ITMI20011439A1

ITMI20011439A1 - Procedimento di bonifica di suoli inquinati da composti organici

Info

Publication number: ITMI20011439A1
Application number: IT2001MI001439A
Authority: IT
Inventors: Rosario Pappa; Angeli Edoardo D; Felicia Massetti; Aldo Imerito
Original assignee: Enitecnologie Spa; Ecotec Srl
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2003-01-06
Also published as: EA005637B1; HRP20031077A2; ATE421907T1; PT1404466E; WO2003004184A1; DE60231040D1; RS104A; ES2322134T3; RS50267B; SI1404466T1; US20040204624A1; EP1404466A1; DK1404466T3; EP1404466B1; EA200301325A1; US7287933B2; ITMI20011439A0; HRP20031077B1

Description

"Procedimento di bonifica di suoli inquinati da composti organici "

Descrizione

La presente invenzione riguarda un procedimento di bonifica di suoli inquinati da composti organici.

In particolare, la presente invenzione riguarda un procedimento migliorato per la rimozione di inquinanti organici da suoli mediante estrazione con un solvente lipofilo, dove il miglioramento consiste nel fatto che il suolo bonificato viene trattato con acqua per rimuovere il solvente residuo.

Il problema dei suoli contaminati da inquinanti organici quali ad esempio idrocarburi, aromatici polinucleari, organoclorurati si pone nei paesi industrializzati in termini sempre più drammatici, non solo in termini di intervento sull'inquinamento del suolo e delle acque sotterranee, ma anche per necessità di un recupero di aree di possibile utilizzo industriale e civile. Altro problema, che è tipico del settore petrolifero, è il trattamento dei detriti di trivellazione prima dello scarico a mare.

Molte sono le modalità dell'iiquinamento e varie le caratteristiche del terreno oggetto dell'inquinamento. Queste circostanze richiedono la disponibilità di un ventaglio di possibili soluzioni.

Le tecnologie generalmente adottate per il trattamento dei suoli sono: il "soil washing", la bioremediation e la solidificazione/stabilizzazione .

Con il termine "soil washing", si indicano delle tecniche di lavaggio che impiegano acqua, eventualmente addizionata con surfattanti.

Il "soil washing" sfrutta la tendenza degli inquinanti a legarsi, per via chimica o fisica, alle particelle più fini del sedimento. Queste particelle possono essere separate dal resto della matrice mediante una serie più o meno complessa di operazioni di separazione basate su differenze di dimensioni, densità e proprietà superficiali. Con questa tecnologia si ottiene la separazione di una frazione fine inquinata e di una grossolana bonificata.

Le particelle più fini così separate, rappresentano solo una piccola frazione del volume iniziale inquinato, ma contengono la maggior parte degli inquinanti.

Il "soil washing" è una tecnologia emergente adottata in numerose realtà per ridurre il quantitativo di materiale pericoloso da collocare in discarica e recuperare parte dei costi di trattamento dalla vendita come materiale da costruzione della frazione più grossolana prodotta.

Questa tecnologia, tuttavia, soffre di sostanziali svantaggi derivanti dalla necessità di operare con grossi volumi di agente estraente e dalla difficoltà di recuperare gli additivi utilizzati.

Le tecniche di bonifica biologica sono limitate ai composti biodegradabili ed a concentrazioni non tossiche e sono fortemente penalizzate dai lunghi tempi necessari a completare la bonifica.

I processi di solidificazione/stabilizzazione consistono nell 'aggiungere al sedimento un legante idraulico, ad esempio il cemento Portland. In questo modo gli inquinanti sono fisicamente bloccati all'interno della matrice cementizia e non possono più migrare nell'ambiente circostante.

In alcuni processi, oltre al cemento vengono aggiunti degli additivi specifici in grado di reagire con gli inquinanti trasformandoli in specie meno tossiche o meno mobili.

Questo tipo di tecnologia ha lo svantaggio di produrre un aumento del volume del materiale trattato (sedimento legante) e, comunque, non garantisce la stabilità del prodotto finale nel tempo.

Sono noti nella tecnica anche processi di trattamento basati sull'estrazione con un solvente scelto, ad esempio, tra cloruro di metilene, idrocarburi C2-C4 liquefatti o fluidi supercritici .

Tuttavia, l'applicabilità ed efficienza di tali processi è fortemente limitata dalla presenza di elevate percentuali di fini e dall'elevato contenuto di acqua che generalmente caratterizzano alcuni suoli.

Per superare tali inconvenienti, sono stati proposti nella tecnica dei procedimenti per la bonifica di suoli aventi un alto contenuto di acqua che si basano sull'impiego di una miscela estraente costituita da una coppia solventecosolvente in proporzioni tali da formare una fase unica con l'acqua contenuta nel terreno (U.S. 5,585,002) od un solvente unico, preferibilmente etile acetato (IT 1.298.543).

