Schede descrittive progetti di ricerca e tecnologie innovative. Centro di Ricerca

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Laura Brunetti
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1 Centro di Ricerca Istituto per la Sintesi Organica e la Reattività del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISOF) Area della Ricerca Via P. Gobetti Bologna, Italy Tel fax/mess salvatore.emmi@isof.cnr.it Titolo Sanitizzazione di acque e liquami mediante Electron Beam e Processi di Ossidazione Avanzata Obiettivi Purificazione, igienizzazione, decolorazione, deodorazione di acque e liquami. Distruzione di virus e batteri. Linee progettuali Tecnologie senza cloro Si può fare a meno del cloro nella disinfezione delle acque reflue! Oggi, infatti, sono disponibili varie tecnologie eco-sostenibili, più efficaci e rapide del cloro. Fra le tecnologie maggiormente apprezzate troviamo l Osmosi Inversa e i Processi di Ossidazione Avanzata (AOP). Gli AOP, poi, presentano un pregio indiscutibile rispetto a qualsiasi processo di filtrazione: distruggono definitivamente le molecole inquinanti, mentre i processi di filtrazione le separano lasciando irrisolto il problema del loro smaltimento. Lo scalpello molecolare Benché il principio alla base degli AOP fosse noto fin dagli inizi del 1900, la loro applicabilità ambientale ha guadagnato credibilità scientifica negli ultimi anni,

it Titolo Sanitizzazione di acque e liquami mediante Electron Beam e Processi di Ossidazione Avanzata Obiettivi Purificazione, igienizzazione, decolorazione, deodorazione di acque e liquami.

2 di pari passo con l avanzamento delle conoscenze sul comportamento dei radicali liberi. Il principio della tecnologia sta nell attivare il sistema di autodifesa dell acqua: all acqua viene ceduta energia per mezzo di elettroni, luce UV, ultrasuoni o scariche elettriche (Figura 1). In questo modo l acqua si spezza in vari frammenti, uno dei quali è l idrossile (OH), un radicale costituito solo da un atomo di ossigeno e uno di idrogeno. Ebbene, OH agisce come un vero e proprio scalpello demolitore dei composti organici fino a trasformarli in anidride carbonica e acqua purissima (mineralizzazione). Figura 1. Alcune tecnologie utilizzate per attivare un Processo di Ossidazione Avanzata Modularità Spesso lo scopo del trattamento delle acque reflue è di consentirne il riutilizzo in cicli industriali, irrigazione di aree verdi, lavaggio di strade, ecc. per i quali non è necessario perseguire la mineralizzazione completa. In tutti questi casi, i trattamenti AOP possono essere regolati per raggiungere la qualità desiderata. Con gli AOP possono essere trattati da alcuni a migliaia di litri (UV, ultrasuoni, scariche elettriche) o addirittura milioni di litri al giorno (electron beam). Resa energetica La purificazione dell acqua mediante AOP richiede fondamentalmente due ingredienti: energia e la stessa acqua. A seconda che si usino radiazioni UV, ultrasuoni, scariche elettriche o elettroni, la resa energetica varia fino a raggiungere l 80%. Batteri, virus e liquami Tutti gli AOP esplicano anche un potere battericida attraverso l azione chimica dello stesso radicale idrossile. Alcuni inoltre, come l electron beam e le radiazioni UV-C, aggiungono all azione chimica anche quella fisica, uccidendo batteri e virus per azione diretta sul loro DNA. L electron beam, però, a differenza delle radiazioni luminose, riesce a penetrare anche acque torbide e liquami e pertanto opera una sterilizzazione più efficiente.

In questo modo l acqua si spezza in vari frammenti, uno dei quali è l idrossile (OH), un radicale costituito solo da un atomo di ossigeno e uno di idrogeno.

