IT8940445A1 - Metodo per la rimozione delle mucillagini algali dalle superfici marine - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo "Metodo per la rimozione delle mucillagini dalle superfici marine"

RIASSUNTO

Si descrivono metodologie innovative per l'allontanamento dalle superficie marine delle mucillagini algali.

Questo materiale, di consistenza viscosa e gelatinosa, prodotto da microalghe in certe condizioni ambientali, in particolare nella tarda stagione primaverile ed estiva, affiora in grosse quantit? ed ? trasportato sotto costa dalle correnti, con gravi danni per il turismo, la balneazione, l ' igiene dei litorali e la pesca.

L'elevata viscosit? delle mucillagini, il loro altissimo contenuto in acqua, la densit? di questo materiale e le enormi quantit? con cui esso ? presente, ne rendono estremamente difficile la rimozione .

Nel brevetto si descrivono trattamenti delle mucillagini algali, realizzabili direttamente sulla superficie marina o su natanti appositamente attrezzati, finalizzati a modificare lo stato fisico di queste biomasse, riducendone la viscosit? ed il contenuto in acqua ed aumentandone la densit? mediante l'aggiunta di sabbia marina e/o bentoniti. Il materiale risultante tende con facilit? a sedimentare, depositandosi sul fondo marino, o in alternativa pu? essere rimosso per centrifugazione a poche gravit? ed interrato in discariche o variamente utilizzato.

DESCRIZIONE DELL?INVENZIONE

Di recente grandi danni all'economia di alcuni paesi sono venuti da fenomeni di degenerazione della microflora aigaie marina, caratterizzati da una enorme produzione di mucillagini,che hanno inquinato le acque costiere, con drammatiche conseguenze per il turismo, la balneazione, l ' igiene dei litorali la fauna marina e la pesca.

Questo tipo di fenomeni ? stato particolarmente grave nel mare Adriatico, con pesanti effetti negativi per le economie delle zone costiere sia italiane che iugoslave.

Bench? nel dettaglio questo tipo di fenomeno non sia stato ancora completamente messo a fuoco, appare chiaro che, nel caso del mare Adriatico, alla basei della incontrollata proliferazione delle microalghe, con la conseguente produzione di mucillagini (fioritura aigaie), vi sono tra l'altro le seguenti cause: a)un'elevata immissione di nutrienti nel mare, dovuta ai reflui urbani ed industriali ed alla intensiva concimazione dei terreni agricoli; b)una bassa salinit? delle acque marine, dovuta all'apporto di acque dolci fluviali; c particolari condizioni climatiche.

Bench? concettualmente il miglior modo di affrontare il problema della fioritura aigaie sia quello di rimuovere a monte la proliferazione delle microalghe, la complessit? del problema e le difficolt? di intervenire in tempi brevi sui fattori alla base del fenomeno, impongono la ricerca di strategie efficaci, che consentano, nel transitorio, di minimizzare l'inquinamento delle acque costiere ad opera delle mucillagini algali, sviluppando metodologie per l ' allontanamento di questo materiale dalla superficie marina.

La mucillagine aigaie si presenta come un materiale altamente viscoso, di consistenza gelatinosa, capace di inglobare anche pi? del 99,5% di acqua, che rende la densit? della biomassa idratata quasi simile a quella dell'acqua di mare. Pertanto piccole quantit? di gas, formatesi nella biomassa per azione dei processi metabolici della microflora intrappolata nella mucillagine, sono sufficienti a determinare l'affioramento in superficie di enormi quantit? di questo materiale che, trasportato dai venti e dalle correnti, finisce poi sui litorali. La rimozione della mucillagine dagli scogli o dalle spiagge ? estremamente difficile, per il grande contenuto di acqua presente e la viscosit? ed adesivit? di questo materiale sulle superfici con cui viene a contatto. Anche la protezione delle coste con reti e barriere galleggianti, tentata in passato, ? risultata poco efficace, difficilmente praticabile estensivamente e con un rapporto costi-benefici di scarso interesse.

Allo stato attuale le conoscenze sulla natura chimica di questo materiale sono incomplete, essendo limitate alla composizione di massima della mucillagine, risultata essere di natura prevalentemente polisaccaridica, con zuccheri quali il galattosio il mannosio, il glucosio e lo xilosio.

