Riduzione, Adsorbimento, Precipitazione di metalli pesanti mediante ferro elementare, solfuro di ferro e minerali reattivi

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Cornelia Mariotti
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1 Riduzione, Adsorbimento, Precipitazione di metalli pesanti mediante ferro elementare, solfuro di ferro e minerali reattivi Ph.D ing. Alberto Leombruni Convegno sul tema: Reagenti innovativi per la bonifica di falde contaminate Ferrara, 23 Settembre 2015

PeroxyChem: soluzioni ambientali di bonifica PeroxyChem è leader mondiale nell ambito delle tecnologie di bonifica di terreni ed acquiferi

Tendiamo a seguire e supportare gratuitamente il cliente in ogni singola fase dell intervento, dalla scelta iniziale della strategia di trattamento

2 PeroxyChem: soluzioni ambientali di bonifica PeroxyChem è leader mondiale nell ambito delle tecnologie di bonifica di terreni ed acquiferi contaminati. Tendiamo a seguire e supportare gratuitamente il cliente in ogni singola fase dell intervento, dalla scelta iniziale della strategia di trattamento alla fase di dimensionamento e fino al monitoraggio post-applicazione Il ns gruppo: Più di 20 professionisti del settore ambientale Più di 5 ingegneri Ph.D. Più di 25 anni di tecnologie innovative brevettate t per il risanamento di suoli ed acquiferi i La Ns esperienza: Collaborazione con FMC Corporate su precedenti siti Oltre tons di terreni trattati nel 2014 Migliaia di siti trattati in tutto il mondo Le Ns capacità: Due laboratori specializzati in ricerca e studi di fattibilità Supporto tecnico durante l intero iter di bonifica Una vasta gamma di tecnologie di bonifica

Sviluppo della tecnologia: esperienze pregresse I prodotti EHC e EHC Metals sono risultati molto efficaci nel trattamento di contaminazioni in falda da cromo, arsenico, piombo, zinco

Meccanismo alla base : (a) creazione di forti condizioni riducenti attraverso la corrosione del ferro ed il consumo biologico di Ox (b) fermentazione del carbone organico e riduzione

Spazio ad ulteriori implementazioni Contaminazioni da metalli pesanti possono risultare altamente tossiche.

3 Sviluppo della tecnologia: esperienze pregresse I prodotti EHC e EHC Metals sono risultati molto efficaci nel trattamento di contaminazioni in falda da cromo, arsenico, piombo, zinco ed altri metalli in numerosi siti. Meccanismo alla base : (a) creazione di forti condizioni riducenti attraverso la corrosione del ferro ed il consumo biologico di Ox (b) fermentazione del carbone organico e riduzione biologica dei solfati (c) conversione dei minerali non reattivi in minerali reattivi, generandone di nuovi stabili ed insolubili. Spazio ad ulteriori implementazioni Contaminazioni da metalli pesanti possono risultare altamente tossiche. Preferenza a processi abiotici dal momento che i processi biologici potrebbe risultare rallentati e/o inibiti. (es. fermentazione del carbonio, consumo di ossigeno, riduzione dei solfati). Pertanto meccanismi basati su ferro Pertanto, meccanismi basati su ferro, solfuri di ferro ed altri minerali reattivi (portatori di ferro) presentano vantaggi grazie all elevata stabilità dei precipitati metallici generati ed alla loro rispettiva bassa solubilità in H 2 0.

4 Sviluppo della tecnologia R&S focalizzata su reagenti che avessero combinato la riduzione chimica con l adsorbimento e la precipitazione. L approccio usato è stato quello di creare una miscela effettiva iniettabile di agenti riducenti, minerali reattivi, attivatori minerali, catalizzatori, stabilizzatori di ph ed elementi adsorbenti. I principali componenti sono: ZVI, solfuri ed ossidi di ferro opportunamente ingegnerizzati, carbonati e silicati inorganici (brevettati), carbone attivo colloidale l e sali di fosfato. f 2 principali metodologie di trattamento in base alle condizioni sito-specifiche ed alla contaminazione i presente: Approccio 1 (ISCR Biotico) - ZVI + C Organico+ Riduzione di solfati (solfuro) Approccio 2 (ISCR Abiotico) - ZVI + solfuri di fe + Ossidi di fe ± regolatore di ph ± PAC

