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Il lavoro illustrato in questa Tesi si è svolto all’interno del progetto Life+SEKRET, finanziato dalla Commissione Europea, che prevede il trattamento elettrocinetico di sedimenti dragati contaminati da metalli pesanti. Tale tesi si è occupata della gestione e dello smaltimento degli elettroliti prodotti durante il processo di trattamento di depurazione dei sedimenti marini.
L’argomento della tesi ha suscitato in me un notevole interesse poiché la gestione dei sedimenti dragati è un argomento di notevole attualità, sia per un problema tecnico ed economico legato alla gestione del grande volume di sedimenti marini dragati, sia per un problema ambientale, visto il contenuto di inquinanti all’interno dei sedimenti che in caso di valori troppo elevati saranno smaltiti in discarica (secondo la Legge 84/1994 e successive modifiche che fa riferimento ai valori prescritti dal D.L. n°152/2006).
L’Autorità Portuale, associando il problema dello smaltimento dei sedimenti allo sviluppo del porto, ha costruito in passato due vasche di colmata dove sono stati conferiti dal 2002 ad oggi più di 3 milioni di metri cubi di sedimenti dragati. Il progetto della Darsena Europa, che è in fase di progettazione definitiva e che richiederà 4 anni per la prima fase di costruzione, prevede la realizzazione di un nuovo canale di accesso con profondità -17 m; i fanghi di dragaggio andranno a occupare una nuova vasca di colmata di 50 ettari che con quelle già esistenti andrà a creare i piazzali della Darsena Europa. Per il riutilizzo dei sedimenti dragati è fondamentale sperimentare tecniche per trattare i fanghi ed abbassarne il contenuto di inquinanti all’interno dei valori di legge per permetterne lo sfruttamento come materiale di riempimento.
In questo contesto si inserisce il progetto Life+SEKRET che tramite il processo di elettrocinesi, ha l'obiettivo di abbattere i metalli pesanti dai sedimenti dragati e migliorare le caratteristiche meccaniche dei sedimenti stessi. Il processo di elettrocinesi si serve di una corrente elettrica tra anodo e catodo, inseriti nella matrice contaminata, per far migrare gli ioni dei metalli pesanti presenti nel sedimento da trattare. Anodo e catodo devono essere immersi in un liquido circolante a pH controllato al fine di acidificare i sedimenti e migliorare la mobilità degli ioni; il liquido stesso si arricchirà degli ioni dei metalli pesanti e del cloruro di sodio presente nel sedimento. Quindi l'impianto produce un liquido ad alta salinità che periodicamente, raggiunto il livello di conducibilità eccessivo, dovrà essere sostituito.
Il lavoro di questa tesi si è posto i seguenti obiettivi, descritti in seguito: • Caratterizzare l’elettrolita;
• Monitorare l’evoluzione della salinità dell’elettrolita per gestirne i cicli di sostituzione; • Condurre uno studio preliminare sia attraverso apposito software che con impianto pilota per
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• Progettare un impianto di trattamento ad osmosi inversa da inserire nell’impianto pilota SEKRET;
• Smaltire definitivamente l’elettrolita concentrato disidratandolo.
La caratterizzazione dell’elettrolita è avvenuta effettuando analisi chimiche di laboratorio e misure dell’SDI “silt density index”. In questa fase si è riscontrata una forte variabilità delle caratteristiche dell’elettrolita durante la vita dell’impianto, imponendo studi specifici per ogni trattamento con osmosi inversa, mirate a strutturare i pretrattamenti chimici e di filtrazione per eliminare il precipitato e limitare l’SDI.
La parte sviluppata in laboratorio per valutare la possibilità di trattare l’elettrolita con osmosi inversa è stata preceduta da una simulazione con il software ROSA 9.1. La sperimentazione condotta sull’impianto pilota ha sfruttato una membrana già esistente che si è dimostrata non adatta al trattamento di acque ad alta concentrazione di sali. Il confronto dei risultati sperimentali e della simulazione dimostrano l’affidabilità del software ROSA 9.1 giustificandone l’uso per la progettazione dell’impianto.
