Tecnologie per la rimozione del nichel: Esperienze su impianti pilota RIMOZIONE DI MICROINQUINANTI INORGANICI NATURALI NELLE ACQUE DESTINATE AL CONSUMO UMANO Novi Ligure - 14 Giugno 2006 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 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 Direttiva Europea 98/83/CE 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

Provate 3 tecnologie: ATTIVITA’ DI RICERCA 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 IONICO 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

Fattori che influenzano la prova: 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: rilascio incontrollato del nichel 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 Conducibilità 20°C µS/cm 680  750 Durezza °F 27  33 < 0.5 < 5 < 10 20  25 Silice mg/L 17  20 Ca 60 75 5 10 10 15 Mg 30 40 10 20 Cl 120 140 HCO3 240 250 Ni µg/L 28 40 < 3.0 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 Ni mg/Kg resina 2.6 27 4.1 22 21 mg/L 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)

Nessuna conclusione generale può essere tratta: MINERALI ADSORBENTI Nessuna conclusione generale può essere tratta: solo un minerale adsorbente è stato testato per un tempo limitato.

MINERALI ADSORBENTI

MINERALI ADSORBENTI Ferro ossido - idrossido Risultati Parametri Unità Acqua greggia 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 7.27.8 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 250 113 Ni µg/L 28 33 14 6.9 9.04 25 23 19.2 18.7 1.87 20 Quantità di minerale: 32 Kg.

Limitata capacità di rimozione dall’inizio del trattamento (30 – 50 %) 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 Durezza °F 27 19.3 18.8 19 16.5 18 Ca mg/L 57 36 35 31 Mg 30 RIMOZIONE vs pH Q = 12 L/min.

ADSORBIMENTO/COAGULAZIONE SU FILTRI INERTI MULTIMEDIA Risultati (2) Parametri Unità Acqua greggia pH  8.4 Dosaggio Fe3+ mg/L 0.5 1.0 3.0 Ni µg/L 29 20 18 16.3 Durezza °F 24 23 25 Ca mg/L 50 46 51 Mg RIMOZIONE vs Dosaggio Fe mg/L Q = 12 L/min.

ADSORBIMENTO/COAGULAZIONE SU FILTRI INERTI MULTIMEDIA Risultati (3) Parametri Unità Acqua greggia pH 8.5 8.6 Dosaggio 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 Mg 24 RIMOZIONE vs Dosaggio Fe mg/L Q = 12 L/min.

ADSORBIMENTO/COAGULAZIONE SU FILTRI INERTI MULTIMEDIA Risultati (4) Parametri Unità Acqua greggia pH 8.8 9.00 Dosaggio 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 29 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