IT8921989A1 - Trattamento dei fanghi provenienti dagli impianti di depurazione delle acque reflue. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale avente per titolo:
"Trattamento dei fanghi provenienti dagli impianti di depurazione delle acque reflue"
R I A S S U N T O
I fanghi contenuti nelle acque reflue provenienti dagli impianti di depurazione di industrie ceramiche sono utilizzati in un procedimento di produzione di zeoliti: a questo fine, i fanghi ceramici sono sottoposti ad attacco alcalino ed addizionati con allumina idrata. Le zeoliti vengono quindi separate come precipitato.
La presente invenzione riguarda il trattamento dei fanghi provenienti dagli impianti di depurazione di acque reflue, in particolare scaricate dalle industrie ceramiche.
II problema della depurazione di tali acque ha cominciato a destaro interesse soprattutto da quando l'introduzione di una legislazione adeguata . ha obbligato le industrie a provvedere alla depurazione delle acque.
Il problema della depurazione si pu? considerare tecnicamente risolto, a parte le intrinseche difficolt? nella cattura del boro. Ormai tutte le aziende del settore sono dotate di impianti di depurazione in grado di separare efficacemente i residui di smalto delle acque reflue. Questi residui, tuttavia, non sono riutilizzabili direttamente e hanno finito per rappresentare a loro volta un grosso problema ambientale. Si stima, infatti, che la produzione di questi "fanghi" ammonti a circa 30.000 tonnellate all'anno e fino ad ora non risulta essere stato proposto alcun metodo di trattamento che permetta di ottenere un prodotto commercialmente interessante, e che quindi non costituisca anch'esso una massa che si deve smaltire.
Generalmente, lo smaltimento dei fanghi avvieng in discarica controllata, previa inertizzazione. Questo metodo di smaltimento comporta un costo notevole oltre ad un aumento del volume di quasi tre volte.
?' stato recentemente proposto un metodo di riutilizzo dei fanghi che porta alla produzione di smalti, contenenti i fanghi di recupero, che sono applicabili tuttavia solo in una minoranza di casi. Una ulteriore via si basa sulla essiccazione a spruzzo dei fanghi e successiva fusione in forno fusorio. Il costo di queste operazioni ? notevole, e si arriva alla produzione di un materiale di composizione e colore variabile, difficilmente collocabile sul mercato.
Un'altra via di riutilizzo prevede un addensamento progressivo dei fanghi, fino all'ottenimento di un fango quasi secco, che viene in piccola parte riutilizzato negli smalti di fondo; una grossa parte viene reintrodotta nell'impasto.
Le industrie che non sono attrezzate per attuare una delle due soluzioni sopra citate, conferiscono i loro fanghi alla Nettezza Urbana, che provvede, con un elevato onere, alla inertizzazione per litosintesi e allo smaltimento in discarica.
La letteratura specializzata ? stata abbondante di suggerimenti tendenti soprattutto a convincere qualche settore industriale attiguo a sobbarcarsi l'onere dello smaltimento. Ad esempio ? stata proposta l'introduzione massiccia di fanghi negli impasti per mattoni, che avrebbe esaltato sorprendentemente le caratteristiche, ma nessuna azienda del settore appare utilizzare questa soluzione.
Nel tecnico ? evidente il desiderio di valorizzare il contenuto in materiali pregiati che si trova svilito al livello di fango, ma non si ? riusciti sinora ad operare alcuna separazione a causa dello stato di estrema suddivisione in cui si trovano i vari componenti. L'unica strada che pu? portare a qualche risultato ? la separazione per via chimica, ma anche qui esistono grosse difficolt?, legate soprattutto alla grande variabilit? della composizione del residuo.
Scopo dell'invenzione ? quello di proporre un processo per trattare fango ceramico in modo da ottenere un prodotto risultante di facile utilizzazione e di elevato pregio, cos? da evitare ogni problema di smaltimento del prodotto finale e ricavare un beneficio economico che si sottrae al costo del processo.
Secondo l?invenzione, un processo per il trattamento di fango ceramico prevede di sottoporre una sospensione del fango ad un attacco alcalino, quindi di aggiungere idrato di alluminio, e mantenere la miscela a temperatura nell'intorno della temperatura di ebollizione, quindi separare il sedimento cristallizzato, costituito principalmente da zeoliti.