In particolare secondo tali procedimenti i suoli, dopo estrazione con il solvente organico e decantazione, vengono sottoposti ad essiccamento per rimuovere il solvente residuo, che è presente in quantità comprese generalmente tra il 3 ed il 10%.

A tale scopo si utilizza un'apparecchiatura che, per motivi di sicurezza legati all'infiammabilità del solvente e per ridurre le emissioni dell'ambiente, deve essere inertizzata con azoto e fornita di opportuni sistemi di captazione delle polveri. Inoltre, a causa del basso coefficiente di scambio del terreno, tale apparecchiatura richiede una notevole superficie di scambio termico, un duty elevato ed alte temperature che possono causare alterazioni della caratteristiche pedologiche del terreno, compromettendo la possibilità di ricollocazione nel sito originario.

E' stato ora trovato che trattando il suolo, dopo estrazione con solvente e decantazione, con una quantità di acqua sufficiente a solubilizzare il solvente residuo, è possibile separare dalla dispersione così formata una fase acquosa surnatante, contenente il solvente, ed una fase solida sedimentata nella quale il solvente residuo è ridotto ad una concentrazione minima tale da consentirne il ricollocamento nell'ambiente.

Il solvente contenuto nella suddetta fase acquosa può essere recuperato per semplice evaporazione e con minore consumo energetico, in quanto non è più necessario riscaldare l'intera massa di suolo.

In accordo con ciò, costituisce uno scopo della presente invenzione un processo per la rimozione di inquinanti organici da un suolo contenente acqua dal 10% fino al limite della saturazione di campo, che comprende gli stadi di:

(a) mescolamento del suolo con un solvente lipofilo;

(b) allontanamento per decantazione o per sgrondatura di una fase liquida, contenente gli inquinanti ed il solvente, da una fase solida costituita dal suolo trattato;

(c) recupero del solvente dalla fase liquida ottenuta nello stadio (b) per distillazione e ricircolo nello stadio (a);

(d) mescolamento della fase solida separata nello stadio (c) con acqua in un rapporto tale da solubilizzare completamente il solvente residuo;

(e) separazione per decantazione di una frazione solida, costituita dal suolo lavato, ed una fase acquosa satura di solvente;

(f) dewatering della frazione solida ottenuta nello stadio (e); e

(g) recupero del solvente dalla fase acquosa per evaporazione e riciclo nello stadio (a).

I suoli utilizzati nel procedimento possono essere di varia natura e caratteristiche pedologiche, sia ad alta componente sabbiosa che limo-argillosa. E' importante controllare che il contenuto di acqua presente nel terreno da bonificare sia prossimo alla sua capacità di campo. Nel caso di terreni con minore contenuto di umidità, è necessario umidificare il materiale prima del trattamento.

Tipicamente, con il processo descritto sono trattati suoli argillosi o di medio impasto, con un contenuto tra il 10 ed il 50% (sul secco) di particelle a granulometria inferiore a 63 μm ed un contenuto di acqua compreso tra il 10 e 11 60% in peso.

Nello stadio (a), il rapporto ponderale solvente/suolo è compreso fra 0,2 e 5,0, preferibilmente tra 0,5 e 1. In un processo operante in continuo il rapporto di portata in controcorrente solvente/suolo è compreso tra 0,2 e 0,5.

Tale stadio è condotto generalmente a temperatura ambiente, per un tempo compreso tra 10 e 120 minuti.

I solventi utilizzati nel processo secondo la presente invenzione sono scelti in modo da essere atossici e volatili, poco costosi e di facile reperibilità.

Esempi di solventi lipofili adatti agli scopi della presente invenzione sono etile acetato ed etere di petrolio. Tra i solventi lipofili è preferito l'etile acetato ai fini dell'invenzione .

Gli stadi da (a) a (e) del procedimento secondo la presente invenzione possono essere ripetuti più volte se necessario .

L'estrazione con solvente di cui allo stadio (a) può essere condotta con un processo discontinuo (batch) o continuo. Nel primo caso l'apparecchiatura è costituita da un sistema di mescolamento industriale, quale ad esempio un mescolatore a vomeri, a palette od a tamburo rotante, nel quale vengono caricati il quantitativo di terreno da trattare ed il solvente, mescolando per il tempo necessario ad ottenere l'estrazione degli inquinanti.

Nel caso di una gestione in continuo del processo, l'apparecchiatura di estrazione può essere costituita da un sistema di coclee nelle quali il solvente ed il terreno viaggiano in controcorrente. L'ultima coclea provvede alla sgrondatura del terreno dalla maggior parte del solvente.

