ITMI20001502A1

ITMI20001502A1 - Metodo per la bonifica di terreni contenenti metalli pesanti.

Info

Publication number: ITMI20001502A1
Application number: IT2000MI001502A
Authority: IT
Inventors: Giuseppina Cerea
Original assignee: Vomm Chemipharma Srl
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2002-01-04
Also published as: IT1318117B1; EP1170067B1; US6551026B2; EP1170067A3; EP1170067A2; ATE276841T1; DE60105707D1; DE60105707T2; US20020025227A1; ES2228701T3; ITMI20001502A0

Description

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione si riferisce, in generale, alla bonifica di terreni inquinati.

In particolare, l’invenzione riguarda un metodo per la bonifica di terreni inquinati da metalli pesanti.

Arte nota

L’inquinamento da metalli pesanti nei terreni costituisce da tempo un serio problema dal punto di vista ambientale. L’inquinamento da metalli pesanti, quali soprattutto cadmio, piombo e mercurio, può essere causato da svariate attività industriali, quali ad esempio industrie della lavorazione dei metalli, concerie, industrie chimiche che utilizzano catalizzatori metallici ecc.

Sono state proposte varie soluzioni per questo problema, nessuna delle quali risulta però del tutto soddisfacente.

Uno dei metodi proposti prevede il trattamento del terreno in situ con soluzioni di solfuri alcalini, facendo percolare tali soluzioni nel terreno in modo da far reagire i cationi dei metalli pesanti con l’anione solfuro e ottenere la formazione di solfuri caratterizzati da una solubilità estremamente bassa (a titolo di esempio i prodotti di solubilità di cadmio, piombo e mercurio sono rispettivamente pari a 1,4 IO28, 1,0 io-29 e 3- IO-53).

In virtù dell’insolubilità di tali composti, i cationi dei metalli pesanti risultano immobilizzati e non possono dar luogo a contaminazioni di acque o colture.

Tuttavia con un simile metodo si ottiene . una conversione in solfuri insolubili che non supera mai il 70%, neanche per terreni sostanzialmente sabbiosi, che consentono un migliore contatto fra la soluzione di solfuro alcalino e i composti dei metalli pesanti.

Per tentare di migliorare l’efficienza del metodo sopra citato è stato proposto (DE 19547271) di far seguire alla fase di percolazione del terreno con la soluzione di solfuro l’applicazione al terreno di una soluzione di un acido, i.n particolare acido cloridrico. In questo modo si otterrebbe una conversione in solfuri di metalli pesanti fino al 99%.

Tuttavia questo metodo ^ presenta anch’esso un grave inconveniente, in quanto esso fornisce risultati soddisfacenti solo quando il terreno è costituito per la maggior parte da sabbia, perché solo in questo caso è garantito un buon contatto fra il reattivo (solfuro alcalino) e i cationi dei metalli pesanti. Quando invece il terreno contiene molta argilla o altri componenti coesivi, tale contatto viene ostacolato e al conversione in solfuri insolubili risulta incompleta.

Sommario dell'invenzione "

Il problema alla base della presente invenzione è pertanto quello di mettere a disposizione un metodo per la bonifica di terreni contenenti metalli pesanti, che consenta di superare gli inconvenienti evidenziati con riferimento ai metodi della tecnica nota.

Un tale problema è risolto, secondo l’invenzione, da un metodo che comprende le fasi di:

rimuovere e setacciare un terreno contenente metalli pesanti per liberarlo da pietre e ghiaia,

- trattare tale terreno setacciato disposto in strato sottile e mantenuto in condizioni di elevata turbolenza con una soluzione di un solfuro alcalino ad una temperatura di almeno 50°C.

Preferibilmente la fase di trattamento del terreno setacciato con la soluzione di solfuro alcalino è preceduta da una fase di aggiustamento del pH del terreno ad un valore inferiore o uguale a 6.

Per l’esecuzione di tale metodo risulta particolarmente vantaggioso l’utilizzo di un’apparecchiatura comunemente denominata “turboreattore”.

