Trattamenti termici. I trattamenti di termodistruzione sono in grado di eliminare la maggior parte dei contaminanti organici presenti nel terreno;

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1 Trattamenti termici I trattamenti di termodistruzione sono in grado di eliminare la maggior parte dei contaminanti organici presenti nel terreno; In relazione alla temperatura alla quale si opera, si può arrivare fino alla vetrificazione del terreno, talora utilizzata per immobilizzare anche i metalli pesanti: DESORBIMENTO; PIROLISI; INCENERIMENTO; VETRIFICAZIONE.

2 Trattamenti termici I trattamenti di termodistruzione sono in grado di eliminare la maggior parte dei contaminanti organici presenti nel terreno C Desorbimento dalla matrice, vaporizzazione e separazione dei contaminanti. Desorbimento termico C Trasformazione delle sostanze organiche pericolose in composti gassosi (incompleta) assenza di agenti ossidanti Pirolisi ( C) Distruzione dei contaminanti Termodistruzione ( C) Trasformazione del rifiuto in una massa solida vetrosa, inerte C Vetrificazione ( C)

3 BARRIERE PERMEABILI REATTIVE; ESTRAZIONE CON SOLVENTI; TRATTAMENTI REDOX; IDROLISI; ELETTROCINETICA. Metodologie chimiche Questi trattamenti sono progettati per allontanare o distruggere le sostanze inquinanti, ovvero per trasformarle in altre ambientalmente meno pericolose mediante opportune reazioni chimiche tra il contaminante presente nel terreno ed un agente chimico prescelto

4 Barriere permeabili reattive (PRB) Barriera: indica un ostacolo fisico alla diffusione dell inquinante; H 2 O contaminata In idrogeologia il plume detto anche pennacchio è quella parte di un acquifero sotterraneo, che in una situazione di contaminazione da sostanze pericolose, trasporta le sostanze contaminanti. barriera acqua contaminata H 2 O trattata

5 Barriere permeabili reattive (PRB) Zona di trattamento costituita da materiale reattivo, installata nel sottosuolo, in modo da intercettare il pennacchio contaminato

6 Barriere permeabili reattive (PRB) È un sistema relativamente semplice da un punto di vista concettuale e realizzativo: È un sistema passivo (gli inquinanti vengono trasportati verso la zona reattiva solo per effetto del gradiente idraulico) che non richiede energia per il suo funzionamento: pertanto si riducono i costi e le operazioni Conducibilità idraulica del materiale reattivo maggiore o uguale a quella dell acquifero

7 Trattamenti redox (in situ) Processi di ossidazione Fattori condizionanti: concentrazione di O 2 nella fase liquida, impurità presenti, concentrazioni e proprietà chimiche dei composti inquinanti.; Potenziale redox degli inquinanti < a quello del terreno (0,8 V) Le reazioni di ox- rid. hanno luogo sulla superficie del minerali argillosi; Contenuto di H 2 O (grado di saturazione) è un importante elemento; I reattivi più utilizzati sono: O 3 e H 2 O 2; Vantaggi : Possibilità di trattare numerosi composti: solventi aromatici; IPA e prodotti petroliferi; triazina; fitofarmaci organofosforici e carbammatici.

8 Ossidazione chimica in situ Iniezione di sostanze chimiche ossidanti (perossido di idrogeno, permanganato di potassio, ozono) in presenza di catalizzatori: si ottengono come prodotti finali acqua e anidride carbonica oppure composti più semplici come intermedi di reazione. Composti trattati: solventi aromatici, IPA e prodotti petroliferi.

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10 Ossidazione chimica in Situ Condizioni che garantiscono il successo del trattamento: : Efficacia della reazione di ossidazione; Controllo dello svolgimento della reazione; Effettiva distribuzione dei reagenti nelle zone contaminate.

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12 Ossidazione chimica in Situ Vantaggi Elevata velocità di trattamento; Semplicità di applicazione; Non necessita di escavazione del terreno contaminato; Non produce residui e/o rifiuti Svantaggi Possibilità di reazioni incontrollate, esotermiche con determinati reagenti; Possibilità di formazione di composti intermedi tossici; Un flusso eccessivo dei reagenti immessi può causare la mobilizzazione di contaminanti da porzioni dell acquifero con possibilità di migrazione dei contaminanti al di fuori della zona di trattamento; Comporta l introduzione di reagenti chimici nell ambiente; Può risultare un trattamento costoso se le caratteristiche del sito non sono idonee (elevata percentuale di carbonati o bicarbonato per il Fenton (carbonati e bicarbonati consumano OH per produrre CO 3 -) e di sostanza organica nel suolo e/o nelle acque sotterranee..

