Tecnologie per la rimozione del nichel:

Esperienze su impianti pilota

Dr. Luciano Coccagna – Consulente

Dr. Mario Colombino – A.M.G.A. S.p.A

Dr. Giuliano Ziglio – Università di Trento

RIMOZIONE DI MICROINQUINANTI INORGANICI NATURALI NELLE ACQUE DESTINATE AL CONSUMO UMANO

Novi Ligure - 14 Giugno 2006

Centro Convegni ACOS

Presenza di nichel naturale in acque sotterranee:

normalmente < 10 µg/L

“range” tipico 2 – 20 µg/L

picco < 100 µg/L

Nel caso di inquinamenti valori sino a:

2500 µg/L

Effetti del nichel sulla salute umana

Effetti registrati più frequentemente:

• dermatiti allergiche per contatto o ingestione;

• cancerogenicità (provata solo per inalazione).

Direttiva Europea 80/778/CEE

D.P.R. 236/88

Ni = 50 µg/L

Direttiva Europea 98/83/CE

D.Lgs. 31/01

Ni = 20 µg/L

TRATTAMENTI DI RIMOZIONE

(rassegna della letteratura)

Con coagulazione, flocculazione e

sedimentazione convenzionali :

Rendimenti riportati: 35 – 80%

Valori dipendenti dalla torbidità e dal pH

TRATTAMENTI DI RIMOZIONE

(rassegna della letteratura)

Carbone attivato

PAC (Powered Activated Carbon): non è chiaro se agisce come pura torbidità o come adsorbente.

GAC (Granular Activated Carbon): risultati inconsistenti

TRATTAMENTI DI RIMOZIONE

(rassegna della letteratura)

Altre tecnologie efficaci:

• resine a scambio ionico con azione chelante

• altri adsorbenti

ATTIVITA’ DI RICERCA

Provate 3 tecnologie:• resine a scambio ionico

•mezzo adsorbente

• adsorbimento/coagulazione su

mezzi filtranti inerti convenzionali

RESINE A SCAMBIO IONICO

QUALE RESINA?

Resine a scambio cationico convenzionali usate per l’addolcimento domestico

RESINE A SCAMBIO IONICO

MOTIVAZIONI

• Già ampiamente utilizzate a contatto con acqua potabile.

• Performance dipendente dall’affinità relativa.

RESINE A SCAMBIO IONICOIoni Affinità relative(dipendenti dalla

reticolazione della resina dal 4% al 16% in DVB. PUROLITE®)

Mg 2.40 – 2.80

Fe 2.40 – 2.90

Cu 2.70 – 3.60

Ni 2.85 – 3.25

Ca 3.40 – 5.80

Pb 5.40 –14.50

Ba 6.15 – 16.50

RESINE A SCAMBIO IONICO

RESINE A SCAMBIO IONICO

Fattori che influenzano la prova:

•Tempo di contatto (BV/h): 40 – 60 – 80

• Livello rigenerativo (Kg NaCl/ciclo): 3,0 – 4,5 * – 6,0

*capacità di scambio : 400 g CaCO3/Kg NaCl

RESINE A SCAMBIO IONICO

Possibili svantaggi

• Resina super – esaurita (es.: perdita di nichel dovuta a omessa rigenerazione)

• “Fouling” della resina cioè accumulo irreversibile di nichel che potrebbe provocare:

a) rilascio incontrollato del nichel

b) progressiva riduzione della capacità di scambio

RESINE A SCAMBIO IONICO Risultati (1)

Parametri Unità Acqua greggia

Acqua trattata sino al

90% del ciclo

calcolato

Acqua trattata sino al

100% del ciclo

teorico

Acqua trattata sino al

110% del ciclo

teorico

Acqua trattata sino al

130% del ciclo

teorico

pH 7.2 7.8 7.2 7.8 7.2 7.8

7.2 7.8

7.2 7.8

Conducibilità 20°C µS/cm

680 750

680 750

680 750

680 750

680 750

Durezza °F 27 33 < 0.5 < 5 < 10 20 25

Silice mg/L 17 20 17 20 17 20 17 20 17 20

Ca mg/L 60 75 < 0.5 < 5 5 10 10 15

Mg mg/L 30 40 < 0.5 < 10 10 20 30 40

Cl mg/L 120 140

120 140

120 140

120 140

120 140

HCO3 mg/L 240 250

240 250

240 250

240 250

240 250

Ni µg/L 28 40 < 3.0 < 5 5 10 25 30

RESINE A SCAMBIO IONICO AUTOPSIA DOPO CONCLUSIONE DEI TESTS

Risultati(2)

Parametri Unità Resina “bianco”

Resina esaurita prima di

rigenerazione a pH 7.5

Resina rigenerata a pH 7.5

Resina esaurita

in contatto

con acqua a pH > 12

Rigenerazione standard (lavaggio e risciacquo

con acqua a pH = 7.5)

della resina dopo

contatto a pH > 12

umidità % 45.65 47.45 55.29 49.19 45.65

Ni mg/Kgresina

2.6 27 4.1 22 21

Ni mg/Lresina

1.12 11.2 1.48 8.9 8.4

Totale cicli = N° 23

RESINE A SCAMBIO IONICO

Conclusioni (1)

• Lo scambio del nichel è analogo allo scambio di calcio e magnesio

• Il nichel viene rimosso insieme con la durezza. Efficienza > 90%

RESINE A SCAMBIO IONICO

Conclusioni (2)

• La rigenerazione è fattibile nelle condizioni standard dell’addolcimento

• Il bilancio di materia conferma la completa rigenerazione (la somma di Ca, Mg e Ni

nell’acqua di rigenerazione corrisponde alla loro rimozione calcolata nell’acqua greggia)

RESINE A SCAMBIO IONICO

Conclusioni (3)

• L’esaurimento della resina oltre il suo limite determina una perdita quasi contemporanea di ioni così come atteso (nell’ordine: Mg, Ni e Ca).

