scheda tecnica

BAYOXIDE ·RIMOZIONE ARSENICO DALLE ACQUE
SPECIFICHE TECNICHE
INTRODUZIONE
Questo documento riassume le informazioni basilari relative al prodotto Bayoxide, materiale filtrante per
la rimozione dell'arsenico.
L 'arsenico nelle acque
L'arsenico è un elemento tossico comune i cui effetti nocivi per la salute sono ben conosciuti e
documentati. Alti livelli di arsenico possono causare una iper-pigmentazione, cancro alla pelle e al
fegato e problemi della circolazione. L'arsenico è naturalmente presente nelle acque sotterranee in aree
ad alta attività geotermica e in aree montuose. Solitamente non vengono trovate alte concentrazioni di
arsenico nelle acque superficiali. Altri occasionali ritrovamenti di arsenico nelle acque possono essere
causati ad esempio da inquinamento, da attività di escavazione o da lavorazioni chimiche.
L'arsenico è un elemento chimico naturale presente nella crosta terrestre, ma può essere pericoloso per
la salute umana se a causa di erosione delle rocce, dei minerali e dei suoli viene rilasciato nelle fonti di
acqua potabile. Studi hanno messo in relazione l'esposizione a lungo termine a contaminazioni di
arsenico con tumori e problemi cardiovascolari, polmonari e neurologici. Le legislazioni nazionali
definiscono il limite massimo accettabile di arsenico nelle acque.
Nel corso degli anni, l'iter per l'adozione comune del limite a 1 O ppb nelle acque potabili ha visto le
seguenti tappe:
1993: l'Organizzazione Mondiale della Sanità raccomanda un limite massimo di concentrazione pari a 1
O ppb.
2000: l'Unione Europea emana una Direttiva Acque Potabili che impone ai paesi membri il rispetto del
limite di 1 O ppb entro il 25 dicembre 2003 (Regno Unito, Danimarca, Francia, Grecia, Italia, Spagna e
Portogallo), con possibilità per le altre nazioni di adeguarsi una volta entrati a far parte dell 'Unione. Ad
esempio, l'Ungheria negoziò un tempo limite per l'adozione al 2009.
2003: il Regno Unito, l'Italia e altre nazioni adottano 10 ppb quale limite massimo accettabile di
concentrazione dell'arsenico nelle acque.
2007: Bulgaria, Croazia, Romania, Serbia e Turchia si adeguano al limite di 10 ppb.
In alcune nazioni europee, ad es. in Danimarca, la legislazione locale ha ulteriormente abbassato il
limite a 5 ppb.
L'arsenico è generalmente presente nelle acqua in forma solubile, sotto forma di ossianioni, solitamente
in concentrazioni basse (<1 00 ppb), seppur pericolose per la salute umana. La sua rimozione dalle
acque viene generalmente
eseguita facendo legare questi anioni con un catione. Considerati nel loro insieme, questi anioni
vengono tutti misurati come arsenico in una analisi delle acque, il che permette di distinguere qual è la
forma chimica con cui esso è presente in acqua e le tecnologie necessarie per la sua rimozione.
Nelle acque sotterranee, l'arsenico è generalmente presente in forma inorganica, a seguito della
dissoluzione delle sue forme solide, come Arsenolite (As203), anidride di arsenico (As205) e realgar
(solfuro di arsenico, AsS). L'elemento chimico arsenico è stabile in 4 stati di ossidazione (+V, +111, O, 111) sotto differenti condizioni di ossidoriduzione in acqua, ma generalmente viene ritrovato come
anioni allo stato trivalente e pentavalente, come AsO}- (+111) e As04 3- (+V)
rispettivamente.
La scala di tossicità dell'arsenico è la seguente:
arsina> As(ll l)> As(V) >arsenico organico
L'As(ll l) viene trovato più frequentemente in acque in condizioni anaerobiche, mentre I'As(V) viene
ritrovato in acque di tipo aerobico.
Generalmente l'arsenico viene rimosso dalle acque facendolo combinare con ferro o alluminio. Ciò può
essere ottenuto sia per adsorbimento su un mezzo filtrante fisso, sia per coagulazione e filtrazione.
L'As(lll) è notevolmente più difficile da rimuovere dalle acque, perché effettivamente la carica ionica è
più vicina allo zero rispetto alla teorica carica negativa. Molte delle tecnologie di rimozione dell'arsenico
comunemente presenti in commercio non rimuovono l'arsenico trivalente.