L'invenzione si basa dunque su un approccio diverso rispetto alla tecnica nota, e volto alla valorizzazione delle componenti meno pregiate dei fanghi ceramici, traendo vantaggio dello stato di suddivisione nel quale si trovano, che ne permette una efficace dissoluzione per via chimica. In pratica, estraendo silice e allumina con un energico attacco alcalino dei fanghi e correggendo opportunamente la composizione, ? stato trovato che si pu? ottenere la cristallizzazione di zeoliti di buona qualit?.
Le zeoliti sono una grande famiglia di prodotti con reticolo cristallino molto particolare, che le rende adatte per impieghi tecnici speciali, come scambio ionico, setacci molecolari o catalisi. Questi materiali sono essenzialmente costituiti da Silicio, Alluminio e metalli alcalini terrosi (Sodio, Potassio, Calcio).
La cristallizzazione avviene in condizioni idrotermali, ovvero, in soluzione con eccesso di acqua mantenuta a temperature anche superiori a quelle di ebollizione, per periodi variabili da poche ore a diversi giorni.
A seconda delle concentrazioni dei vari elementi e delle condizioni idrotermali (concentrazioni, temperatura, pressione, tempo) si formano composti cristallini di struttura diversa, che vengono identificati con lettere dell'alfabeto: zeoliti tipo A, X, Y, HS ecc.
Attualmente sono note centinaia di zeoliti differenti ma quella che viene impiegata industrialmente in quantitativi pi? massicci ? sicuramente la zeolite con struttura tipo A, che trova largo impiego nei detersivi, per la sua capacit? di sequestrare il Calcio dalle soluzioni.
I procedimenti industriali di produzione partono da soluzioni di silicato di sodio e alluminato di sodio, ottenute per attacco alcalino (con soda caustica) di silice colloidale e allumina idrata.
E' stato gi? proposto, tuttavia, l'impiego dei fanghi provenienti dall'industria dell'ossidazione anodica dell'alluminio quale fonte di allumina e anche l'impiego delle scorie d'altoforno come fonte di silice. E' stato anche suggerito un procedimento di inertizzazione delle sabbie da fonderia tramite la parziale trasformazione in zeoliti.
Il metodo classico di produzione delle zeoliti di questo tipo prevede l'impiego di reattivi abbastanza puri, come silice colloidale, silicato di sodio, alluminato di sodio, oppure argille caolinitiche ad elevata purezza e con granulometria estremamente fine. Questi reattivi, per quanto non siano eccessivamente onerosi, rappresentano la componente maggiore nella struttura del costo di produzione delle zeoliti.
Si ? dunque ora trovato che ? possibile ottenere la cristallizzazione di zeoliti di elevata purezza anche a partire da materiali di scarto, che normalmente rappresentano un costo per le aziende che li devono smaltire.
Il metodo proposto non rappresenta una soluzione finale del problema dei fanghi, ma si tratta di una fase intermedia di lavorazione che porta alla produzione di una prodotto commercialmente interessante a partire da residui industriali, dunque di facile e remunerativa collocazione.
Si tratta, in breve, di una serie di trattamenti chimici ed idrotermali che portano alla cristallizzazione controllata di zeoliti di struttura diversa.
Le ricerche sulle quali si basa l'invenzione si sono fondate sulla osservazione che la composizione media dei fanghi ceramici contiene sempre una percentuale rilevante di silice e di allumina e che la granulometria del materiale ? estremamente fine. Sottoponendo una sospensione di fango ceramico ad attacco alcalino con soda caustica, gran parte di questi elementi, insieme a molti altri, passa in soluzione. La soluzione che si ottiene ha generalmente un colore bruno scuro per la forte presenza di ossidi coloranti e di sostanze organiche .
Il rapporto tra silice e allumina non ? tuttavia adeguato per ottenere la cristallizzazione di zeoliti, ma ? necessario aumentare la concentrazione di alluminio in soluzione.
A questo fine ? possibile aggiungere allumina pura. Tuttavia, si pu? disporre convenientemente di una soluzione ricca di allumina utilizzando i fanghi derivati dal trattamento dei reflui dell'ossidazione anodica: anche questi vengono sottoposti ad attacco alcalino ed anche in questo caso si ottiene una soluzione color bruno scuro. Le due soluzioni prodotte filtrando i due preparati vengono quindi unite in rapporti tali da ottenere le giuste concentrazioni dei vari elementi. Gi? durante i primi momenti della miscelazione comincia a formarsi un precipitato gelatinoso che arriva rapidamente ad interessare tutto il volume del liquido.
Una variante di questo metodo consiste nell'aggiungere direttamente idrato di alluminio alla soluzione madre contenente la silice. Questo procedimento consente di utilizzare una maggior concentrazione di soda caustica nell'attacco alcalino dei fanghi, e di ottenere una cristallizzazione piu veloce di zeolite di tipo A, che altrimenti si degrada a zeolite tipo HS se l'ambiente ? troppo basico.
