PROGETTO SEDIPORTSIL - TRATTAMENTO FANGHI DI DRAGAGGIO CON RECUPERO DEL SILICIO: PRESENTAZIONE DEI RISULTATI DELLA SPERIMENTAZIONE

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1 Rem Tech 2013 Ref no: B.9 PROGETTO SEDIPORTSIL - TRATTAMENTO FANGHI DI DRAGAGGIO CON RECUPERO DEL SILICIO: PRESENTAZIONE DEI RISULTATI DELLA SPERIMENTAZIONE L. MAGAGNINI 1, A. BERTONI 1 e E.ULAZZI 1 1 MED Ingegneria srl, via O. Putinati 71/c, Ferrara alessandro.bertoni@medingegneria.it ABSTRACT Il progetto SEDI.PORT.SIL. dimostra accoppiate con innovative tecniche mirate al riciclo e alla valorizzazione dei sedimenti dragati dai bacini portuali, che possono quindi ess importante risorsa piuttosto che un oneroso rifiuto. Dapprima, alcuni campioni di sedimento dragati dal Porto di Ravenna (Italia) sono stati sottoposti ad una serie di differenti trattamenti (Soil washing, Landfarming e Fusione al plasma) che costituiscono la filiera SEDI.PORT.SIL.. Successivamente è stata studiata contesto Europeo (P tivo finale è stato lo sviluppo di linee guida per il trattamento dei sedimenti, il riuso dei materiali ottenuti come materie prime e la conferma Porto di Ravenna. Parole chiave: sedimenti, dragaggio, soil washing, landfarming, fusione, silicio, FeSi, SEDI.PORT.SIL. 1. INTRODUZIONE Il progressivo accumulo nelle aree portuali di sedimenti trasportati dalle maree con conseguente innalzamento dei fondali (e con relativi problemi di navigabilità) rende necessarie periodiche operazioni di dragaggio, finalizzate alla rimozione dei sedimenti per il ripristino delle condizioni ottimali di fruizione. Il materiale dragato è considerato un rifiuto, e quindi soggetto alla normativa vigente. Ma oggi un recente progetto europeo ha approccio integrato per una gestione ambientalmente ed economicamente sostenibile dei sedimenti portuali, mirato sia razione di silicio metallico, sia al recupero di materiali utili al ripasc Stiamo parlando del progetto dalla Commissione Europea - finanziato dall'autorità Portuale di Ravenna. Con un partenariato costituito da MED INGEGNERIA srl (lead partner di progetto) dalle Università di Bologna e Ferrara, dalla DIEMME Enologia SpA di Lugo, da ISPRA Biodiversità, dal Centro Ricerche e Servizi Ambientali CRSA MED Ingegneria e dal 112

2 partner rumeno GEOECOMAR (per la replica della filiera di trattamento sui sedimenti del porto rumeno di Midia, sul Mar Nero), il progetto è iniziato nel settembre 2010 e si è concluso a Febbraio SEDIMENTI PORTUALI Il processo di decontaminazione è stato applicato sui sedimenti portuali campionati suddivisi in tre classi di contaminazione, individuate sulla base di precedenti (concentrazione di inquinanti oltre la Tab.1, colonn (Figura 1). Per ciascuna delle aree identificate sono stati prelevati 10 mc di sedimento; dopo la caratterizzazione degli stessi a monte del processo di trattamento, sono state testate tre differenti tecniche di intervento, rispettivamente il soil-washing, il landfarming ed la fusione al plasma (Bertoni A. et al, 2011; Ulazzi E. et al, 2012; Magagnini L. et al, 2013). Figura 1: Individuazione delle aree idonee al campionamento Soil washing Al fine di testare al meglio tale tecnica di trattamento sui sedimenti campionati dal Porto di Ravenna, il Progetto ha previsto la progettazione e realizzazione di un prototipo, utilizzato per diversi cicli di trattamento sui sedimenti contaminati (Figura 2). forte turbolenza, viene risospeso. La torbida è fatta passare per un filtro a rete con maglia di 2 mm per la prima separazione granulometrica ed il passante viene rilanciato mediante ione più grossolana pulita e pronta a essere riutilizzata (Bettoli D., 2011). rispetto allo stato iniziale, portato poi a concentrazione di 500 g/l grazie ad elettroliti. A questo punto viene separata la parte solida da quella liquida tramite un filtro-pressa, nella quale la prima sedimenta su piastre, mentre la seconda fuoriesce grazie a pareti semipermeabili. disidratazione dei sedimenti fini sono trattate mediante processo di depurazione. 113