13 Processi di ossidazione Il potenziale redox degli ossidanti deve essere maggiore di quello dei contaminanti La tecnica si può applicare a: BTEX) (benzene, toluene, etilbenzene,xilene); Composti volatili alogenati; Composti volatili non alogenati; IPA; Molti altri composti organici (Triazina, fitofarmaci organo fosforici e carbammati.

14 Processi di ossidazione Limiti: Non è sempre possibile un efficienza elevata del trattamento; la distribuzione ed erogazione del reattivo ossidante può presentare difficoltà; Il processo può indurre effetti dannosi.

15 Trattamenti redox Processi di riduzione Utilizzati per il risanamento di siti contaminati da sostanze organiche; Il reattivo viene consumato per effetto delle reazioni di riduzione e a seguito della sua reazione; ph del terreno 6 e 8; l umidità del terreno 60 80% (sottosaturazione); I reagenti più comuni possono essere in forma liquida, gassosa e colloidale; In laboratorio sono stati studiati i comportamenti di solfiti, tiosolfati, idrossilammine in condizioni anossiche; Uno dei gas più utilizzati è il solfuro di idrogeno, mentre allo stato colloidale si impiega il Fe(0) o il Fe(II); Il solfuro di idrogeno in forma gassosa è impiegato per la riduzione del Cr(VI) in Cr(III) che ha una bassa solubilità; Il solfuro a sua volta si trasforma in solfato che è un prodotto non pericoloso.

16 Processi di riduzione Trattamenti redox in situ * Le sostanze contaminanti vengono intercettate attraverso pozzi di iniezione verticali o orizzontali, o di fratture idrauliche Svantaggi: Possibile tossicità, mobilità e degradabilità dei prodotti delle reazioni stesse; Necessità di immettere nel terreno dei metalli quali catalizzatori; I trattamenti di riduzione risultano costosi e non consolidati; Sono applicabili solo ad aree di limitata estensione; Sono applicabili solo ad aree di limitata estensione ed ai seguenti contaminanti: Cr(VI) e solventi clorurati se si impiega ferro colloidale; Metalli come Cr se si usa idrogeno solfuro gassoso.

17 Estrazione elettrocinetica in situ Applicazione di una corrente elettrica a fanghi, sedimenti, suoli, acquiferi contaminati, caratterizzati da alta porosità, ma bassa permeabilità all acqua e all aria. Si applica una corrente continua mediante due elettrodi infissi nel terreno; tale corrente causa la mobilizzazione degli ioni e delle particelle d acqua verso gli elettrodi. Decontaminazione da contaminanti come: 1) Metalli pesanti; 2) Radionuclidi; 3) Contaminanti organici Lo scopo è quello di influenzare la migrazione dei contaminanti in un impostato campo elettrico per mezzo di elettroosmosi, elettromigrazione e/o elettroforesi.

18 Decontaminazione elettrocinetica Meccanismi attraverso cui avviene la migrazione: Elettromigrazione, sotto gradiente elettrico o elettroforesi: movimento di ioni o particelle; Elettrosmosi: movimento di un fluidi contenente ioni; il movimento dipende dalla carica (polarità ed entità) e dalla concentrazione del contaminante; Per le specie non ioniche la movimentazione dipende solo dal flusso osmotico.

19 Decontaminazione elettrocinetica Potenzialmente applicata con successo per l estrazione dal terreno di metalli pesanti, arsenico, anioni (nitrati e solfati) cianuri, alcune tipologie di contaminanti organici (acido acetico, fenoli, benzine, gasolio, oli lubrificanti, idrocarburi alogenati, composti organici non alogenati, composti policiclici aromatici), radionuclidi, esplosivi; Range di concentrazioni variabili da pochi ppm a decine di migliaia

20 Decontaminazione elettrocinetica Limiti: Solubilità del contaminante; Processo non efficiente quando la concentrazione della molecola è bassa; Lo spostamento delle molecole verso l elettrodo potrebbe essere difficoltoso e incompleto; Reazioni di elettrolisi potrebbero causare cambiamenti di ph nelle vicinanze degli elettrodi variando la solubilità dei contaminanti; La presenza nel sottosuolo di corpi metallici conduttori o isolanti, riduzioni/ossidazioni, e cambiamenti di ph indotti dalla reazione dell elettrodo potrebbero ridurre l efficienza del processo; La precipitazione di specie nelle vicinanze del catodo può impedire il processo.