L'ipotesi di rimuovere come tale la gelatina dalla superficie marina, semplicemente pompandola battelli idoneamente attrezzati, ? improponibile sia per l'elevato contenuto in acqua che andrebbe pre levata, anche oltre 200 tonnellate di acqua marina tonnellata di mucillagine secca, sia per i problema di stoccaggio di queste masse enormi di gelatina, contenenti una elevata quantit? di sali, da 5 ad 8 tonnellate per tonnellata di mucillagine secca, che di fatto contaminerebbero il suolo ed in ogni caso sarebbero di ostacolo per eventuali valorizzazioni ed impieghi della biomassa recuperata.

Partendo da queste premesse, il brevetto propone due differenti metodologie per la rimozione della mucillagine dalla superficie marina. La prima prevede un idoneo trattamento in mare della fioritura aigaie, in modo da consentirne la sedimentazione in forma compatta sul fondo, dove verr? successivamente,con gradualit?, naturalmente biodegradata dalla microflora presente,senza danni per l'ecosistema. Il secondo invece prevede l'asporto della biomassa dalla superficie marina ed un successivo trattamento che ne faciliti la compattazione, minimizzando il contenuto in acqua presente.

la scelta di una dell'altra strategia sar? determinata da vari fattori quali: la distanza dalle coste a cui si trova la mucillagine, la profondit? dei fondali, il regime delle correnti, le condizioni climatiche, la disponibilit? di impianti di stoccaggio, l'interesse ad una valorizzazione economica della biomassa, che quanto meno ammortizzi i costi della decontaminazione etc.

Il brevetto propone anche una terza metodologia, applicabile quando la mucillagine ha ormai contaminato la battigia. in questo caso il trattamento, modificando lo stato fisico della mucillagine depositatasi, migliora le operazioni di asporto meccanico del materiale inquinante.

Elemento comune alle strategie proposte ? la realizzazione di una modifica chimico-fisica della mucillagine gelatinosa che risponda ai seguenti requisiti:

a)Dia luogo ad una diminuzione di viscosit? ed alla flocculazione della mucillagine, con esclusione dell'acqua in essa ritenuta in grosse quantit?.

b)Porti ad un aumento della densit? della biomassa che, nel caso dei trattamenti in mare, ne faciliti la rapida sedimentazione sul fondo o il recupero per centrifugazione a poche gravit?, sotto forma di una biomassa umida con un contenuto di acqua inferi al 5-10% (?/?).

c)Possa essere compatibile con il trattamento di masse anche superiori alle migliaia di tonnellate di mucillagine idratata per giorno, per impianto bonifica.

d)Comporti l'impiego di sostanze e di sistemi che non provochino inquinamento e danni all'ambiente. f)Sia compatibile sul piano economico in un'analisi costi-benefici .

Partendo da queste premesse, sorprendentemente ? stato trovato che il trattamento della massa gelatinosa della mucillagine in acqua marina con bentoniti, di preferenza di tipo sodico, determina una immediata coagulazione della biomassa, che perde la sua viscosit?, espelle l?acqua in essa ritenuta e floccula, depositandosi. E' stato inoltre trovato che il trattamento delle mucillagini algali contemporaneamente con bentoniti e sabbia porta alla formazione di un flocculato ad alta densit?, fortemente adeso alle particelle di sabbia, che sedimenta con gr adne rapidit?, rimanendo stabilmente depositato sul fondo.

Le bentoniti sono minerali di origine vulcanica formati prevalentemente da montmorillonite, e .sono assolutamente non tossiche e non inquinanti riprova di quanto detto va ricordato che, tra liiltro, le bentoniti vengono gi? ampiamente utiliza te in campo farmaceutico e cosmetico come agenti controllo della viscosit?,stabilizzanti delle emul sioni, sistemi per assorbire i gas e le tossine intestinali, sistemi per slow release di principi farmacologici ed agenti deodoranti. Le bentoniti vengono anche impiegate in campo alimentare nella chiarificazione di bevande quali ad esempio vino, birra ed acque potabili ed in zootecnia come additivi di mangimi per l?alimentazione di vacche, vitelli, suini e volatili. Le bentoniti sono anche utilizzate nel settore ecologico, per la realizzazione di sistemi adsorbenti nelle discariche urbane ed industriali e nella preparazione di prodotti per la detergenza di tipo non inquinante.

La montmorillonite, componente fondamentale delle bentoniti ? un silicato idrato di alluminio di formula SigAl14n(H20),dove n(H20) rappresenta l?acqua interlamellare .

