Date post: | 03-Jan-2016 |
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BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATIStudio sperimentale per Studio sperimentale per l’applicazione delle PRBl’applicazione delle PRB
Silvia SbaffoniSilvia Sbaffoni
[email protected]@uniroma1.it
22
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Barriere permeabili reattive (PRB)Barriere permeabili reattive (PRB)
Prove sperimentali presso il DITS:Prove sperimentali presso il DITS:– Utilizzo di matrici alternative e materiali di Utilizzo di matrici alternative e materiali di
scarto:scarto: Compost verdeCompost verde
Zeoliti naturaliZeoliti naturali(scarti di lavorazioni da (scarti di lavorazioni da cave di tufo e pozzolana)cave di tufo e pozzolana)
Rimozione biotica del Cr(VI)
Rimozione abiotica per adsorbimento di 2-
clorofenolo
33
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
CromoCromo
Industria tessile, metallurgica e delle Industria tessile, metallurgica e delle costruzionicostruzioniESAVALENTE Cr(VI)ESAVALENTE Cr(VI) TRIVALENTE Cr(III)TRIVALENTE Cr(III)
in soluzione come anione cromato o dicromato
origine antropica
carcinogen and mutagen
Limite nelle acque sotterranee 5 g/l
in soluzione come catione
Origine antropica e naturale
Limite nelle acque sotterranee 50 g/l
44
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
ObiettivoObiettivo
Utilizzo di una biobarriera Utilizzo di una biobarriera anossica/anaerobica per la rimozione di anossica/anaerobica per la rimozione di Cr(VI) da acque sotterranee;Cr(VI) da acque sotterranee;
Utilizzo a tale scopo di materiali a basso Utilizzo a tale scopo di materiali a basso costo:costo:– Compost verde (fornisce biomassa e sostanza Compost verde (fornisce biomassa e sostanza
organica);organica);– Ghiaia silicea.Ghiaia silicea.
Meccanismi di rimozione:Meccanismi di rimozione:– AdsorbimentoAdsorbimento– Rimozione mediata dalla biomassaRimozione mediata dalla biomassa OH2sS3sOHCr2H2SH3HCrO2 2324
55
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Fasi sperimentaliFasi sperimentali
Studio preliminare: caratterizzazione dei Studio preliminare: caratterizzazione dei materiali utilizzatimateriali utilizzati
Test in reattori discontinui (batch): Test in reattori discontinui (batch): verifica dell’applicabilità dei materiali verifica dell’applicabilità dei materiali scelti, identificazione dei processi di scelti, identificazione dei processi di rimozione, stima delle efficienzerimozione, stima delle efficienze
Test in reattore continuo (colonna): Test in reattore continuo (colonna): simulazione delle condizioni in situ, simulazione delle condizioni in situ, valutazione delle cinetiche di rimozione e valutazione delle cinetiche di rimozione e del comportamento a lungo terminedel comportamento a lungo termine
66
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Batch G
Batch C
Batch S
Batch M
ghiaia + soluzione contaminata
compost + soluzione contaminata
compost sterilizzato + soluzione contaminata
compost + ghiaia + soluzione contaminata
Soluzione contaminata
• pH, ORP• Cr in fase liquida• COD and solfati in fase
liquida
2 mg/l Cr(VI)
BatchBatch
Parametri monitorati
77
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Risultati – batchRisultati – batch
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.5 1 5 24 48 72 168 240 336 540
time (h)
Cr
(VI)
rem
ova
l ef
fici
ency
(%
)
Batch G Batch C Batch S Batch M
PHASE I
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.5 1 5 24 48 72 168 240 336 540
time (h)
Cr
(VI)
rem
ova
l ef
fici
ency
(%
)
Batch G Batch C Batch S Batch M
PHASE I
88
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
IN
OUT
Porta 4
5 cm
30 cm
80 cm
100 cm
40 cm
Porta 3
Porta 2
Porta 1
Soluzione contaminata
ColonnaColonna
Parametri monitorati:
• pH, ORP, Cr (IN, P1, P2, P3, P4 and OUT)
• COD e solfati nell’OUT
v = 1.9 m/d
99
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
ColonnaColonna
COLONNA 1COLONNA 1: alimentazione 10 mg/l Cr(VI) : alimentazione 10 mg/l Cr(VI) ((soluzione Csoluzione C) più:) più:– 400 mg/l COD (CH400 mg/l COD (CH33COOH) and 20 mg/l NHCOOH) and 20 mg/l NH44
++ ((soluzione Dsoluzione D););
– 400 mg/l COD (C400 mg/l COD (C66HH1212OO66) and 20 mg/l NH) and 20 mg/l NH44++
((soluzione Esoluzione E););
– 200 mg/l COD (C200 mg/l COD (C66HH1212OO66) and 10 mg/l NH) and 10 mg/l NH44++
((soluzione Fsoluzione F).).