Cioè il monitoraggio della durezza può attendibilmente surrogare quello del nichel.

• Un “fouling” permanente della resina può avvenire solo in condizioni forzate irrealistiche (es.: pH molto elevato dopo esaurimento della

resina)

MINERALI ADSORBENTI

Nessuna conclusione generale

può essere tratta:

solo un minerale adsorbente è stato testato per

un tempo limitato.

MINERALI ADSORBENTI

Risultati

MINERALI ADSORBENTI

Ferro ossido - idrossido

Parametri

Unità

Acquagreggi

a

Acqua trattata m3 cumulati

a 12.5 L/min. a 6.5 L/min.

1.55 16.20

29.70

45.97

61.47

77.78

95.16 143.0

186.0

222.2

pH 7.27.8 6.44 7.23 7.22 7.72 7.38 7.35 8.03 7.43 7.27 7.33

Silice mg/L 18 19 0.58 10.9 13.1 15.3 16.3 17.9 16.2 17.3 16.9 15.1

HCO3 mg/L 250 113 250 250 250 250 250 250 250 250 250

Ni µg/L 28 33 14 6.9 9.04 25 23 19.2 18.7 23 1.87 20

Quantità di minerale: 32 Kg.

MINERALI ADSORBENTI

IN EFFETTI:

• Limitata capacità di rimozione dall’inizio del trattamento (30 – 50 %)

• Dipendenza dal pH

• Mezzo granulare costoso

DI CONSEGUENZA:

ADSORBIMENTO/COAGULAZIONE

SU FILTRI INERTI MULTIMEDIA

Parametri analizzati:

• pH

• Dosaggio di coagulante

ADSORBIMENTO/COAGULAZIONE

SU FILTRI INERTI MULTIMEDIA

ADSORBIMENTO/COAGULAZIONE

SU FILTRI INERTI MULTIMEDIA

ADSORBIMENTO/COAGULAZIONE

SU FILTRI INERTI MULTIMEDIA Risultati (1)

Parametri Unità Acqua greggia

Valori

pH 7.10 7.78 7.93 8.19 8.38 8.57 8.78 8.86

Ni µg/L 34 28 25 32 24 17.8 22 24

Durezza °F 27 27 27 19.3 18.8 19 16.5 18

Ca mg/L 57 57 57 36 34 35 25 31

Mg mg/L 30 30 30 25 25 25 25 25

RIMOZIONE vs pH Q = 12 L/min.

ADSORBIMENTO/COAGULAZIONE

SU FILTRI INERTI MULTIMEDIA Risultati (2)

Parametri Unità Acqua greggi

a

pH 8.4Dosaggio Fe3+ mg/L

0.5 1.0 3.0

Ni µg/L 29 20 18 16.3

Durezza °F 24 24 23 25

Ca mg/L 50 50 46 51

Mg mg/L 29 29 29 29

RIMOZIONE vs Dosaggio Fe mg/L Q = 12 L/min.

ADSORBIMENTO/COAGULAZIONE

SU FILTRI INERTI MULTIMEDIA Risultati (3)

Parametri Unità Acqua greggi

a

pH 8.5 8.6Dosaggio Fe3+ mg/L

0.5 2.0 3.0

Ni µg/L 29 13 14 14 15

-

Durezza °F 23 18.5 19

17 18

-

Ca mg/L 52 36 36 -

Mg mg/L 24 24 24 -

RIMOZIONE vs Dosaggio Fe mg/L Q = 12 L/min.

ADSORBIMENTO/COAGULAZIONE

SU FILTRI INERTI MULTIMEDIA Risultati (4)

Parametri Unità Acqua greggi

a

pH 8.8 9.00Dosaggio Fe3+ mg/L

0.5 1.0 3.0

Ni µg/L 26 - 11 13

9 10

Durezza °F 25 - 17 16 17

Ca mg/L 54 - 22 26

19 22

Mg mg/L 29 - 28 28

RIMOZIONE vs Dosaggio Fe mg/L Q = 12 L/min.

ADSORBIMENTO/COAGULAZIONE

SU FILTRI INERTI MULTIMEDIA

Svantaggi

• Addolcimento chimico (rimozione di durezza)

• “Impaccamento” del filtro per precipitazione di carbonati

CONCLUSIONI

• LA RIMOZIONE EFFICACE DEL NICHEL PUÒ ESSERE ACQUISITA MEDIANTE DIFFERENTI

TECNOLOGIE

• CIASCUNA TECNOLOGIA PRESENTA DIFFERENTI CARATTERISTICHE E

PROBLEMATICHE DI APPLICAZIONE

• LA SCELTA DIPENDE DALLA QUALITÀ DELL’ACQUA GREGGIA, DALLE CONDIZIONI LOCALI PER LA RIGENERAZIONE E DALLO

SMALTIMENTO RIFIUTI ORIGINATI DAL TRATTAMENTO

GRAZIE PER LA

VOSTRA

ATTENZIONE