6 Sperimentazione del trattamento con ozono su reflui civili

6 Sperimentazione del trattamento con ozono su reflui civili

La sperimentazione è stata divisa in due parti:

ƒ Parte I : ricerca della dose ottimale di ozono che realizzi un compromesso tra proprietà ottenute e costi di produzione e trattamento dell'acqua per verificarne il grado di miglioramento della qualità, anche rispetto ai parametri del DM 185;

ƒ Parte II : impiego dell'acqua trattata in alcune fasi della concia e valutazione merceologica e fisica delle pelli finite mediante confronto con pelli ottenute utilizzando rispettivamente acqua normale di pozzo e acqua civile non trattata.

Nel presente capitolo viene descritta la prima parte della sperimentazione, mentre la seconda è riportata nei capitoli successivi.

Verranno presentati oltre alla descrizione dell'apparecchiatura utilizzata per l'ozonizzazione dell'acqua, la metodologia sperimentale seguita e i risultati ottenuti.

6.1 Impianto di ozonizzazione e modalità di trattamento dell'acqua

L’impianto utilizzato per il trattamento dell’acqua, schematizzato nella Figura 6-1 , è stato progettato per funzionare in modalità batch poiché, non svolgendo la sperimentazione al depuratore, non avevamo a disposizione acqua civile in maniera continua. L’acqua infatti veniva prelevata giornalmente dal depuratore e portata in taniche nel luogo di trattamento.

La pompa G 01 effettua il prelievo dell’acqua dal serbatoio S 01 convogliandola nella

colonna C 01, durante la fase di riempimento della colonna tutte le valvole manuali sono

aperte ad eccezione di MV 04. Una volta riempita la colonna, il livello raggiunto viene

controllato attraverso l'indicatore di livello visivo LG 01, la pompa G 01 viene spenta e la

valvola manuale MV 01 viene chiusa, a questo punto inizia la fase di ozonizzazione vera e

propria. L'acqua viene fatta ricircolare all'interno della colonna per mezzo della pompa

G 02 per un tempo direttamente dipendente dalla quantità di ozono da somministrare.

Figura 6-1: schema dell'impianto di trattamento dell'acqua

L'alimentazione dell'ozono viene fatta utilizzando un sistema di iniezione sotto vuoto:

l'acqua, la cui pressione è stata aumentata dalla pompa G 02 viene fatta passare attraverso un piccolo orifizio, si crea così un effetto venturi che trascina il gas dal generatore di ozono alla corrente di acqua. L'iniettore è mostrato in Figura 6-2.

Figura 6-2: schema del funzionamento di un eiettore per l'alimentazione dell'ozono

La corrente ozonizzata viene mandata nella colonna C 02, operante a pressione

atmosferica, dove avvengono le reazioni dell'acqua con l'ozono; la colonna ha anche il Acqua

Ozono

L'ozono residuo, inizialmente preriscaldato per mezzo di due elementi riscaldanti a circa 100°C in modo da rimuovere l'eventuale acqua trascinata, viene alimentato ad un letto catalitico dove avviene la sua distruzione.

Terminata l'ozonizzazione l'acqua viene lasciata all'interno della colonna per un tempo tale da non avere più ozono residuo, poi viene scaricata tramite l'apertura della valvola M V04.

L'ozono viene prodotto da un generatore di ozono avente le seguenti caratteristiche:

ƒ Pressione di esercizio: 0,5 bar;

ƒ Alimentazione: ossigeno;

ƒ Raffreddamento: ad aria;

ƒ Produzione di O

: 8 g/h;

ƒ Consumo energetico: 21 kWh/kg di O

prodotto.

Figura 6-3: generatore di ozono e colonna di reazione/degasificazione

6.2 Prove di trattamento con ozono

Le prove di trattamento dell'acqua civile si articolano in due fasi:

1. ricerca del dosaggio ottimale di ozono che realizzi un compromesso fra quantità di ozono fornita e miglioramento delle caratteristiche dell'acqua;

2. verifica dei risultati ottenuti mediante confronto con i requisiti minimi di qualità per le acque reflue recuperate riportati nel DM 185.

