Convegno Acqua potabile Evoluzione normativa e tecniche di trattamento NUOVA GENERAZIONE DI FLOCCULANTI AD ALTA BASICITA PER LA CHIARIFICAZIONE DELLE ACQUE Sala Convegni Fiera di Tirana, 15 Ottobre 2009 Francesco Loliva Chimica Dr. Fr. D Agostino S.p.A.
Quale acqua gradiremmo bere? LIMPIDA INCOLORE DI SAPORE GRADEVOLE BATTERIOLOGICAMENTE PURA DECRETO LEGISLATIVO 2 febbraio 2001, n. 31. Attuazione della direttiva 98/83/CE relativa alla qualità delle acque destinate al consumo umano. Art. 4: 1. Le acque destinate al consumo umano devono essere salubri e pulite. 2. Al fine di cui al comma 1, le acque destinate al consumo umano: a) non devono contenere microrganismi e parassiti, né altre sostanze, in quantità o concentrazioni tali da rappresentare un potenziale pericolo per la salute umana;
NUOVA GENERAZIONE DI FLOCCULANTI AD ALTA BASICITA PER LA CHIARIFICAZIONE DELLE ACQUE Natura delle acque e trattamenti Colloidi e tecniche di separazione Cenni sul meccanismo di coagulazione Raffronto Alluminio Solfato / Policloruro di Alluminio Policloruro di alluminio Akifloc 2100 SP Sperimentazione in impianto
Natura delle acque e trattamenti ACQUA DI SORGENTE: Captazione Eventuale clorazione e distribuzione ACQUA DAL SOTTOSUOLO: Pompaggio al serbatoio di stoccaggio Clorazione e distribuzione ACQUA DI SUPERFICIE: Pre-clorazione Chiariflocculazione Eventuali trattamenti specifici Clorazione e distribuzione
Colloidi e tecniche di separazione I COLLOIDI sono particelle di piccolissime dimensioni, comprese tra 0,001 e 10 m, con caratteristiche di leggerezza e stabilità TabellaA: Influenza del diametro delle particelle sul tempo di sedimentazione da 1 m di altezza. (di forma sferiche, prive di carica elettrica, densità 2,6, temperatura 10 C) Sostanze sospese Ghiaia Sabbia grossa Sabbia fine Limo Batteri Argilla Sospensioni colloidali Dimensione particellare m 10.000 1.000 100 10 1 0,1 0,01 Tempo di caduta da 1 m 1,50sec 6 sec 3 min 3 ore 300 ore 1500 giorni 450 anni
Colloidi e tecniche di separazione I primi trattamenti di chiarificazione sfruttavano la decantazione naturale SEPARAZIONE LENTA E INCOMPLETA Nel 1885 è stato introdotto come coagulante il solfato di alluminio SEPARAZIONE PIU RAPIDA E COMPLETA
Cenni sul meccanismo di coagulazione Stabilizzazione dei colloidi: Moti Browniani delle molecole d acqua Repulsione elettrostatica per la densità elettronica superficiale Potenziale z Destabilizzazione e aggregazione: Neutralizzazione della densità di carica con i cationi Al 3 e Fe 3 Aggregazione dei colloidi in particelle più grandi Adsorbimento con gli idrati insolubili di Al(OH) 3 e Fe(OH) 3
Cenni sul meccanismo di coagulazione Fattori che influenzano la coagulazione: ph della soluzione temperatura dosaggio e tipologia dei reagenti ordine di aggiunta dei reagenti tempo di reazione velocità di agitazione
Raffronto Alluminio Solfato / Policloruro di Alluminio MECCANISMO DI AZIONE : Coagulazione pericinetica: in soluzione si liberano ioni Al 3 che destabilizzano i colloidi Dosaggio stechiometrico per la neutralizzazione di carica Un sovradosaggio ristabilizza il complesso colloidale Coagulazione ortocinetica: successiva idrolisi con formazione dei fiocchi di Al(OH) 3 Adsorbimento e agglomerazione dei colloidi destabilizzati dai fiocchi di Al(OH) 3 Un buon coagulante deve fornire un gran numero di cariche ed assicurare una buona formazione di fiocchi di idrato
