Test di laboratorio per il progetto dell impianto dimostrativo

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1 Progetto LIFE+12 ENV/IT/442 (SEKRET) Test di laboratorio per il progetto dell impianto dimostrativo Angelo Marini, Alessandra Polettini, Raffaella Pomi Dip. di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale, Sapienza Università di Roma Aldo Muntoni, Daniela Spiga Dip. di Ingegneria Civile, Ambientale e Architettura, Università di Cagliari Renato Iannelli, Matteo Masi, Alessio Ceccarini Dip. di ingegneria dell energia, dei sistemi, dei trasporti e delle costruzioni e Dipartimento di chimica e chimica industriale, Università di Pisa

2 Background Il processo di Elettrocinesi - Principi Generatore Anodo (+) Elettrodi di misura Catodo (-) 2H 2 O 4H + + 4e - +O 2 H+ OH - 2H 2 O + 4e - 4OH - + 2H 2 H+ H+ H 2 O Sedimenti H 2 O OH - H+ H+ OH - H+ OH - Camera anodica Camera catodica 2

3 Background Il processo di Elettrocinesi - Principi Anodo (+) Generatore Elettrodi di misura Catodo (-) 2H 2 O 4H + + 4e - +O 2 H 2 O Sedimenti H 2 O 2H 2 O + 4e - 4OH - + 2H 2 elettroforesi Camera anodica Camera catodica elettrosmosi particelle elettromigrazione

4 ph Background Il processo di Elettrocinesi Effetto sui contaminanti Anodo (+) Generatore Elettrodi di misura Catodo (-) H 2 O 2H + + 1/2O 2 H 2 O Sedimenti H 2 O H 2 O OH- + 1/2H Camera anodica Camera catodica ph al tempo t0 ph al tempo t1 ph al tempo t2 ph al tempo t3 ph al tempo t distanza normalizzata dall'anodo 4

5 Background Le prestazioni di un trattamento di elettrocinesi per la decontaminazione di sedimenti dipende dunque da un complesso di fattori: 1. parametri operativi, quali distanza tra gli elettrodi geometria del sistema ddp 2. caratteristiche della matrice solida, quali tessitura conducibilità idraulica capacità tampone contenuto di sostanza organica reattività superficiale delle particelle (capacità di scambio, adsorbimento) 3. caratteristiche della contaminazione concentrazione speciazione dei contaminanti nelle diverse frazioni mobilità 5

6 Campagna sperimentale Preparazione del campione per le analisi 6

7 Campagna sperimentale Preparazione del campione per le analisi 7

8 Campagna sperimentale Preparazione del campione per le analisi 8

9 Campagna sperimentale Caratterizzazione del campione Misure di resistività elettrica: 0,55 0,05 x m 9

10 Campagna sperimentale Caratterizzazione del campione Distribuzione granulometrica 10

11 Campagna sperimentale Caratterizzazione del campione Capacità tampone Composizione elementale CEC = 11.2 meq/100g TOC < 0.5%

12 Campagna sperimentale 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% BCR 3-steps sequential extraction (Moćko & Wacławek, 2004) 0% Cu Zn Cd Cr Ni Pb Exchang. Reducible Oxidisable Residual Step Extraction procedure Fraction I 40 cm mol dm -3 CH3COOH per 1 g dry soil shaken 25 C Exchangeable, water- and acid-soluble II 40 cm mol dm -3 NH2OH.HCl (Hydroxylamine hydrochloride adjusted to ph=2 with HNO3) added to residue and extracted 25 C Reducible species (e.g. bound to Fe Mn hydroxides) III 10 cm mol dm 3 H2O2 added to residue and digested 1h at 25 C and 1h at 85. Evaporated to a few cm 3, cooled and residue extracted overnight with 50 cm mol dm -3 CH3COONH4 (Ammonium acetate adjusted to ph=2 with 25 C Oxidisable species (e.g. bound to organic matter and sulfides)

13 Campagna sperimentale Caratterizzazione del campione Valutazione della mobilità dei contaminanti mediante test di sediment washing in batch Valutazione preliminare delle prestazione degli agenti estraenti ai fini della applicazione del trattamento di elettrocinesi in condizioni assistite

14 Campagna sperimentale Agente estraente Acido citrico HNO 3 Acido Ossalico Concentrazione (M) Tempo di contatto : 24 h Rapporto L/S (l/kg) EDTA