6.2.1 Ricerca del dosaggio ottimale di ozono

Nella prima fase le prove sono state condotte ozonizzando lo stesso quantitativo di acqua, prelevata in un unico giorno dal depuratore, secondo le stesse modalità ma con dosaggi diversi di ozono:

- volume di acqua trattato: V = 20 l - produzione di O

: Q

= 8 g/h

I vari dosaggi sono stati ottenuti variando il tempo di gorgogliamento dell'ozono:

- dosaggio (g/m

) = Q

* tempo di gorgogliamento (h) / V .

Nella Tabella 6-1 sono riportati i risultati ottenuti con i relativi dosaggi, mentre in Tabella 6-2

sono riportati gli abbattimenti percentuali dei vari parametri a seguito del trattamento, in

particolare in Tabella 6-2 non vengono riportati quei parametri che hanno subito un aumento

(NO

e SO

) e quei parametri che non hanno subito variazioni significative rimanendo

pressoché costanti (Cl

).

Prova 1 Prova 2 Prova 3 Prova 4

Tempo (min) 0 30 120 300

Dosaggio (g/m

) 0 200 800 2000

SS (mg/l) 12 10 8 8

pH (uph) 6.95 7.26 7.72 7.97

COD tq (mg/l) 34.2 28.8 18.2 13.2

N_NH

(mg/l) 1.52 1.46 1.04 0.197

N_NO

(mg/l) 0.9 1.2 1.6 2.1

N_NO

(mg/l) 0.05 0.015 0.001 0.0001

P_PO

(mg/l) 1.95 1.98 1.98 2.02

Cl

(mg/l) 472.4 470 463.4 475

SO

(mg/l) 157.5 159.9 161.1 169.7

Batteri tot (UFC) 41000 970 0 0

Tabella 6-1: risultati delle prove condotte con diversi dosaggi di O

Abbattimento % Tempo

(min)

Dosaggio

(g/m

) SS COD tq N_NH

N_NO

P-PO

Batteri tot

Prova 2 30 200 16.7 15.8 4.0 70.0 0.0 97.6

Prova 3 120 800 33.3 46.8 31.5 98.0 0.0 100

Prova 4 300 2000 33.3 61.4 87.0 99.8 0.0 100

Tabella 6-2: abbattimento % dei vari parametri in funzione del diverso dosaggio di O

Dalle precedenti tabelle risulta abbastanza evidente che con dosaggi superiori a 800 g/m

non si ottengono miglioramenti delle proprietà tali da giustificare i costi maggiori dovuti ad un aumento della quantità di ozono somministrato.

L'andamento dei vari parametri in funzione del dosaggio di ozono è riportato nei seguenti

grafici.

Figura 6-4: variazione COD tq e SS in funzione del dosaggio di O

Variazione parametri

0 0,5 1 1,5 2

0 400 800 1200 1600 2000 Dosaggio O

(g/m

)

mg/l

ammoniaca nitrati nitriti fosfati

Figura 6-5: variazione NH

, NO

, NO

e PO

in funzione del dosaggio di O

Variazione parametri

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 400 800 1200 1600 2000

Dosaggio O

(g/m

)

mg/l

SS

COD tq

Variazione parametri

100 150 200 250 300 350 400 450 500

0 400 800 1200 1600 2000

Dosaggio O

(g/m

)

mg/l

cloruri solfati

Figura 6-6: variazione Cl

e SO

in funzione del dosaggio di O

Variazione carica batterica totale

0 10000 20000 30000 40000

0 400 800 1200 1600 2000

Dosaggio O

(g/m

)

UFC

Figura 6-7: variazione della carica batterica totale in funzione del dosaggio di O

Dal grafico di Figura 6-7 risulta evidente l'efficienza dell'ozono nella disinfezione, infatti la

di O

per m

di acqua trattata ( Tabella 6-1 ). È importante che la carica batterica totale sia nulla soprattutto pensando che lo scopo del trattamento è il possibile riutilizzo dell'acqua all'interno di una conceria. Per questo motivo il dosaggio di O

deve essere tale da consentire un abbattimento della carica batterica del 100%, percentuali di riduzione minori non sono accettabili anche perché i batteri si moltiplicano con una velocità esponenziale.

