SEMINARIO SCIENTIFICO

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Feliciano Ranieri
7 anni fa
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1 SEMINARIO SCIENTIFICO Rimozione dell arsenico nelle acque destinate al consumo umano, il caso Lazio, il ruolo e l approccio dell Ingegnere Viterbo Sala delle Conferenze della CCIAA -Via F. Rosselli, 4 Venerdì 26 Giugno ore 14,30 TECNOLOGIE PER LA RIMOZIONE DELL ARSENICO Ing. FRANCESCO TRETA

3 Ricostruzione dei limiti delle principali unità eruttive; la ricostruzione è stata ottenuta integrando i dati geologici di superficie e i dati derivanti dalle stratigrafie di sondaggio

4 Superfici delimitanti i principali complessi idrogeologici. Per ciascun sondaggio le sfere rappresentano l attributo complesso idrogeologico, i dischi colorati l attributo permeabilità.

5 Andamento della superficie relativa al livello statico (in blu i valori maggiori di profondità), dati di Temperatura (in blu le T minori) e DEM dell area del Lago di Vico. Il confronto tra dati consente di evidenziare la corrispondenza tra abbassamento del livello statico e una difformità nel bordo calderico; così come risulta possibile evidenziare aree di anomalia in cui approfondire lo studio.

7 La presenza di arsenico nelle acque sotterranee nella zona Cimino-Vicanaè di origine geogenica e principalmente connessa con i processi Idrotermali I processi di risalita di fluidi idrotermali dall acquifero carbonaticoprofondo possono essere la causa dell arricchimento in elementi minori come B, Li, As e F osservato nelle acque Vi è forte correlazione tra contenuto di arsenico e temperatura dell acqua Profonde fratture vulcano-tettoniche essenzialmente localizzate in corrispondenza del lago di Vico favoriscono la risalita di fluidi idrotermali ed il processo di mescolamento tra acque di ricarica (infiltrazione diretta) e fluidi verticali profondi Laddove l acquifero vulcanico è separato dall acquifero profondo (assenza di mescolamento) la concentrazione di arsenico nelle acque è inferiore a 10 μg/l.

9 PROCESSI DI PRECIPITAZIONE PROCESSI DI ADSORBIMENTO PROCESSI A SCAMBIO IONICO PROCESSI A MEMBRANA

10 PROCESSI DI PRECIPITAZIONE Precipitazione/coprecipitazione Coagulazione Addolcimento con calce

11 PROCESSI DI ADSORBIMENTO Allumina attivata Ossidi/idrossidi di Fe Sabbie attivate con idrossidi di Fe(IOCS) Ferro zero valente Fe(0) Ossidi di Titanio Derivati del chitosano Zeoliti

12 PROCESSI A SCAMBIO IONICO Resine a scambio ionico

13 PROCESSI A MEMBRANA Microfiltrazione Ultrafiltrazione Nanofiltrazione Osmosi inversa Elettrodialisi

14 Coagulazione/flocculazione: Prevede la rimozione dell As sfruttando la proprietà di specifici coagulanti quali sali di alluminio (Al2(SO4)3) o di ferro (Fe2(SO4)3 e FeCl3) Esempio con solfato di alluminio: Dissoluzione dell alluminio Al 2 (SO 4 ) 3 18 H 2 O = 2 Al SO H 2 O Precipitazione dell alluminio 2 Al H2O = 2 Al(OH)3 + 6 H + Co-precipitazione dell As H2AsO4- + Al(OH)3 = Al As (complesso) + altri prodotti Viene rimosso l arsenico in forma anionica Visto che la forma As(III) è presente in forma non ionizzata (H3AsO3) è necessario un trattamento di pre-ossidazione ad As(V) (H2AsO4-) Rendimento 90% ph ottimale: 6-7 In assenza di ossidazione le rese di rimozione sono molto limitate (10% circa)

15 Precipitazione con sali di ferro Idrolisi dei sali di Fe in acqua porta alla formazioni di idrossido di ferro Reazioni tra idrossido di ferro e arsenato FeOHo+ AsO H + FeH 2 AsO 4 + H 2 O FeOHo+ AsO H + FeHAsO 4- + H 2 O Rimozione dell arsenico in forma anionica necessaria pre-ossidazione Rendimento 75-95% Scarsa influenza del ph Addolcimento con calce Formazione di carbonato di Ca, idrossido di Mn e Fe η>90% Elevato dosaggio di reattivo Resa fortemente influenzata dal ph(>80% solo se ph>10) Elevata produzione di fango

16 EFFETTO DELLA CONCENTRAZIONE DIFeCl 3 E DELL OSSIDAZIONE % abbattimento tal quale % abbattimento + ipoclorito 20 mg (ph 8) resa impianto mg/l Fe