3 Figura 2: Vista del prototipo utilizzato durante la sperimentazione del Soil washing Landfarming Il processo basato sulla biodegradazione, cioè sulla ossidazione biologica della sostanza organica biodegradabile da parte di particolari microrganismi (Rosemberg E. et al., 1996) è stato realizzato in 6 step ed è stata effettuata una setacciatura di limo secco (al quarto step) al fine di aumentare la distribuzione di ossigeno nei campioni e migliorare i tassi di degradazione. I risultati delle analisi sui campioni trattati in landfarming, 45 in totale ed effettuate presso i laboratori del CRSA MED Ingegneria, sono significativi: il trattamento Landfarming sulla frazione limoso-argillosa consente di ridurre significativamente la concentrazione di composti organici. La differenza tra i diversi tassi di degradazione nei tre test su sedimento fine dipendono dalla iniziale concentrazione e composizione degli idrocarburi presenti, raggiungendo riduzioni percentuali importati e variabili tra il 44% ed il 70% Fusione Questa ultima fase del processo di trasformazione e manipolazione dei sedimenti verte er questo scopo, è stata utilizzata una torcia al plasma TEKNA PL kw RF disponibile presso i laboratori temperatura e scambio di calore tipici di fornaci ad arco di livello industriale (Figura 3). Tale tecnologia, mai testata prima su sedimenti di tipo marino, è stata preliminarmente simulata con modelli numerici al fine di identificare i parametri ottimali di processo, come ad esempio le dimensioni del crogiuolo di grafite e la sua distanza dalla torcia al plasma, ai fini di una completa fusione del campione (Colombo V. et al, 2012). I sedimenti, miscelati con una percentuale di carbonio, sono stati raccolti nel crogiuolo di grafite e sottoposti alle elevate temperature del plasma. Sono state effettuate numerose e attestano attorno al 40% sia per la frazione sabbiosa che per quella limoso-argillosa) si separa creando sfere di lega metallica. Le analisi delle stesse al microscopio ottico a scansione SEM-EDAX in dotazione presso il CRSA MED Ingegneria dimostrano che 114

4 queste contengono silicio in alcuni casi fino al 90%. Contemporaneamente, il trattamento termico consente di inertizzare il materiale residuo. Figura 3: La torcia al plasma TEKNA PL-35 dei laboratori DIEM, Università di Bologna. 3. LA FILIERA SEDI.PORT.SIL. NEL PORTO DI RAVENNA A partire dai risultati delle sperimentazioni descritte in precedenza, è quindi stato strutturato e dimensionato il processo a scala industriale. Il sedimento viene inizialmente conferito nella cassa di colmata progettata da MED Ravenna, è progettata su una superficie di 14 ha, è attrezzata per poter accogliere grandi è fondamentale visto che il dragaggio avviene con tempi e modi non facilmente controllabili da part La prima operazione di trattamento viene effettuata tramite tecnologie di Soil washing che porterà ad ottenere: Una modesta quantità di detriti, conchiglie e materiali grossolani (legno, alghe, etc) che possono essere destinati a smaltimento come rifiuti non pericolosi; Una prima frazione di sabbia a grana grossa (>2mm), ripulita per lisciviazione dagli inquinanti, ancora salata, che si presta ad essere re-immessa sul mercato come materiale per ripascimenti; Una seconda frazione di sabbia più fine, che sarà ulteriormente sciacquata con acqua dolce industriale per dissalarla, che rappresenta un materiale adeguato ad utilizzi nel mercato edile; -liquida mediante filtropresse. Il risultato finale sono una serie di panetti argillosi di dimensioni di qualche metro di lato e pochi centimetri di spessore in cui si saranno accumulate le sostanze inquinanti e che verranno inviati agli stadi successivi del processo. Nel primo di questi, una certa quantità di argilla inquinata filtro pressata (generalmente quella maggiormente inquinata, soprattutto in presenza di metalli pesanti) sarà 115