21 Decontaminazione elettrocinetica Sistemi di controllo del processo Sistema di estrazione Trattamento ANODO + (a sin. OH F Cl NO 3 CN PO 4 3- CATODO - (a dx) Ca 2+ H + Cu 2+ Pb 2+ al centro: ZONA CONTAMINATA

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23 in Situ Electrokinetic Remediation of Metal Contaminated Soils Tecnology Status Report

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25 Dealogenazione chimica ex situ Il processo di dealogenazione prevede un mescolamento del terreno contaminato con un reagente, il riscaldamento. La miscela suolo più reattivo viene riscaldata in un reattore: I composti contenenti alogeno subiscono una decomposizione o una parziale volatilizzazione del contaminante; il reagente chimico utilizzato è l APEG costituito da un idrossido di un metallo alcalino terroso, come KOH o NaOH e polietilenglicole (PEG). Lavaggio del suolo Rimozione di acqua Suolo pulito

26 Estrazione con solvente (ex situ) Prima dell estrazione sono previsti degli stati di separazione fisica per suddividere il terreno in frazioni granulometriche; è usata in combinazione con altre tecnologie: Solidificazione/stabilizzazione; Incenerimento; Soil Washing; in funzione delle condizioni sito specifiche. Applicabilità: composti organici volatili; Solventi alogenati; Derivati del petrolio; Limiti: Elevati contenuti di argilla possono ridurre l efficienza di estrazione ed indurre tempi più lunghi.

27 Processi di idrolisi (in situ) Possono essere trattati composti organici e inorganici Le reazioni di idrolisi sono influenzate da: temperatura; Legame inquinante terreno; Presenza di catalizzatori; ph

28 DESORBIMENTO TERMICO ex situ Separazione fisica di contaminanti organici dalla matrice; Riscaldamento diretto o indiretto a temperature che variano da 150 C a 500 C; il sistema permette la volatilizzazione dei contaminanti. Applicabilità: Composti organici volatili; Composti organici semivolatili; pentacloro fenoli; Pesticidi, erbicidi; Alogenati volatili.

29 DESORBIMENTO TERMICO ex situ Contaminanti organici Classi di inquinati Efficienza di rimozione su suolo e sedimenti Alogenati volatili # Alogenati semi - volatili # Non alogenati volatili # Non alogenati semi - volatili # PCBs # Pesticidi # Diossine Furani # Cianuri organici Organici corrosivi Applicabile con efficienza limitata # = applicabilità con elevata efficienza

30 DESORBIMENTO TERMICO ex situ Contaminanti inorganici Classi di inquinanti Metalli volatili Metalli non volatili Amianto Materiali radioattivi Inorganici corrosivi Cianuri inorganici Efficienza di rimozione su suolo e sedimenti Applcabilità con efficienza limitata # = applicabilità con elevata efficienza

31 Incenerimento ex situ Decontaminazione di suoli inquinati da sostanze organiche; Gli inquinanti sottoposti a temperature superiori a 500 C, in presenza di O 2 vengono sottoposti a volatilizzazione, combustione e distruzione. Applicabilità: Alogenati volatili; Alogenati semivolatili; Non alogenati volatili; Non alogenati semivolatili; PCB; Pesticidi; Diossine e Furani; Cianuri organici; Organici corrosivi. Limiti: I metalli pesanti non vengono distrutti; I metalli alcalini come Na + e K + possono causare un severo attacco al refrattario del forno e formare un particolato sottile, che potrebbe causare problemi al sistema di depurazione del gas; I suoli argillosi possono richiedere una riduzione della dimensione dei grani;

32 ESTRAZIONE CON SOLVENTE ex situ PROCESSI DI IDROLISI IN SITU possono essere trattati composti organici e inorganici; DESORBIMENTO TERMICO ex situ consente la separazione fisica di contaminanti organici dalla matrice mediante un riscaldamento diretto o indiretto a temperature che variano da 150 C a 500 C; il sistema permette la volatilizzazione dei contaminanti. Applicabilità: Composti organici volatili; Composti organici semivolatili; pentacloro fenoli; Pesticidi, erbicidi; Alogenati volatili. INCENERIMENTO ex situ decontaminazione di suoli inquinati da sostanze organiche; gli inquinanti sottoposti a temperature superiori a 500 C, in presenza di O 2, vengono sottoposti a volatilizzazione, combustione e distruzione; PIROLISI ex situ è una degradazione termica a temperature comprese tra 400 e 800 C, in assenza di ossigeno; VETRIFICAZIONE in situ È una tecnologia che permette di trasformare il contaminante/rifiuto tossico nocivo in una massa solida vetrosa e inerte, Utilizza elettrodi

33 INCENERIMENTO ex situ

34 Le tecnologie di incenerimento prevedono un riscaldamento dei materiali tra 650 e 980 C Un postcombustore o una camera di combustione secondaria, è generalmente richiesto per realizzare la distruzione completa dei residui organici volatilizzati. Tutti i processi producono un residuo cenere.