Il reticolo cristallino del silicato ? caratterizzato da due strati tetraedrici, che ne comprendono uno ottaedrico, organizzati in una struttura lamellare. con una grossa estensione superficiale ma uno sore piccolissimo. Le particelle del minerale s formate da pacchetti di queste lamine, tra cui vanno ad intercalarsi molecole di acqua. La sostituzione isomorfa nel reticolo cristallino, ad esempi dell'alluminio con il magnesio o del silicio con l'alluminio, porta a sbilanciamenti di carica nel cristallo, compensati da cationi di bilanciamento, che facilmente possono venire scambiati con altri cationi inorganici o organici. Per la sua struttura la montmorillonite ? caratterizzata da una elevata superficie specifica (fino a 700 m /g) e da una notevole capacit? di scambio cationico (fino a 1 meq/g). Le bentoniti possono legarsi anche con molecole non cariche, mediante interazioni di van der Waals o legami a ponti di idrogeno.

Il trattamento di mucillagini algali in acqua di mare, con una soluzione di bentonite, ad esempio di tipo sodico, impiegata in un rapporto (p/p) da 0,1 fino a 10, di preferenza tra le 2, rispetto alla biomassa secca, determina la rapida flocculazione della massa gelatinosa, che coagula e sedimenta lasciando una fase acquosa limpida. A temperatura ambiente il processo ? istantaneo, se il mescolamenti del sistema ? buono, mentre ? graduale e control lato dalla diffusione in assenza di agitazione.

La velocit? di sedimentazione pu? essere notevolmente aumentata, migliorando la stabilit? del sedi mento, se si aggiunge sabbia alla massa gelatinosa 1 fino a 100 volte (p/p) rispetto al peso secco della mucillagine, prima o contemporaneamente al trattamento con la soluzione di bentonite.

Pu? essere agevolmente utilizzata allo scopo anche una "sabbia attivata", ottenuta adsorbendo preventivamente sulla sabbia una soluzione di bentonite, di opportuna concentrazione, in modo da avere una "sabbia attivata", con un contenuto in bentonite tra 0,04 e 40% (p/p).

Anche il trattamento della mucillagine con sola sabbia di mare riesce inizialmente ad aumentare la densit? del materiale gelatinoso, coagulandolo e favorendone la sedimentazione, ma l'interazione sabbia mucillagine in questo caso non ? molto stabile e nel tempo il materiale mucillaginoso pu? in parte essere rilasciato dal sedimento, riaffiorando. Un tale metodo, in ogni caso, in condizioni di emergenza,pu? rappresentare un'accettabile soluzione temporanea, che non ? per? confrontabile, in termini di efficienza, con la stabile sedimentazione

mucillagine ottenuta impiegando contemporaneamente la sabbia e la bentonite.

Se si ? lontani dalla costa, su fondali abbastanza profondi, in assenza di forti correnti marine che portino verso terra, ? possibile eliminare la

lagine dalla superficie, evitando che essa raggiunga la costa, semplicemente facendola sedimentare per trattamento con bentoniti, sabbia e bentoniti o "sabbia attiva". L'unit? di decontaminazione, dotata di un sistema di aspirazione della sabbia dal fondo, spruzza sulla mucillagine contemporaneamente una sospensione di sabbia ed una di bentonite, entrambe in acqua di mare. La sospensione di bentonite ha di preferenza una concentrazione tra 2 e 30% (p/p).

Il rimescolamento della massa mucillaginosa trattata ? ottenuto dal movimento delle eliche o da appositi sistemi agitanti, nel caso vengano utilizzati natanti spazzamare, appositamente realizzati per questo tipo di processi. In questo caso si pu? anche sciegliere di realizzare il trattamento della mucillagine a bordo del natante, utilizzando un apposito reattore fortemente agitato, alimentato in continuo con la sospensione di mucillagine prelevata con pompe dal mare, e con sabbia bentonite nell'opportuno rapporto. Il materiale trattato viene poi in continuo scaricato a mare, dove si deposita con rapidit? sul fondo.

Quando invece l'operazione di bonifica deve esser realizzata sotto costa ? necessario asportare il materiale mucillaginoso dalla superficie delle acque. In questo caso ? consigliabile il trattamento con la sola bentonite che, coagulando la mucillagine aigaie, ne facilita enormemente il recupero. L'unit? di bonifica in questo caso deve disporre di pompe o dispositivi a sfioramento, che consentano di recuperare la mucillagine dal pelo del liquido. Il materiale asportato viene quindi trattato in continuo con una soluzione di bentonite in acqua di mare, con una concentrazione di preferenza tra 2 e 30% (p/p),in modo da avere un rapporto tra 0,1 e 10, di preferenza tra 1 e 2, rispetto alla biomassa secca della mucillagine. La sospensione viene quindi centrifugata in continuo su un impianto a bassa gravit? dotato di una sfangatrice. In questo tipo di trattamento tutta la bentonite si recupera con la mucillagine sotto forma di una pasta compatta, facilmente stivabile, con un contenuto di acqua residuo tra il 5 ed il 10% (p/p), mentre le acque di centrifugazione, scaricate in mare, risultano completamente limpide. La recuperata pu? essere convogliata in discariche ad interrata, senza gravi problemi di contaminazione della falda freatica legati alla salinit?, per lo scarso contenuto in acqua di mare presente nella iomassa .

