ad un condotto di scarico sfociante nel serbatoio di stoccaggio 20 per mantenere, con intervento manuale o più preferibilmente automatizzato, costante la quantità di liquido di rigenerazione all'interno del primo circuito di rigenerazione.
E' altresì previsto un recipiente di rabbocco (non illustrato nella figura 1), associato a sua volta ad un condotto di rabbocco preferibilmente sfociante nel serbatoio di stoccaggio 20 del liquido di rigenerazione.
Tale recipiente di rabbocco è destinato a consentire lo scarico di un sale idrosolubile di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele, di un idrossido di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele, di un ossido di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele, in quantità stechiometrica tale da equilibrare l'azoto ammoniacale estratto dal liquido di rigenerazione durante la precedente fase di rigenerazione.
Secondo un aspetto particolarmente importante del presente trovato, i mezzi di circolazione forzata 18 comprendono una pompa reversibile, vantaggiosamente una pompa a lobi, la quale è atta, in un primo verso di funzionamento, a spingere i reflui da trattare lungo il circuito chiuso 10 di trattamento reflui o il liquido di rigenerazione lungo il primo circuito di rigenerazione 6.
Tale pompa reversibile, quando opera girando in un secondo verso di funzionamento, è atta a realizzare una depressione all'interno di ciascuna colonna di assorbimento 3 che consente di rimuovere, al termine del trattamento dei reflui, i residui di refluo dal circuito chiuso 10 e anche dagli interstizi presenti tra i grani di zeolite e/o, al termine della rigenerazione, i residui del liquido di rigenerazione dal primo circuito di rigenerazione 6 e dagli interstizi tra i grani di zeolite così da impedire (o quantomeno a minimizzare) “l'inquinamento” tra il refluo e il liquido di rigenerazione e viceversa.
Per ottenere una depressione spinta, sarà opportuno prevedere di operare su una colonna di assorbimento 3 per volta provvedendo a chiudere le valvole di collegamento alle altre colonne di assorbimento 3 poste lungo le diramazioni di invio 15 e consentendo l'ingresso di aria dall'esterno attraverso la luce d'uscita della colonna di assorbimento 3 sulla quale si sta operando.
Secondo una ulteriore variante realizzativa non illustrata nella figura 1, è possibile prevedere che il dispositivo di rigenerazione 5 della zeolite sia costituito da un dispositivo di strippaggio diretto dell'ammoniaca dalla zeolite stessa contenuta nelle prima zona di assorbimento 4.
In questo caso il dispositivo di rigenerazione prevede mezzi di invio alle prime zone di assorbimento 4 della zeolite da rigenerare di una soluzione acquosa di potassio idrossido (preferibilmente in concentrazione compresa tra il 10% e il 15%).
Il dispositivo di strippaggio diretto può essere a sua volta costituito da mezzi generatori di una corrente d'aria destinata ad attraversare, in serie, ciascuna colonna di assorbimento 3.
La corrente d'aria in uscita dalla serie di colonne di assorbimento 3 viene inviata ad una gruppo di lavaggio intermedio (ad esempio una rampa di ugelli spruzzanti una soluzione di acqua opportunamente acidificata) prima di essere inviata ad un successivo assorbitore dove strippare l’ammoniaca presente nella zeolite.
Secondo un ulteriore aspetto, il presente trovato mette a disposizione un procedimento per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi, particolarmente reflui zootecnici.
Tale procedimento comprende le seguenti fasi:
- estrarre l'azoto ammoniacale dal refluo da trattare mediante l'invio, attraverso un circuito di trattamento 10, del refluo da trattare ad almeno una colonna di assorbimento 3 presentante almeno una prima zona di assorbimento 4 contenete zeolite;
- rigenerare la zeolite contenuta nella prima zona di assorbimento 4 inviando, alla rispettiva colonna di assorbimento 3 e attraverso un primo circuito di rigenerazione 6, un liquido di rigenerazione della zeolite scelto nel gruppo comprendente:
• una soluzione acquosa di un sale idrosolubile di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele;
• una soluzione acquosa di un idrossido di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele;
• una soluzione acquosa di un ossido di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele;
- inviare il liquido di rigenerazione in uscita da ciascuna colonna di assorbimento 3 ad un dispositivo estrattore 25 dell'ammoniaca gassosa dal liquido di rigenerazione.