Per l’impianto ad osmosi inversa, da installare nel progetto SEKRET, la progettazione tramite il software ROSA 9.1 ha portato alla scelta della membrana SW30-2540, progettata per desalinizzare acqua di mare, che dalle simulazioni risulta avere una capacità di concentrazione dell’elettrolita a circa un terzo del volume dello stesso e risulta essere in grado di produrre un permeato di ottima qualità mantenendo il valore della reiezione sempre superiore al 95% nell’intervallo di conduttività di esercizio. Tale permeato è acqua da riciclare nell’impianto.
E’ stato scelto di acquistare un dissalatore commerciale completo di pompe ad alta pressione e componentistica adatta ad alte concentrazioni saline. È stata in parte variata la geometria dell’impianto SEKRET inserendo una cisterna per contenere l’elettrolita in fase di trattamento, una vasca per depositare l’acqua estratta ed un sistema di tubazioni per gestire i flussi, compresa una condotta per portare il concentrato alle vasche di disidratazione. Le vasche di disidratazione, poste direttamente all’interno della vasca di trattamento SEKRET, consentono lo smaltimento del concentrato con sistema ad evaporazione solare.
E’ stata fatta una stima della capacità di evaporazione che risulta in buon accordo con la capacità effettiva verificata durante il periodo di svolgimento del presente lavoro. Il sistema di disidratazione consente pertanto di ridurre l’elettrolita a sali disidratati, trasformando un rifiuto liquido di grande volume e peso in uno solido notevolmente ridotto.
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100 realizzato un sistema di elettrodi che, inseriti nel sedimento sottoposto a bonifica, ci hanno permesso di effettuare misure in continuo del potenziale nel sedimento stesso, e da queste ricavare la resistività del sedimento in esame. Per avere una distribuzione su tutta la superficie sono stati elaborati i dati implementando un modello che riproduce il campo elettrico effettivo.
Per mettere in relazione i cambiamenti di conduttività dell’elettrolita con le variazioni di resistività del sedimento il monitoraggio dovrà continuare e il periodo di studio dovrà estendersi sufficientemente nel tempo. Nel corso delle prove sperimentali effettuate durante lo svolgimento della presente tesi, sebbene si sia riscontrata una forte variabilità della conduttività degli elettroliti, non sono state osservate variazioni significative delle differenze di potenziale (e quindi della resistività) all’interno del sedimento; tali variazioni non si sono verificate perché i cambiamenti di resistività del sedimento sono molto più lenti delle variazioni di conducibilità degli elettroliti. Per valutare quindi queste variazioni deve essere acquisito un numero notevolmente maggiore di dati monitorando il sito a lungo termine e continuando le misure che sono attualmente in corso.
Concludendo:
• La sperimentazione in laboratorio del trattamento con osmosi inversa dell’elettrolita ha confermato i risultati forniti dal software dimostrandone l’applicabilità.
• La progettazione dell’impianto ad osmosi inversa, poi installato in campo nell’impianto SEKRET prevede l’estrazione ed il riuso di 2/3 dell’acqua contenuta nell’elettrolita.
• Il concentrato si disidrata completamente nelle vasche di evaporazione trasformandosi in rifiuto solido.
• Il pretrattamento eseguito ci ha permesso di concentrare l’elettrolita con il processo ad osmosi inversa, ma non è stato standardizzato. La valutazione del pretrattamento dovrà essere ripetuta ad ogni intervento poiché l’elettrolita non ha finora mostrato caratteristiche costanti. Sono auspicabili ulteriori studi per definire un protocollo unico di pretrattamento. • Lo studio della resistività del sedimento ne ha mostrato la distribuzione bidimensionale ma
le poche misure non hanno permesso di collegare la resistività al contenuto di sali nell’elettrolita.
