DEARSENIFICAZIONE DI ACQUE PER IL CONSUMO UMANO

ZILIO ECOLOGIA S o l u z i o n i A m b i e n t a l i La divisione "Ecologia" del Gruppo Zilio è specializzata nella progettazione, costruzione e gestione di impianti in campo ambientale ed in particolare in impianti per il trattamento dell'arsenico. La possibilità di coniugare ecologia con economia a livello tecnico e gestionale nonchè uno stile di ragionamento e di progettazione di tipo integrato ci consente di fornire soluzioni complete, studiate per le esigenze specifiche del cliente ed integrate ad un servizio di consulenza e di assistenza ai fini della migliore economia di esercizio.

RIFERIMENTI LEGISLATIVI Il contenuto massimo di arsenico nelle acque per uso umano è regolato dal Decreto Legislativo 2 febbraio 2001 n. 31 dal titolo: Attuazione della direttiva 98/83/CE relativa alla qualità delle acque destinate al consumo umano pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n. 52 del 3 marzo 2001 Supplemento Ordinario n. 41. Il detto Decreto Legislativo ha rivisto non solo il contenuto massimo di arsenico, che è passato da 50 microgrammi/litro a 10 microgrammi/litro, ma anche altri parametri. La qualità delle acque destinate al consumo umano deve essere conforme alle nuove prescrizioni entro il 25 dicembre 2003 (articolo 15). Solo in casi eccezionali il Ministero della Sanità, su istanza della Regione o Provincia Autonoma, può chiedere alla Commissione europea la proroga del termine per un periodo non superiore ai 3 anni qualora non sia possibile, in casi eccezionali e per aree geograficamente delimitate, raggiungere valori previsti dalla norma (articolo 16). L istanza doveva essere però trasmessa al Ministero entro il 31 marzo 2002 motivando in dettaglio la richiesta di proroga. Affidabilità Professionalità Qualità non sono mai fuori moda

Dearsenificazione dell acqua per il consumo umano tramite filtrazione attraverso idrossido di ferro granulare Introduzione L elemento arsenico che viene abbreviato in chimica come As si trova naturalmente nelle rocce della crosta terrestre. Il contenuto medio di arsenico in queste rocce è di 1.5 ppm che corrispondono a 1.5 grammi di arsenico per tonnellata di roccia. L arsenico si trova solo raramente allo stato elementare; in natura lo troviamo generalmente come composto, per esempio nel minerale arsenopirite (FeAsS). Nella catena alimentare e nelle acque troviamo l arsenico che viene estratto dalle rocce, dai terreni e dalle acque che vi circolano. L arsenico in piccole dosi è considerato un elemento essenziale per l uomo (Emsley, 1989). In dosi più elevate ha un effetto cancerogeno e ad alte dosi il suo effetto porta rapidamente alla morte. Si ritiene che un consumo di acqua con contenuti di arsenico superiori a 0.01 mg/l porti a problemi dermatologici, disturbi nervosi e, come detto sopra, al cancro. La Comunità Europea ha riconosciuto questo problema e ha di conseguenza ridotto il valore limite per l acqua a 10 µg/l (microgrammi per litro). Questo valore limite deve essere garantito dagli acquedotti al più tardi entro la fine del 2004. Una proroga a questa data sarà permessa probabilmente solo per pochi e specifici casi. L arsenico si presenta con due stati di valenza, cioè come As5+ ovvero As3+. L As5+ forma composti detti arsenati; l As3+ forma composti detti arseniti. E tipico per tutti i processi di trattamento proposti per l estrazione dell arsenico dall acqua per il consumo umano che questi riescano ad estrarre meglio l As5+ rispetto all As3+. Di conseguenza si rende spesso necessaria l ossidazione dell As3+ rispetto all As5+ con composti come ipoclorito, permanganato di potassio oppure ozono.