In determinate condizioni, è possibile prevedere l'impiego, come liquido di rigenerazione, di una soluzione acquosa di sali di sodio (ad esempio soda caustica).
Opportunamente, il procedimento secondo il presente trovato prevede una fase di rilevamento della concentrazione di azoto ammoniacale nel refluo in trattamento.
In particolare tale fase è eseguita, in continuo, sul refluo inviato via via alle colonne di assorbimento 3.
In funzione di tale rilevamento è prevista l'interruzione dell'invio del refluo in trattamento alle colonne di assorbimento 3.
In particolare quando viene rilevata nel refluo da inviare alle colonne di assorbimento 3 una concentrazione inferiore o uguale ad una concentrazione predeterminata di azoto ammoniacale viene di fatto interrotto l'invio del refluo in trattamento alle colonne di assorbimento 3.
Il procedimento secondo il trovato prevede inoltre, vantaggiosamente, prima della fase d'estrazione dell'azoto ammoniacale dal refluo da trattare, una fase di pulizia di ciascuna colonna di assorbimento 3.
Analogamente, è possibile prevedere anche prima della fase di rigenerazione della zeolite mediante il liquido di rigenerazione, una fase di pulizia di ciascuna colonna di assorbimento 3.
Tale fase di pulizia può essere ottenuta mediante una fase di aspirazione di aria dall'esterno attraverso ciascuna colonna di assorbimento 3.
Per rendere estremamente efficace tale fase di aspirazione è opportuno impiegare una pompa a vuoto, tipicamente a lobi.
L'impiego di tale tipologia di pompa consente infatti di ottenere, facendola ruotare in un primo verso di rotazione, la depressione richiesta per eseguire la fase di lavaggio e, facendola ruotare nell'altro verso di rotazione, di spingere il refluo da trattare o il liquido di rigenerazione attraverso le colonne di assorbimento 3.
Vantaggiosamente, il procedimento per l'estrazione di azoto ammoniacale comprende, prima di ciascuna fase di rigenerazione della zeolite contenuta all'interno delle prime zone di assorbimento ricavate all'interno delle colonne di assorbimento 3, una fase di aggiunta al liquido di rigenerazione di un sale idrosolubile di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele, di un idrossido di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele, di un ossido di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele, in quantità stechiometrica tale da equilibrare l'azoto ammoniacale estratto dal liquido di rigenerazione durante la precedente fase di rigenerazione.
Vantaggiosamente viene aggiunto il medesimo composto consumato durante la precedente fase di rigenerazione per sostituire l'ammoniaca in forma anionica assorbita dalla zeolite durante la fase di trattamento dei reflui.
L'utilizzo di un impianto 1 secondo il trovato discende in maniera evidente da quanto sopra descritto.
A livello esemplificativo, il refluo da trattare viene inviato al serbatoio di ricircolo del liquame 11 attraverso il condotto di invio 12.
A questo punto vengono azionati i mezzi di circolazione forzata 18 i quali provvedono a prelevare i reflui da trattare contenuti all'interno del serbatoio di ricircolo per inviarli, attraverso il condotto di prelievo 14, e, quindi, attraverso le diramazioni di invio 15, alle colonne di assorbimento 3 attraverso le rispettive luci d'entrata 3a.
Secondo una prima modalità di funzionamento, i mezzi di circolazione forzata 18 funzionano in continuo portando sempre nuovo refluo (prelevato dal serbatoio di ricircolo del liquame 11) ad attraversale le colonne di assorbimento 3 all'interno delle quali è disposta la zeolite.
Alternativamente, è possibile prevedere un funzionamento ad intermittenza dei mezzi di circolazione forzata 18 i quali portano una predeterminata quantità di reflui da trattare all'interno delle colonne di assorbimento 3 per poi fermarsi mantenendo per un determinato lasso di tempo tale quantità di reflui a contatto con la zeolite.
Si segnala come il posizionamento della zona di assorbimento 4 distanziata dal fondo delle colonne di assorbimento 3 consenta una distribuzione costante del refluo lungo tutta la sezione trasversale delle colonne di assorbimento 3 stesse con un conseguente aumento dell'efficienza.
In entrambi i casi i reflui, attraversando la prima zona di assorbimento 4 rilasciano, per scambio ionico, gli ioni ammonio che si combinano con la zeolite che via via si satura.