1010
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Risultati della prova in colonnaRisultati della prova in colonna
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
time (d)
Cr(
VI)
(m
g/l
)
in port 1 port 2 port 3 port 4 out
solution C solution D solution solution F solution C
1111
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Risultati della prova in colonnaRisultati della prova in colonna
0
20
40
60
80
100
10 15 21 24 29 34 37 51 56 62 65 71 76 79 84 90 93 98 104
107
112
115
120
time (d)
rem
ova
l eff
icie
ncy
(%
)
port 1 port 2 port 3
solution C solution D solution E solution F solution C
1212
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Risultati della prova in colonnaRisultati della prova in colonna
0.000
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
0.009
0.010
0.011
0.012
0.013
0.014
0.015
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
time (d)
Cr(
VI)
(m
g/l)
port 4 out limit (D.M. 471/99)
solution C solution D solution E solution F solution C
1313
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Risultati della prova in colonnaRisultati della prova in colonna
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
time (d)
OR
P (
mV
)
in port 1 port 2 port 3 port 4
solution C
solution D
solution E solution F solution C
1414
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Risultati della prova in colonnaRisultati della prova in colonna
2.5 cm
15 cm
25 cm
17.5 cm
30 cm
10 cm
4
3
2
1
In
OUT FASE SOLIDA dopo il
trattamento
0
50
100
150
200
250
300
350
400
In port1 port 2 port 3 port 4 out
Cr
(mg
)
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
in
port
1
port
2
port
3
port
4
out
leac
hed
Cr/
tota
l Cr
(%)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
port
1
port
2
port
3
port
4 out
Cr(
VI)
/to
tal C
r (%
)
1515
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Efficienze di circa il 97%
ConclusioniConclusioni
Prove batch:Prove batch:
Prove in colonna:Prove in colonna:
Meccanismo di rimozione sia abiotico (tempo di contatto < 24h) e biotico (tempo di contatto > 24 h).
Efficienze di rimozione prossime al 100%
Processo di rimozione strettamente legato all’attività della biomassa
1616
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
ObiettivoObiettivo
Studio della fattibilità di una PRB per il Studio della fattibilità di una PRB per il trattamento di acque contaminate da 2-trattamento di acque contaminate da 2-clorofenolo (2CP)clorofenolo (2CP)
Applicazione di materiali localiApplicazione di materiali locali Utilizzo di materiali di scarto a basso costoUtilizzo di materiali di scarto a basso costo
L’attività sperimentale ha avuto lo scopo di valutare le performance del
tufo,ricco di zeoliti naturali, nella rimozione del 2-CP
1717
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
BackgroundBackground
Fenoli:Fenoli:
Altamente tossici, anche a basse concentrazioni
Difficilmente biodegradabili, a causa della presenza di
gruppi funzionali (clorofenoli)
Presenti negli effluenti generati da molte attività
industriali e associati all’attività agricola
(pesticidi)
1818
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Fasi sperimentaliFasi sperimentali
Processi coinvolti: adsorbimento sul tufoProcessi coinvolti: adsorbimento sul tufo Attività sperimentale:Attività sperimentale:
– STUDIO PRELIMINARESTUDIO PRELIMINARE: caratterizzazione del : caratterizzazione del materiale reattivo utilizzatomateriale reattivo utilizzato