La separazione di cui allo stadio (b) avviene istantaneamente dopo che è cessato il mescolamento in virtù del fatto che la frazione fine nel suolo viene mantenuta in forma agglomerata dall'acqua e non passa se non in minima parte nel solvente di estrazione.

In questo modo si ottiene un suolo depurato dagli inquinanti, costituito sia dalla frazione grossolana che da quella fine, contenente un 3-10% di solvente residuo ed una frazione liquida contenente gli inquinanti.

Nello stadio (c) del procedimento secondo la presente invenzione, la fase solida viene lavata con acqua in modo da consentire il recupero del solvente di estrazione residuo, che ha una solubilità in acqua dell'887% (v/v); il solvente così recuperato può essere riciclato nello stadio (a) del procedimento secondo la presente invenzione.

Nel caso di una gestione batch del processo, il lavaggio con acqua può essere effettuato nella stessa apparecchiatura utilizzata per l'estrazione nello stadio (a), alimentando acqua al sistema dopo aver separato il solvente per decantazione. Utilizzando un processo in continuo, il lavaggio con acqua può essere realizzato in un opportuno mescolatore o in un'ulteriore coclea nella quale il terreno e l'acqua vengono alimentati in controcorrente.

In entrambi i casi non è necessario pressurizzare l'apparecchiatura con gas inerte e non si formano polveri, essendo il materiale disperso in acqua.

Nello stadio (e) del procedimento secondo la presente invenzione, dopo decantazione si separa una frazione solida, costituita dal suolo lavato, ed una frazione acquosa satura di solvente. La frazione solida così ottenuta viene quindi sottoposta a dewatering, utilizzando apparecchiature note nella tecnica, quali ad esempio nastropressatura, centrifugazione

Il recupero del solvente esausto (stadio d) può essere effettuato con un evaporatore a film sottile ed a pareti raschiate operante a pressione atmosferica o in leggera depressione ottenendo un fondo caldaia contenente la frazione estratta dal suolo e minime quantità di acqua ed una corrente di testa costituita dal solvente di estrazione di cui allo stadio (a).

In alternativa, tale recupero può essere effettuato per distillazione in presenza di acqua, ottenendo un fondo caldaia costituito da acqua e inquinanti, separabili per decantazione, ed una corrente di testa, costituita dal solvente di estrazione di cui allo stadio (a).

Il procedimento secondo la presente invenzione consente di rimuovere gli inquinanti da un suolo con elevati contenuti di acqua e di particelle fini in modo semplice ed economico. In Figura 1 si riporta lo schema a blocchi del processo secondo la presente invenzione.

Gli esempi che seguono sono illustrativi ma non limitativi dell'invenzione descritta.

Esempio 1

Un campione di suolo prelevato in un sito inquinato da idrocarburi ha le seguenti caratteristiche:

• pH in soluzione acquosa = 7.02; in KCl 1 N = 7.34

• Contenuto in umidità: 18.3%

• Conducibilità: 1.14 mS/cm

• Concentrazione salina: 6.76 mEq/100g

• Idrocarburi totali (Total Petroleum Hydrocarbons - TPH) 18000 ppm (determinazione gas cromatografica)

• Caratterizzazione agronomica: Ghiaia 46.3%, Sabbia 42.4%, argilla 11.3%

Un chilogrammo di questo terreno viene posto in un cilindro rotante insieme a 1 kg di etile acetato e posto in agitazione a temperatura ambiente per 30 minuti. Dopo aver sedimentato il terreno per 5 minuti, la fase liquida viene filtrata su filtro in teflon con pori da 0.45 micron, in modo da determinare, per pesata, la frazione fine del suolo trascinata dal solvente che ammonta allo 0.7% in peso del terreno.

L'etile acetato viene recuperato dalla frazione liquida mediante distillazione in evaporatore rotante a 90°C.

Si recuperano 940 g di solvente che, con l'aggiunta di altri 60 g di etile acetato fresco, vengono utilizzati per un secondo ciclo di lavaggio del terreno.

Il solvente recuperato dopo questo secondo ciclo ammonta a 1 kg.

Il

Il terreno, contenente 60 g di etile acetato residuo, viene addizionato, nello stesso tamburo rotante, con acqua (1 kg), sufficiente a sciogliere il quantitativo di solvente residuo, noto che la solubilità dell'etile acetato in acqua è pari allo 8.7 % (v/v).

Dopo 10 minuti di agitazione, la miscela è lasciata sedimentare per 30 minuti. Lo strato acquoso superiore viene separato e conservato. La dispersione di terreno in acqua rimasta sul fondo viene centrifugata a 3000 x G recuperando una frazione solida costituita dal terreno bonificato nel quale la concentrazione di Total Petroleum Hydrocarbons(TPH) ammonta a 180 ppm, entro i limiti previsti dalle Leggi vigenti.