Il trattamento invece non ha effetto su solfati e cloruri, la cui concentrazione rimane pressoché costante indipendentemente dal dosaggio di ozono ( Figura 6-6 ); questo fa riflettere sul fatto che il solo trattamento con ozono non sia sufficiente per poter riutilizzare le acque di depurazione in conceria. Si può quindi pensare di affiancare alla sezione di ozonizzazione una sezione di osmosi inversa con lo scopo di diminuire la concentrazione di solfati e cloruri. Anche la concentrazione di fosfati rimane costante con il trattamento ( Figura 6-5 ). Le concentrazioni di ammoniaca, nitrati e nitriti sono legate fra loro infatti a seguito dell'ossidazione la concentrazione di ammoniaca e nitriti diminuisce mentre aumenta quella dei nitrati, che rappresentano la specie ossidata.

Il trattamento è particolarmente efficace nell'abbattimento del COD mentre risulta meno efficiente nella riduzione dei solidi sospesi ( Figura 6-4 ) perché manca l'azione meccanica. In questo caso si potrebbe pensare di mettere a monte della sezione di ozonizzazione un filtro a sabbia con lo scopo di abbattere i solidi sospesi, questo ridurrebbe il dosaggio di ozono necessario per il trattamento e ne aumenterebbe l'efficienza dal momento che i solidi sospesi, oltre ad assorbire una notevole quantità di ozono, presentano anche un effetto inibente sull'azione degradativa dell'ozono stesso. [11]

Il trattamento ha prodotto anche una notevole decolorazione dell'acqua, come si può

facilmente vedere dalla foto di Figura 6-8 .

Figura 6-8: variazione del colore dell'acqua a seguito del trattamento con ozono

6.2.2 Verifica risultati ottenuti

L'acqua proveniente dal depuratore non ha una composizione ben definita ma la concentrazione dei vari parametri varia da un giorno all'altro e nell'arco di una stessa giornata, alle volte anche in maniera significativa. Per questo motivo sono state condotte diverse prove di trattamento, al fine di individuare una composizione media dell'acqua ozonizzata.

Le prove sono state condotte con le seguenti modalità:

- volume di acqua trattato: 20 l

- dosaggio di ozono: 800 g/m

(corrispondente ad un tempo di gorgogliamento di 2h).

I risultati ottenuti sono riportati nella Tabella 6-3 mentre in Tabella 6-4 sono riportate le medie dei vari parametri, rispettivamente prima e dopo il trattamento e la loro variazione

Acqua trattata con 2000 g/m

di O

Acqua trattata con 800 g/m

di O

Acqua trattata con 200 g/m

di O

Acqua non trattata

1° Prova 2° Prova 3° Prova 4° Prova 5° Prova 6° Prova 09/06/04 22/06/04 15/07/04 25/10/04 15/11/04 04/11/04