– TEST IN BATCHTEST IN BATCH: valutazione dell’adeguatezza del : valutazione dell’adeguatezza del materiale, identificazione dei meccanismi di materiale, identificazione dei meccanismi di rimozione, stima delle efficienze di rimozionerimozione, stima delle efficienze di rimozione
– TEST IN COLONNATEST IN COLONNA: simulazione delle condizioni : simulazione delle condizioni operative in scala reale, valutazione delle operative in scala reale, valutazione delle efficienze di rimozione a breve e lungo termineefficienze di rimozione a breve e lungo termine
1919
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
MaterialiMateriali
Tufo da una cava presso RomaTufo da una cava presso Roma– pH naturale = 9.3pH naturale = 9.3– Peso dell’unità di volume = 0.96 g/cmPeso dell’unità di volume = 0.96 g/cm33
– caratterizzazione meccanicacaratterizzazione meccanica
Soluzione contaminata di 2CP: circa 12 mg/lSoluzione contaminata di 2CP: circa 12 mg/l
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.01 0.1 1 10 100grain size (mm)
cum
ula
tive
pas
sin
g w
eig
ht
(%)
ghiaia
sabbiaLimo/argilla
ghiaia
sabbiaLimo/argilla
2020
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Sistema sperimentale: test in Sistema sperimentale: test in batchbatch E’ stata valutata l’influenza del pH e del E’ stata valutata l’influenza del pH e del
tempo:tempo:
– dipendenza dal pHdipendenza dal pH
– dipendenza dal tempodipendenza dal tempo
Parametri monitorati:Parametri monitorati:– pHpH– 2CP2CP
test a pH = 4÷10test a pH = 4÷10
test a 4÷48 htest a 4÷48 h
2121
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Sperimentazione: test in batchSperimentazione: test in batch
a pH 4 l’efficienza di rimozione è trascurabilea pH 4 l’efficienza di rimozione è trascurabile
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
4 8 24 30 48time (h)
rem
ov
al e
ffic
ien
cy
(%
) (%
)
pH=7.3 pH=7.5 pH=8 pH=9.6
2222
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Sperimentazione: test in colonnaSperimentazione: test in colonna
ColonnaA
ColonnaB
Peso del tufo(kg)
2.53 1.56
Dimensione dei grani (mm)
0.074÷30
0.074÷8
PV(ml)
1200 809
Portata (ml/min)
0.5 0.5
HRT of 1 PV(h)
40 27
Velocità(m/d)
0.36 0.89
5 cm
20 cm
80 cm
100 cm
port 1
port 2
port 4
2-CPsolution
pump Tedlar bag
inlet
outlet
5 cmCOLUMN B
40 cmport 320 cm
10 cm
60 cm
port 1
port 2
2-CPsolution
pump Tedlar bag
inlet
outlet
10 cmCOLUMN A
40 cmport 3
5 cm
20 cm
80 cm
100 cm
port 1
port 2
port 4
2-CPsolution
pump Tedlar bag
inlet
outlet
5 cmCOLUMN B
40 cmport 3
5 cm
20 cm
80 cm
100 cm
port 1
port 2
port 4
2-CPsolution
pump Tedlar bag
inlet
outlet
5 cmCOLUMN B
40 cmport 320 cm
10 cm
60 cm
port 1
port 2
2-CPsolution
pump Tedlar bag
inlet
outlet
10 cmCOLUMN A
40 cmport 3
20 cm
10 cm
60 cm
port 1
port 2
2-CPsolution
pump Tedlar bag
inlet
outlet
10 cmCOLUMN A
40 cmport 3
2323
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Sperimentazione: colonnaSperimentazione: colonna A A
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
time (h)
2-C
P (
mg
/l)
In Port 1 Port 2 Port 3 Out
2424
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Sperimentazione: colonnaSperimentazione: colonna A A
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5
pH
rem
oval eff
icie
ncy (%
)
port 1 port 2 port 3 out
2525
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Sperimentazione: colonnaSperimentazione: colonna A A
Cinetica di ordine 1 (RCinetica di ordine 1 (R22>0.9)>0.9) In corrispondenza delle massime In corrispondenza delle massime
efficienze (E>70%)efficienze (E>70%)– Coefficiente di velocità di reazione medio k = Coefficiente di velocità di reazione medio k =
0.04 h0.04 h-1-1
