Depurazione delle acque e contaminanti emergenti: impianti e … · 2020. 5. 5. · Depurazione...
Transcript of Depurazione delle acque e contaminanti emergenti: impianti e … · 2020. 5. 5. · Depurazione...
Depurazione delle acque e contaminanti emergenti: impianti e nuove tecnologie
1
Paola Verlicchi, Luigi Masotti Dipartimento di Ingegneria
Francesco DondiFrancesco DondiDipartimento di Chimica
Coordinatore Scientifico LARAUniversità di Ferrara
Ferrara, 22 maggio 2008
ArgomentiArgomenti
•• Inquinanti emergenti nelle acqueInquinanti emergenti nelle acque: cosa sono, quanti sono, da dove vengono, come si comportano, che problemi possono dare?
•• Complessità dello studioComplessità dello studio: multidisciplinare, con problematiche varie
2
varie•• Vincoli esistentiVincoli esistenti: legislazione•• Rimozione e degradazioneRimozione e degradazione: principi e applicazioni, analisi dello
stato attuale, prospettive future, fattibilità tecnico ed economica di potenziali trattamenti
Tipologie di inquinantiTipologie di inquinanti
ConvenzionaliConvenzionali
Solidi sospesi totali
Solidi colloidali
BOD, COD, COT
Ammoniaca, nitrati, nitriti, azoto totale
Fosforo
Batteri, cisti, oocisti di protozoi, virus
Sostanze organiche refrattarie
3
Non convenzionaliNon convenzionali
Composti organici volatili
Tensioattivi
Metalli
Solidi disciolti totali
Emergenti Emergenti
Farmaci prescritti e non prescrivibili
Prodotti per la cura e l’igiene personale
Antibiotici a uso umano e animale
Interferenti endocrini
Droghe illecite
Categorie di farmaci
• Antiflogistici ( ibuprofene )
• Regolatori di lipidi (acido clofibrico)
• Antiepilettici ( carbamazepina )
• Psicoattivi, tranquillanti ( diazepam )
• Betabloccanti (sotalol)
ibuprofene
diazepam
4
• Antistaminici
• Citostatici
• Mezzi di contrasto ( iopromide )
• Antibiotici ( eritromicina )
• Ormoni (17 αααα−−−−etinilestradiolo)
iopromideiopromide
eritromicina
carbamazepina
Inquinanti di emergente interesseInquinanti di emergente interesse: : proprietà chimicoproprietà chimico--fisichefisiche
Prodotti farmaceutici
Composti perfluorinati
Benzene, naftalene ,sulfonati
Tossine algali
Esteri fosforici
Biocidi ammonio quaternario
Funghicidi
IDROFILEPolarità
5
Esteri fosforici (ritardanti di fiamma) Ormoni
NDMA
PBDEs
Filtri UV
Funghicidi(benzotiazolo )
MTBEHBCD
Fragranze
VOLATILE NON VOLATILE
Volatilità
LIPOFILICHE
NDMA = nitroso dimethyl amine (prodotto disinfettante) MTBE = methyl-tert-butyl-ether (additivo per benzide) HCBD = hexabromocyclodecane (ritardante di fiamma) PBDE = polybrominated diphenyl ethers (ritardante di fiamma)
Alcune categorie di inquinanti emergentiAlcune categorie di inquinanti emergenti
• Farmaci e prodotti per l’igiene e la cura personale (PPCPs)
• Interferenti endocrini (EDC)• Solidi disciolti totali: PPCPs
EDC
6
…dimensioni molto piccoleSolidi disciolti
totali
EDC
Dimensioni dei principali parametri di inquinamento
dimensionedimensione
peso molecolarepeso molecolare
7
PPCPs EDC
Fonti principali di PPCPsFonti principali di PPCPsSingole abitazioni
Dilavamento dei terreni,allevamenti
8Effluenti liquidi e solidi diimpianti di depurazione
Scarichi ospedalieri
Scarichi industriali
Infiltrazioni da discariche
Macro e Micro Inquinanti:Limiti di rivelazione
10-910-10 10-7 10-5 10-210-6 10-410-8 10-3
gL-1
11µµµµµµµµgLgL --11
10-1110-1210-13
11ngLngL --1111pgLpgL --11 1m1mgLgL --11
1ppm1ppm1ppb1ppb1ppt1ppt1ppq1ppq
9
Macro InquinantiMicro Inquinanti
Acidi
Sali
Nutrienti