In tal caso il metodo secondo l’invenzione comprende le fasi di: - rimuovere e setacciare un terreno contenente metalli pesanti per liberarlo da pietre e ghiaia,

alimentare un flusso continuo di tale terreno in un turboreattore comprendente un corpo tubolare cilindrico ad asse orizzontale, chiuso alle opposte estremità da fondi e munito di aperture per l’ingresso del terreno da trattare e per l’immissione di almeno un reattivo e di almeno un’apertura eli scarico, di un rotore palettate girevolmente supportato nel corpo tubolare cilindrico, nel quale è posto in rotazione ad alta velocità, in modo tale da ottenere un flusso di particelle finemente suddivise del terreno, e di una camicia riscaldante per portare la parete interna del corpo tubolare cilindrico ad una temperatura di almeno 110°C,

alimentare un flusso continuo di un reattivo costituito da una soluzione acquosa di un solfuro alcalino nel turboreattore in equicorrente con il flusso di terreno, centrifugare le particelle di terreno e la soluzione di solfuro alcalino contro la parete interna del corpo tubolare cilindrico, formando uno strato fluido, altamente turbolento, tubolare e dinamico, nel quale le particelle di terreno e la soluzione di solfuro alcalino sono mantenuti meccanicamente in intimo contatto mediante le palette del rotore palettato, e

- far reagire il terreno e il solfuro alcalino nello strato sottile, mentre questo avanza sostanzialmente in contatto con la parete interna riscaldata verso la suddetta almeno un’apertura di scarico del turboreattore.

Preferibilmente la suddetta fase di alimentazione di un flusso continuo di soluzione acquosa di solfuro alcalino è preceduta da una fase di aggiustamento del pH del terreno ad un valore inferiore o uguale a 6.

Tale fase di aggiustamento del pH è convenientemente eseguita alimentando nel turboreattore un flusso continuo di una soluzione acquosa di un acido in equicorrente con il flusso di terreno.

E’ preferito l'utilizzo di una soluzione acquosa di un acido forte scelto fra acido cloridrico e acido solforico, con concentrazione preferibilmente compresa fra 0,0 IN e 1 N, vantaggiosamente intorno a 0,1N.

Può essere convenientemente prevista un’apertura di scarico per i vapori eventualmente formatisi durante il trattamento e tale apertura può essere collegata ad uno scrubber per l’abbattimento di acido solfidrico che dovesse svilupparsi a causa di un’eventuale spiccata acidità del terreno.

Al fine di aumentare ulteriormente l’insolubilizzazione dei metalli pesanti, si può alimentare nel turboreattore, attraverso un’apertura d’ingresso situata a valle dell'apertura d'ingresso per la soluzione di solfuro alcalino, un flusso continuo di una soluzione di un silicato alcalino, dotato di azione complessante e agglomerante.

La soluzione di solfuro alcalino è preferibilmente costituita da una soluzione di solfuro di sodio, con concentrazione da 5 a 15%, preferibilmente intorno a 12%, p/V.

La temperatura della parete interna del turboreattore è preferibilmente di 110°-220°C.

La temperatura del terreno trattato in uscita dal turboreattore è di circa 50-90°C.

La velocità di rotazione del rotore palettato è preferibilmente compresa fra 20 e 40 metri al secondo.

Il tempo medio di permanenza del terreno da trattare nel turboreattore è generalmente compreso fra 30 e 120 secondi.

La quantità di soluzione di solfuro alcalino utilizzata nel metodo secondo la presente invenzione è generalmente superiore a quella stechiometricamente richiesta dalla quantità di metalli pesanti presenti nel terreno, valutata mediante analisi preventiva del terreno, a causa della presenza di altri metalli, come ad esempio il ferro, che reagiscono comunque con il solfuro.

L’applicazione del metodo secondo la presente invenzione consente di ottenere una formazione praticamente quantitativa di solfuri insolubili a partire dai cationi di metalli pesanti contenuti nel terreno, indipendentemente dalle caratteristiche del terreno e dal suo contenuto più o meno elevato di componenti argillosi o comunque coesivi.