15 Campagna sperimentale Quantità estratta (%) % extracted HNO 3 Acido citrico Acido ossalico EDTA Zn Cu Cr 60 Ni ph

16 Campagna sperimentale «turbo test» Test Anolita Catolita Durata (d) 1 H 2 O H 2 O 7 2 H 2 O HCl 7 3 H 2 O HCl 7 4 H 2 O HCl 21 5 H 2 O HCl 21 6 H 2 O HCl 60 7 HCl HCl 21 8 H 2 O CH 3 COOH 7 9 H 2 O CH 3 COOH 7 10 H 2 O CH 3 COOH H 2 O CH 3 COOH CH 3 COOH CH 3 COOH 7 13 CH 3 COOH CH 3 COOH 7 14 CH 3 COOH HCl 7 15 CH 3 COOH HCl 7 16 H 2 O EDTA 7 17 H 2 O EDTA NaOH CH 3 COOH + EDTA H 2 O HCl + Acido Ascorb H 2 O HCl + Acido Ascorb. 21 dosaggio «basso» (L) dosaggio «alto» (H) Scelta del dosaggio

17 Campagna sperimentale I = 20 A/m 2 Test Anolita Catolita Durata (d) Dosaggio 1 H 2 O H 2 O 7-2 H 2 O HCl 7 L 3 H 2 O HCl 7 H 4 H 2 O HCl 21 L 5 H 2 O HCl 21 H 6 H 2 O HCl 60 H 7 HCl HCl 21 H 8 H 2 O CH 3 COOH 7 L 9 H 2 O CH 3 COOH 7 H 10 H 2 O CH 3 COOH 21 L 11 H 2 O CH 3 COOH 21 H 12 CH 3 COOH CH 3 COOH 7 L 13 CH 3 COOH CH 3 COOH 7 H 14 CH 3 COOH HCl 7 L 15 CH 3 COOH HCl 7 H 16 H 2 O EDTA 7 sulla base del rapporto molare 17 H 2 O EDTA 21 sulla base del rapporto molare 18 NaOH CH 3 COOH + EDTA 60 sulla base del rapporto molare 19 H 2 O HCl + Acido Ascorb. 7 H 20 H 2 O HCl + Acido Ascorb. 21 H

18 Particolare del set-up di laboratorio Generatori di corrente/tensione Collegamento con la cella di EC 18

19 Particolare del set-up di laboratorio Particolare della cella di EC per turbo test e degli elettrodi di misura Livorno, 9/5/

20 Campagna sperimentale Risultati C/C0 vs Sezione del campione T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16 T17 T18 T19 T20

21 Campagna sperimentale Risultati C/C0 (asse principale) e ph (asse secondario) vs Sezione del campione T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16 T17 T18 T19 T20

22 Campagna sperimentale Risultati C/C0 (asse principale) e ph (asse secondario) vs Sezione del campione Mobilizzazione totale (%) T5 T6 T18 Cr: ~6% Cu: ~29% Ni: ~26% Zn: ~ 40% Cr: ~22% Cu: ~64% Ni: ~67% Zn: ~ 63% Cr: ~11% Cu: ~33% Ni: ~65% Zn: ~ 62%

23 Campagna sperimentale Risultati Effetti del trattamento di EC Aspetti peculiari nelle condizioni osservate Test n. 1 anodo (+) catodo (-) Livorno, 9/5/

24 Campagna sperimentale Risultati Effetti del trattamento di EC precipitati cementazione del campione

25 Campagna sperimentale Test standard Livorno, 9/5/

26 Campagna sperimentale Test standard Test EXP1 EXP2 EXP3 Duration (days) Applied current density (A/m 2 ) 40-20* 40-20* 40 Anolyte H 2 O H 2 O H 2 O Catholyte H 2 SO 4 H 2 SO 4 HNO 3

27 Campagna sperimentale Test standard Resistività vs. tempo H 2 SO 4 (14 d) H 2 SO 4 43 d HNO 3 63 d Section 1 (anode) Section 2 Section 3 Section 4 Section 5 (cathode)

28 Cumulate electroosmotic flow (ml) Campagna sperimentale Test standard Electroosmotic permeability (m 2 /V/s) ph H2SO4 14 days H2SO4 43 days HNO3 63 days Elapsed time (days) x H2SO4 14 days 8 H2SO4 43 days 6 HNO3 63 days Elapsed time (days) H2SO4 14 d H2SO4 43 d HNO3 63 d Initial +σ -σ S1 (AN) S2 S3 S4 S5 (CAT) Pb Ni Cr C/C 0 1 C/C 0 1 C/C Distance from anode (x/l) Distance from anode (x/l) Distance from anode (x/l) C/C 0 2 Zn Distance from anode (x/l) C/C 0 2 Cu Distance from anode (x/l) Initial value H 2 SO 4 14 d H 2 SO 4 43 d HNO 3 63 d HNO 3 sieved

29 Attività della Unità Operativa Azione A A1 C C2 D D5 D8 D9 D10 E E1 Titolo dell azione Preparatory actions: Preliminary assessment of working environment Monitoring of the impact of the project actions: Validation of the demonstrated technology with 6 more types of polluted port sediments Communication and dissemination actions: Networking Dissemination to Institutions and policy makers International fairs and other events Digital supports for international diffusion Project management and monitoring of the project progress: Project Management Livorno, 9/5/