Ora, lasciando il preparato a temperatura prossima all'ebollizione o anche in effettiva ebollizione, il precipitato bianco cristallizza rapidamente, sedimentando poi facilmente.
Il prodotto ottenuto si presenta con granulometria molto regolare intorno ai cinque microns e pu? essere facilmente separato dalla soluzione madre per filtrazione.
L'analisi chimica e strutturale del prodotto permette di identificarne con certezza la natura e si sono ottenute, nel modo descritto in precedenza, zeoliti di due tipi, in forma molto pura: zeolite di tipo A e zeolite di tipo HS o idrossisodalite. La tabella seguente mostra il confronto tra la composizione chimica teorica e quella effettivamente trovata sui due prodotti; si pu? notare che la composizione teorica delle due zeoliti ? la stessa, cambia la struttura e il contenuto di acqua di cristallizzazione.
HS teorico HS trovato A teorico A trovato
Tutti gli altri elementi come Ferro, Titanio, Piombo, Zinco, Bario, Calcio, Magnesio, sicuramente presenti nella soluzione madre, non prendono parte alla cristallizzazione.
Il prodotto si presenta bianchissimo e con granulometria finissima (5 ?).
La resa del processo dipende fortemente dalla composizione iniziale del fango ceramico e dal procedimento utilizzato nell'attacco alcalino. A titolo indicativo, si sono ottenute rese in prodotto secco equivalenti a circa il 35% in peso di fango secco di partenza.
Per quanto riguarda la zeolite A, il potere sequestrante ? ottimo e quindi il prodotto ? idoneo all'impiego nei detersivi, ed ha notoriamente un elevato prezzo di mercato. La zeolite tipo HS non ha capacit? di scambio ionico, perch? presenta canali troppo piccoli, ma, data la sua composizione chimica, pu? essere utilizzata come materia prima per smalti e impasti, al posto della Nefelina o di altri feldspatoidi che hanno prezzi di mercato relativamente alti.
Il materiale si presenta molto fine, con un ottimo punto bianco, ? molto fusibile e assolutamente insolubile in acqua.
Al fine di meglio chiarire le essenziali caratteristiche del processo secondo l'invenzione, saranno qui di seguiti descritti alcuni esempi di sua pratica attuazione, senza alcun intento limitativo.
Esempio 1
Materiale utilizzato:
50 gr di fango ceramico secco
20 gr di fango di allumina secco
140 cc di soluzione di soda caustica al 20%
51 preparano due sospensioni: la prima disperdendo i 20 gr di fanghi di allumina in 40 cc di soluzione di soda caustica e la seconda disperdendo i 50 gr di fanghi ceramici in 100 cc di soluzione di soda. Le due sospensioni vengono portate all'ebollizione e mantenute in ebollizione per 12 ore. Dopo questo periodo, vengono filtrate ancora calde e le due soluzioni ottenute vengono miscelate.
Si forma subito un precipitato bianco che inizialmente ha consistenza gelatinosa. Il recipiente contenente la soluzione madre e il precipitato viene mantenuto a temperatura di circa 90 gradi per tre ore, per dar modo ai cristalli di zeolite HS di crescere fino alla dimensione voluta e di sedimentare. Quando il precipitato bianco ? sedimentato la cristallizzazione ? completa; si filtra e si lava bene.
Dopo essiccazione a 80 gradi il peso del prodotto ottenuto ? di 18 grammi.
L'analisi difrattometrica rivela la struttura di tipo HS o idrossisodalite.
La composizione chimica risulta essere:
Esempio 2
Materiale utilizzato:
50 gr di fango ceramico
10 gr di allumina idrata (fango di allumina essiccato di buona qualit?)
100 cc di soluzione di soda caustica al 20%
51 prepara la sospensione di fango ceramico con 100 cc di soda caustica e la si porta all'ebollizione per 12 ore.
La sospensione viene quindi filtrata e si ottiene una soluzione di colore bruno alla quale si aggiunge l'allumina idrata finemente macinata.
Si forma immediatamente un precipitato bianco gelatinoso che dopo tre ore di trattamento idrotermale a 90? C ? completamente cristallizzato. Il precipitato viene quindi filtrato e lavato accuratamente.
