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Rimozione di inquinanti biopersistenti su materiali cellulosici adsorbenti di origine agroalimentare.

Informazioni tesi

  Autore: Alessandro Acciani
  Tipo: Tesi di Laurea Magistrale
  Anno: 2013-14
  Università: Politecnico di Bari
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Civile
  Relatore: Domenico Petruzzelli
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 134

Il lavoro di tesi si è principalmente incentrato sullo studio del processo di adsorbimento, come tecnologia innovativa nel processo di trattamento e depurazione delle acque reflue industriali, ricche di metalli pesanti.
I metalli pesanti costituiscono una classe di contaminanti inorganici, la cui presenza nei comparti ambientale rappresenta uno dei più gravi problemi ambientali a causa del forte impatto igienico sanitario da essi generato. Tale circostanza è dovuta alle loro caratteristiche di: bioaccumulabilità, persistenza e tossicità.
L’adsorbimento è un processo di trasferimento di massa che si esplica alla interfaccia solido-liquido, dei materiali che si pongono in contatto. Gli inquinanti disciolti in soluzione, interagendo con la superficie esterna del materiale biosorbente, vengono ritenuti e concentrati tramite forze elettrostatiche deboli (Van der Waals) ed interazioni legate alla geometria sia delle specie ritenute sia del materiale adsorbente (effetto setaccio).
In questo lavoro di tesi si è analizzato e studiato il comportamento di un tipico materiale naturale, adsorbente non convenzionale quale la sansa esausta, rinveniente dalla fase di estrazione con solventi del processo di molitura delle olive, nella ritenzione di metalli pesanti disciolti in soluzione.
La sansa di olive è composta nella sua interezza da pellicole di buccia, residui della polpa e frammenti di nocciolo, e presenta il triplice vantaggio di essere un materiale adsorbente efficace, efficiente ed economico.
Al fine di valutare l'efficienza della sansa e del processo di adsrobimento stesso, durante il lavoro di tesi, sono state condotte delle prove sperimentali, nello specifico prove termodinamiche di equilibrazione (batch) e cinetiche in condizioni dinamiche (colonna). Lo studio delle interazioni alle interfacce solido-liquido ha consentito l’ottenimento dei principali parametri progettuali per installazioni in piena scala. Nello specifico, le prove sperimentali hanno fatto riferimento a sistemi “batch” e prove dinamiche in colonna con l’obiettivo di rimuovere metalli pesanti (Pb++, Cd++, Ni++) da soluzioni acquose, utilizzando i citati rifiuti lignocellulosici di scarto (sansa).
Le prove termodinamiche di equilibrazione sono state condotte mediante contenitori (batch) di laboratorio, dove quantitativi discreti di materiale biosorbente sono stati posti a contatto con una soluzione ternaria di nichel, cadmio e piombo a 10 ppm di concentrazione. Tali prove hanno permesso di ottenere le isoterme di equilibrio relative ai modelli teorici di Freundlich e Langmuir, e di valutare i quantitativi teorici di biosorbente necessari per la rimozione delle tre specie metalliche da soluzioni acquose riproducenti le composizioni medie dei reflui industriali.
I risultati delle prove termodinamiche hanno evidenziato come la sansa, in virtù delle caratteristiche fisico-chimiche (presenza di gruppi funzionali carichi, porosità, ecc.) riesca a ritenere gli ioni metallici mediante processi di adsorbimento che si esplicano attraverso la superficie esterna ed i pori del materiale. In particolare, l'efficienza di ritenzione si è dimostrata diversa per i tre cationi metallici, presentando un'affinità del tipo: Pb++ > Cd++ > Ni++.
Le prove cinetiche dinamiche sono state condotte all'interno di colonne a riempimento dove la soluzione ternaria di nichel, cadmio e piombo a 10 ppm è stata mantenuta in condizioni di stazionarietà (portata costante) ed in continua eluizione sul materiale biosorbente. Dai risultati di tali prove si sono desunte le curve di breakthrough da cui si è evidenziata ancora una volta la spiccata efficienza di ritenzione del materiale biosorbente nei confronti del piombo. Nello specifico, l'affinità di ritenzione della sansa nei confronti dei tre metalli rimarca quanto mostrato nelle prove termodinamiche, ossia segue nuovamente la serie:Pb++ > Cd++ > Ni++.
In definitiva si può attestare che la sansa esausta, come “materia prima seconda” dell'industria agroalimentare, può essere reimpiegata in operazioni ambientali (rimozione metalli da effluenti liquidi) di altre attività produttive, con l’obiettivo finale di minimizzare gli impatti ambientali nelle due industrie, evitando, peraltro, lo smaltimento in discarica del rifiuto solido (biosorbente). Il suo impiego come materiale adsorbente non convenzionale all'interno di reattori volti all'allontanamento dei metalli pesanti dai reflui industriali, rappresenta dunque una soluzione alternativa, ecologica ed a basso costo rispetto al tipico impiego di carboni attivi nei processi di adsorbimento liquido-solido.

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6 Capitolo 1 - I trattamenti di depurazione delle acque reflue civili ed industriali 1.1 - Introduzione 1.1.1 - I trattamenti delle acque reflue civili Le attività sociali, civili e industriali e l'incremento della qualità della vita, hanno dato luogo ad un utilizzo e ad una richiesta sempre crescente di risorse idriche. Il conseguente utilizzo di grandi quantità di acqua porta ad una corrispondente produzione di reflui che, prima di essere smaltiti secondo i riferimenti normativi vigenti, devono essere sottoposti a trattamenti depurativi mediante una serie di operazioni unitarie industriali volte all'abbattimento del carico inquinante. A tal fine, risulta necessaria la definizione della composizione quali-quantitava dei volumi e della composizione dei liquami al fine di individuare i trattamenti depurativi più idonei alla rimozione e il riciclo degli inquinanti presenti nei reflui. Si consideri che in seguito a trattamenti mirati, in funzione della destinazione d’uso finale la stessa acqua reflua trattata può essere integralmente riciclata ai cicli produttivi o, addirittura, per usi più nobili quale quello potabile. I principali macroinquinanti chimici che si rilevano nelle acque reflue civili sono: i solidi totali, il BOD (domanda biochimica di ossigeno), COD (domanda chimica di ossigeno), questi ultimi associati alla presenza di composti organici a base di carbonio più o meno biodegradabili, i composti azotati e i composti a base di Fosforo. In particolare, i solidi totali, a seconda della forma chimica e dimensione delle particelle in sospensione, si suddividono in solidi sospesi e solidi disciolti, entrambi ulteriormente suddivisi in volatili, ovvero caratterizzati da una natura prettamente organica, che è possibile distruggere per combustione/pirolisi se riscaldati ad una temperatura di 600°, e non volatili, ossia materiali di natura minerale, i quali resistono al citato riscaldamento. I parametri microbiologici inquinanti che si rintracciano nei reflui civili sono: i Coliformi, gli Streptococchi, gli Streptococchi fecali, la Salmonella, gli Pseudomonas, i Clostridi ed gli Elminti o vermi.

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Parole chiave

adsorbimento
tecnologie innovative
sansa
acque reflue industriali
inquinanti biopersistenti
nichel, cadmio, piombo
prove cinetiche (colonna)
prove termodinamiche (batch)
freundlich, langmuir
trattamenti di depurazione

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