Un'altra tecnica di rimozione dell'arsenico è data dall'utilizzo di membrane fisiche. Il costo di esse le
rende però poco convenienti nelle applicazioni in cui l'arsenico è l'unica sostanza contaminante, e
spesso esse creano altri problemi all'acqua da trattare, altrettanto gravi.
Il Bayoxide® E33 è un mezzo filtrante utilizzato per la rimozione dell'arsenico dalle acque. Esso è
composto principalmente da ferro, ed ha un'affinità naturale nell'adsorbimento dell'arsenico. Esso viene
caricato in filtri o bombole di qualsivoglia dimensioni e costituisce un letto filtrante fisso su cui l'arsenico
viene adsorbito in continuo finché il materiale è esausto e l'arsenico in uscita risulta superiore al limite
richiesto. A questo punto il materiale filtrante va cambiato. Non vi è alcuna forma di rigenerazione del
materiale.
BAYOXID~
E33
Il Bayoxide® E33 ha una forma cristallina granulare e viene fornito secco. Esso viene prodotto con una
grande capacità di adsorbimento dell'arsenico, ed è in grado di fornire lunghi cicli operativi a basso
costo. La vita attesa del materiale dipende dalla qualità dell'acqua da trattare e dal livello di arsenico.
Le specifiche del Bayoxide® E33 possono venire così riassunte:
Denominazione Ossido di ferro sintetico
Contenuto di Fe203 >70%
Superficie specifica 120 - 200 m2fg
< 0.5 mm massimo20%
Analisi granulometrica
> 2.0 mm 5%
Densità effettiva circa 3.6 g/cm3
Bulk density 0.4- 0.6 kg/1 -tipicamente 0.48 kg/1
CHIMICA DELL'ACQUA
Di seguito vengono elencate le sostanze chimiche che possono essere incontrate nelle acque da
trattare e ne vengono descritti gli effetti sul Bayoxide® E33. Gli aspetti chimici e le interazioni dell'acqua
grezza con il Bayoxide® E33 hanno un ruolo importante nel definire l'efficacia del Bayoxide®
nell'adsorbimento dell'arsenico.
pH
Il pH influisce in maniera significativa sulla capacità di adsorbimento del materiale filtrante, nonché sulla
selettività del materiale rispetto ad alcuni degli interferenti.
Gli intervalli operativi più importanti del pH sono:
• p H tra 5 e 9: valore operativo tipico
• pH inferiore a 4: valore minimo assoluto, al di sotto del quale si hanno modifiche alla struttura
cristallina del materiale
• p H superiore a 10.5: valore massimo assoluto, in corrispondenza del quale l'arsenico viene rilasciato
In generale, un valore di pH basso nell'acqua da trattare fornisce una maggiore capacità di
adsorbimento del materiale, e riduce gli effetti delle sostanze interferenti principali, ovvero fosfati e
silice (vedi sotto). Il valore del pH dell'acqua da trattare può essere artificialmente abbassato per
migliorare la capacità di adsorbimento deii'E33, e quindi aumentarne la durata. Questa operazione si
rivela spesso molto più economica che provvedere al cambio anticipato del materiale adsorbente.
Fosfati (P04}
Il fosfati sono simili all'arsenico dal punto di vista delle proprietà chimiche, ma sono più reattivi essendo
la propria struttura tetraedrica più piccola. Quindi i fosfati vengono adsorbiti dal Bayoxide®, la loro
presenza interferisce con l'adsorbimento dell'arsenico e la durata attesa del materiale filtrante
diminuisce. Poiché non è raro che i fosfati siano presenti nelle acque in concentrazioni molto maggiori
rispetto all'arsenico, è fortemente consigliato eseguire analisi chimiche per quantificarne la presenza
nelle acque da trattare.
La correlazione tra l'adsorbimento di arsenico e di fosfati è complesso, ed è funzione della
concentrazione delle due sostanze e del valore del pH.
Generalizzando, valori dei fosfati inferiori a 500 f.Lg/1 non costituiscono un problema eccessivo per
l'adsorbimento dell'arsenico.
Si/ice
Ad alti valori di pH, la silice può ridurre significativamente la capacità di adsorbimento deii'E33. Il
meccanismo che si verifica è una polimerizzazione a basso livello della silice sulla superficie del
materiale adsorbente, causando l'occlusione dei pori e l'inutilità dei siti utili all'adsorbimento. L'azione è
fortemente dipendente dal valore del pH, aumentando all'incrementare di esso, ed è trascurabile a
valori di pH inferiori a 7. Per valutare l'effetto della silice, è quindi necessario correlarne la
concentrazione col valore di pH. In linea generale, una concentrazione di silice superiore a 40 mg/1
deve essere valutata come potenzialmente pericolosa per l'efficienza del materiale.