17 ph Reduction w ith C O Residual As, ug/l ph 6.0 ph Fe Cl3 D ose, mg/l

18 As Removal as a Function of Silicate and ph Effluent As, ug/l ph 6.5 ph 7.5 ph Silicate, mg/l

22 OSSIDI E IDROSSIDI DI FERRO (a-feooh, b-feooh) Adsorbimento dell As per effetto delle interazioni molecolari tra l Ase i siti attivi (Fe-OH) presenti sulla superficie del materiale attraverso la formazione di legami covalenti e interazioni elettrostatiche Fe-OH + AsO H + FeH 2 AsO 4 + H 2 O Fe-OH + AsO H + FeHAsO 4- + H 2 O Fe-OH + AsO H + FeAsO H 2 O Fe-OH + AsO H + FeH 2 AsO 3 + H 2 O Fe-OH + AsO H + FeHAsO 3- + H 2 O

23 OSSIDI E IDROSSIDI DI FERRO (α-feooh, β-feooh) Rendimento > 95% Poco sensibile allo stato di ossidazione dell As Poco sensibile alle variazioni di ph Durata BV Oggi possibile rigenerazione del materiale (NaOH) eluati Concentrazioni finali di As molto basse (<5 mg/l) Composti interferenti: fosfati, solfati, silicati..

24 Allumina attivata (Al 2 O 3 granulare) SCALA DI SELETTIVITA DELL ALLUMINA OH - > H 2 AsO 4- > Si(OH) 3 O - > F - > HSeO 3- > SO 4 2- >> H 3 AsO 3 Maggiore affinità per arseniato rispetto ad arsenito (necessaria ox.) OH - principali ioni competitori ph ottimale 5,5-6 TDS<1000mg/L, SO 4 2- <360 mg/l, F - <2mg/L, SiO 2 <50mg/L, Cl - 250mg/L, Fe 3+ <0,5 mg/l, Mn 2+ <0,05 mg/l Rendimento > 95% Rigenerazione perde anche il 30% della capacità adsorbente Sostituzione del letto ogni 3-4 rigenerazioni

25 IOCS (Iron Oxide Coated Sand) η circa del 95% Influenza del ph: ph ottimale 5-7 (phzpc=9-10) Influenza dello stato di ossidazione + efficace su As(V) Ioni interferenti (PO 4 ---, SO 4 -- e Cl - ) Rigenerazione come AA ma poco efficace (rimuove solo 50% As) Sabbie verdi al manganese ossidazione in simultanea con rimozione dell As Rendimenti maggiori a ph = 5 Cinetica più lenta (tc>15 )

30 Resine SINTETICHE ANIONICHE FORTI (caricate positivamente) rimuovono le specie ioniche dell As(V), mentre non rimuovono l As(III) perché non caricato Resine + utilizzate Gruppo funzionale a carica positiva debolmente basico (ammine 3 arie N(CH3)2) o fortemente basico (ammine 4 arie N(CH3)3 + ) Ione mobile negativo (Cl-) scambiato con H2AsO4 - R Cl - + H2AsO4 - R H2AsO4 + Cl - Resine funzionalizzate con ossidi di ferro Rendimento > 90% ph di lavoro compreso tra 6 e 9 Ioni competitivi (SO 4 2- <50 mg/l, NO 3- <50 mg/l) Problemi fouling e precipitati di Fe e Mn Rigenerazione resine (NaCl) eluati

43 Alternative di non trattamento Albero 1: Alternativa di non trattamento Selezione del trattamento Albero 2: Selezione del trattamento Albero 2a: Coagulazione/filtrazione Albero 2b: Addolcimento con calce Albero 2c: Ossidazione/filtrazione (deferizzazione) Selezione di un nuovo trattamento Albero 3: Selezione di un nuovo trattamento Albero 3a: Scambio ionico Albero 3b: Processi di adsorbimento Albero 3c: Filtrazione e processi a membrana

53 Total As Concentration (µg/l) # of Bed Volumes to 10 µg/l As(III) Breakthrough Media # BV GAC <100 Zeocros <100 G2 <100 CPN AA 300 AAFS Aqua-Bind MP 700 E33 4,700 MetSorb 5,000 As:Xnp 6,500 GFH(2) 18,800 GFH(1) 22,500 ARM , ,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 40,000 45,000 Run Length (#BV) CPN AA AAFS50 Aqua Bind MP G2 GAC Zeocros MetSorb As:Xnp E33 ARM 200 GFH 1 GFH 2

54 O p e ra t io n T im e ( h r) Total As Concentration (ξg/l) , , , , , , , , , ,5 0 0 # o f B e d V o lu m e s to 1 0 ξ g /L A rs e n ic B re a k th r o u g h M e d ia # B V A R M ,6 0 0 G 2 4,5 0 0 C P N A A 7,2 0 0 A A F S 5 0 9,0 0 0 E ,0 0 0 G F H 6 5, , , , , , , R u n L e n g t h ( # B V ) C P N A A A A F S 5 0 A R M G 2 E 3 3 G F H

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