ITBS960080A1 - Processo e impianto per la riduzione del cromo nel trattamento di riutilizzo dei fanghi di depurazione delle acque di scarico delle - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

del BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE

avente per titolo:

"PROCESSO E IMPIANTO PER LA RIDUZIONE DEL CROMO NEL TRATTAMENTO DI RIUTILIZZO DEI FANGHI DI DEPURAZIONE

DELLE ACQUE DI SCARICO DELLE CONCERIE"

La presente invenzione riguarda il settore ecologico e si riferisce più in particolare ad un processo per la riduzione del cromo nel trattamento di riutilizzo dei fanghi di depurazione delle acque di scarico delle concerie. L'invenzione riguarda pure un impianto perfezionato per la messa in opera di un tale processo di riduzione del cromo.

Le acque di scarico delle concerie sono caratterizzate da elevati carichi inquinanti, difficili da trattare. Una singola conceria difficilmente può disporre e sopportare il peso economico della gestione di un proprio impianto di depurazione, ragione per cui si sono formati dei veri poli, dove in un territorio limitato si sono insediate più concerie, che per il trattamento delle loro acque di scarico si servono di grandi impianti consortili.

La depurazione delle acque di scarico consiste nel separare dalle acque, con processi chimici, fisici e biologici, le sostanze non desiderate. Queste sostanze, quando separate dalle acque si presentano come un fango ad alto contenuto di umidità. Con i processi attualmente conosciuti,il residuo secco raggiungibile con un costo ragionevole varia da circa il 30% a 35%. La destinazione finale del fango è in genere una discarica controllata perchè la composizione chimica del fango non permette alcun altro modo di smaltimento o riutilizzo.

La quantità di fango prodotto negli impiantì di depurazione è rilevante, per cui lo smaltimento rappresenta un problema di non facile soluzione e comporta la frequente ricerca di siti per la costruzione di nuove discariche.

La componente secca di un tale fango è composta per il 55%-60% circa in peso di sostanza organica, e contiene inoltre circa 1%-1,5% di cromo, presente come idrato trivalente, alcuni altri metalli pesanti e molti cloruri e solfati.

Molta ricerca è stata fatta per eliminare o ridurre il contenuto di sostanza organica e acqua, applicando processi di essiccamento, degassazione, pirolisi, incenerimento, ecc., per ottenere un residuo innocuo e di ridotto volume, scaricabile senza problemi .

Tutti questi processi termici presentano però l'inconveniente di ossidare parte del cromo trivalente, a cromo esavalente, molto tossico, ragione per cui il prodotto finale diventa più inquinante del rifiuto originale.

L'ossidazione del cromo può essere descritta con la seguente reazione:

Tempo fa, alcuni ricercatori dichiaravano di avere trovato il modo di eliminare dal fango di conceria praticamente tutta l'acqua e oltre il 98% della sostanza organica con un processo termico, producendo un materiale simile a argilla espansa, riutilizzabile senza l'inconveniente della ossidazione del cromo (v. per esempio, Ed.Ztiblin AG - Kettenbauer GmbH Co.).

Un tale processo si svolge nel seguente modo: il fango viene essiccato fino a circa 25% di umidità con un essiccatore ad aria calda a bassa temperatura. Poi, il fango è mescolato e laminato con argilla in rapporto di 1 parte di argilla per 1 ± 5 parti di fango, espressi come sostanza secca e in peso. La miscela viene granulata in modo da ottenere delle sferette con diametro variabile, normalmente compreso tra circa 5 mm e circa 8 mm. Dopo, il granulato è essiccato sempre con aria calda a bassa temperatura fino a raggiungere circa 10% di umidità. Il granulato così essiccato passa ad uno stadio di riscaldamento indiretto in assenza di ossigeno, dove raggiunge una temperatura di circa 650°C. In questa fase del processo, le sostanze organiche più volatili vengono gassificate e scaricate dal reattore in forma di gas combustibile caldo. Le sostanze organiche che non gassificano a queste temperature lasciano nel granulato un residuo carbonioso e catramoso con potere calorifico ancora troppo elevato per la produzione di argilla espansa, perciò è necessario sottoporre il granulato ad un ulteriore riscaldamento a circa 1.000°C per portare alla gassificazione quasi tutte le componenti organiche meno volatili e lasciare nel granulato il combustibile appena sufficiente per causare l'espansione dell'argilla nella successiva fase di sinterizzazione.

Il riscaldamento nella seconda fase di gassificazione avviene in modo diretto, facendo lambire il granulato da gas caldi, prodotti dalla combustione di parte del gas prodotto nella gassificazione. La combustione è controllata e avviene con quantità di ossigeno inferiore al valore stechiometrico, in da evitare la combustione del residuo carbonioso granulato

Il granulato passa poi ad una fase di sinterizzazione , dove viene riscaldato direttamente da una fiamma fino a raggiungere la temperatura di piasti cità vicina alla temperatura di fusione. In denza della composizione del granulato e dell'argilla usata, la temperatura di plasticità varia da circa 1100°C a circa 1200°C. La temperatura in questa fase deve essere regolata con grande precisione: temperature troppo elevate causano la fusione e l'agglomerazione del granulato; con temperature troppo basse il granulato non raggiunge la fase di plasticità, necessaria per permettere l'espansione e la produzione di un materiale pororo e leggero, con buone caratteristiche di resistenza meccanica.