Il refluo in uscita dalle luci d'uscita 3b delle colonne di assorbimento 3 presenterà di conseguenza una concentrazione di ammoniaca inferiore rispetto al refluo in ingresso alla medesima colonna.
Attraverso le diramazioni di raccolta 16 e il condotto di ritorno 17 i reflui trattati sfociano nuovamente nel serbatoio di ricircolo del liquame 11 e da qui vengono nuovamente prelevati per essere inviati alle colonne di assorbimento 3.
Quando i mezzi rilevatori 19 misurano una concentrazione di ammoniaca nei reflui prelevati dal serbatoio di ricircolo del liquame 11 uguale o inferiore ad una predeterminata concentrazione, un dispositivo di comando, ad esempio PLC, interviene sui mezzi di circolazione forzata 18 per arrestare, immediatamente o dopo un prefissato lasso di tempo, la fase di trattamento.
Una volta scaricati tutti i reflui trattati all'interno del serbatoio di ricircolo dei liquami 11, si può procedere allo scarico di tale serbatoio di ricircolo dei liquami 11 trattati per inviarli ad una vasca di stoccaggio oppure alle cisterne destinate allo spandimento.
A questo punto il dispositivo di comando provvede a comandare i mezzi di circolazione forzata 18 affinché operino in modo tale da generare una depressione tale da aspirare via via da una rispettiva colonna di assorbimento 3 i residui di reflui trattati sedimentati in corrispondenza degli interstizi presenti tra i grani di zeolite. Una volta terminata la fase di pulizia delle colonne di assorbimento 3 e del circuito chiuso 10 è possibile iniziare la fase di rigenerazione della zeolite ricca di ammonio.
Per realizzare tale fase viene prelevata dal serbatoio di stoccaggio 20 del liquido di rigenerazione, ad esempio, una soluzione acquosa di potassa caustica con concentrazione al 5%.
Tale soluzione acquosa viene inviata, sempre grazie all'azione dei medesimi mezzi di circolazione forzata 18, alle colonne di assorbimento 3.
Durante l'attraversamento delle zone di assorbimento 4 contenenti la zeolite che ha assorbito ammoniaca, la soluzione acquosa cede gli ioni di potassio (nel caso venissero impiegate altre tipologie di soluzioni acquose verrebbero ceduti ioni magnesio o calcio) assorbendo, contemporaneamente, ioni ammonio che, in virtù del pH estremamente basico della soluzione acquosa, vengono ad essere solubilizzati in quest'ultima sotto forma gassosa.
La soluzione acquosa a questo punto viene inviata alla torre d'estrazione dell'ammoniaca e, quindi, alla torre di abbattimento dove l'ammoniaca gassosa, trasportata da una corrente d'aria, viene trasformata in solfato d'ammonio nel caso venga impiegato dell'acido solforico per eseguire l'abbattimento.
La soluzione acquosa da cui è stata strippata l'ammoniaca, viene re-inviata al serbatoio di stoccaggio 20.
Opportunamente, in continuo o al termine di ciascun ciclo di rigenerazione, il serbatoio di stoccaggio 20 viene rabboccato con acqua e con una quantità di potassa caustica pari a quella consumata durante il ciclo di rigenerazione e corrispondente, in determinati rapporti stechiometrici, all'ammoniaca trasformata in solfato d'ammonio.
Sarà possibile interrompere la fase di rigenerazione una volta terminato il consumo di acido solforico all'interno della torre di abbattimento.
Anche la fase di rigenerazione può avvenire, come già spiegato in relazione alla fase di trattamento, sia facendo funzionare in continuo i mezzi di circolazione forzata 18, sia prevedendo delle soste per mantenere a contatto il liquido di rigenerazione con la zeolite per tempi maggiori. Terminata la fase di rigenerazione, è opportuno prevedere una nuova fase di pulizia per evitare che residui di soluzione acquosa possano rimanere lungo il primo circuito di rigenerazione 6 oppure negli interstizi tra i grani di zeolite.
A questo punto l'impianto è pronto per eseguire un nuovo ciclo di trattamento di reflui da trattare nel frattempo eventualmente inviati al serbatoio di ricircolo del liquame 11.
Durante il nuovo ciclo di trattamento, la zeolite cederà ai reflui attraversanti la prima zona di assorbimento 4, degli ioni potassio assorbendo a sua volta ioni ammonio.
