separazione magnetica di tensioattivi da acque reflue tramite filtro a

SEPARAZIONE MAGNETICA DI TENSIOATTIVI DA ACQUE
REFLUE TRAMITE FILTRO A MATRICE DI SFERE
Chiara Caterina Borghi1, Massimo Fabbri1, Pier Luigi Ribani1,
Yoko Akiyama2, Shigehiro Nishijima2
1
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Dipartimento di Ingegneria Elettrica - Università di Bologna
Division of Sustainable Energy and Environmental Engineering,
Graduate School of Engineering - Osaka University
La ricerca svolta consiste nell'approfondimento della possibilità di impiegare la tecnica di
separazione magnetica HGMS (High Gradient Magnetic Separation) per la rimozione degli
inquinanti dalle acque destinate alla potabilizzazione e dalle acque reflue civili. Più
precisamente, la tecnologia studiata prevede l'adozione di un processo di pre-trattamento di
natura chimico-fisica per la rimozione ad elevata efficienza degli inquinanti tramite
l'additivazione di adsorbenti separabili mediante campo magnetico. In particolare si è
effettuata una campagna di prove sperimentali dedicata alla separazione dei tensioattivi.
I tensioattivi sono i principali costituenti dei detergenti e sono inquinanti per l'acqua e per
il terreno, hanno impatti negativi sulle acque sotterranee e di superficie, sulla salute pubblica,
sull’agricoltura, ecc... Sono molecole anfifiliche, cioè che hanno parti sia idrofile che idrofobe
e sono classificati in base alla carica della loro componente idrofila come non ionici, anionici,
cationici e anfoteri. A oggi non esiste una sezione di trattamento delle acque reflue civili
dedicata alla rimozione dei tensioattivi. La loro concentrazione limite nell'acqua potabile, nei
corpi idrici superficiali, in fognatura e per il riutilizzo, è stabilita dalla legislazione italiana (Il
D.Lgs 31/2001 per le acque potabili definisce come limite riferito ai tensioattivi anionici 0.2
mg/l, il D.Lgs 159/2006 parte terza stabilisce come limiti sui tensioattivi totali per gli scarichi
in fognatura 4 mg/l e per i corpi idrici superficiali 2 mg/l, il D.M. 185/2003 definisce come
limite per il riutilizzo 0.5 mg/l, sempre su i tensioattivi totali). Inquinanti con valori di
concentrazione così bassi sono generalmente difficili da rimuovere tramite i trattamenti
tradizionali [1].
L’attività di ricerca, realizzata in collaborazione con l’Università di Osaka, si è finalizzata
allo studio della rimozione dei tensioattivi tramite un processo di separazione magnetica che
utilizza come adsorbenti carboni attivi modificati con magnetite (Magnetic Activated
Carbons) di dimensioni nanometriche (diametro 20 - 60 nm). Sono stati aggiunti diversi
quantitativi di MAC (da 0.01 g/l a 0.5 g/l) a miscele di acqua e tensioattivi puri e, dopo il
processo di separazione, la concentrazione residua dei tensioattivi nelle acque trattate è stata
misurata tramite spettrometria. L’impianto di filtrazione magnetica è costituito da una pompa
peristaltica e un filtro a matrice di sfere in acciaio magnetico (AISI440C, diametro 3 mm)
sottoposto a un campo magnetico di 0.4 T. I tempi necessari per l’adsorbimento e la
separazione sono di 10 minuti ciascuno. Le sfere possono essere riutilizzate a seguito di un
lavaggio in vasca a ultrasuoni. Il processo studiato è applicabile a basse concentrazioni di
inquinanti ed è potenzialmente vantaggioso sia dal punto di vista ambientale che economico.
I risultati ottenuti sono riportati nella Figura 1, suddivisi per tipologia di tensioattivo,
ponendo in ascissa la concentrazione di polvere utilizzata (in g/l) e in ordinata il residuo
percentuale (cioè la percentuale di tensioattivi rimasta dopo il trattamento). Nella legenda a
lato dei grafici sono indicate le concentrazioni iniziali di tensioattivo presenti nei campioni.
Come mostrato in figura, per tutti i tipi di tensioattivo studiato risulta possibile catturarne
oltre il 95%, rientrando ampiamente nei limiti di legge.
1
100
SDS - Tensioattivo Anionico
1 mg/l
80
4 mg/l
70
2 mg/l
60
Residuo percentuale [%]
90
50
40
30
20
(a)
10
0
0.01
0.1
MAC [g/l]
1
100
90
TRITON X-100 - Tensioattivo Non Ionico
Residuo percentuale [%]
80
70
1mg/l
60
2mg/l
50
40
(b)
4mg/l
30
20
10
0
0.01
0.1
1
MAC [g/l]
100
Residuo percentuale [%]
90
KEMFLUIDEQ18 - Tensioattivo Cationico
80
70
60
4 mg/l
50
2 mg/l
40
(c)
1 mg/l
30
20
10
0
0.01
0.1
1
MAC [g/l]
Figura. 1. - Residuo percentuale nei campioni trattati con i carboni attivi modificati (MAC)
per diverse concentrazioni iniziali di tensioattivi: anionico (a), non-ionico (b) e cationico (c).
[1] C. C. Borghi, M. Fabbri, M. Fiorini, M. Mancini, P. L. Ribani, “Magnetic removal of
surfactants from wastewater using micrometric iron oxide powders”, Separation and
Purification Technology, vol. 83 , pp. 180-188, 2011.
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