Inoltre, considerato l'alto contenuto di quesr materiale in composti organici ed in bentonite, quest'ultima caratterizzata caratterizzata da una elevata capacit? di ritenere acqua,? anche ipotizzabile un impiego della miscela bentonite-mucillagine come additivo fertilizzante da diluire sui terreni agrari .

Un'interessante riduzione dei costi di bonifica pu? essere ottenuta valorizzando il materiale asportato, formato per circa il 50% da carboidrati, valutandone le potenzialit? di impiego nei seguenti settori: a)zootecnico, in cui le bentoniti sono gi? utilizzate come additivi nei mangimi, in concentrazioni fino al 2% (p/p); b)delle fermentazioni, come substrato per la produzione di biomasse microbiche o alcool; c)della chimica fine, valorizzando le caratteristiche reologiche di questi polisaccaridi, che potrebbero essere impiegati per la preparazione di gelatine, come addensanti o come materia prima per preparazione di zuccheri, ottenibili per idrolisi chimica o enzimatica della biomassa.

Quando invece l ' operazione di bonifica interessa la battigia, la biomassa contaminante viene irrorata con una sospensione di bentonite avente una concen trazione tra 0,2 e 2% (p/p), se in acqua dolce e 2 e 30%, se in acqua marina. Questo determina un'immediata perdita di viscosit? della mucillagine, che cede gran parte del suo contenuto d'acqua e pu? essere pi? facilmente asportata meccanicamente.

Qui di seguito, a titolo puramente esemplificativo e non limitativo, vengono riportati alcuni esempi, che si prefiggono di definire gli spazi in cui la presente invenzione si colloca.

ESEMPIO 1

In una vasca cilindrica da 2,5 m , con una sezione di 1 m , si realizza una colonna di acqua di mare di 2 m di altezza, su cui viene stratificata, per uno spessore di 20 cm, della mucillagine aigaie sospesa in acqua marina . Sulla superficie vengono spruzzati 15 1 di una soluzione di bentonite sodica al 10% (p/p) in acqua marina,per un totale di 1,5 kg di bentonite. Lo strato superficiale viene rimescolato per 3 min, mediante un agitatore con un'elica a tre pale, di 4 citi di diametro, rotante a 400 giri per minuto. Si osserva immediatamente la coagulazione della massa gelatinosa,che perde la sua viscosit? espelle l'acqua, riducendo il volume occupato dalla mucillagine, ed inizia a sedimentare. In meno di 2 ore tutta la massa di gelatina ? depositata sul fondo del recipiente

ESEMPIO 2

Si procede come per l'esempio 1, ma sulla mucillagine vengono contemporaneamente spruzzati 15 litri di una soluzione di bentonite sodica al 10% (p/p) in acqua marina e 10 kg di sabbia marina sospesi in 100 litri di acqua di mare. Si agita lo strato superficiale, come in precedenza riportato per l?esempio 1. Si osserva una immediata coagulazione della mucillagine, che sedimenta completamente in pochi minuti, formando sul fondo del recipiente uno strato compatto corrispondente al volume occupato da 10 kg di sabbia.

ESEMPIO 3

Si procede come nell'esempio 2, spruzzando unformemente sotto pressione (2 atm) sulla superficie della mucillagine le soluzioni, rispettivamente di bentonite e sabbia, senza ulteriormente agitare. Si osserva una buona coagulazione e sedimentazione della mucillagine, complete in circa 30 min.

ESEMPIO 4

In un reattore cilindrico da 30 1, dotato di un efficace sistema di agitazione, vengono introdotti 20 1 di mucillagini algali in acqua di mare,corrispondenti ad una biomassa secca di 100 kg di sabbia marina e 100 g di bentonite sodica, questi ultimi sospesi in un litro di acqua di mare. Immediatamente si osserva la coagulazione del materiale che,in assenza di agitazione, sedimenta subito in forma compatta.

