Studio sperimentale di processi di recupero di acque reflue mediante trattamenti con matrici di scarto industriale

Il lavoro svolto in questa tesi si inserisce all’interno di un’attività di ricerca e sviluppo condotta presso il Consorzio Polo Tecnologico Magona, riguardante la sperimentazione e lo sviluppo di tecniche di trattamento delle acque. Il progetto nasce dalla spinta europea di favorire un’economia circolare con il riciclo di materiali industriali e il riuso dell’acqua di processo. A questo scopo vengono portati avanti gli obiettivi di due progetti europei: Ultimate e AquaSpice. Per entrambe le attività vengono caratterizzati i campioni di acqua di scarto e, individuate le criticità, studiata la fattibilità dei migliori processi di trattamento chimico-fisici per raggiungere le ambiziose specifiche qualitative, tali da permettere il reintegro nel ciclo industriale dell’area geografica di questi reflui. Il principale inquinante da rimuovere per entrambe le acque da trattare è risultato il COD (chemical oxygen demand), che per il caso studio AquaSpice ha un valore elevato e necessita di un trattamento ossidativo avanzato, mentre per il caso studio Ultimate ha un valore molto basso e richiede solo una rifinitura. I principali processi di trattamento analizzati in questo lavoro sono il processo Fenton, il processo di adsorbimento e il processo di addolcimento. Nel Fenton viene ossidata la materia organica tramite la formazione di specie radicaliche molto attive a partire da perossido d’idrogeno e ferro. In laboratorio non solo è stata confermata la fattibilità del processo, ma è stato anche ottimizzato il consumo dei reagenti principali, inoltre, sono stati valutati i fanghi di scarto inevitabilmente prodotti dal processo. Per l’adsorbimento sono stati confrontati qualitativamente dei materiali a matrice industriale, che tramite prove cinetiche e d’equilibrio, hanno dato dei risultati interessanti per l’applicazione prevista. I dati ottenuti permettono un confronto diretto dei risultati e quindi una selezione del miglior materiale. Sono possibili conti di massima per l’applicazione ingegneristica, ma, è ancora necessaria una campagna dati più specifica per avere un dimensionamento più corretto. Il processo di addolcimento è uno dei più antichi fra quelli elencati ed è industrialmente applicato da molti anni, i test effettuati in laboratorio sono serviti a validare la capacità dei sottoprodotti industriali nell’effettuare questo trattamento. I risultati delle sperimentazioni sono stati utilizzati per una valutazione preliminare di dimensionamento delle apparecchiature. The present thesis work is carried out within a research and development activity conducted at the Consorzio Polo Tecnologico Magona concerning the development and the test of water treatment techniques. This work start from the European will to favor a circular economy with the recycling of industrial materials and the reuse of process water. Two European projects are pursued: Ultimate and AquaSpice. For both activities, the wastewater samples have been characterized and, once the criticalities have been identified, the feasibility of the best chemical-physical treatment processes have been studied to achieve ambitious qualitative specifications, such as to allow the reintegration of these wastewater into the industrial cycle of the geographical area. The main pollutant for both waters was COD (chemical oxygen demand), which for the AquaSpice case study has a high value and the need for advanced oxidative treatment, while for the Ultimate case study it has a low value and requires only a refinement. The main treatment processes analyzed in this work are the Fenton process, the adsorption process and the softening process. In Fenton, organic matter is oxidized through the formation of active radical species starting from hydrogen peroxide and iron, in the laboratory the feasibility of the process has not only been confirmed, but the consumption of the main reagents has also been optimized. The wastewater sludge inevitably produced by the process was evaluated. For the adsorption, industrial matrix materials were qualitatively compared, which through kinetic and equilibrium tests, gave interesting results for the intended application. The data obtained allow a direct comparison of the results and therefore a selection of the best material. Rough accounts are possible for engineering application, but, despite this, a more specific data campaign is still required to have a more correct design of the process. The softening process is one of the oldest among those listed and has been industrially applied for many years, the tests carried out in the laboratory have validate the feasibility of industrial by-products to carry out this treatment. The results obtained were used for a preliminary evaluation of the sizing of the equipment