35 INCENERIMENTO ex situ Contaminanti organici Classi di inquinati Efficienza di rimozione su suolo e sedimenti Alogenati volatili # Alogenati semi - volatili # Non alogenati volatili # Non alogenati semi - volatili # PCBs # Pesticidi Diossine Furani # Cianuri organici Organici corrosivi non applicabile # = applicabilità con elevata efficienza

36 INCENERIMENTO ex situ Contaminanti inorganici Classi di inquinanti Efficienza di rimozione su suolo e sedimenti Contaminanti reattivi Metalli volatili Metalli non volatili Amianto Materiali radioattivi Inorganici corrosivi Cianuri inorganici Ossidanti Riducenti

37 PIROLISI ex situ è una degradazione termica a temperature comprese tra 400 e 800 C, in assenza di ossigeno; Degradazione termica in assenza di (O 2 ) ossigeno Il processo termico trasforma le sostanze organiche pericolose in composti gassosi e residui carboniosi, sotto raffreddamento la componente gassosa, condensa lasciando un residuo oleoso (tar); i prodotti gassosi sono costituiti da CO, H 2, CH 4 e altri idrocarburi a basso peso molecolare. Limiti: temperatura; Velocità di riscaldamento; Pressione; Granulometria del materiale di alimentazione; ph

38 PIROLISI ex situ è una degradazione termica Degradazione termica in assenza di (O 2 ) ossigeno; Processo termico che trasforma le sostanze organiche pericolose in composti gassosi (CO, H 2, CH 4 ) e residui carboniosi (idrocarburi a basso peso molecolare); Applicabilità: Alogenati volatili; Alogenati semivolatili; Non alogenati volatili; Non alogenati semi volatili; PCB; Pesticidi; Diossine Furani; Cianuri organici; Limiti Temperatura; Tempo di residenza; Velocità di riscaldamento; Pressione; Granulometria del materiale di alimentazione; ph

39 PIROLISI Composti organici Classi di inquinati Efficienza di rimozione su suolo e sedimenti Alogenati volatili # Alogenati semi - volatili # Non alogenati volatili # Non alogenati semi - volatili PCBs Pesticidi # Diossine Furani # Cianuri organici # Organici corrosivi non applicabile # = applicabilità con elevata efficienza

40 PIROLISI Contaminanti inorganici Classi di inquinanti Efficienza di rimozione su suolo e sedimenti Contaminanti reattivi Metalli volatili Metalli non volatili Amianto Materiali radioattivi Inorganici corrosivi Cianuri inorganici Ossidanti Riducenti

41 VETRIFICAZIONE in situ il processo di vetrificazione può essere scomposto in due fasi principali: Una prima fase di riscaldamento del terreno fino a temperature di C che causa l iniziale fusione del suolo; Una seconda fase di rapido raffreddamento, che porta alla formazione di una massa amorfa e non cristallina; Questa tecnologia utilizza una serie di elettrodi che sono inseriti nell area contaminata, per un riscaldamento in situ. La potenza applicata agli elettrodi provoca un riscaldamento del suolo circostante fino ad una temperatura di 2000 C, che è ben al di sopra della temperatura di fusione del suolo; la corrente così trasferita provoca la fusione del terreno; la vetrificazione incorpora metalli e ogni contaminante presente.

42 VETRIFICAZIONE in situ utilizza elettrodi La potenza applicata agli elettrodi provoca un riscaldamento del suolo fino ad una temperatura di 2000 C; La vetrificazione incorpora metalli e ogni contaminante presente; I prodotti pirolizzati migrano alla superficie della zona vetrificata, dove si ossidano. applicabilità: Grande varietà di contaminanti organici ed inorganici; Nonché inquinanti radioattivi. Limiti: Il contenuto di umidità Influisce sui costi; La profondità massima raggiunta dalla V è influenzata dallo spazio tra gli elettrodi, dalla potenza, dalla variazione della composizione dei diversi strati del suolo, dalla permeabilità, dalla perdita di calore in superficie e dalla densità del suolo e dei contaminanti; Presenza di cavità, rocce, rotami metallici, di strati concentrati di contaminanti.

43 VETRIFICAZIONE in situ È una tecnologia che permette di trasformare il contaminante/rifiuto tossico nocivo in una massa solida vetrosa e inerte, Utilizza elettrodi Schema del processo di vetrificazione in situ

44 vetrificazione in situ Contaminanti organici Classi di inquinati Efficienza di rimozione su suolo e sedimenti Alogenati volatili # Alogenati semi - volatili # Non alogenati volatili # Non alogenati semi - volatili # PCBs # Pesticidi non applicabile Diossine Furani # Cianuri organici non applicabile Organici corrosivi # # = applicabilità con elevata efficienza

45 vetrificazione in situ Contaminanti inorganici Classi di inquinanti Efficienza di rimozione su suolo e sedimenti Metalli volatili # Metalli non volatili # Amianto # Materiali radioattivi # Contaminanti reattivi Inorganici corrosivi Cianuri inorganici Ossidanti Riducenti potenzialmente efficiente potenzialmente efficiente potenzialmente efficiente potenzialmente efficiente