Ciò viene ottenuto grazie alla formazione del sopracitato strato sottile turbolento dinamico nel quale il terreno è suddiviso in finissime particelle, in modo tale che i cationi dei metalli pesanti sono resi accessibili per un intimo contatto con il reattivo. La reazione di conversione degli stessi in solfuri alcalini è inoltre agevolata e accelerata dalla temperatura elevata della parete interna del turboreattore, lungo la quale scorre lo strato sottile e dinamico costituito dalle particelle del terreno e dalle minutissime gocce della soluzione del reattivo.

Il metodo secondo la presente invenzione sarà ulteriormente descritto con riferimento al disegno qui allegato e ad alcuni esempi applicativi forniti qui di seguito a titolo illustrativo e non limitativo.

Breve descrizione del disegno

La Figura 1 mostra schematicamente in sezione longitudinale un’apparecchiatura per l’esecuzione del metodo secondo la presente invenzione.

Descrizione dettagliata

Con riferimento alla Figura 1, l’apparecchiatura utilizzata per il metodo secondo l’invenzione comprende un turboreattore, costituito essenzialmente da un corpo 1 tubolare cilindrico, chiuso alle opposte estremità da fondi 2, 3 e munito di una camicia 4 riscaldante coassiale attraverso la quale viene fatto scorrere un fluido, ad esempio olio diatermico, per mantenere la temperatura della parete interna del corpo 1 tubolare cilindrico ad una temperatura di almeno 1 10°C.

Il corpo 1 tubolare cilindrico è munito di aperture 5, 6 di ingresso per, rispettivamente, il terreno setacciato contenente metalli pesanti e la soluzione di solfuro alcalino, nonché di un’apertura 7 di scarico per il terreno trattato. ;

Nel corpo 1 tubolare cilindrico è montato girevolmente un rotore 8 palettate, le cui palette 9 sono disposte in maniera elicoidale e orientate per centrifugare e contemporaneamente convogliare il terreno e il reattivo verso l’uscita del turboreattore.

E’ previsto un motore M per azionare il rotore 8 palettate a velocità periferiche variabili da 20 a 40 metri al secondo.

Nella parete interna del corpo 1 tubolare sono presenti aperture 10 per l’immissione di reattivi.

In particolare, nel caso in cui il metodo secondo l’invenzione contempli l’utilizzo di una soluzione di silicato alcalino in aggiunta alla soluzione di solfuro alcalino, quest’ultima viene alimentata attraverso l’apertura 6 d’ingresso del turboreattore mentre la soluzione di silicato alcalino viene alimentata attraverso le aperture 10 della parete interna.

Quando invece il metodo secondo l’invenzione prevede il solo utilizzo della soluzione di solfuro alcalino, quest’ultima può essere alimentata o attraverso l’apertura 6 di ingresso del turboreattore o attraverso le aperture 10 della parete interna oppure attraverso ciascuna di tali aperture. ,

Infine, nel caso in cui si intenda procedere ad un preventivo aggiustamento del pH del terreno setacciato, la soluzione acquosa di acido viene alimentata attraverso l’apertura 6 d’ingresso del turboreattore e la soluzione di solfuro alcalino viene alimentata attraverso le aperture 10 della parete interna. Qualora si intenda utilizzare, oltre alle soluzioni di acido e di solfuro alcalino, anche una soluzione di silicato alcalino, quest’ultima viene alimentata attraverso una o più aperture 10 della parete interna situate nella zona a valle del turboreattore, riservando una o più aperture 10 della parete interna situate nella zona a monte del turboreattore per l’alimentazione della soluzione di solfuro alcalino. La soluzione di acido viene in questo caso alimentata attraverso l’apertura 6 d’ingresso del turboreattore.

II turboreattore presenta inoltre un’apertura 1 1 di uscita per il vapore formatosi al suo interno e tale apertura 1 1 è collegata tramite un’unità aspirante-soffiante 12 ad : uno scrubber 13, rappresentato schematicamente, per l<’>abbattimento· dell’acido solfidrico eventualmente contenuto nel vapore mediante lavaggio con soluzioni alcaline.