ESEMPIO 5

Si procede come nell'esempio 2, ma sulla superficie della mucillagine si spruzza una sospensione di 11,5 kg di "sabbia attivata" in 100 1 di acqua marina. La "sabbia attivata" ? preparata mescolando 10 kg di sabbia marina con 101 di bentonite sodica al 15 % (p/p) in acqua marina e la sospensione viene lasciata seccare o all'aria o in corrente di aria calda. Anche in questo caso si osserva una rapida coagulazione e sedimentazione della mucillagine.

ESEMPIO 6

Si procede come nell'esempio 3, ma sulla superficie della mucillagine si spruzza una soluzione in cui vengono premescolati la sospensione di sabbia di mare in acqua (10 kg di sabbia in 100 1) con la soluzione di bentonite sodica in acqua di mare kg in 15 1), Si osserva un comportamento analogo a quello dell'esempio 3.

ESEMPIO 7

200 1 di una soluzione di mucillagine algal contenenti 1 kg di biomassa secca, sono mescolati energicamente con 151 di una soluzione di bentonite sodica al 10% (p/p) in acqua di mare per 1 min. La sospensione viene poi centrifugata rapidamente su una centrifuga continua. Si ottiene cos? la completa limpidificazione delle acque ,che vengono scaricate in mare ed un residuo solido, di consistenza pastosa, con un contenuto in acqua non superiore al 10% (P/P)?

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1} Si rivendica il metodo per la rimozione dalle superfici marine della mucillagine aigaie, per sedimentazione sul fondo, mediante trattamento con bentoniti, impiegate in un rapporto in peso tra 0,1 e 10 rispetto alla biomassa secca da trattare,di preferenza tra 1 e 2.
2. 2) Si rivendica il metodo per la rimozione dalle superfici marine della mucillagine aigaie per mentazione sul fondo, mediante trattamento con bentoniti e sabbia, impiegate in un rapporto in peso rispetto alla biomassa trattata variabile tra 0,1 e 10 per la bentonite, di preferenza tra 1 e 2, e tra 1 e 1000 per la sabbia,di preferenza tra 10 e 100 la sospensione di sabbia e la soluzione di bentonite possono essere separatamente spruzzate sulla superficie da bonificare o preventivamente premescolate. La biomassa trattata pu? anche essere rimescolata dalle eliche dei natanti o da sistemi meccanici allo scopo studiati.
3. 3) Si rivendica il metodo per la rimozione dalle superfici marine della mucillagine per sedimentazione sul fondo marino mediante trattamento con "sabbia attiva", preparata preassorbendo bentoniti sulla superficie della sabbia.
4. 4) Si rivendica il metodo per la rimozione dalle superfici marine della mucillagine, per sedimentazione sul fondo marino mediante trattamento con sospensioni di sabbia in acqua di mare, spruzzate sotto pressione sulla superficie della mucillagine.
5. 5) Si rivendica il metodo per la rimozione dalle superfici marine della mucillagine, per sedimentazione sul fondo , mediante aspersione sulla superficie gelatinosa di sabbia e/o bentoniti allo stato secco, procedendo eventualmente al rimesfofamento della superficie trattata. 6) si rivendica il metodo per la rimozione dalle superfici marine della mucillagine, mediante tra mento con sabbia e bentoniti, realizzato a bordo di natanti appositamente attrezzati con reattori agitati. In questi, in continuo, vengono immessi la mucillagine, prelevata con pompe dalla superficie marina, e sabbia e bentoniti allo stato secco o sospese in acqua di mare. Il materiale trattato viene con continuit? scaricato in mare, dove con rapidit? sedimenta sul fondo. 7) Si rivendica il metodo per la rimozione dalle superfici marine della mucillagine, per asporto di questa mediante pompe e dispositivi a sfioramento.il materiale gelatinoso viene successivamente trattato a bordo con bentoniti, in soluzione o allo stato secco,aggiunte in un rapporto in peso rispetto alla mucillagine secca tra 0,1 e 100 ,di preferenza tra 1 e 2. Dopo centrifugazione in continuo si recupera il sedimento e vengono scaricate in mare le acque limpide. 8) Si rivendica il metodo di bonifica delle spiagge inquinate da mucillagini algali mediante aspersione della biomassa contaminante con bentoniti, in soluzione o allo stato secco,aggiunte in un rapporto in peso rispetto alla mucillagine secca tra 1 e 100, di preferenza tra 1 e 2, e successiva asportazione meccanica del materiale coagulato.