Alluminio Solfato: Al 2 (SO 4 ) 3 nh 2 O In soluzione si formano specie monomeriche e polimeriche solubili e una specie insolubile: Monomeri: Al 3, Al(OH) 2, Al(OH) 4 - Polimeri: Al 2 (OH) 2 4, Al 3 (OH) 4 5, Al 13 O 4 (OH) 24 7 Insolubile: Al(OH) 3 Le specie ioniche solubili si idrolizzano rapidamente a Al(OH) 3 : Al 3 3H 2 O Al(OH) 3 3H L idrolisi acida richiede l uso di un alcalinizzante Ha una scarsa capacità di fornire cariche positive E un ottimo fornitore di nuclei di accrescimento ma i fiocchi formati sono piccoli e dispersi
Policloruro di Alluminio: [Al a (OH) b Cl 3a-b ] n In soluzione si formano specie monomeriche e polimeriche solubili e una specie insolubile: Monomeri: Al 3, Al(OH) 2, Al(OH) 4 - Polimeri: Al 2 (OH) 2 4, Al 3 (OH) 4 5, Al 13 O 4 (OH) 24 7 Insolubile: Al(OH) 3 Le specie ioniche solubili si idrolizzano molto lentamente a Al(OH) 3 solido Ha una buona capacità di fornire cariche positive Fornisce nuclei di accrescimento con spiccata aggregazione, formando fiocchi grandi e decantabili
Cl Policloruro di Alluminio Cl Cl Cl Cl Al Al Al Al Al Al OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH La struttura è costituita da una catena di circa 12-15 gruppi Al(OH) 2 legati a ponte con atomi di cloro La produzione del policloruro di alluminio può variare in base a: Basicità Concentrazione Presenza di ioni solfato La sostanziale differenza tra i vari policloruro è data dalla BASICITA
Policloruro di Alluminio Akifloc 2100 SP Prodotto innovativo brevettato dalla Chimica D Agostino SpA Caratteristiche tecniche: Basicità 75 Solfati 1 Silice 0,8 Alluminio (come Al 2 O 3 ) 9 Peculiarità: Alta carica di destabilizzazione dei colloidi Legami ponte tra i fiocchi di idrossido di alluminio Migliore sedimentazione dei fiocchi Più basso contenuto di alluminio nell acqua trattata: complesso silice-alluminio insolubile
Sperimentazione in impianto Confronto tra due policloruro di alluminio AKIFLOC 2100 SP: Basicità 73 Titolo di Al 2 O 3 : 9 Policloruro di alluminio PAC 55 Basicità 55 Titolo di Al 2 O 3 : 9 Obiettivo della prova Valutazione dei seguenti parametri operativi: dosaggio compattezza dei fanghi nei chiariflocculatori risposta alle variazioni di torbidità dell acqua alluminio residuo nelle acque trattate tempi di esercizio dei filtri a sabbia
Sperimentazione in impianto Jar test di laboratorio: PAC 55 FIOCCHI PICCOLI E DISPERSI AKIFLOC 2100 SP FIOCCHI GRANDI E COMPATTI
Sperimentazione in impianto La sperimentazione è stata condotta dosando i prodotti su due linee di processo indipendenti. TRATTAMENTO CON PAC 55 INGRESSO IMPIANTO TRATTAMENTO CON AKIFLOC 2100 SP Il processo di potabilizzazione dell impianto può essere così schematizzato: ACCELATOR 1 ACCELATOR 2 LINEA FANGHI Pre-disinfezione Chiariflocculazione Filtrazione a sabbia Post-disinfezione Trattamento fanghi 7-12 FILTRI A SABBIA 1-6 FILTRI A SABBIA VASCA POTABILIZZATA DISTRIBUZIONE IN RETE
Sperimentazione in impianto La prova è stata condotta in 3 fasi con modalità differenti 1 a fase: Dosaggio di entrambi i prodotti nel cono centrale dei chiariflocculatori Dosaggio per entrambi i prodotti: 20 ppm 2 a fase: Dosaggio di Akifloc 2100 SP a monte del chiariflocculatore Riduzione del dosaggio di Akifloc 2100 SP a 15 ppm 3 a fase: Acqua grezza con elevata torbidità Modulazione del dosaggio di entrambi i prodotti in relazione alla torbidità
$ $! $& $&&' )*& $ $ $! $& $&&' & Risultati 1 a fase