Materia organica naturale
Limiti diRivelazione
attuali
Limiti diRivelazione
Richiesti(controlloImpianti)
Concentrazione negli effluenti di impianti di depurazioneConcentrazione negli effluenti di impianti di depurazione
Mezzi di contrasto iodurati
Antiflogistici, betabloccanti,regolatori di lipidi
IDROFILEPolarità a pH neutro
Antibiotico fluoroquinolone
Antibiotici macrolidi,
Mezzi di contrasto iodurati
Antiflogistici, betabloccanti,regolatori di lipidi
IDROFILEPolarità a pH neutro
Antibiotico fluoroquinolone
Antibiotici macrolidi,
10
Estrogeni
LIFOFILICHE
Range di concentrazione, µg/L
Polarità a
Repellenti
Antibiotici macrolidi, sul fonamide
Carbamazepina
Tranquillanti Antisettici
Fragranze
0.001 0.01 0.1 1 10
Estrogeni
LIFOFILICHE
Range di concentrazione, µg/L
Polarità a
Repellenti
Antibiotici macrolidi, sul fonamide
Carbamazepina
Tranquillanti Antisettici
Fragranze
0.001 0.01 0.1 1 10
Concentrazioni misurateConcentrazioni misurate
mg/L
g/L
104
105
106
107
108
109
effluenti di impianti di depurazione effluenti di impianti di depurazione ambienteambienteng/L
11
ng/L
µµµµg/L
1
10
102
103
104
BOD SS COD N P IPAMetallipesanti
PPCPsPPCPs
ambientePCB
microgrammo/litro
convenzionaliconvenzionalinon non
convenzionaliconvenzionaliemergentiemergenti
Categorie di farmaci
In Italia: (dati 2003)In Italia: (dati 2003)1500 principi attivi1500 principi attivi5000 specialità medicinali5000 specialità medicinali8000 confezioni8000 confezioni
Molti utilizzati in piccole quantità
12
Molti utilizzati in piccole quantitàMolti metabolizzati nell’uomo prima dell’escrezioneMolti rapidamente degradatidegradati nell’ambiente
Impossibile considerare tutti i farmaci per il monitoraggio e la valutazione di rischio
Legislazione in materia di acquaLegislazione in materia di acqua
In EuropaIn EuropaDirettiva Quadro Europea sulle Acque 2000/60/CEDirettiva Quadro Europea sulle Acque 2000/60/CE
prevede il raggiungimento di uno stato chimico* “buono” entro il 2015 e suggerisce modalità di azione riguardanti la scelta delle sostanze prioritarie e gli interventi per la gestione dei bacini idrografici
Decisione N. 2455/2001/CEDecisione N. 2455/2001/CEstabilisce un elenco di sostanze prioritarie in materia di acque e modifica la
13
stabilisce un elenco di sostanze prioritarie in materia di acque e modifica la direttiva 2000/60/CE
In ItaliaIn ItaliaD. Lgs 152/06D. Lgs 152/06
Richiama la direttiva e la decisione europea, individua all’Allegato1, i parametri da controllare nelle acque superficiali per cui definisce gli standard (Tab. 1/A: BOD, COD, etc.) e i parametri aggiuntivi da monitorare nelle acque superficiali (Tab. 1/B: + tensioattivi, idrocarburi etc. ) i cui limiti di concentrazione sarannosaranno definiti con decreto del ministero dell’ambiente (nel DM 367/03 erano previsti dei limiti provvisori)
* Stato Chimico-Fisico-Biologico multiparametrico
Legislazione in materia di acquaLegislazione in materia di acqua
I limiti per alcuni composti inorganici , idrocarburi alifatici clorurati sono stati “ricavati dal D.Lgs. 31/01, acque destinate al ricavati dal D.Lgs. 31/01, acque destinate al consumo umanoconsumo umano”
I limiti per gli IPA derivano dalla tabella del D.Lgs 152/06 relativa alla qualità delle acque destinate alla produzione di acqua qualità delle acque destinate alla produzione di acqua
14
alla qualità delle acque destinate alla produzione di acqua qualità delle acque destinate alla produzione di acqua potabilepotabile
