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
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 IONICO
Ioni
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
Parametri
Unità
pH
Risultati (1)
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
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/Kg
resina
2.6
27
4.1
22
21
Ni
mg/L
resina
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
MINERALI ADSORBENTI
Risultati
Ferro ossido - idrossido
Parametri
Unità
Acqua
greggia
Acqua trattata m3 cumulati
a 12.5 L/min.
1.55
pH
a 6.5 L/min.
16.20
29.70
45.97
61.47
77.78
95.16
143.0
186.0
222.2
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
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
Risultati (1)
SU FILTRI INERTI MULTIMEDIA
Parametri
Unità
pH
Acqua
greggia
Valori
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
Risultati (2)
SU FILTRI INERTI MULTIMEDIA
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
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
Risultati (3)
SU FILTRI INERTI MULTIMEDIA
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
36
-
Mg
mg/L
24
24
24
-
RIMOZIONE vs Dosaggio Fe mg/L
Q = 12 L/min.
ADSORBIMENTO/COAGULAZIONE
Risultati (4)
SU FILTRI INERTI MULTIMEDIA
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
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