ESEMPIO 1

In un turboreattore con corpo 1 tubolare cilindrico di diametro interno pari a 300 mm, nel quale· il rotore 8 palettate è posto in rotazione ad una velocità di 1000 giri/ minuto e la temperatura della parete interna è mantenuta ad una temperatura di 200°C, viene alimentato un flusso continuo di terreno contenente metalli pesanti (in particolare cromo, mercurio e piombo), previamente liberato da pietre e ghiaia mediante setacciatura, con una portata di 100 kg/h.

Contemporaneamente, attraverso l'apertura 6 d’ingresso e le aperture 10 della parete interna viene alimentato un flusso di una soluzione di Na2S 12% p/V con una portata di 5 1/h.

Sin dall’ingresso nel turboreattore il flusso di terreno viene immediatamente disperso meccanicamente in particelle minute, le quali sono immediatamente centrifugate contro la parete interna del turboreattore, dove vanno a formare uno strato sottile, tubolare, dinamico.

Contemporaneamente la soluzione acquosa di solfuro di sodio in ingresso attraverso l’apertura 6 viene finemente atomizzata dalle palette 9 del rotore 8, che provvede anche a centrifugare le piccolissime gocce così ottenute. Queste ultime vengono pertanto incorporate nello strato sottile, tubolare, dinamico delle particelle di terreno, ottenendo un intimo contatto fra i cationi dei metalli pesanti contenuti nelle particelle di terreno e il reattivo.

La soluzione di solfuro di sodio introdotta in forma atomizzata attraverso le aperture 10 incrementa ulteriormente l’interazione del reattivo con le particelle di terreno, favorendo il completamento della reazione di formazione di solfuri insolubili a partire dai cationi di metalli pesanti contenuti nelle particelle di terreno.

Dopo un tempo di permanenza di circa 60 secondi nel turboreattore, il terreno che ha reagito con la soluzione di solfuro di sodio viene scaricato in continuo dall’apertura 7. La temperatura del terreno all’uscita dal turboreattore è di circa 90°C.

I vapori sviluppatisi all’interno del turboreattore vengono invece aspirati attraverso l’apertura 1 1 mediante l’unità aspirantesoffiante 12 e convogliati allo scrubber 13, in cui viene effettuato un lavaggio con soda per abbattere eventuali tracce di acido solfidrico.

Sottoponendo il terreno scaricato dal turboreattore ad analisi per determinare il contenuto di composti solubili di cromo, mercurio e piombo, si constata che tali composti sono praticamente assenti o quanto meno al di sotto della soglia di rilevazione (metodo IRSA - acido acetico) .

ESEMPIO 2

In un turboreattore con corpo 1 tubolare cilindrico di diametro interno pari a 300 mm, nel quale il rotore 8 palettato è posto in rotazione ad una velocità di 1000 giri/ minuto e la temperatura della parete interna è mantenuta ad una temperatura di 220°C, viene alimentato un flusso continuo di terreno contenente metalli pesanti (in particolare cromo, mercurio e piombo) ed avente un pH intorno a 5-6, previamente liberato da pietre e ghiaia mediante setacciatura, con una portata di 100 kg/h.

Contemporaneamente, attraverso l’apertura 6 d’ingresso viene alimentato un flusso atomizzato di una soluzione di NaaS 12% p/V con una portata di 5 1/h e attraverso le aperture 10 della parete interna viene alimentato un flusso di una soluzione di silicato di sodio 10% p/V con una portata di 10 1/h.

Sin dall’ingresso nel turboreattore il flusso di terreno viene immediatamente disperso meccanicamente in particelle minute, le quali sono immediatamente centrifugate contro la parete interna del turboreattore, dove vsinno a formare uno strato sottile, tubolare, dinamico.

La soluzione di silicato di sodio introdotta in forma atomizzata attraverso le aperture 10 viene incorporata anch’essa, in forma di minutissime gocce nello strato sottile, tubolare, dinamico costituito dalle particelle di terreno e dalle goccioline di soluzione di solfuro di sodio.