Di fatto i farmaci non sono attualmente compresi nelle liste delle Di fatto i farmaci non sono attualmente compresi nelle liste delle sostanze prioritariesostanze prioritarie
Legislazione vigente per i composti farmaceutici
EMEA (European Medicines Evaluation Agency)
EMEA 2001 CPMP/SWP/4447/00 EMEA 2001 CPMP/SWP/4447/00 draftdraftDiscussion paper on environmental risk assessment of non-genetically modified
organism(non-GMO) containing medicinal products for human use
EMEA 1997 EMEA/CVMP055/96EMEA 1997 EMEA/CVMP055/96Environmental risk assessment for
veterinary medicinal products other than GM-containing and immunological
products
USO UMANO USO VETERINARIO
15
products for human use
EMEA 2003 CPMP/SWP/4447/00 EMEA 2003 CPMP/SWP/4447/00 draftdraftNote for guidance on environmental risk
assessment of medicinal products for human use
EMEA 2005 CPMP/SWP/4447/00 EMEA 2005 CPMP/SWP/4447/00 draftdraftGuidelines on environmental risk
assessment of medicinal products for human use
products
EMEA 2000 CVMP/VICH/592/98 EMEA 2000 CVMP/VICH/592/98 --finalfinalGuidelines for environmental impact
assessment (EIAS) for veterinary medicinal products – Phase I
EMEA 2005 EMEA 2005 CVMP/VICHCVMP/VICH /790/03 /790/03 --finalfinalGuidelines for environmental impact
assessment (EIAS) for veterinary medicinal products – Phase II
Porte Porte di di iniezioiniezionene
PlumePlume
MATRICE+
ACQUA
INQUINANTI EMERGENTIINQUINANTI EMERGENTIE TECNOLOGIE PER IL DISINQUINAMENTOE TECNOLOGIE PER IL DISINQUINAMENTOAPPROCCIO CONCETTUALEAPPROCCIO CONCETTUALE
LABORATORIO LABORATORIO LARALARA
MONITORINGMONITORING& REMEDIATION& REMEDIATION
LABORATORIO SISTEMI IDRAULICI
LABORATORI TECNOLOGIEFOTOCHIM.
ELEC. BEAM etc
LABORATORIO DIIDROGEOLOGIA
16
INGEGNERIAINGEGNERIAINGEGNERIAINGEGNERIASANITARIA SANITARIA
& REMEDIATION& REMEDIATION
I/OI/O
LABORATORIDI ECOLOGIA ed
ECOTOSSICOLOGIA
LABORATORI DI CHIMICA ANALITICA
ProblematicheProblematiche
• Scelta dei composti chiavecomposti chiave in quanto presenti, significativi e rappresentativi nelle acque reflue (e superficiali)
• Individuazione dei trattamenti di depurazionetrattamenti di depurazione più appropriati: valutazione della fattibilità tecnica ed fattibilità tecnica ed economicaeconomica della scelta
17
•• SperimentazioniSperimentazioni su impianti pilota e verifica delle previsioni• Disponibilità delle strumentazionistrumentazioni sofisticate per le analisi• Definizione delle metodichemetodiche analitiche• Costi delle analisianalisi
Livelli di interventoLivelli di intervento
• Riduzione dei consumi di PPCPs, modifica molecole (green pharmacy)
• Individuazione delle fonti principali e loro trattamento on site
• Miglioramento/potenziamento del trattamento di depurazione (linea acqua e linea fango)
Fonte
18
• Impermeabilizzazione del fondo e della parete della discarica
• Spostamento del punto di immissione dello scarico
• Potenziamento del trattamento di potabilizzazione
Emissione/Immissione
Immissione
Trattabilità di un composto
19
Rimozione di un composto (emergente)
20
Metabolismo microbico aerobico/anaerobico/anossico : degradazione, biologica,trasformazione del composto ad opera di reazioni cataboliche e anaboliche connessa alciclo di vita dei microorganismi (specifici per quel determinato substrato)
Metodi di distruzione comportano reazioni chimiche tra i composti (recalcitranti,persistenti) e particolari agenti chimici o fisici molto reattivi, molto energetici cheeliminano/riducono la tossicità del composto originario.