Dopo essiccazione a 80?C il peso del prodotto ottenuto ? di circa 20 grammi e l'analisi diffrattometrica rivela la struttura del tipo A. Il prodotto essiccato si presenta molto bianco e dimostra una ottima capacit? sequestrante per gli ioni calcio: dopo agitazione per 15 minuti a 25 C si ? stata misurata una riduzione della concentrazione di ioni calcio pari a 168 mg di CaO per ogni grammo di zeolite introdotto in sospensione.
Esempio 3
Materiale utilizzato:
50 gr di fango ceramico secco
10 gr di fanghi di allumina
120 cc di soluzione di soda caustica al 10%
51 opera come nel caso 1, ma, data la pi? bassa concentrazione di soda, si ottiene la cristallizzazione della zeolite di tipo A, in ragione di circa 10 gr di prodotto secco. La resa inferiore ? imputabile alla minore efficacia dell'attacco alcalino sui fanghi utilizzando soda pi? diluita.
11 processo proposto prevede l'utilizzo dei fanghi ceramici, e richiede l'utilizzo di allumina idrata e soda caustica per il trattamento dei fanghi e la produzione di zeoliti.
Come sopra ricordato, non ? necessario disporre, per l'attuazione del processo secondo la presente invenzione, dei reagenti allo stato puro, ma possono essere utilizzate soluzioni che li contengano in sufficiente concentrazione. Si ? visto che come fonte di allumina possono essere utilizzate acque reflue di lavorazione di ossidazione anodica. Allo stesso modo, per l'attacco alcalino possono essere utilizzate soluzioni esauste di soda caustica provenienti dalle fasi di decapaggio dei metalli.
Come si ? visto, la resa in zeoliti del processo di trattamento secondo la presente invenzione, ? sufficientemente elevata che questo processo potrebbe anche definirsi un processo per la produzione di zeoliti. Considerando che i reagenti di partenza del procedimento sono prodotti da smaltire, con i relativi costi, risulta evidente al tecnico il vantaggio industriale che con esso si ottiene.
Claims (6)
- R I V E N D I C A Z I O N I 1) Processo per il trattamento di fango ceramico derivante dalla depurazione di acque reflue di industrie ceramiche e per la produzione di zeoliti, in cui una sospensione di fango ceramico ? sottoposta ad attacco alcalino, ? aggiunta allumina idrata, la miscela ? mantenuta a temperatura all'intorno della temperatura di ebollizione, ? infine separato il sedimento cristallizzato, costituito principalmente da zeoliti.
- 2) Processo secondo la rivendicazione 1, in cui l'attacco alcalino alla sospensione di fango ceramico ? effettuata mediante aggiunta di soda caustica .
- 3) Processo secondo la rivendicazione 2, in cui la sospensione di fango ceramico cui ? aggiunta una soluzione di soda caustica ? portata ad ebollizione e cos? mantenuta per il tempo necessario al completamento della reazione.
- 4) Processo secondo la rivendicazione 3, in cui la sospensione sottoposta ad attacco alcalino ? filtrata prima dell'aggiunta dell'allumina idrata.
- 5) Processo secondo la rivendicazione 1, in cui la aggiunta di allumina idrata ? effettuata utilizzando una sospensione di fanghi ottenuti dalla depurazione di acque derivanti da lavorazioni di ossidazione anodica, la quale ? sottoposta ad attacco alcalino, e la sospensione risultante ? aggiunta alla sospensione di fango ceramico.
- 6) Processo secondo la rivendicazione 2, in cui la soda caustica ? aggiunta in soluzione che almeno parzialmente ? formata da soluzione esausta proveniente da lavorazioni di decapaggio, di metalli.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT02198989A IT1236552B (it) | 1989-10-11 | 1989-10-11 | Trattamento dei fanghi provenienti dagli impianti di depurazione delle acque reflue. |
Applications Claiming Priority (1)
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| IT02198989A IT1236552B (it) | 1989-10-11 | 1989-10-11 | Trattamento dei fanghi provenienti dagli impianti di depurazione delle acque reflue. |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| IT8921989A0 IT8921989A0 (it) | 1989-10-11 |
| IT8921989A1 true IT8921989A1 (it) | 1991-04-11 |
| IT1236552B IT1236552B (it) | 1993-03-11 |
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ID=11189862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| IT02198989A IT1236552B (it) | 1989-10-11 | 1989-10-11 | Trattamento dei fanghi provenienti dagli impianti di depurazione delle acque reflue. |
Country Status (1)
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|---|---|
| IT (1) | IT1236552B (it) |
-
1989
- 1989-10-11 IT IT02198989A patent/IT1236552B/it active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| IT8921989A0 (it) | 1989-10-11 |
| IT1236552B (it) | 1993-03-11 |
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