Processi di depurazione delle acque contaminate da arsenico - Ambiente, cambiamenti climatici e sviluppo sostenibile

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QUALCHE SPUNTO SU...

Processi di depurazione delle acque contaminate da arsenico


Intervista a Massimo Pizzichini, ricercatore dell'Unità Tecnica UTAGRI

La contaminazione delle acque da parte dell’arsenico è un problema solo italiano?
Purtroppo la contaminazione delle acque da parte dell’arsenico investe tutto il pianeta: il continente asiatico è quello più penalizzato, in particolare nel Bangladesh dove le concentrazioni arrivano anche a qualche g/L. Anche l’Australia registra problemi di arsenico come pure l’America del Sud, in particolare l’Argentina, ma il problema investe anche l’America del Nord, l’Europa del Nord, ecc…

In Italia quali sono le aree più penalizzate dall’arsenico?

In Italia la presenza dell’arsenico in acque destinate ad uso potabile ha assunto gli aspetti di un problema sociale se si considera che interessa oltre 100.000 cittadini in regioni quali il Lazio, la Toscana, l’Umbria, il Trentino Alto Adige e la Lombardia: ammontavano infatti a 128 i Comuni le cui acque potabili mostravano un tenore di arsenico superiore ai limiti di concentrazione, 10 μg/L (ossia 10 ppb), previsti dalle normative europee. In alcuni casi isolati tali valori hanno raggiunto concentrazioni di  100 ppb.

Perché troviamo l’arsenico nelle acque?
Perché le acque sotterranee di bacini o di falda, incontrando rocce vulcaniche, solubilizzano l’arsenico, che quindi contamina l’acqua. L’arsenico è quindi un contaminante naturale, presente in forma chimica di arseniati (As+5) specie ossidata, e di arseniti  (As+3)  nella forma ridotta.

Perché l’arsenico nuoce alla salute?

Entrambe le forme chimiche dell’arsenico sono tossiche per l’uomo, l’arsenito è più pericoloso dell’arseniato, con effetti che possono dimostrarsi cancerogeni: lunghi periodi di esposizione possono provocare anche tumori della pelle o degli organi interni come fegato, colon, cervello. Per questa ragione l’OMS, Organizzazione Mondiale della Sanità, ha stabilito un limite massimo di tolleranza a 10 μg/L.

Come nasce la ricerca ENEA sul processo di de-arsenificazione delle acque potabili?

Come abbiamo accennato sopra, la ricerca nasce da un’esigenza reale di circa 100.000 cittadini italiani.
In linea con i compiti istituzionali dell’Agenzia e con la nostra missione ci siamo fatti carico di fornire una risposta tecnico-scientifica alle amministrazioni pubbliche: Regioni, Provincie, Comuni, ecc…

Qual è il know how tecnico dell’ENEA sul tema dell’arsenico?
Alcune nostre Unità Tecniche si occupano del problema arsenico da molti anni, soprattutto sotto il profilo del monitoraggio delle acque, specialmente nel Lazio.
Il mio gruppo si occupa di processi di filtrazione tangenziale da 20 anni, quindi unendo altre competenze ENEA (ingegneri, chimici, geologi, biologi ed esperti di processi) siamo giunti ad avere risultati che riteniamo utili per il sistema Paese.

Come siete arrivati al ridisegno di un processo di de-arsenificazione ?

Prima di tutto abbiamo approfondito le tecniche utilizzate dagli impianti tradizionali di de-arsenificazione partendo da quello del Centro della Casaccia, abbiamo evidenziato punti critici di funzionamento, quindi abbiamo studiato soluzioni tecniche adeguate a garantire la qualità dell’acqua prodotta.
Inoltre quasi tutte le aziende, anche internazionali, che utilizzano o commercializzano materiali adsorbenti per l’arsenico (ferro e manganese, ferro idrossido, etc.) quando citano le tecnologie di membrana, come sistema alternativo ai loro processi, affermano che la nostra tecnologia è inefficace per la  rimozione di tale composto. In realtà queste considerazioni sono errate, come dimostrano i risultati delle nostre campagne sperimentali.

Qual è l’innovazione principale del vostro processo?
Noi oggi siamo in grado di indicare un processo di de-arsenificazione  delle acque, sicuro e affidabile per diverse tipologie di acqua primaria, utilizzando tutte le tecnologie disponibili in condizioni ottimali per ciascuna di esse.
Una cosa è dimostrata: la tecnica di osmosi inversa rimuove completamente l’arsenico e semplifica enormemente il processo, ma bisogna considerare che non basta dire osmosi inversa per chiudere l’argomento. Sul mercato mondiale sono disponibili almeno 400 tipi diversi di membrane di osmosi prodotte da paesi come USA, Giappone,  ecc… Vanno  inoltre considerati una serie di parametri che riguardano le caratteristiche dell’impianto da osmosi, le condizioni di processo, di manutenzione e di assistenza.
I sistemi a membrana sono molto selettivi ed efficaci nella rimozione dell’arsenico e dei sali minerali in genere, ma sono molto critici e richiedono una gestione controllata e manodopera specializzata, non sempre facilmente reperibile a livello di amministrazioni pubbliche o di gestori della rete idrica.