Dopo un tempo di permanenza di circa 60 secondi nel turboreattore, il terreno che ha reagito con le soluzioni di solfuro di sodio e di silicato di sodio viene scaricato in continuo dall’apertura<' >7. La temperatura del terreno all’uscita dal turboreattore è di circa 95°C.

I vapori sviluppatisi all’interno del turboreattore vengono invece aspirati attraverso l’apertura 11 mediante l’unità aspirantesoffiante 12 e convogliati allo scrubber 13, in cui viene effettuato un lavaggio con soda per abbattere eventuali tracce di acido solfidrico.

ESEMPIO 3

In un turboreattore con corpo 1 tubolare cilindrico di diametro interno pari a 300 mm, nel quale il rotore 8 palettate è posto in rotazione ad una velocità di 1000 giri/ minuto e la temperatura della parete interna è mantenuta ad una temperatura di 180°C, viene alimentato un flusso continuo di terreno contenente metalli pesanti (in particolare cromo, mercurio e piombo) ed avente un pH intorno a 8-9, previamente liberato da pietre e ghiaia mediante setacciatura, con una portata di 100 kg/h.

Contemporaneamente, attraverso l’apertura 6 d’ingresso viene alimentato un flusso atomizzato di una soluzione di HC1 0,1N con una portata di 5 1/h e attraverso le aperture 10 della parete interna viene alimentato un flusso di una soluzione di solfuro di sodio 12% p/V con una portata di 5 1/h.

Dopo un tempo di permanenza di circa 60 secondi nel turboreattore, il terreno che ha reagito con la soluzione di solfuro di sodio viene scaricato in continuo dall’apertura 7. La temperatura del terreno all’uscita dal turboreattore è di circa 85°C ed il suo pH è di circa 5,5.

I vapori sviluppatisi aH’interno del turboreattore vengono aspirati attraverso l’apertura 11 mediante l’unità aspirante-soffiante 12 e convogliati allo scrubber 13, in cui viene effettuato un lavaggio con soda per abbattere eventuali tracce di acido solfidrico.

Sottoponendo il terreno scaricato dal turboreattore ad analisi per determinare il contenuto di composti solubili di cromo, mercurio e piombo, si constata che tali composti sono praticamente assenti o quanto meno al di sotto della soglia di rilevazione (metodo IRSA - acido acetico). ;

Il metodo secondo la presente invenzione consente pertanto di bonificare terreni inquinati da metalli pesanti in maniera più efficiente e più sicura rispetto ai metodi della tecnica nota.

Inoltre l’apparecchiatura richiesta per l’attuazione del metodo presenta, oltreché un basso costo di installazione e di gestione, dimensioni decisamente contenute, tali da consentirne la mobilizzazione mediante camion o simili mezzi di trasporto, così da poter operare direttamente sui luoghi da bonificare, eliminando costi per il trasporto del terreno da bonificare. <'>

Il metodo poi è caratterizzato da una lavorazione in continuo, con evidenti vantaggi dal punto di vista dei costi di gestione, per l’assenza di tempi morti durante la lavorazione e l’elevata produttività oraria. ;