$ $! $&$&&' )*& $ $ $! $& $&&' &,,-..-)*&$,,-..-& $ $! $&$&&' )*& $ $ $! $& $&&' &,,-..-)*&$,,-..-& Migliore sedimentazione e fanghi più compatti $$! $& $&&' $$! $& $&&'
Migliore sedimentazione e fanghi più compatti Altezza acqua chiarificata 1 a fase 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Disco secchi - PAC 55 Disco secchi - Akifloc 2100 SP Media PAC 55 Media Akifloc 2100 SP 19-ott 19-ott 20-ott 20-ott 21-ott 22-ott 22-ott 23-ott 23-ott 24-ott
$ $! $&$&&' )*& $ $ $! $& $&&' &,,-..-)*&$,,-..-& $ $! $&$&&' )*& $ $ $! $& $&&' &,,-..-)*&$,,-..-& 80 80 Acqua più limpida e minor alluminio disciolto
Alluminio residuo 1 a fase Torbidità 1 a fase 180 12 160 10 140 Torbidità PAC 55 Alluminio PAC 55 NTU g/l 8 120 100 6 80 4 60 2 40 0 20 Torbidità Akifloc Alluminio 2100 SP Media PAC 55 Akifloc 2100 SP Media PAC 55 Media Akifloc 2100 SP Media Akifloc 2100 SP 0 19-ott 19-ott 20-ott 21-ott 22-ott 23-ott 24-ott 19- ott 19- ott 19- ott 19- ott 20- ott 20- ott 21- ott 22- ott 23- ott 24- ott
Risultati 2 a fase $ $! $&$&&' )*& $ $ $! $& $&&' &
Risultati paragonabili con portata 50 e dosaggio -25 $ $! $&$&&' )*& $ $ $! $& $&&' &,,-..-)*&$,,-..-& $ $! $&$&&' )*& $ $ $! $& $&&' &,,-..-)*&$,,-..-& $$! $& $&&' $$! $& $&&'
Altezza acqua chiarificata 2 a fase 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 Disco secchi - PAC 55 Disco secchi - Akifloc 2100 SP Media PAC 55 Media Akifloc 2100 SP 25-nov 26-nov 27-nov 28-nov 29-nov 30-nov 01-dic 02-dic 05-dic
$ $! $&$&&' )*& $ $ $! $& $&&' &,,-..-)*&$,,-..-& $ $! $&$&&' )*& $ $ $! $& $&&' &,,-..-)*&$,,-..-& Minor alluminio residuo nell acqua trattata 47 39
8 7 6 5 4 3 2 1 0 Alluminio Torbidità residuo 2 a fase 2 a fase Torbidità PAC 55 Torbidità Akifloc 2100 SP Media PAC 55 Media Akifloc 2100 SP 28-nov 29-nov 30-nov 29-nov 01-dic 30-nov 02-dic 01-dic 05-dic 02-dic 05-dic 28-nov 27-nov 27-nov 26-nov 26-nov 25-nov 25-nov 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Alluminio PAC 55 Alluminio Akifloc 2100 SP Media PAC 55 Media Akifloc 2100 SP g/l N T U
Risultati 3 a fase TORBIDITA ACQUA IN INGRESSO & $& $&&' )*&$ $& $&&' NTU 21 12,5 16 20 13 14 10,7 10 15 25 30
Torbidità inferiore con dosaggi più bassi TORBIDITA ACQUA & IN INGRESSO,,-..-&,,-..-)*&$!/ & $& $&&' $!/ )*& $ $& $&&' NTU 21 12,5 16 13 14 10,7 10 15 20 25 30
g /l NTU 120 35 100 30 80 25 20 60 15 40 10 205 00 Alluminio residuo Torbidità 3 a 3 a fase fase 19-19- dic dic 20-20- dic dic 21-21- dic dic 22-22- dic dic 23-23- dic dic 27-27- dic dic 28-28- 02-02- 03-03- 04-04- dic dic gen gen gen gen gen gen Alluminio PAC 55 Torbidità in ingresso Alluminio Akifloc 2100 Torbidità SP PAC 55 Media PAC 55 Torbidità Akifloc 2100 SP Media Akifloc 2100 SP
Esercizio filtri a sabbia TRATTAMENTO PAC 55 TRATTAMENTO AKIFLOC 2100 SP PERIODO NUMERO LAVAGGI ACQUA FILTRATA IN M 3 M 3 PER LAVAGGIO FILTRO NUMERO LAVAGGI ACQUA FILTRATA IN M 3 M 3 PER LAVAGGIO FILTRO 1 a FASE 7 95.040 13.577 7 112.320 16.045 2 a FASE 11 156.000 14.181 11 237.120 21.556 3 a FASE 15 181.776 12.118 19 239.568 12.608 TOTALI 33 432.816 13.115 37 589.008 15.919
Conclusioni Il confronto tra i due prodotti è stato a favore dell Akifloc 2100 SP: Il dosaggio in media è stato il 30 inferiore I fanghi nei chiariflocculatori sono risultati più pesanti e compatti Con il variare delle torbidità ha dato una risposta efficace anche a bassi dosaggi L alluminio residuo è stato in media il 20 inferiore La capacità filtrante dei filtri è aumentata del 18 c.a.