Ferro
Livelli di ferro maggiori di 500 f.Lg/1 costituiscono un problema per il materiale adsorbente E33, in
corrispondenza dei quali il Bayoxide non riesce più a svolgere l'azione di trattenimento dell'arsenico
contenuto nell'acqua.
Quando il ferro è presente come ferro (111), è possibile che esso si accumuli nell'acqua effluente,
dando ad essa una leggera colorazione arancione o una presenza visibile di particolato. Poiché il
precipitato è Fe(III)OH3, esso ha una densità simile al Bayoxide® ed è quindi difficile da rimuovere
durante il controlavaggio, causando così un suo accumulo nel letto ed
un aumento della pressione differenziale nel filtro.
Quando presente come Ferro(ll), il materiale adsorbente E33 ne aiuta l'ossidazione a Fe(lll),
causandone la precipitazione sul letto adsorbente, accludendone i pori e quindi riducendo la capacità di
adsorbimento deii'E33.
La concentrazione massima tipica ammessa in ingresso al Bayoxide® E33 è pari a 200 ~Lg/1. Una fase
di rimozione del ferro a monte dell'adsorbimento è quindi consigliabile, per aumentare la durata del
materiale. Tale rimozione può essere ottenuta per ossidazione o per filtrazione: il metodo preferito è
l'utilizzo di biossido di manganese oppure di uno stadio di filtrazione a sabbia a monte deii'E33.
Manganese
Il manganese si comporta in modo simile al Fe(ll) descritto sopra. Il manganese tende a precipitare sul
letto adsorbente e sulla superficie dei granuli. Questo precipitato può coprire i pori del materiale per
polimerizzazione, rendendo quindi molte aree dei granuli inaccessibili all'arsenico. La pressione
differenziale nel letto aumenta e la capacità di rimozione diminuisce di conseguenza. Visivamente, il
materiale E33 apparirà di colore nero se contaminato da manganese.
La concentrazione massima tipica accettata in ingresso alletto filtrante è di 50 f.lg/1. La pre-rimozione
del manganese può essere ottenuta per ossidazione, mediante addizione di biossido di manganese, o
per filtrazione su filtri a sabbia.
Un'ulteriore fase di clorazione può essere utile.
MODALITÀ DI FORNITURA
Sacchi da 15 kg
Il Bayoxide® E33 può essere consegnato in sacchi di plastica da 15 kg ciascuno. Questi sacchi
possono essere maneggiati da un singolo operatore nelle operazioni di caricamento. Un massimo di 40
sacchi possono essere trasportati in
un singolo pallet, per un totale di 600 kg.
Le dimensioni dei pallet sono:
• Larghezza nominale 1000 mm
• Lunghezza nominale 1200 mm
• Altezza massima 1200 mm (dipende dal numero di sacchi caricati)
• Peso fino a 625 kg
l pallet non possono essere impilati l'uno sull'altro.
Big-Bags da 500 kg
Il Bayoxide® E33 può essere fornito anche in sacchi più grandi. Questi sacchi sono costituiti da
materiale plastico
rinforzato. La parte inferiore di questi sacchi ha un'apertura a proboscide che permette di svuotare il
sacco dal fondo
direttamente nel filtro. Questa parte é mantenuta chiusa da una striscia di Velcro che viene
manualmente aperta per
permettere al materiale di cadere gradualmente nel vessel. Ogni sacco viene trasportato su un pallet
per comodità e può
essere sollevato da una gru.
Le dimensioni del pallet sono:
• Larghezza 1 000 m m
• Lunghezza 1200 mm
• Altezza 1200 mm
• Peso 525 kg
Si raccomanda di non impilare i pallet.
PARAMETRI IDRAULICI
Il Bayoxide® opera al meglio entro certi limiti operativi. l valori tipici sono:
• Tempo di contatto (EBCT, Empty Bed Contact Time) minimo: 3 minuti
• Velocità di filtrazione massima: 20m/h
• Pressione differenziale massima nel letto: 0.5 bar
Parametri del controlavaggio
Tutte le versioni del Bayoxide® richiedono controlavaggi regolari nei quali, anche se l'espansione del
letto varia,
parametri tipici sono comuni. l parametri di controlavaggio tipicamente usati sono:
• Frequenza dei controlavaggi: da 7 a 60 giorni, massimo necessario 90 giorni, frequenza tipica 4
settimane
• Portata del controlavaggio: tra 15 e 25m/h
• Durata del controlavaggio: 10 Bed Volumes
• Portata di assestamento: 25m/h
• Tempo di assestamento: 5 Bed Volumes