3 Risultati Policlorobifenili (PCB), clorofenoli (CP), composti insaturi e aromatici in genere, coloranti e detergenti vengono trasformati da OH in molecole meno tossiche con rapidità ed efficacia. Un archivio di pubblico dominio raccoglie questi dati presso il Notre Dame Radiation Laboratory ( Università di Notre Dame, Indiana, e il National Institute of Standard and Technology, USA ( Esso viene continuamente aggiornato con i dati provenienti da laboratori di tutto il mondo. Il nostro Istituto partecipa alla raccolta dei dati, monitorando le reazioni del radicale OH verso inquinanti di nuova produzione (emergenti), fra cui nuovi pesticidi, antiossidanti alimentari e per cosmesi, sedativi, antibiotici e Figura 2. Impianto electron beam industriale preceduto da uno stadio di rimozione solidi e seguito da un trattamento biologico. Figura 3. Scansione elettronica di flussi d acqua a getto laminare (cortesia Bumsoo Han). tensioattivi alchilfenolici. Questi ultimi, in particolare, esplicano un azione di disorientamento ormonale (endocrine disrupters) e, nonostante i processi di depurazione in atto, la loro presenza è stata rilevata in crostacei, acciughe, sgombri e sogliole del Mare Adriatico (F. Ferrara et al., Chemosphere 2005, 59, 1145). Presso ISOF, una linea di ricerca ne studia la distruzione comparativa con vari AOP. Gli impianti Electron Beam Lo schema di un collaudato impianto electron beam è rappresentato da una fase di pre-trattamento con elettroni energizzati associata ad uno biologico (Figura 2).

edu), Università di Notre Dame, Indiana, e il National Institute of Standard and Technology, USA (www.nist.gov/srd/chemkin.htm).

4 Lo schema di Figura 3 mostra la configurazione della scansione elettronica di flussi d acqua a getto laminare. Il trattamento viene effettuato in aria e a temperatura ambiente. Un tipico impianto industriale electron beam permette di decolorare e igienizzare convenientemente fino a cento milioni di litri di reflui tessili al giorno, portando a riutilizzi dell 80% (Figura 4). Economicità, sostenibilità ed efficienza energetica figurano fra i risultati di maggior rilievo. Figura 4. Acceleratore di elettroni a tre canali per trattamento di acque reflue (EB-Tech) STOP al trasporto di contaminanti da distruggere Figura 5. Impianto E-beam mobile (W. Cooper, Urban Water Research Center, Irvine, California) Unità mobili per bonifiche electron beam saranno commercialmente disponibili entro due-tre anni. Gli impianti mobili permetteranno bonifiche in situ, su liquami zootecnici, su bacini oggetto di inquinamento (accidentale, vandalico o terroristico), su contaminanti abbandonati, stock di pesticidi banditi, oli industriali di scarto, ecc Potendo spostarsi sul sito contaminato, l impianto eviterà il trasporto dei prodotti tossici da distruggere. Il prototipo di questi impianti mobili, attualmente presso l Urban Water Research Center, Università della California, Irvine, è mostrato in Figura 5. Multiutenza L unità mobile si presta ad un utilizzo multiutenza (consorzi e imprese di bonifica) con ovvi vantaggi circa investimento finanziario e manutenzione tecnica.

Economicità, sostenibilità ed efficienza energetica figurano fra i risultati di maggior rilievo. Figura 4.

5 L Istituto ISOF-CNR Circa gli argomenti sopra esposti il ns. Istituto può: Effettuare ricerche su richiesta circa la distruzione di contaminanti per mezzo di electron beam, UV e ultrasuoni. Offrire assistenza scientifica e tecnologica per lo sviluppo di reattori AOP. Offrire consulenza per l acquisto di impianti electron beam. Per ulteriori informazioni consultare i siti e Coordinatore Dott. Salvatore Emmi salvatore.emmi@isof.cnr.it Contatto Dott. Biagio Esposito ISOF-CNR Via P. Gobetti, Bologna esposito@isof.cnr.it Tel Fax: Sede del laboratorio ISOF-CNR TECNOPOLO AMBIMAT CONSORZIO PROAMBIENTE AREA DELLA RICERCA DEL CNR VIA P. GOBETTI BOLOGNA

processidiossidazioneavanzata.it e www.electronbeam.it Coordinatore Dott. Salvatore Emmi E-mail: salvatore.emmi@isof.cnr.it Contatto Dott. Biagio Esposito ISOF-CNR Via P.

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Nome ditta/centro di ricerca Istituto per la Sintesi Organica e la Reattività del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISOF) Area della Ricerca Via P. Gobetti 101 40129 Bologna, Italy Tel. + 39 051