Rigenerazione mediante irradiamento a microonde di carboni attivi saturi da contaminanti emergenti

La presenza di contaminanti emergenti (Contaminants of emerging concern, CEC) in tracce nei comparti acquatici è attualmente oggetto di studio e monitoraggio a causa dei lori effetti avversi (comprovati o potenziali) sulla salute umana e il loro impatto negativo sugli ecosistemi. Tra i CEC di origine antropica, le sostanze poli- e per-fluoroalchiliche (PFAS) e il radionuclide Cesio-137 (137-Cs) stanno ricevendo una crescente attenzione da parte della comunità scientifica e degli organi legislativi a causa della loro elevata solubilità in acqua, dispersione nell'ambiente e biodisponibilità per organismi terrestri e acquatici. Il processo chimico-fisico di adsorbimento mediante l’utilizzo di carboni attivi (Activated carbon, AC, spesso impiegati in forma granulare, Granular activated carbon, GAC) è attualmente il trattamento più utilizzato a scala reale per la rimozione di contaminanti emergenti da acque contaminate. Tuttavia, la saturazione dei AC influenza negativamente la performance a lungo termine di tale trattamento. In alternativa allo smaltimento in discarica, la rigenerazione dei carboni attivi saturi consente la riduzione della produzione di rifiuti, quindi minore impatto ambientale, e il ripristino della capacità di adsorbimento dei carboni attivi. L'irradiamento a microonde (Microwave, MW) è stato recentemente studiato come tecnica di rigenerazione alternativa al convenzionale trattamento di tipo termico conduttivo, grazie alla natura dielettrica dei AC. Obiettivo generale della presente ricerca è stato lo studio della tecnica di rigenerazione innovativa basata sull'irradiamento a microonde per GAC saturi da PFAS e 137-Cs, mediante esperimenti condotti a scala di laboratorio. I risultati hanno dimostrato la capacità delle microonde di desorbire i PFAS a catena lunga (come l’acido perfluoroottanoico (PFOA) e l’acido perfluoro-ottansulfonico (PFOS)) da due GAC disponibili in commercio e ampiamenti utilizzati negli impianti di trattamento. Il rapido incremento di temperatura in tempi di trattamento brevi (T>600 °C in 3 min, applicando una potenza di 500 W), la conservazione della struttura porosa dei GAC e una buona efficienza di rigenerazione ottenuta durante diversi cicli di adsorbimento-rigenerazione rappresentano i principali risultati ottenuti, confermando la potenziale applicabilità della tecnica di rigenerazione mediante irradiamento a microonde. Essa permette inoltre superamento di diversi inconvenienti legati alle tecniche attualmente impiegate per la gestione di GAC saturi da PFAS come ad esempio, l'uso di solventi organici nella rigenerazione chimica e i costi legati allo smaltimento in discarica. Nell’ambito della presente ricerca è stato anche sviluppato un approccio tecnologico innovativo basato sull’irradiamento a microonde. Infatti, nel caso di acquiferi contaminati, il processo di adsorbimento in situ avviene mediante l’ausilio di una barriera reattiva permeabile (Permeable reactive barrier, PRB), in cui il materiale reattivo di riempimento più utilizzato sono i carboni attivi. Il nuovo sistema di trattamento proposto nel presente studio prevede l’accoppiamento della PRB con l’irradiamento a microonde per la rigenerazione del GAC (MW-PRB). In primo luogo, sono stati eseguiti esperimenti di adsorbimento in batch a mescolamento completo e in colonna per valutare l'efficacia dell'irradiamento a microonde per la rigenerazione di GAC saturo di Cs. Le efficienze di rigenerazione ottenute (>90%) e la moderata perdita di peso del GAC (<7%) nei diversi cicli di adsorbimento-rigenerazione dimostrano che la rigenerazione mediante microonde di GAC saturo da Cs rappresenta un trattamento efficace. Successivamente, un'analisi tecnico-economica è stata condotta al fine di valutare la longevità del nuovo sistema MW-PRB proposto (ad esempio, ipotizzando diversi scenari di contaminazione) e per fornire un confronto tra i principali costi specifici del sistema MW-PRB e di quello convenzionale. I risultati dell'analisi tecnico-economica hanno dimostrato la fattibilità del MW-PRB, evidenziato anche i vantaggi rispetto al sistema PRB convenzionale. I principali risultati ottenuti nella presente tesi supportano e promuovono la fattibilità dell'irradiamento a microonde per la rigenerazione di AC saturi. Essi forniscono inoltre le informazioni essenziali per la progettazione e l’esecuzione della futura attività sperimentale su scala pilota. Inoltre, le argomentazioni di carattere tecnico-scientifico risultano fondamentali per guidare lo sviluppo e l’implementazione su vasta scala della tecnologia di rigenerazione basata su irradiamento a microonde per carboni attivi saturi.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2021

Author dc:creator

• GAGLIANO, ERICA

Contributors dc:contributor

• ROCCARO, PAOLO

• Adsorption, Activated Carbon, Contaminants of emerging concern, Microwave irradiation, Permeable reactive barrier, Poly-and perfluoroalkyl substances (PFAS), Radioactive cesium-137, Regeneration
• Adsorbimento, Carboni attivi, Contaminanti emergenti, Radionuclide cesio-137, Sostanze per- e polifluoroalchiliche, Rigenerazione, Microonde, Barriera reattiva permeabile

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

ita

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/581781

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/581781