Processi per l estrazione dell arsenico dall acqua per il consumo umano Finora sono stati proposti diversi e differenti processi per la separazione dell arsenico dall acqua. I più importanti sono: 1. La coprecipitazione dell arsenico con idrossido di ferro richiede acque per il consumo umano con alti contenuti di ferro che siano anche nettamente superiori ai contenuti di arsenico. È consigliabile prevedere una ossidazione dell As3+ ad As5+ tramite addizione di permanganato di potassio oppure trattamento con ozono od ossigeno prima della precipitazione del contenuto di ferro dell acqua come idrossido di ferro. Nel caso che si volesse usare questo processo anche con bassi contenuti di ferro nell acqua da trattare si rende necessaria l addizione di sali di ferro prima di procedere alla ossidazione. Dato che l arsenico viene in questo tipo di trattamento precipitato assieme al ferro si deve prevedere una accurata filtrazione per la separazione dall acqua dei fanghi rossi composti da idrossido di ferro e arsenico. Questa tecnica di uso abbastanza diffuso richiede impianti relativamente complessi. Questo fatto è dovuto soprattutto alle apparecchiature di controllo necessarie per controllare l immissione dei sali di ferro e dell ossigeno, il consumo di ossigeno e la torbidità dell acqua uscente dall impianto con notevoli costi di investimento e di accurato e continuo controllo. La messa in discarica, spesso previa filtrazione dei fanghi contenenti gli idrossidi di ferro, ed il lavaggio dei filtri possono rappresentare altrettanti notevoli problemi di costo. 2. L uso di scambiatori ionici incontra generalmente difficoltà se le acque da trattare hanno alti contenuti di sali disciolti e particolarmente alti contenuti di solfato, fluoro, nitrato e selenio. Impianti basati sullo scambio ionico hanno alti costi di investimento e la messa a discarica delle sostanze scambiatrici esaurite o la rigenerazione di queste sono spesso un problema. Il processo ha anche tipicamente un basso rendimento nel caso che l arsenico sia presente prevalentemente nell acqua come As3+.

3. L uso dell osmosi inversa ha pure alti costi di investimento e produce acqua totalmente demineralizzata. Questo processo produce inoltre grandi quantità di acqua di scarico ed ha alti costi di manutenzione. 4. L assorbimento di arsenico a ossido di alluminio attivato è teoricamente un processo molto semplice; purtroppo mostra un basso rendimento per estrarre l As3+. Inoltre contenuti di fosfati, solfati, cloruri e fluoruri possono ridurre nettamente la capacità di assorbimento dell ossido di alluminio. Il debole legame dell arsenico con ossido di alluminio produce una facile lisciviazione dell arsenico dall ossido di alluminio nel caso che questo venga messo in discarica. L ossido di alluminio con arsenico viene quindi considerato tossico e nocivo. 5. L estrazione dell arsenico dalle acque e minerali con idrossido di ferro granulato ha sempre più importanza. Avendo questo processo bassi costi di investimento e di manutenzione e pure un alto grado di affidabilità, viene qui di seguito descritto con maggiori dettagli.

Separazione dell arsenico dall acqua con idrossido di ferro granulato In questo processo sia l As3+ che l As5+ vengono assorbiti dall idrossido di ferro granulato; questo si trova in un filtro di speciale costruzione e viene attraversato dall acqua da trattare. Il materiale filtrante mantiene anche per lunghi periodi di esercizio una buona porosità e una buona capacità di trattenere l arsenico. La buona porosità è data dal fatto che la granulometria è molto omogenea fra i 0.2 ed i 2 mm (Fig. 1). La fotografia al microscopio a scansione mostra la granulometria omogenea degli idrossidi di ferro granulati e la mancanza totale di una frazione granulometrica fine che sarebbe la tipica causa di una otturazione dei filtri.

L alta capacità di assorbimento dell arsenico è dovuta al fatto che gli idrossidi di ferro granulati sono prodotti in modo da avere un basso indice di cristallinità ed alta microporosità. La microporosità si può vedere nell immagine al microscopio a scansione Fig. 2: Fotografia al microscopio elettronico. L alto ingrandimento mostra bene l alta porosità e quindi la reattività dell idrossido di ferro granulato.