La fase acquosa ottenuta dalla centrifugazione, riunita a quella messa da parte dopo la sedimentazione, viene riscaldata a 90°C in evaporatore rotante, recuperando l'etile acetato disciolto.

Esempio 2 (confronto)

Un campione da 1 kg del suolo avente le caratteristiche riportate nell'esempio 1, viene asciugato all'aria per 48 ore fino a ridurre il contenuto di umidità al 3.2% e poi trattato come nell'esempio 1.

Si osserva il trascinamento nel solvente di 65 g della frazione fine del campione. Tale dispersione rimane stabile per diverse ore, rendendo necessaria la centrifugazione per separare il solido dal liquido.

Il solvente recuperato per distillazione viene utilizzato per un secondo lavaggio del suolo. Dopo la seconda centrifugazione, le due frazioni fini del suolo sono riunite a quella grossolana ed asciugate all'aria per 24 ore.

La concentrazione di TPH dopo il secondo trattamento ammonta a 1670 ppm, che è un valore superiore al limite massimo di 750 ppm indicato dalla Legge per il reimpiego del sito (Bollettino Ufficiale Regione Toscana n.36 del 16 giugno 1993) .

Esempio 3

Un campione di suolo è asciugato come nell'esempio 2 e poi addizionato con acqua in modo da riportare il contenuto d'umidità al 18%.

Dopo il trattamento come nell'esempio 1 si osserva che il solvente, ottenuto per semplice decantazione, contiene meno di 0.7% di frazione fine.

L'analisi dei TPH indica una concentrazione residua di 183 ppm, valore che conferma i risultati dell'esempio 1, sia in termini di bonifica del terreno che di semplicità delle operazioni di recupero del solvente.

Il recupero del solvente, sommando la quantità ottenuta per decantazione dopo il trattamento di estrazione degli inquinanti e separazione per distillazione e per distillazione del residuo nella fase acquosa di lavaggio del suolo, è risultato praticamente quantitativo.

Claims

Rivendicazioni 1. Procedimento per la rimozione di inquinanti organici da suoli caratterizzati da un contenuto di acqua dal 10% fino al limite della saturazione che comprende i seguenti stadi: (a) mescolamento del suolo con un solvente lipofilo; (b) allontanamento per decantazione o per sgrondatura di una fase liquida, contenente gli inquinanti ed il solvente, da una fase solida costituita dal suolo bonificato; (c) recupero del solvente dalla fase liquida ottenuta nello stadio (b) per distillazione e ricircolo nello stadio (a); (d) mescolamento della fase solida separata nello stadio (c) con acqua in un rapporto tale da solubilizzare completamente il solvente residuo; (e) separazione per decantazione di una frazione solida, costituita dal suolo lavato, ed una fase acquosa satura di solvente; (f) dewatering della frazione solida ottenuta nello stadio (e); e (g) recupero del solvente dalla fase acquosa per distillazione e riciclo nello stadio (a).
2. Il procedimento secondo la rivendicazione 2, dove il solvente lipofilo è etile acetato.
3. Il procedimento secondo la rivendicazione 1, dove il rapporto ponderale tra il solvente lipofilo ed il suolo è compresa tra 0,2 e 5,0.
4. Il procedimento secondo la rivendicazione 4, dove il rapporto ponderale tra solvente lipofilo ed il suolo è compresa tra 0,5 e 1.
5. Il procedimento secondo la rivendicazione 1, dove nello stadio (a) il mescolamento dei componenti è condotto a temperatura ambiente, per un tempo compreso tra 10 e 60 minuti.
6. Il procedimento secondo la rivendicazione 1, dove la separazione nello stadio (b) avviene per decantazione o sgrondatura.
7. Il procedimento secondo la rivendicazione 1, dove il recupero del solvente nello stadio (d) è condotto mediante un evaporatore a film sottile ed a pareti raschiate operante a pressione atmosferica od in leggera depressione oppure per distillazione in presenza di acqua.
8. Il procedimento secondo la rivendicazione 1, dove il solvente recuperato nello stadio (d) è riciclato nello stadio (a).
9. Il procedimento secondo la rivendicazione 1, dove gli stadi da (a) a (e) possono essere ripetuti più volte.
10. Il procedimento secondo la rivendicazione 1, dove gli inquinanti organici sono idrocarburi alifatici ed aromatici, idrocarburi aromatici polinucleari, organoclorurati alifatici ed aromatici, pesticidi, diossine e dibenzofurani.
11. Il procedimento secondo le rivendicazioni da 1 a 9, che è condotto in batch od in continuo.