– tt1/21/2 medio = 18 h (primi 20 cm) medio = 18 h (primi 20 cm)y = -0.0397x + 2.3688
R2 = 0.919
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
time (h)
ln(2
CP
)
2626
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Sperimentazione: colonnaSperimentazione: colonna B B
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
time (h)
2-C
P (m
g/l)
In Port 1 Port 2 Port 3 Port 4 Out
2727
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Sperimentazione: colonnaSperimentazione: colonna B B
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5
pH
rem
ov
al e
ffic
ien
cy
(%
)
port 1 port 2 port 3 port 4 out
2828
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Sperimentazione: colonnaSperimentazione: colonna A e B A e B
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500time (h)
rem
ova
l ef
fici
ency
(%
)
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
pH
E (%) pH
COLONNA A – PORTA 1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200time (h)
rem
oval e
ffic
iency (%
)
7.0
7.2
7.4
7.6
7.8
8.0
8.2
8.4
8.6
8.8
9.0
pH
E (%) pH
COLONNA B – PORTA 1
2929
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Sperimentazione: colonnaSperimentazione: colonna B B
Cinetica di ordine 1 (RCinetica di ordine 1 (R22>0.9)>0.9) In corrispondenza delle massime In corrispondenza delle massime
efficienze (E>70%)efficienze (E>70%)– coefficiente di velocità di reazione medio k = coefficiente di velocità di reazione medio k =
0.1 h0.1 h-1-1
– tt1/21/2 medio = 4.7 h (primi 30 cm) medio = 4.7 h (primi 30 cm)y = -0.0725x + 2.6444
R2 = 0.9195
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0 5 10 15 20 25 30
time (h)
ln(2
CP)
3030
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Sperimentazione: reattore Sperimentazione: reattore CC
Ricircolo della Ricircolo della soluzione di 2CPsoluzione di 2CP
Concentrazione Concentrazione iniziale di 2CP: circa iniziale di 2CP: circa 10 mg/l10 mg/l
40 c
m
2-CPsolution
pump Tedlar bagin
let
outlet5 cm REACTOR C
40 c
m
2-CPsolution
pump Tedlar bagin
let
outlet5 cm REACTOR C
Reactor C
Tuff weight (kg) 0.70
Grain size (mm)0.074÷
8
PV (ml) 400
HRT of 1 PV (h) 8
3131
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
Sperimentazione: reattore Sperimentazione: reattore CC
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
time (h)
rem
ova
l eff
icie
ncy
(%
) (%
)
0
2
4
6
8
10
12
14
2CP
(m
g/l)
efficiency 2CP
3232
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
ConclusioniConclusioni
La rimozione del 2CP dipende fortemente La rimozione del 2CP dipende fortemente dal pHdal pH
La cinetica di rimozione sembra dipendere La cinetica di rimozione sembra dipendere anche dalla dimensione delle particelle anche dalla dimensione delle particelle solidesolide
La rimozione massima si ottiene per pH debolmente alcalini
A granulometrie maggiori corrispondono cinetiche di rimozione
più lente
3333
BONIFICA DEI SITI CONTAMINATIBONIFICA DEI SITI CONTAMINATI
ConclusioniConclusioni
Il tufo rappresenta una valida alternativa Il tufo rappresenta una valida alternativa agli approcci convenzionaliagli approcci convenzionali
Si stanno attualmente svolgendo ulteriori Si stanno attualmente svolgendo ulteriori test per:test per:– Comprendere a fondo il meccanismo di Comprendere a fondo il meccanismo di
adsorbimentoadsorbimento– Comprendere il comportamento a lungo Comprendere il comportamento a lungo
termine del sistematermine del sistema– Migliorare le prestazioni del materiali Migliorare le prestazioni del materiali
utilizzando ad esempio urea e thioureautilizzando ad esempio urea e thiourea