5 co saranno stoccati per far perdere umidità residua, eventualmente ulteriormente essiccati, per essere poi immessi nella vasca di fusione (con un flusso medio di circa 8 ton/ora) da cui usciranno infine leghe di Ferro-Silicio (FeSi, lega metallica di discreto pregio) e scorie che, grazie ad un processo di vetrificazione ottenuto tramite un rapido raffreddamento, costituiscono un materiale inerte (cioè non più inquinato, in quanto non in grado di ze dannose). Un sottoprodotto del processo di fusione è una significativa produzione di fumi ad alta temperatura. Questi saranno trattati da un impianto che si occuperà di: Depurare tali fumi da sostanze inquinanti per assicurare che le emissioni in atmosfera abbiano concentrazioni di inquinanti entro i limiti di legge e non Effettuare un recupero energetico da tali fumi ad elevata temperatura con produzione di energia elettrica e calore. Il materiale eccedente la capacità di ingresso del forno fusorio sarà invece trasferito microorganismi si giungerà alla produzione di argille idonee al loro riutilizzo. 4. LA REPLICABILITÀ DELLA FILIERA DI TRATTAMENTO NEL PORTO DI MIDIA a sui sedimenti prelevati dal Porto di Ravenna, sono stati poi replicati sui sedimenti marini prelevati dal fondale del Porto di Midia, affacciato sul Mar Nero, Romania. Le attività condotte, iniziate con un inventario dei dati disponibili e due campagne di caratterizzazione del bacino portuale (Catianis I. et al, 2012), sono poi proseguite con la sperimentazione della tecnologia Soil washing ed il trattamento termico. Il tipo di inquinamento inorgani l Landfarming. Come per i sedimenti del Porto di Ravenna, il Soil washing ha permesso di ottenere a valle del processo sabbie nelle quali non si è riscontrata la presenza di alcun inquinante, idonee dunque a riutilizzi ad esempio di ingegneria ambientale; il trattamento termico, grazie ad una percentuale più elevata di SiO 2 nei sedimenti, ha permesso di estrarre una attraente la possibilità di produrre Ferro Silicio a partire da sedimenti di dragaggio di tipo marino, considerati fino ad oggi una problematica ambientale irrisolta, che possono ora essere visti come una importante risorsa da sfruttare per ottenere importanti benefici dal punto di vista ambientale, sociale ed economico. 5. LA SOSTENIBILITÀ DELLA FILIERA SEDI.PORT.SIL. molti versi complementari, a re-immettere sul mercato materie prime seconde per la quasi effetto indiretto è la diminuzione di fabbisogno ad un altro settore con effetti ambientali altamente impattanti massimizzare il riutilizzo delle materie prima ed a minimizzare la produzione di rifiuti. Particolare attenzione sarà dedicata alla razionalizzazione dei consumi energetici e delle della fusione sarà dedicato alla sezione di trattamento dei fumi e recupero energetico, per assicurare che i rischi di emissione fumi nocivi siano resi trascurabili e per spingere Le attività di dragaggio previste porteranno allo sviluppo del porto in termini di capacità ad 116

6 ospitare navi di dimensioni maggiori rispetto a quanto avviene finora e nuove presumibili industriale e portuale. c sollecitazioni anche abbastanza significative sui driver di costo e di ricavo. Un primo aspetto di carattere generale riguarda la scala e approvvigionamento Il tema del trattamento dei fanghi inquinati provenienti dal dragaggio dei porti è piuttosto comune, con diversi esempi anche attuali in siti che affacciano sul mare Adriatico (es: porto di Pescara), che mette al riparo da rischi tangibili di fermi di produzione connessi alla scarsità di sedimento. Al contrario, vista la flessibilità soprattutto in presenza di sedimenti con contenuti di sabbie relativamente elevati che rappresenta una promettente opportunità per migliorare il conto economico. Il valore di conferimento del sedimento ha un impatto molto significativo sul conto economico, quindi variazioni sul valore medio di conferimento possono impattare in modo significativo sul valore finale. Qualora il termine di riferimento fosse quindi quello di rifiuti, i mercato per sedimenti portuali inquinati (che si collocano su cifre variabili attorno al centinaio di - diversi fattori (andamento del mercato delle mate difficile indicare con sicurezza andamenti nei prossimi 20 anni dei valori che attualmente variano dai 1000 a 2000 euro/ton e che probabilmente continueranno a salire nel prossimo futuro. Anche le frazioni destinate agli interventi di ingegneria ambientale, nonché quelle inerti derivanti dallo scarto della fusione, possono essere riutilizzate e generare un valore che indicativamente può essere mpianto di generare inerti di diversa tipologia e qualità rende il SEDI.PORT.SIL una filiera che avrà un impatto molto significativo nel prodotti di valore. La prossimità al mare (anzi, ad un porto commerciale in espansione) estende il bacino di utenza ben oltre la provincia di Ravenna, ipoteticamente guardando ostacolo significativo. 117

7 BIBLIOGRAFIA 1. derivanti dal dragaggio PORTuale con relativa produzione di SILicio SEDIPORTSIL - Caso omondo Reclaim Expò Conferenza: Innovazione nella bonifica sostenibile di siti, suoli, sedimenti ed acque contaminati: recenti progetti di ricerca industriale finanziati dalla Commissione Europea (FP7) e altri studi significativi, 9-11 Novembre, Rimini, pp Eco Bonifiche Rifiuti Demolizioni, Novembre, Anno IV, n.17, Catianis I., Ungureanu C., Stanica A., Ulazzi E., Magagnini L., Be aquatorium (Romania, Black Sea): sediments characterization and assessment of sediment 4., 3-7 June, Venice Conf. Ser ero e valorizzazione dei sedimenti di Recycling demolizioni & riciclaggi, n.2 Marzo 2013, pp Rosenberg, E., R. Legmann, A. Kushmaro, E. Adler, H. Abir, and E. Z. Ron. (1996), Oil bioremediation using insoluble nitrogen source, J. Biotechnol sediments of the port of Ravenna and silicon extraction the SEDI.PORT. -15 June, Bologna 118