Gli impianti e loro funzionamento Costruzione e manutenzione Gli impianti per l estrazione dell arsenico con idrossido di ferro granulato possono essere usati per il trattamento di tutta o di una parte dell acqua. Il problema se trattare tutta o solo una parte dell acqua con successiva miscelazione dipende dal limite massimo di arsenico richiesto dal committente, ma soprattutto dipende dal consumo di punta previsto dall acquedotto. Questi dati influenzano marcatamente sia i costi di investimento sia i costi di manutenzione. Il comportamento tipico di un impianto per la dearsenificazione con idrossido di ferro granulato si può vedere nella Figura 3. Concentrazione di arsenico nell acqua trattata (µg/l) Volume di acqua trattata Fig. 3: Aumento del contenuto di arsenico nell acqua in funzione dei volumi di acqua trattata da un volume unitario di filtro. Il valore critico di 10 µg/l di arsenico viene raggiunto dopo circa 48.000 volumi di acqua trattata. Questa figura mostra che il contenuto di arsenico nell acqua trattata con i filtri sopraddetti

aumenta con il tempo lentamente e prevedibilmente. Questo comportamento evita quindi il temuto esaurimento improvviso della capacità di assorbimento tipico di molte altre sostanze filtranti. Nel caso specifico si tratta di un acqua di falda con 21 µg/l di arsenico. Il contenuto di 10 µg/l di arsenico richiesto come valore massimo dalle norme fu raggiunto dopo circa 48.000 volumi filtro. Fig. 4: Impianto pilota di dearsenificazione installato presso l acquedotto di Cantanghel nel comune di Trento

La figura 5 mostra lo schema di un filtro usato nella dearsenificazione di acque per il consumo umano con grandi quantità da trattare. Fig. 5: Schema di un filtro dell impianto di dearsenificazione con idrossido di ferro granulato. I valori delle dimensioni sono in centimetri.

La figura 6 mostra lo schema di sei filtri di un impianto di dearsenificazione per il trattamento di circa 50 L/sec; si prevede un allacciamento di due gruppi di tre filtri in parallelo. Fig. 6: Schema mostrante la disposizione e le connessioni dell impianto di dearsenificazione con idrossido di ferro granulato progettato per trattare 50L/s di acqua. La semplicità d uso e di manutenzione dei filtri di dearsenificazione con idrossido di ferro granulato permette anche di offrire filtri per il trattamento di modeste quantità d acqua per piccole comunità. Questi filtri possono essere forniti con spesa modesta includendo un dispositivo automatico di controlavaggio. La figura 7 mostra uno di questi filtri.

Messa in discarica L idrossido di ferro granulato caricato con arsenico deve essere messo a discarica. La scelta della classe della discarica dipende dalla legislazione, ricordando che l arsenico è presente in una forma mineralogicamente poco mobile. Esperienze Gli autori del presente documento hanno varie esperienze sull argomento avendo trattato sia acque che acque minerali da imbottigliare in Italia, in Austria ed in Germania. L esperienza è sia a livello di impianto pilota che di impianto industriale. Proposte Vista la lunga esperienza in materia la ditta Zilio S.p.A. è il partner da considerare sia per l installazione di un impianto pilota che successivamente per l installazione di un impianto industriale di dearsenificazione di acque con idrossido di ferro granulato. I costi dipendono dal contenuto originario dell arsenico e dalla quantità d acqua da trattare. Conclusioni La separazione dell arsenico dalle acque potabili con idrossido di ferro granulato ha in confronto con tutti gli altri processi presenti sul mercato il vantaggio di un ridotto costo di investimento e di bassissimi costi di manutenzione. In conseguenza di ciò impianti di dearsenificazione di questo tipo sono l ideale sia per piccoli acquedotti, con un consumo da 1 a 10 litri al secondo, sia per acquedotti di grandi città con consumo di oltre 100 litri al secondo.

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