Infine il granulato, ora espanso, passa alla fase di raffreddamento, che può avvenire con aria, gas o acqua a bassa temperatura.

Il fabbisogno di calore del processo viene coperto dal potere calorifico del gas uscito dalle due fasi di gassificazione.

Secondo una dichiarazione dei ricercatori e come risultato dal processo, il cromo sarebbe rimasto allo stato trivalente durante tutta la fase di essiccamentop e gassificazione ed inglobato poi nella matrice vetrosa dell'argilla prima del contatto con la fiamma viva, rimanendo così protetto dalla ossidazione .

Tuttavia dalle prove eseguite con un impianto pilota che su scala semi-industriale riproduce fedelmente tutto il processo sopra descritto, hanno dimostrato che, non si riesce a regolare con sufficiente precisione le condizioni di temperatura e la presenza di ossigeno nella fase di sinterizzazione e che il cromo viene comunque ossidato e non bene inglobato nella matrice vetrosa. Nemmeno portando il granulato alla completa fusione, si ottengono dei risultati completamente soddisfacenti. Con questo risultato, il processo non ha alcuna possibilità di applicazione, perchè il prodotto finale presenta una elevata tossicità, permanendovi la presenza di cromo esavalente .

Scopo della presente invenzione è di proporre invece un processo per un trattamento di riutilizzo dei fanghi di depurazione delle acque di scarico di concerie con il quale è possibile eliminare o quanto meno ridurre effettivamente la presenza di cromo esavalente, nocivo, nel materiale finale per un impiego di quest'ultimo senza problemi.

Sostanzialmente, un tale scopo viene raggiunto con il processo di trattamento dei fanghi sopra descritto, ma con l'aggiunta, dopo la fase di sinterizzazione del materiale mediante riscaldamento a fiamma viva, di una fase di riduzione del cromo esavalente in cromo trivalente con un gas riducente.

Il gas riducente può essere di qualsiasi provenienza, ma preferibilmente e vantaggiosamente si può utilizzare lo stesso gas prodotto in una delle precedenti fasi di gassificazione delle sostanze volatili nel materiale trattato. E' stato riscontrato infatti che questo gas contiene idrogeno e idrocarburi in quantità sufficiente per creare un ambiente riducente, capace di trasformare il cromo ossidato a esavalente in cromo trivalente anidro.

La riduzione del cromo da esavalente in trivalente può essere descritta con la seguente reazione:

Prove da noi eseguite hanno dimostrato, che a temperature a partire di circa 600°C, mettendo il granulato sinterizzato a contatto con il gas in uscita della prima o della seconda fase di gassificazione, dopo un tempo di contatto di soltanto di 4 minuti, non era più possibile rilevare presenza di cromo esavalente nel granulato, anche facendolo raffreddare rapidamente con una corrente di aria fredda. Persino a temperature poco oltre i 200°C il processo funziona, ma con tempi di contatto più lunghi. Comunque, in questo processo le temperature ottimali per la fase di riduzione del cromo da esavalente in trivalente vanno da 300 a 700°C, preferibilmente da 400 a 600°C, e per ciò sono particolarmente convenienti i gas provenienti e disponibili a tali temperature degli stadi di gassificazione del processo stesso. Un tale trattamento di riduzione del cromo può essere condotto proficuamente sia contro che in corrente materiale-gas riducente.

Vantaggiosamente poi, non ha più alcuna importanza se nelle precedenti fasi del processo il cromo viene ossidato, dato che comunque esso viene ridotto dopo la sinterizzazione.

Si possono pertanto gestire quelle fasi del processo alle temperature e alla presenza di ossigeno ottimali per l'ottenimento di un prodotto finale con caratteristiche il più possibile simili a quelle dell'argilla espansa, ottenuta dalla sola argilla.

In questo modo si ottengono almeno due benefici: si smaltisce un rifiuto difficile e si produce un materiale utilizzabile, sfruttando il potere calorifico del rifiuto stesso. Così, vengono massimizzati anche i vantaggi in termini di protezione dell'ambiente.

Ulteriori dettagli del trovato risulteranno comunque evidenti dal seguito della descrizione fatta con riferimento all'allegato disegno nel quale l'unica figura rappresenta uno schema di processo secondo l'invenzione dove le linee intere ingrossate e con frecce a indicano il percorso del materiale trattatole linee a tratti b quello dell'aggiunta di argilla, le linee a punti c quello dei gas di pirolisi e riducenti e le linee a tratti e punti d quello dei gas combusti. I valori delle temperature di essiccazione e sinterizzazione, il rapporto di miscelazione fango-argilla ed i valori di umidità sono quelli più sopra menzionati.

