Le prove in colonna condotte nel corso della sperimentazione hanno permesso di valutare l’efficienza di trattamento dei materiali testati nei confronti di due differenti tipologie di percolato. Inoltre è stato possibile osservare l’influenza di alcuni contaminanti sulla reattività dei materiali e sul loro comportamento idraulico.
La prima serie di prove, condotta su Fe0 e CAG, utilizzando percolato acido organico, ha rivelato
un’elevata efficienza di rimozione dei metalli pesanti e in misura molto minore degli altri contaminanti inorganici. In particolare si è osservata un’efficienza di rimozione dei metalli pesanti maggiore del 90% per tutte le prove condotte. Per solfati e cloruri l’efficienza di rimozione riscontrata sia mediante l’utilizzo di Fe0 che di CAG, è risultata pari al 20%.
Con riferimento a quanto riportato da Dong et al., 2002, 2003 l’ammonio può essere rimosso mediante sistemi basati sull’utilizzo di Fe0 grazie alla presenza di ioni OH- prodotti durante i
processi di ossido-riduzione. Tuttavia a differenza di quanto atteso, soltanto il CAG ha permesso la rimozione di questo contaminante, seppur limitata alle prime ore di prova. La prova condotta su CAG utilizzando una minore velocità di filtrazione ha evidenziato il peggioramento della capacità di rimozione del materiale lievemente minore
Dai risultati ottenuti si è osservato inoltre come le efficienze di rimozione sopraccitate possano essere garantite per fissati volumi di percolato da trattare. Ad esempio qualora il mezzo reattivo occupasse una superficie filtrante di area unitaria, per garantire efficienze di rimozione maggiori del 90% per i metalli pesanti e del 20% per gli altri contaminanti inorganici, sarebbe possibile trattare i seguenti volumi di percolato:
Tabella 6.19: Volumi di percolato da trattare Contaminanti Materiali reattivi Peso [g] vfiltr [cm/min] Q [m3perc/m2filtro*g.]
Q [m3perc/m3filtro*g.]
V perc. [m3] Cu, Ni, Zn (efficienza >90%) Fe0 500 0,027 0,393 0,78 39,7 CAG 477 0,027 0,393 0,78 20 CAG 477 0,0054 0,078 0,157 4 SO42-, Cl-, NH4+ (efficienza ≈ 20%) Fe0 500 0,027 0,393 0,78 39,7 CAG 477 0,027 0,393 0,78 - CAG 477 0,0054 0,078 0,157 2,2
Le prove eseguite durante la seconda serie di test hanno previsto l’utilizzo di percolato contenente acidi umici. La presenza di questi composti organici ha influenzato notevolmente il comportamento idraulico dei materiali reattivi. Dalle prove condotte utilizzando Fe0 si è osservata
un’ottima efficienza di rimozione di rame per tutta la durata della prova, mentre nichel e zinco sono rimossi con minore efficacia. Il confronto tra i risultati ottenuti utilizzando percolato acido organico con e senza acidi umici, ha dimostrato come l’efficienza di rimozione del Fe0 nei
confronti dei tre metalli sia condizionata dalla presenza di questi composti organici. Questo risultato sembra essere in accordo con gli autori Liu & Lo, (2011) che hanno dimostrato l’influenza degli acidi umici sull’efficienza di rimozione del Fe0 verso i metalli pesanti. Tuttavia
l’efficienza di rimozione del Fe0 anche in presenza degli acidi umici potrebbe essere dovuta alla
presenza di ossidi di ferro che possono adsorbire gli acidi umici (Mak, et al., 2011).
Le prove condotte sulla miscela hanno dimostrato anche in questo caso ottime efficienze di rimozione di rame e zinco. Il nichel è rimosso invece con prestazioni inferiori. La presenza del Fe0 permette di ottenere efficienze di rimozione maggiori per tutta la durata della prova (Zhou et
al., 2014). La rimozione dell’ammonio è stata osservata, sebbene con limitata efficienza, soltanto durante le prime ore di prova.
Risultati interessanti sono stati ottenuti dalla prova condotta sulla zeolite estrusa in forma di pellet. Il minerale ha rivelato interessanti efficienze di rimozione verso i metalli pesanti, è in misura minore nei confronti della sostanza organica.
Tabella 6.20: Volumi di percolato da trattare Contaminanti Materiali reattivi Peso [g] vfiltr [cm/min] Q [m3perc/m2filtro*g.]