Tali ioni non dovranno tuttavia essere rimossi dal liquame in quanto assolutamente compatibili con la pratica agricola. Lo stesso vale nel caso vengano impiegate come liquido di rigenerazione delle soluzioni acquose contenenti Magnesio e/o Calcio. Si è in pratica constatato come l'impianto per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi, particolarmente reflui zootecnici,sopra descritto assolva pienamente al compito e agli scopi prefissati, operando completamente a freddo senza alcuna necessità di riscaldare il refluo da trattare.
Un ulteriore vantaggio del trovato è quello di evitare qualsiasi alterazione del liquame trattato (quale l'innalzamento di pH necessario negli impianti che eseguono lo strippaggio diretto dell'ammoniaca dal refluo stesso) se non la rimozione dell'azoto in forma ammoniacale.
Un altro aspetto importante del trovato è quello relativo alla garanzia della quantità di azoto totale finale contenuto nel refluo in uscita grazie ai mezzi di rilevazione interfacciato con il PLC.
Inoltre sono stati enormemente ridotti i costi di gestione grazie alla durata pressoché illimitata della zeolite e, in ogni caso, ai ridotti costi di sostituzione nel caso di efficienza ridotta.
Tutte le caratteristiche del trovato, su indicate come vantaggiose, opportune o simili, possono anche mancare o essere sostituite da equivalenti. Le singole caratteristiche esposte in riferimento ad insegnamenti generali o a forme di realizzazione particolari, possono essere tutte presenti in altre forme di realizzazione o sostituire caratteristiche in queste forme di realizzazione.
Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.
In pratica i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni e le forme potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze.
Inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti.
Claims (19)
- RIVENDICAZIONI 1. Impianto (1) per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi, particolarmente reflui zootecnici, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un gruppo assorbitore (2) presentante almeno un colonna di assorbimento (3) presentante una rispettiva luce d'ingresso (3a) per l'entrata dei reflui da trattare e una rispettiva luce d'uscita (3b) per l'uscita del refluo trattato, detta almeno una colonna di assorbimento (3) presentando almeno una prima zona di assorbimento (4) contenente zeolite, essendo previsto un dispositivo di rigenerazione (5) di detta zeolite.
- 2. Impianto (1) per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta zeolite comprende chabasite o clinoptilolite o phillipsite o loro miscele.
- 3. Impianto (1) per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di rigenerazione (5) comprende un primo circuito di rigenerazione (6) attraversante detta prima zona di assorbimento (4) contenente zeolite, detto primo circuito di rigenerazione (6) essendo attraversato da un liquido di rigenerazione scelto nel gruppo costituito da: - una soluzione acquosa di un sale idrosolubile di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele; - una soluzione acquosa di un idrossido di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele; - una soluzione acquosa di un ossido di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele;
- 4. Impianto (1) per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di rigenerazione (5) comprende un primo circuito di rigenerazione (6) attraversante detta prima zona di assorbimento (4) contenente zeolite, detto primo circuito di rigenerazione (6) essendo attraversato da un liquido di rigenerazione comprendente una soluzione acquosa di sali di sodio, di ossido di sodio o di idrossido di sodio.
- 5. Impianto (1) per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti reflui da trattare sono inviati a detta almeno una colonna di assorbimento (3) mediante un circuito chiuso (10) di trattamento reflui, lungo detto circuito chiuso (10) essendo previsto un serbatoio di ricircolo dei reflui (11).
- 6. Impianto (1) per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi, caratterizzato dal fatto di comprendere, lungo detto circuito chiuso (10) di trattamento reflui e a valle di detto serbatoio di ricircolo (11), un dispositivo di rilevazione (19) della concentrazione di azoto ammoniacale del refluo circolante all'interno di detto circuito chiuso (10) di trattamento.
- 7. Impianto (1) per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto liquido di rigenerazione comprende una soluzione acquosa basica o basificata.
- 8. Impianto (1) per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di rigenerazione (5) comprende un dispositivo di strippaggio dell'ammoniaca da detta zeolite contenuta in detta almeno una prima zona di assorbimento (4).
- 9. Impianto (1) per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo circuito di rigenerazione (6) comprende, lungo il proprio sviluppo, un serbatoio di stoccaggio (20) di detto liquido di rigenerazione.
