UNIVERSITA` degli studi di Napoli “FEDERICO II”

UNIVERSITA’ degli studi di
Napoli “FEDERICO II”
Corso di chimica ambientale e dei
beni culturali
Inquinamento e trattamento delle
acque domestiche e industriali
Prof. S. Andini
A more complex model for the Hg cycle
Figure by
John E. Gray, USGS
L’acqua
Ogni corpo idrico presenta caratteristiche
idrogeologiche, chimiche, fisiche proprie.
Impieghi delle acque
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Usi civili: alimentare, igienico
Usi ricreativi
Usi agricoli
Usi industriali
Usi energetici
Prima di poter essere utilizzate le acque devono rispettare
parametri chimico-fisici imposti dalla normativa vigente:
“152/2006”
Inquinanti
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Metalli pesanti
Metalloidi
Composti chimici inorganici
Composti organici
Metalli pesanti
Cadmio: deriva da scarichi industriali e rifiuti
dell’industria mineraria. Provoca aumento
della pressione sanguigna
Nell’acqua si osserverà una concentrazione
maggiore in inverno rispetto al periodo
estivo
2CH2O + SO4+ H
2CO2+HS+2H2O
CdCl+HS
CdS+H+Cl
Metalli pesanti
Mercurio:si trova in molti minerali come il cinabro,
carbone e lignite. Viene largamente usato in
erbicidi e fungicidi, prodotti farmaceutici. Si sono
registrate grosse concentrazioni di Hg nei tessuti
lipidici dei pesci come CH3Hg.
Piombo: proviene dall’estrazione mineraria
e dalle benzine. Provoca disfunzione ai
reni, fegato, cervello, in concentrazioni
minori determina anemie.
Metalloidi
Arsenico: ottenuto come sottoprodotto della
raffinazione di rame, oro. Si trova in molti
minerali fosfati; deriva anche dalla
combustione del carbone.
Specie inorganiche
Cianuro:estremamente tossico usato per
l’elettroplaccatura dei metalli. In acqua si
trova come HCN (acido debole)
Specie inorganiche
Ammoniaca : degradazione rifiuti organici
azotati.
Solfuro di idrogeno (H2S): decomposizione
anaerobica di materiale organico; si
sviluppa industrie chimiche, tessili, acque
geotermiche. Si individua per il suo cattivo
odore.
Biossido di carbonio: se in eccesso rende
l’acqua più corrosiva. Usato per addolcire
le acque nei processi di ricarbonatazione.
Composti organici
Acque di scarico: oli, grassi, solidi.
Determinano aggregazione di colloidi con
formazione di materiali fangosi. Necessari
trattamenti per l’utilizzo di tali acque nel
sistema idrico.
Saponi: stearato di sodio (C17H35COONa),
usati per sospendere il materiale organico
generano però sali insolubili di calcio e
magnesio.
Composti organici
Detersivi: non determinano sali insolubili di
calcio e magnesio, ma deflocculano i
collidi, ditruggono batteri utili.
Altri inquinanti
DDT: diclorodifeniltricloroetano; potenziale
cancerogeno, largamente usato come
potente insetticida.
Altri inquinanti
Diossine: deriva dalla
produzione di pesticidi,
estremamente tossico
per molti animali. Tra
esse ricordiamo la
TCDD, che è
chimicamente stabile
fino a 700 gradi poco
biodegradabile; si è
riscontrata nelle
emissioni di
inceneritori municipali.
Altri inquinanti
Bifenili policlorurati (PCB): grazie alla elevata stabilità
chimica, termica e biologica, sono stati utilizzati come
fluidi refrigeranti e come isolanti o nei trasformatori
(Askarel). Idealmente diobiodegradati da batteri
anaerobici. Provocano danni al fegato.
IPA:Si ritrovano naturalmente nel carbon fossile e nel petrolio.
La loro formazione per cause antropiche avviene invece nel
corso di combustioni incomplete di legname, grassi, tabacco
e prodotti organici in generale, quali i rifiuti urbani.
Gli utilizzi sono svariati; vengono utilizzati a fini di ricerca e
alcuni vengono sintetizzati artificialmente. In alcuni casi
vengono impiegati per la sintesi di coloranti,platiche, pesticidi.
Trattamento delle acque per uso
domestico
Trattamento primario:
grigliatura e triturazione
Desabbiatura,deolazione,sgrassatura
Sedimentazione (oli, grassi, saponi)
Trattamento delle acque per uso
domestico
Trattamenti secondari: eliminazione BOD
Viene effetuato tramite:
Filtri percolatori
Biodischi
Fanghi attivi
Trattamento delle acque per uso
domestico
Trattamenti terziari: purificazione delle
acque da sostanze organiche e
inorganiche disciolte.
Coagulazione chimica:solfato di alluminio, di
magnesio, idrossido di calcio.
Ossidazione chimica: cloro, ozono
Scambio ionico
Trattamento delle acque per uso
industriale
Acque utilizzate per l’alimentazione dei
generatori di vapore e per il
raffreddamento .
Trattamento esterno:areazione, filtrazione,
chiarificazione.
Trattamento interno:aggiunta di chelanti,
precipitanti, disperdenti, disinfezione
Rimozione dei solidi
• Sedimentazione e filtrazione:fili di acciaio
intrecciati con dimensioni variabili
• Coagulanti per le particelle colloidali
(solfato di alluminio)
• Coagulazione – filtrazione:calce
(coagulante), filtro a sabbia rapido
(filtrazione)
Rimozione dei metalli
• Calcio:
Ca+2HCO3
CaCO3+CO2+H2O
Addolcimento:soda (Na2CO3), calce
(Ca(OH)2)
Ca+2Cl+Na2CO3
CaCO3+2Cl+2Na
Ca+2HCO3+Ca(OH)2
2CaCO3+2H2O
Rimozione dei metalli
• Magnesio:elevato pH
Mg+2OH
Mg(OH)2
CO3+H2O
Mg(OH)2+CO2
HCO3+OH
MgCO3 + H2O
Rimozione dei metalli
Scambio ionico:
H[Cat]+Na+Cl
Na[Cat]+H+Cl
OH[An]+H+Cl
Cl[An]+H2O
Come scambiatori ionici vengono spesso utilizzate zeoliti
(silicati di alluminio), tra cui ricordiamo: glauconite,
phillipsite, cabasite.
Addolcimento delle acque effettuato anche con agenti
chelanti: EDTA,NTA; senza precipitazione di CaCO3
Rimozione dei metalli
Ferro e manganese: la rimozione è favorita
da un pH elevato (calce) rendendo i
metalli insolubili; legati a colloidi umici che
stabilizzano gli ossidi colloidali dei metalli;
con aggiunta di solfuro:
Cd + S
CdS
Gli stessi trattamenti a fanghi riducono il
contenuto di metalli pesanti.
Rimozione composti organici
Carbone attivo: legno, torba carbonizzata
anaerobicamente e attivato per
ossidazione: CO2+C
2CO;
aumentando la porosità.
Polimeri sintetici adsorbenti:
Amberlite XAD-4 con superfici idrofobe che
assorbono i composti organici
Riutilizzazione
• Pianificata: l’acqua presenta determinati
standard
• Diretta:conserva le proprie caratteristiche.
• Indiretta: perso le caratteristiche
• Riciclaggio:avviene prima che l’acqua
viene scaricata