Q [m3perc/m3filtro*g.]
V perc. [m3] Ni (efficienza ≈80%) Fe 0 500 0,027 0,393 0,78 29,5 Ni (efficienza >80%) Mix Fe 0-CAG 750 0,0054 0,078 0,157 9,3 Ni (efficienza ≈80%) Zeolite 680 0,027 0,393 0,78 5,5 Zn (efficienza >80%) Fe 0 500 0,027 0,393 0,78 0,4 Zn (efficienza >90%) Mix Fe 0-CAG 750 0,0054 0,078 0,157 9,3 Zn (efficienza >90%) Zeolite 680 0,027 0,393 0,78 19,6 NH4+ (efficienza >50%) Fe0 500 0,027 0,393 0,78 - Mix Fe0-CAG 750 0,0054 0,078 0,157 4,7 Zeolite 680 0,027 0,393 0,78 -
La terza serie di prove è stata condotta per valutare l’effetto della selettività di rimozione dei materiali reattivi nei confronti dei contaminanti presenti nel percolato.
L’utilizzo dei quattro materiali (miscela Fe0-Pom – miscela Fe0-CAG - Zeolite-CAG) disposti in
serie all’interno delle colonne ha permesso di ottenere un sistema di trattamento in grado di rimuovere i contaminanti di principale interesse contenuti nel percolato (metalli pesanti, sostanza organica e ammonio), con considerevoli efficienze. La configurazione in serie ha consentito il mantenimento di elevate performance per maggiori tempi di prova. I materiali della prima colonna permettono dunque di limitare le reazioni di scambio ionico della zeolite e preservare i siti di adsorbimento del CAG mantenendo più a lungo le loro capacità di rimozione dei contaminanti di interesse.
La presenza della zeolite e del CAG garantisce il completamento delle reazioni di rimozione dei contaminanti, nel caso in cui i primi 100 cm di spessore subiscono perdite di reattività, e dei composti a base di ferro prodotti dalla corrosione del Fe0 contenuto nelle miscele. La prova ha
dimostrato l’inefficienza delle miscele Fe0-Pom e Fe0-CAG nei confronti dell’ammonio. Il
contaminante effluente dalla prima colonna viene completamente rimosso dalla seconda grazie alla zeolite, fino al raggiungimento del breakthrough, e successivamente dal CAG.
In tabella 6.7 sono riportati i volumi di percolato che è possibile trattare mantenendo determinate efficienze di rimozione:
Tabella 6.21: Volumi di percolato da trattare
Materiali reattivi Mix Fe0-Pom – Mix Fe0-CAG - Zeolite-CAG
vfiltr [cm/min] 0,027 Q [m3perc/m2filtro*g.] 0,393 Q [m3perc/m3filtro*g.] 0,78 V perc [m3] 32 Efficienza
di rimozione [%] Cu: >90 Ni: >90 Zn: >90
Sostanza organica: >40 NH4
Progettazione di un impianto pilota per il trattamento in situ del percolato
A completamento della ricerca è stato progettato e realizzato un impianto pilota per il trattamento in sito del percolato di discarica. Il principio di trattamento dell’impianto è basato sull’utilizzo dei materiali reattivi testati in laboratorio mediante le prove in batch e le prove di interazione in colonna descritte, rispettivamente, nei capitoli 5 e 6.
L’impianto consiste in una vasca in cemento armato, lunga 3,85 m, alta 0,71 m e larga 0,71 m, alimentata mantenendo un carico idraulico costante. All’interno della vasca saranno disposti quattro cestelli contenenti materiali granulari reattivi, connessi in serie. Ogni cestello sarà permeato da un flusso monodirezionale, diretto dal basso verso l’alto, al fine di minimizzare la possibilità che l’aria rimanga intrappolata nei pori. L’efficienza di rimozione dei mezzi reattivi sarà valutata campionando la soluzione effluente da ogni cestello. Per impedire che il fluido segua via preferenziali di filtrazioni e che si abbiano perdite di fluidi contaminati, bisogna prestare molta attenzione all’impermeabilizzazione della vasca. Il mantenimento di un carico idraulico costante è garantito dalla presenza di due serbatoi a monte e a valle della vasca, di cui quello di monte munito di un sistema di troppo pieno per mantenere il livello del fluido costante.