L’invenzione cosi concepita è suscettibile di varianti e modifiche, le quali ricadono comunque nell’ambito di protezione definito nelle seguenti rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la bonifica di terreni contenenti metalli pesanti comprendente le fasi di: - rimuovere e setacciare un terreno contenente metalli pesanti per liberarlo da pietre e ghiaia, - trattare detto terreno setacciato disposto in strato sottile e mantenuto in condizioni di elevata turbolenza con una soluzione di un solfuro alcalino ad una temperatura di almeno 50°C.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, comprendente la fase ulteriore di aggiustare il pH di detto terreno setacciato ad un valore inferiore o uguale a 6 prima di detta fase di trattamento con la soluzione di solfuro alcalino.
3. Metodo per la bonifica di terreni contenenti metalli pesanti, comprendente le fasi di: - rimuovere e setacciare un terreno contenente metalli pesanti per liberarlo da pietre e ghiaia, - alimentare un flusso continuo di detto terreno in un turboreattore comprendente un corpo (1) tubolare cilindrico ad asse orizzontale, chiuso alle opposte estremità da fondi (2, 3) e munito di aperture (5; 6, 10) per l'ingresso del terreno da trattare e, rispettivamente, per rimmissione di almeno un reattivo, di almeno un’apertura (7, 11) di scarico, di un rotore (8) palettato girevolmente supportato nel corpo (1) tubolare cilindrico, nel quale è posto in rotazione ad una velocità tale da ottenere un flusso di particelle finemente suddivise di detto terreno, e di una camicia (4) riscaldante per portare la parete interna del corpo (1) tubolare cilindrico ad una temperatura di almeno 110°C, - alimentare un flusso continuo di un reattivo costituito da una soluzione acquosa di un solfuro alcalino nel turboreattore in equicorrente con detto flusso di terreno, centrifugare le particelle di terreno e la soluzione di solfuro alcalino contro la parete interna del corpo (1) tubolare cilindrico, formando uno strato fluido, altamente turbolento, tubolare e dinamico, nel quale le particelle di terreno e la soluzione di solfuro alcalino sono mantenuti meccanicamente in intimo contatto mediante le palette (9) del rotore (8) palettato, e - far reagire il terreno e la soluzione di solfuro alcalino nello strato sottile, mentre questo avanza sostanzialmente in contatto con detta parete interna riscaldata verso detta almeno un’apertura (7) di scarico del turboreattore, con concomitante generazione di vapore acqueo, scaricare in continuo detto flusso di terreno attraverso detta almeno un’apertura (7) di scarico.
4. Metodo secondo la rivendicazione 3, comprendente la fase ulteriore di aggiustare il pH di detto terreno setacciato ad un valore inferiore o uguale a 6 prima di detta fase di alimentazione di un flusso continuo di detto reattivo.
5. Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui dette aperture (6, 10) di ingresso per l’alimentazione di almeno un reattivo comprendono un’apertura (6) situata in corrispondenza del fondo (2) di detto corpo (1) tubolare, cilindrico, adiacente a detta apertura (5) d’ingresso per il terreno, e almeno un’apertura (10) situata sulla parete interna di detto corpo (1) tubolare cilindrico, detto metodo comprendendo le fasi di: - alimentare attraverso detta apertura (6) situata in corrispondenza di detto fondo (2) una soluzione acquosa di un acido e - alimentare attraverso detta almeno un'apertura (10) situata su detta parete interna detta soluzione di un solfuro alcalino.
6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui detto acido è un acido forte scelto tra acido cloridrico e acido solforico.
7. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui dette aperture (6, 10) di ingresso per l'alimentazione di almeno un reattivo comprendono un’apertura (6) situata in corrispondenza del fondo (2) di detto corpo (1) tubolare , cilindrico, adiacente a detta apertura (5) d’ingresso per il terreno, e almeno un’apertura (10) situata sulla parete interna di detto corpo (1) tubolare cilindrico, detto metodo comprendendo le fasi di - alimentare attraverso detta apertura (6) situata in corrispondenza di detto fondo (2) detta soluzione di solfuro alcalino e - alimentare attraverso detta almeno un’apertura (10) situata su detta parete interna una soluzione di un silicato alcalino.
8. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui detta soluzione di un silicato alcalino è una soluzione acquosa di silicato di sodio avente una concentrazione compresa fra 5% e 40%p/V.
9. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 3 a 8, comprendente la fase di aspirare detto vapore acqueo attraverso un’apertura (11) di scarico di detto turboreattore e convogliarlo in uno scrubber (13), che effettua un lavaggio di detto vapore con soluzioni alcaline.
10. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 3 a 9, in cui detta soluzione di solfuro alcalino è una soluzione di solfuro di sodio avente una concentrazione pari a 5-15% p/V.
11. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 3 a 10, in cui la temperatura della parete interna di detto corpo (1) tubolare, cilindrico è di 110°-220°C.
12. Metodo secondo la rivendicazione 11, in cui detto rotore (8) palettate è posto in rotazione ad una velocità periferica di 15-40 m/s.
13. Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui il tempo medio di permanenza di detto terreno nel turboreattore è compreso fra 30 e 120 secondi.