Perché i sistemi ad adsorbimento non la convincono?
Le sostanze adsorbenti sono generalmente dei prodotti ricavati da processi industriali, come quello della produzione industriale dell’alluminio (Bauxite), e possono dunque contenere tracce di inquinanti poi rilasciabili nell’acqua depurata.
Inoltre essi vengono applicati nella pratica con due metodologie di processo che sono di flottazione e di adsorbimento a letto fisso.
Entrambi i processi mostrano dei limiti funzionali importanti e, elemento importantissimo, non garantiscono l’effetto depurativo dell’acqua in lunghi cicli di esercizio, col risultato che il consumatore è convinto di avere un’acqua depurata invece non lo è.
Questi materiali sono ad esaurimento di carica, operano meglio in ambiente acido, spesso richiedono un pretrattamento chimico dell’acqua, rilasciano sostanze alcaline, insomma vanno usati con molta attenzione.
Non vanno altresì trascurate le problematiche tecnologiche legate al processo di adsorbimento in letto fisso: sovente l’acqua segue delle vie di scorrimento preferenziali all’interno del letto adsorbente, riducendo di fatto il tempo di funzionamento “efficace” dello stesso che non viene utilizzato per l’intero suo volume come da progetto. Questo si traduce in una mancata depurazione dell’acqua in cui i valori di arsenico possono superare inavvertitamente quelli che ci si era prefissi. Aggiungo che i sistemi di adsorbimento hanno un effetto trascurabile nella rimozione degli arseniti..
Al contrario il trattamento con tecnologia a membrana è efficace sia sugli arseniti che sugli arseniati, anche se con leggere differenze, per altro trascurabili ai fini pratici.

Quali sono invece i limiti tecnici dei processi a membrana ?

Sul tema della rimozione dell’arsenico nell’acqua potabile non ne vedo nessuno. Alcuni sostengono che le membrane sprecano troppa acqua e sono condizionate dalla presenza del calcio nelle acque primarie.
Le nostre sperimentazioni sull’acqua della Casaccia dimostrano che si “spreca”, come effluente concentrato, intorno al 5 % in volume dell’acqua in ingresso, per acque più salate tale percentuale può salire al massimo al 15 %, ma l’acqua prodotta è sempre priva di arsenico.
La presenza di sali in forma di bicarbonati , carbonati, silicati, ecc… nell’acqua primaria può costituire un problema di intasamento delle membrane, ma disponiamo ampiamente dei giusti accorgimenti tecnici per eliminare tali pericoli.

Ci sono impianti industriali di osmosi che purificano le acque anche da contaminanti?

La tecnica dell’osmosi inversa è ampiamente matura se si pensa che in tutto il mondo ogni giorno vengono prodotti milioni di m3 di acqua potabile da quella di mare.
Sul tema della potabilizzazione dell’acqua dolce c’è un impianto di osmosi che produce acqua potabile per tutta la città di Parigi, a partire dalla Senna. L’impianto si trova a Mery- sur Oise e produce 6.000 m3/h d’acqua potabile. Anche se nella Senna non c’è arsenico l’osmosi rimuove comunque il 99 % dei sali minerali.

Gli  impianti a membrana sono costosi ? Quanto consumano  dal punto di vista energetico?
I costi degli impianti a membrana sono dello stesso ordine di grandezza di quelli ad assorbimento, e quando le taglie produttive aumentano oltre i 50 m3/h i costi delle membrane si riducono. Il consumo energetico dei processi di osmosi inversa dipende dalla salinità dell’acqua primaria. I nostri dati ottenuti sull’acqua della Casaccia dimostrano che operando con l’osmosi il costo energetico dell’acqua depurata è di 0,067  €/m3, per quella a bassa pressione;  di 0,31 €/m3 per quella ad alta pressione.

Si possono conciliare le tecnologie di adsorbimento con quelle di membrana ?
Certamente si, ed è proprio in questa direzione che stiamo realizzando nuove campagne sperimentali.

Mi può fare un esempio?
Se usiamo le tecniche di membrana come tecnologia primaria di de-arsenificazione  si possono usare gli adsorbitori per trattare il retentato (concentrato) di membrana.
L’altro esempio riguarda l’applicazione della tecnica di microfiltrazione con adsorbenti usati nella flocculazione (processo chimico-fisico che fa accrescere il peso delle particelle per farle sedimentare meglio) degli adsorbenti. Le nostre sperimentazioni condotte con polvere sottile utilizzando membrane di microfiltrazione hanno dimostrato i seguenti vantaggi:

  1. aumento del 50 % dell’efficienza di adsorbimento dell’arsenico
  2. minore consumo di adsorbente del 30 %
  3. riduzione dei tempi di produzione dell’acqua depurata da 48 ore con la flocculazione a 7 minuti con la microfiltrazione
  4. migliore qualità dell’acqua prodotta con membrane che viene depurata dall’arsenico, da particelle sospese e da batteri.

Come si traducono tali miglioramenti sul costo del processo ?
Non posso dare indicazioni precise  perché questi dati dipendono da una serie di fattori fra cui il più importante è  la composizione dell’acqua di partenza, che varia anche nella stessa area territoriale. I nostri studi inoltre si fanno carico della sostenibilità ambientale del processo, es. se l’arsenico viene legato chimicamente con l’adsorbente (legame forte) si riduce il rischio di una sua lisciviazione anche a livello di discarica, quindi il nostro obiettivo è lavorare in una logica di LCA (Life Cycle Assessment).


Roma, giugno 2011

 

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