BONIFICA DEI SITI CONTAMINATI Studio sperimentale per l’applicazione delle PRB

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


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


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


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


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


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


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


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


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



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



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



-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



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


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


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


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


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


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


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


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


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


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



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



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


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



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


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



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


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


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



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



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

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