- 10. Impianto (1) per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo circuito di rigenerazione (6) comprende, a valle di detta almeno una colonna di assorbimento (3) e a monte di detto serbatoio di stoccaggio (20) di detto liquido di rigenerazione, un dispositivo estrattore (25) dell'ammoniaca gassosa da detto liquido di rigenerazione.
- 11. Impianto (1) per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo estrattore (25) dell'ammoniaca gassosa da detto liquido di rigenerazione comprende, in sequenza, un dispositivo di estrazione (26), a corrente d'aria, di detta ammoniaca gassosa da detto liquido di rigenerazione e una torre di abbattimento (27).
- 12. Impianto (1) per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di circolazione forzata (18) destinati a movimentare detti reflui da trattare lungo detto circuito chiuso (10) di trattamento reflui e detto liquido di rigenerazione lungo detto primo circuito di rigenerazione (6).
- 13. Impianto (1) per l'estrazione di azoto ammoniacale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di circolazione forzata (18) comprendono una pompa reversibile atta, in un primo verso di funzionamento, a spingere detti reflui da trattare lungo detto circuito chiuso (10) di trattamento reflui e detto liquido di rigenerazione lungo detto primo circuito di rigenerazione (6) e, in un secondo verso di funzionamento, a realizzare una depressione all'interno di detta almeno una colonna di assorbimento (3).
- 14. Procedimento per l'estrazione di azoto ammoniacale da reflui liquidi, particolarmente reflui zootecnici, comprendente le seguenti fasi - estrarre l'azoto ammoniacale dal refluo da trattare mediante l'invio, attraverso un circuito di trattamento (10), detto refluo da trattare ad almeno una colonna di assorbimento (3) presentante almeno una prima zona di assorbimento (4) contenete zeolite; - rigenerare detta zeolite contenuta in detta almeno una prima zona di assorbimento (4) mediante l'invio, a detta almeno una colonna di assorbimento (3) e attraverso un primo circuito di rigenerazione (6), di un liquido di rigenerazione di detta zeolite scelto nel gruppo comprendente: • una soluzione acquosa di un sale idrosolubile di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele; • una soluzione acquosa di un idrossido di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele; • una soluzione acquosa di un ossido di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele; - inviare detto liquido di rigenerazione in uscita da detta colonna di assorbimento (3) ad un dispositivo estrattore dell'ammoniaca gassosa da detto liquido di rigenerazione portato, se necessario, ad un pH compreso tra 11-14, preferibilmente 13,5-14.
- 15. Procedimento per l'estrazione di azoto ammoniacale secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto di comprendere il rilevamento della concentrazione di azoto ammoniacale nel refluo in trattamento, essendo prevista l'interruzione dell'invio del refluo in trattamento a detta almeno una colonna di assorbimento (3) a seguito della rilevazione di una concentrazione inferiore o uguale ad una concentrazione predeterminata di azoto ammoniacale.
- 16. Procedimento per l'estrazione di azoto ammoniacale secondo una o più delle rivendicazioni dalla 14 alla 15, caratterizzato dal fatto di comprendere prima della fase d'estrazione dell'azoto ammoniacale dal refluo da trattare, una fase di pulizia di detta almeno una colonna di assorbimento (3).
- 17. Procedimento per l'estrazione di azoto ammoniacale secondo una o più delle rivendicazioni dalla 14 alla 16, caratterizzato dal fatto di comprendere prima della fase di rigenerazione di detta zeolite, una fase di pulizia di detta almeno una colonna di assorbimento (3).
- 18. Procedimento per l'estrazione di azoto ammoniacale secondo la rivendicazione 16 o 17, caratterizzato dal fatto che detta fase di pulizia comprende l'aspirazione, in depressione, attraverso detta almeno una colonna di assorbimento (3), di aria dall'esterno.
- 19. Procedimento per l'estrazione di azoto ammoniacale secondo una o più delle rivendicazioni dalla 14 alla 18, caratterizzato dal fatto di comprendere prima di ciascuna fase di rigenerazione, una fase di aggiunta a detto liquido di rigenerazione di un sale idrosolubile di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele, di un idrossido di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele, di un ossido di Potassio (K) o Magnesio (Mg) o Calcio (Ca) o loro miscele, in quantità stechiometrica tale da equilibrare l'azoto ammoniacale estratto da detto liquido di rigenerazione durante la precedente fase di rigenerazione.
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