5 Approccio 1 (ISCR Biotico) ZVI + C Organico+ Riduzione di solfati (solfuro) Approccio costruttivo : facilita la creazione di un ambiente riducente con adeguati Fe +2 e solfuri mediante ZVI/ carbone organico/reagente con solfati (EHC Metals) Dipende dall attività biologica (riduzione dei solfati) di creazione dei solfuri (biogenico = ad elevata superficie) e può essere inibita in ambienti fortemente tossici Fornisce una sorgente di ferro allo stato ferroso in grado di attivare minerali autoctoni (es. ossidi di ferro, argille) e colloidi organici Formulazione solida che necessita di applicazioni in pressione o soil mixing Facile da gestire/ nessun problema di salute & sicurezza Longevità: elevata (anni) Trattamento simultaneo anche di composti clorurati Mantenuti valori naturali di ph per molti metalli pertanto nessuna risolubilizzazione dei precipitati causa un eventuale cambio di ph

Approccio 2 (ISCR Abiotico) ZVI + solfuri di ferro+ Ossidi di ferro ± regolatore di ph ± PAC Approccio Finito : Reagenti inorganici ingegnerizzati per favorire più meccanismi di rimozione dei

6 Approccio 2 (ISCR Abiotico) ZVI + solfuri di ferro+ Ossidi di ferro ± regolatore di ph ± PAC Approccio Finito : Reagenti inorganici ingegnerizzati per favorire più meccanismi di rimozione dei metalli, comprendendo la riduzione, l adsorbimento e la precipitazione La generazione di solfuri non dipende dalle attività biologiche e, pertanto, NON risulta sensibile ai fenomeni di tossicità acuta Fornisceagenti riducenti (ZVI, ferro allostato ferroso, solfuro diferro) Fornisce agenti adsorbenti (ossidi di ferro, ossi idrossidi di ferro, carbone attivo) ph modificato in base alle esigenze soggetto alle condizioni sito specifiche Formulazione solida che necessita di applicazioni in pressione o soil mixing Facile da gestire/ nessun problema di salute & sicurezza Longevità: elevata (anni) Trattamento simultaneo anche di composti clorurati Mantenuti valori naturali di ph per molti metalli pertanto nessuna risolubilizzazione dei precipitati causa un eventuale cambio di ph

7 Meccanismi di trattamento per i metalli pesanti nei suoli e negli acquiferi Metallo Precipitazione come idrossidi di metallo o idrossidi di ferro metallici Precipitazione come solfuri metallici/ Solfuri di ferro metallici Adsorbimento o Coprecipitazione con prodotti di corrosione del ferro Precipitazione come carbonati metallici Adsorbimento di specie organometalliche PAC/GAC As (III, V) Cr(VI) Pb, Cd, Ni Cu, Zn Se Hg Ammonio o cianuro possono interagire con la precipitazione del rame Cianuro può interagire con la precipitazione del cadmio Mercurio e nickel, che risultano complessati organicamente, possono essere resistenti alla precipitazione riduttiva

8 Caratteristiche principali dei reagenti Metafix Reagenti MetaFix non dipendono dalla trasformazione in situ del ferro e dei solfati in solfuri e minerali contenenti ferro. La miscela di trattamento risulta arricchita da agenti riducenti (ZVI, carbone organico) e minerali reattivi opportunamente ingegnerizzati (ossidi di ferro, ossiidrossidi di ferro, solfuri di ferro ed altri elementi). I Ireagenti timetafix non dipendono d dall eventuale l grado ditossicità itàe presentano elevati rendimenti anche in presenza di elevate concentrazioni di metalli, di contaminanti organici, di elevato contenuto salino o di valori estremi di ph (alto o basso). Il trattamento del terreno e dell acquifero mediante MetaFix genera la formazione di precipitati metallici ferrosi pesanti, che presentano una stabilità maggiore rispetto a quelli idrossidi ottenuti mediante i tradizionali metodi di trattamento tt t alcalino. li La miscela di MetaFix, più opportuna al caso in esame, viene appositamente calibrata attraverso un semplice studio di fattibilità basato su condizioni sito- specifiche.