Secondo il processo di trattamento qui proposto, il fango proveniente dai depuratori (10) di concerie è raccolto in un accumulatore (11) e da questo alimentato ad un primo essiccatore (12) dove è sottoposto ad un primo essiccamento con aria calda a bassa temperatura per una prima deidratazione.

Il fango asciugato è poi mescolato e laminato con argilla in un'unità di trattamento (13) dove l'argilla arriva da un accumulatore d'argilla (14). Il miscuglio fango-argilla è quindi granulato nella stessa unità (13) e il granulato è poi mandato ad un secondo essiccatore (15) ad aria calda a bassa temperatura per un ulteriore abbassamento del contenuto di umidità del materiale.Dopo, il granulato così essiccato è mandato in un primo reattore (16) nel quale il materiale è riscaldato indirettamente e in assenza di ossigeno per gassificare le sostanze organiche volatili ad una prima temperatura, e poi ad un secondo reattore (17), sempre a riscaldamento indiretto ma in presenza di una quantità controllata di ossigeno, per una gassificazione delle sostanze organiche volatili ad una temperatura superiore. I gas scaricati dai reattori possono essere utilizzati come combustibile in almeno talune fasi di riscaldamento previste dal processo e per il resto mandati ad un postcombustore (18) per un recupero del calore (19) prima dello scarico in atmosfera, previo trattamento dei fumi (20).

Il materiale granulato proveniente dal secondo reattore di gassificazione (17) passa ad uno stadio di sinterizzazione (21) dove è riscaldato direttamente da una fiamma fino alla temperatura per la produzione del materiale poroso desiderato. I gas liberati in questo stadio vengono convogliati ad almeno un reattore di gassificazione e/o al postcombustore .

In questa fase si forma normalmente cromo esavalente che, in accordo all'invenzione, viene ridotto a cromo trivalente in un susseguente stadio di riduzione (22). La riduzione è conseguita attraverso il contatto del materiale con un gas riducente di qualsiasi provenienza. Come gas riducente è vantaggiosamente usato quello scaricato dal primo reattore di gassificazione perchè, oltre che adatto, è ad una temperatura adatta per la riduzione ed ovvia alla necessità di un apporto di gas riducente dall'esterno .

Dopo la riduzione, il materiale passa al raffreddamento (23) e ad un accumulo finale (24).

Claims (6)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1.Processo per la riduzione del cromo nel trattamento di riutilizzo dei fanghi di depurazione delle acque di scarico delle concerie, comprendente - un primo essiccamento del fango con aria calda a bassa temperatura per una prima deidratazione del materiale; - una miscelazione, laminazione e granulazione del materiale asciugato con argilla; - un successivo essiccamento del materiale granulato con aria calda a bassa temperatura per un'ulteriore abbassamento del contenuto di umidità del materiale stesso; una prima gassificazione, per gassificare il contenuto di sostanze organiche volatili del materiale ad una prima temperatura di trattamento mediante riscaldamento indiretto in assenza di ossigeno; - una seconda gassificazione per gassificare il contenuto di sostanze volatili ad una seconda temperatura di trattamento più alta mediante riscaldamento indiretto e in presenza di una quantità controllata di ossigeno; - una sinterizzazione del materiale granulato e degassato mediante riscaldamento diretto a fiamma fino ad una temperatura di sinterizzazione;e - un raffreddamento finale del materiale; caratterizzato dal fatto che dopo detta sinterizzarzione e prima del raffreddamento finale, il materiale è sottoposto ad una fase di riduzione con un gas riducente per ridurre l'eventuale cromo esavalente prodottosi nella fase di sinterizzazione o in quelle precedenti in cromo trivalente.
2. 2. Processo secondo la rivendicazione 1, in cui la riduzione del cromo esavalente in trivalente condotta attraverso un contatto del materiale con i gas riducente ad una temperatura da 300 a 700°C preferibilmente tra 400 e 600"C.
3. 3. Processo secondo la rivendicazione 1, in cu il gas riducente è alimentato dall'esterno
4. 4. Processo secondo la rivendicazione 1, in cui il gas riducente è una parte dei gas prodotti in almeno una delle fasi di degassazione del materiale granulato .
5. 5. Un impianto per effettuare il processo di trattamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere uno stadio di riduzione dell'eventuale cromo esavalente prodottosi nel corso del trattamento del materiale in cromo trivalente e dal fatto di comprendere dei mezzi di apporto di un gas riducente a detto stadio di riduzione .
6. 6. Processo e impianto per la riduzione del cromo nel trattamento di riutilizzo dei fanghi di depurazione delle acque di scarico delle concerie, come sostanzialmente sopra descritto, illustrato e rivendicato per gli scopi specificati.