Impiego di carbone attivo in polvere nel trattamento acque reflue di liquami industriali

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Sia per la richiesta da parte degli utenti di un maggior sfruttamento del sistema depurativo, sia per le sempre più restrittive regolamentazioni ambientali (D.lgs.152/99).

Attraverso l’addizione di carbone attivo in polvere nel sistema biologico, la capacità depurativa esistente può essere incrementata escludendo, a volte, interventi sulla parte impiantistica del sistema di depurazione.

Il carbone attivo (sia esso in polvere che granulare) è un prodotto adsorbente, in cui l’elevata porosità deriva da un processo ad alto contenuto tecnologico.

È un materiale ausiliario ad elevato tenore di carbonio, che collega piccolissimi cristalli di graffite, formando una struttura tridimensionale di tipo spugnoso.

Quando viene posto in ambiente gassoso o liquido, manifesta una forte attitudine ad attrarre e fissare sulla sua superficie le molecole dei composti che lo circondano.

L’attitudine all’adsorbimento presuppone l’esistenza di forme di attrazione intense che sono in funzione della superficie esterna, della distribuzione e della dimensione dei pori.

La produzione di carboni attivi da materie prime contenenti carbonio (torba, antracite, noci di cocco, legna ecc.) è chiamata attivazione.

In pratica avviene una vera e propria combustione (carbonizzazione) atta a creare un alto grado di porosità su un’ampia area superficiale.

Questo processo porta alla produzione di un “ microcristallino”, struttura costituita in maniere più uniforme possibile da un elevatissimo numero di pori di diversa grandezza, che si distinguono in Micro, Meso, e Macro, con raggi dai 10 A ai 250 A e più.

L’attivazione può avvenire con gas (vapore acqueo o anidride carbonica) o chimicamente (con acido fosforico e cloruro di zinco).

Nell’attivazione con gas si parte da una materia prima già trattata (carbone da noce di cocco o da torba) che si fa reagire con vapor d’acqua o anidride carbonica o miscela dei due a temperature variabili tra i 750 e i 1200 °C.

L’ossigeno presente genera per combustione i pori desiderati

Per avere un’attivazione di tipo chimico si parte da materie prime non trattate che sono addizionate con prodotti chimici indispensabili per l’attivazione come l’acido fosforico o zinco cloruro in soluzione.

Si porta poi ad alta temperatura per eliminare l’acqua presente, permettendo così la creazione dei pori.

I prodotti chimici sono recuperati mediante lavaggio al termine della reazione.

La quantità di prodotti chimici utilizzata e le differenti temperature di lavoro determinano i vari tipi di carbone.

La divisione Ecologia Ambiente di Mucedola, azienda milanese attiva nei settori della dietetica per animali da ricerca e di soluzioni per l’ambiente, utilizza per trattamenti depurativi carboni attivati termicamente, in modo da evitare sia l’impiego di sostanze inquinanti in fase di attivazione, sia possibili rilasci di metalli o composti del fosforo durante l’impiego del carbone.

Dopo l’attivazione si controlla il pH (normalmente quello attivato con gas è alcalino).

Seguono poi ulteriori lavorazioni (rimozione delle ceneri che possono contenere alte concentrazioni di Fe e Ca, attacchi acidi, eluizioni, ecc.) allo scopo di migliorare sempre di più le caratteristiche ed ampliarne gli impieghi.

Scelto il carbone attivo più adatto allo specifico scopo, è necessario dosarlo attentamente nel sistema depurativo.

Il dosaggio del carbone attivo in polvere (CAP) direttamente nella vasca di ossidazione di un impianto a fanghi attivi o nella vasca di reazione di un impianto chimico-fisico è un’operazione indicata quando il carico organico dei reflui è costituito da sostanze difficilmente biodegradabili, nocive o tossiche; in alcuni casi inoltre tale intervento può sostituire il trattamento terziario con colonne a carbone attivo granulare o, quantomeno, ridurre il carico organico immessovi.

Principali vantaggi

I principali vantaggi derivanti dall’aggiunta di un opportuno dosaggio di CAP nella vasca di ossidazione di un impianto a fanghi attivi o nella vasca di reazione di un impianto chimico-fisico sono:
• aumento dell’abbattimento del COD (dal 55 al 75%);
• aumento dell’abbattimento del BOD (dal 78 al 98%);
• aumento della nitrificazione dell’ammoniaca;
• aumento dell’abbattimento dei tensioattivi (96%);
• aumento della sedimentazione dei fanghi attivi;
• aumento del rendimento dell’aerazione, con risparmi energetici;
• aumento della capacità totale di adsorbimento nel sistema;
• diminuzione od eliminazione degli odori sgradevoli;
• diminuzione od eliminazione del “bulking”;
• diminuzione delle schiume;
• maggior economia nella successiva manipolazione dei fanghi;
• diminuzione dell’impiego di additivi chimici (flocculanti, coagulanti, antischiuma od altro) e quindi dei costi.

Aumento dell’abbattimento del COD e BOD5

L’abbattimento del COD e del BOD5 aumenta in quanto il sistema fango – acqua – carbone migliora l’adsorbimento delle sostanze non biodegradabili con conseguente aumento delle sostanze biodegradabili.

Molto importante rimane l’enfatizzazione dell’ossidazione catalitica di alcuni composti come CN- HS- e sostanze derivanti dalla sintesi dei gruppi cromofori dei coloranti.

Miglioramento della nitrificazione

Il miglioramento della fase di nitrificazione è dovuto all’aumento della velocità delle reazioni biochimiche che avvengono nel reattore biologico e che determinano la riduzione del volume dei fanghi.

Lo stesso avviene anche mediante l’adsorbimento dei composti inibitori della nitrificazione.

Aumento dell’abbattimento dei tensioattivi

I tensioattivi sono adsorbiti ed ossidati dal sistema con una velocità del 30% maggiore rispetto ad impianti convenzionali.

Aumento della sedimentazione dei fanghi

La velocità di sedimentazione dipende dalla grandezza del fiocco e dalla densità dei fanghi.

Poiché il carbone attivo ha una densità maggiore rispetto a quella dei fanghi attivi (CAP = 1,2; fango = 1,09), quando il fiocco ingloba il carbone attivo la sedimentazione aumenta.

La tendenza naturale dei batteri ad attaccarsi a una superficie fissa viene stimolata dalla presenza del carbone attivo in quanto si verifica in continuo l’adsorbimento-desadsorbimento dell’ossigeno e del materiale biodegradabile.

Ciò favorisce per ultimo la formazione di fiocchi più grossi in quanto diminuiscono i fattori inibenti all’interno dei fiocchi stessi.

Aumento dell’efficienza dell’areazione

L’efficienza dell’areazione è correlata alla concentrazione di ossigeno; esso infatti, aumentando considerevolmente in presenza di carbone attivo in polvere a causa del fenomeno dell’adsorbimento delle microbolle, viene poi ceduto in misura maggiore al sistema durante il desadsorbimento (fenomeno che rende l’ossigeno disponibile ai microrganismi).

In questo modo è favorito l’intero metabolismo del sistema.

Miglioramento della fase totale di adsorbimento dell’impianto

Il miglior adsorbimento porta principalmente ad una maggior protezione dei batteri nei confronti dei composti tossici, in quanto i micropori sono densamente popolati da numerose colonie e costituiscono pertanto siti protetti dall’azione predatrice dei protozoi batteriofagi.

Le positive conseguenze sono una miglior protezione contro i carichi improvvisi, una prevenzione del bulking ed una riduzione dei solidi sospesi nell’effluente.

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