SS in mg/l 42 30 26 72 12 2

SS out mg/l 22 4 4 6 8 0

pH in uph 6.97 6.97 7.32 7.05 6.95 7.35

pH out uph 7.54 7.40 8.09 7.52 7.52 7.67

COD tq in mg/l 107.5 63 68 38.7 34.2 38.6

COD tq out mg/l 47 41 12 25.4 18.2 29.9

TOC in mg/l - - - 11.7 - 8.62

TOC out mg/l - - - 7.81 - 8.08

NH

in mg/l 0.92 1.31 1.53 1.45 1.52 1.25

NH

out mg/l 0.74 0.60 1.83 1.22 1.04 1.04

NO

in mg/l 0.6 0 0.3 0.9 0.9 0.5

NO

out mg/l 0.9 0.8 0.5 1.7 1.6 0.6

NO

in mg/l 0.17 0.5 0.031 0.062 0.05 0.023

NO

out mg/l 0.016 0.012 0.062 0.01 0.005 0.018

PO

in mg/l 3.89 1.53 2.44 1.541 1.95 1.62

PO

out mg/l 3.46 2.87 1.65 0.789 1.98 1.63

Cl

in mg/l 655 690 791 542.6 472.4 720.7

Cl

out mg/l 646 695 775 549 463.4 621.4

SO

in mg/l 198 207 261 151.7 157.5 173.2

SO

out mg/l 194 212 261 157 161.1 159.5

dur. tot. in °Fr - - - 34.5

dur. tot. out °Fr - - - 34.5

dur. perm. in °Fr - - - 8.5

dur. perm. out °Fr - - - 10

HCO

in mg/l - - - 54.9 - 48.8

HCO

out mg/l - - - 54.9 - 48.8

La carica batterica totale è risultata nulla in tutte le prove effettuate

Tabella 6-3 : risultati delle diverse prove di trattamento

Media dei parametri

Prima del trattamento Dopo il trattamento

Variazione %

SS mg/l 30.67 7.33 - 76 %

pH uph 7.10 7.66 8 %

COD tq mg/l 58.33 28.92 - 50 %

TOC mg/l 10.16 7.95 - 22 %

NH

mg/l 1.33 1.08 - 23 %

NO

mg/l 0.53 1.02 92 %

NO

mg/l 0.14 0.02 86 %

PO

mg/l 2.16 2.06 -

Cl

mg/l 645.28 624.97 -

SO

mg/l 191.40 190.77 -

Tabella 6-4 : media e varizione dei parametri a seguito del trattamento

Come già osservato in precedenza, si può notare che a seguito del trattamento, solfati, cloruri e fosfati rimangono pressoché costanti, nitrati e pH aumentano e diminuiscono tutti gli altri parametri riportati in tabella.

Nella Tabella 6-5 viene riportato il confronto fra i valori limite di alcuni parametri riportati nell'allegato del DM 185 e il corrispondente valore medio ottenuto sperimentalmente.

Valore medio sperimentale Valore limite

pH 7.66 6 - 9.5

SS mg/l 7.33 10

COD mg O

/l 28.92 100

Fosforo totale mg P/l 2.06 2

Azoto totale mg N/l 2.12 15

Azoto ammoniacale mg NH

/l 1.08 2

Solfati mg SO

/l 190.77 500

Cloruri mg Cl/l 624.97 250

Nella precedente tabella sono evidenziati i cloruri perché la loro concentrazione non rientra nei limiti imposti dalla legge . Questo fatto conferma la necessità di unire al trattamento con ozono un altro tipo di trattamento capace di ridurre significativamente i cloruri, per esempio un impianto di osmosi inversa.

6.3 Trattamento dell'acqua utilizzata nel processo conciario

L'acqua utilizzata nel processo conciario è stata ozonizzata secondo le seguenti modalità:

- volume di acqua trattato per ogni ciclo di trattamento: 20 l

- dosaggio di ozono per ogni ciclo di trattamento: 800 g/m

(corrispondente ad un tempo di gorgogliamento di 2 h).

Quando la concia delle pelli ha richiesto quantitativi di acqua maggiori di 20 litri, sono stati eseguiti più cicli di trattamento su volumi diversi di acqua prelevati contemporaneamente dal depuratore.

Anche l'acqua non trattata, utilizzata per conciare le pelli, è stata prelevata contemporaneamente all'acqua da trattare in modo da garantire una valida comparazione delle pelli ottenute.

Prima di utilizzare l'acqua trattata sulle pelli abbiamo atteso il tempo necessario in modo

da non avere più ozono residuo nell'acqua.