21
Trattamenti biologici: Sistemi in attuale sperimentazioneTrattamenti biologici: Sistemi in attuale sperimentazione--sviluppo. Gruppo Masotti Verlicchi, Ing. Fesviluppo. Gruppo Masotti Verlicchi, Ing. Fe
liquame dai trattamenti preliminari sedimentazione
22
Sistema a fanghi attivi convenzionale
Sistema MBR con membrane disposte all'interno della vasca a fanghi attivi
Sistema MBR con membrane disposte all'esterno della vasca a fanghi attivi
liquame dai trattamenti preliminari
liquame dai trattamenti preliminari
membrane
membrane
denitro nitro
denitro nitro
denitro nitro
effluente
effluente
effluente
fango di supero
fango di supero
fango di supero
Sistemi a massa sospesa
Efficaci?Quanto?
Si può ottimizzare/migliorare l’efficienza?
E i sistemi a massa adesa?
Trattamenti terziari sotto indagine Trattamenti terziari sotto indagine ––Laboratorio LARALaboratorio LARA
Gruppo Prof. L.Masotti, P. Verlicchi, Dip. Ing. Fe.• Sistemi tampone (fitodepurazione)• Ozonazione• Ossidazioni avanzate
OBIETTIVO: migliorare l’efficienza di rimozione degli impianti di depurazione
mediante l’adozione di trattamenti terziari/dedicati
23
• Ossidazioni avanzate• Fotocatalisi (UV), Prof. C.A. Bignozzi, Dip. Chimica, Fe.• Filtrazione su membrane(MF, UF, OI, NF)• Processo Fenton, Prof. A. De Battisti, Dip. Chimica, Fe• Processi fotochimici (Electron Beam): Dr. S. Emmi, CNR, ISOF, Bo.• Processi di Adsorbimento su zeoliti (Dr. L. Pasti, Dip. Chimica, Prof.
A. Alberti. Dip. Geologia, Unife)
ossidazioni avanzate
Trattamenti terziariTrattamenti terziari
Confronto qualitativo sui costi di investimento e g estione dei vari sistemi in fase di studioConfronto qualitativo sui costi di investimento e g estione dei vari sistemi in fase di studio
Costi investimento/gestioneCosti investimento/gestione
osmosi inversa e nanofiltrazione
24
processo Fenton
fitodepurazione
Tecnologia adottata/testataTecnologia adottata/testata
UV
micro e ultrafiltrazione su membrane
fotochimiciozonazione
ossidazioni avanzate
fitodepurazione
Trattamenti terziariTrattamenti terziari
Tecnologie più promettenti secondo l’ingegneria san itariaTecnologie più promettenti secondo l’ingegneria san itaria
UVmicro e ultrafiltrazione su membrane
ozonazione
Sviluppo previstoSviluppo previsto
25
fotochimici processo Fenton
fitodepurazione
Tecnologia adottata/testataTecnologia adottata/testata
osmosi inversa e nanofiltrazione
Ringraziamenti
• Ing. Alessio Galletti – Dip. Ingegneria, Unife• Dott.ssa Giulia Basaglia - Dip. Chimica, Unife
Dottorati di Ricerca:
26
Finaziamenti
• OBIETTIVO 2 - LARA• HERA• Università di Ferrara
Migrazione di metolachlor nel suolo: costante diriparizione
Idrogeologia – Prof. T. Nanni,
N. Colombani, M. Mastocicco
Chimica Analitica - Prof. F. Dondi, Dott. L. Pasti