9 Caso di studio: test di laboratorio Influenza del trattamento MetaFix sul mercurio in falda (Italia). Mercurio Campione Reagente MetaFix Dosaggio (wt%) ORP finale (mv) ph finale Mercurio totale (mg/kg) Mercurio totale (µg/l) Mercurio residuo (µg/l) Riduzione di Mercurio (%) Campione 1 (terreno) Campione 2 (acqua di falda) 10g terreno contaminato+ 200 ml acqua di falda contaminata 200 ml acqua di falda contaminata Non trattato (controllo) I (10 g/l) < I (20 g/l) < I-6A 1.0 (10 g/l) I-6A 2.0 (20 g/l) < I-7A 1.0 (10 g/l) < I-7A 2.0 (20 g/l) < I (10 g/l) < I-7A 1.0 (10 g/l) < Tutti i campioni sono stati filtrati attraverso una membrana di 0.45µm dopo una settimana di trattamento. Metà del limite di rilevabilità è stato utilizzato per calcolare la percentuale di riduzione nel caso di risultati al di sotto del limite indicato. Lisciviazione con acqua di falda

Test pilota in campo terminato: Iniezione di Prototipo MetaFix slurry in 12 postazioni (0.

10 Caso di studio: metalli pesanti (Pb) in falda Applicazione Prototipo MetaFix BRASILE Sito: Industria di riciclo batterie in disuso San Paolo, Brasile Contaminazione: Pb in fase disciolta μg/l; basso ph. Test pilota in campo terminato: Iniezione di Prototipo MetaFix slurry in 12 postazioni (0.05% sulla massa di suolo) per creare condizioni solfato riducenti profondità: da 17 a 27 m da p.c. Trattamento comprensivo di regolazione ph mediante dolomite

Effetti sulla geochimica: ph: aumento da valore iniziale di 3 ad un massimo di 13 Risultati: Concentrazione del Pb in fase disicolta ridotta a <10 ppb in 6 mesi

11 Effetti sulla geochimica: ph: aumento da valore iniziale di 3 ad un massimo di 13 Risultati: Concentrazione del Pb in fase disicolta ridotta a <10 ppb in 6 mesi (rimozione >97%) Pb immobilizzato anche quando il ph è diminuito arrivando sotto 10 ORP: diminuzione da valore mesi (rimozione >97%) iniziale di ca 300 mv a meno di -100 mv

Caso di studio: metalli pesanti (Zn, Cu) e cvocs in falda Applicazione

Contaminazione: Cr, Cu, Zn e VOC (Zn 22,000 µg/l), Obiettivi: Zn e VOC <

porzione di confine del sito (volume 85,000 m 3 ) con Prototipo MetaFix

conducibilità: 15 m/day velocità: 120 m/y bottom (argilla): oltre 15 m da p.c. conclusioni Zinco ridotto da 5,300 < 20 µg/l PCE ridotto da 48 1.

12 Caso di studio: metalli pesanti (Zn, Cu) e cvocs in falda Applicazione Prototipo MetaFix Venlo Site, Olanda Sito: impianto di produzione cavi e fili Contaminazione: Cr, Cu, Zn e VOC (Zn 22,000 µg/l), Obiettivi: Zn e VOC < T-value (433 and 20 µg/l) Test pilota per il trattamento dell area sorgente e porzione di confine del sito (volume 85,000 m 3 ) con Prototipo MetaFix litologia: sabbia da medio-fine a grossolana Falda a 6 m da p.c. conducibilità: 15 m/day velocità: 120 m/y bottom (argilla): oltre 15 m da p.c. conclusioni Zinco ridotto da 5,300 < 20 µg/l PCE ridotto da µg/l prima fase terminata in 2 anni

13 Alberto Leombruni, PhD eng., g Authorized Technical Representative-Italy alberto.leombruni@peroxychem.com Cell :

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