ITUD20090117A1 - Sistema di depurazione per liquidi e impianto attuativo - Google Patents

Description

TITOLO:

<">SISTEMA DI DEPURAZIONE PER LIQUIDI E IMPIANTO ATTUATIVO ",

STATO DELLA TECNICA

Esistono diversi sistemi di depurazione per liquidi, liquami zootecnici, reflui civili.

Vengono normalmente utilizzati impianti che lavorano con trattamenti fisici, chimici e biologici o loro combinazioni. Non risultano sistemi di tipo fisico che comportino contemporaneamente drastici abbattimenti degli inquinanti, degli odori, in breve tempo, con effetti di tipo chimico e biologico ma senza utilizzo di reagenti, e con costi ridotti sul lato impiantistico e gestionale.

DESCRIZIONE

I1 nuovo sistema e impianto attuativo utilizza il principio fisico della separazione per interfaccia arialliquido e consiste in una combinazione di almeno un sistema di generazione di microbolle di aria nel liquame in una prima camera di reazione, con successiva formazione di schiuma, che viene raccolta in una successiva camera di reazione fotocatalitica. Scopo principale del presente sistema e impianto attuativo è realizzare un metodo fisico semplice, economico ed efficace di depurazione dei liquami zootecnici e reflui liquidi di varia natura. Altro scopo è di avere un ciclo breve, contenuto entro le 2 ore di trattamento. Altro scopo importante è realizzarlo in modo ecologico, senza uso di sostanze chimiche o interventi integrativi che comportino effetti ambientali negativi. Altro scopo è quello di avere una praticità elevata, riducendo rischi di malfunzionamento per cause di vario genere. Si intende raggiungere questi scopi dal dispositivo come di seguito descritto.

Il nuovo sistema comprende la separazione degli inquinanti presenti nel liquame da trattare per interfaccia arialliquido, interfaccia che viene ottenuta mediante una pompa di aspirazione d'aria esterna e generazione di microbolle d'aria. Le microbolle vanno a disperdersi finemente nel liquido sovrastante, contenuto nella prima camera di reazione, denominata camera di micro-flottazione. Viene pompata dell'aria nel liquido da trattare attraverso una pompa con girante a spazzola, posta alla base della prima camera di reazione, esemplificativamente a forma di cilindro verticale. Il numero, la forma, la disposizione dei pettini del girante a spazzola e la sua velocità di rotazione vengono calcolati per ottenere un dimensionamento ottimale prevalente delle microbolle tra 30 e 70 micron. Una seconda via alternativa di pompa prevede che il liquarne da trattare venga pompato a pressione entro un tubo con una strozzatura di calibro inferiore, o valvoldugello di pressurizzazione-depressurizzazione; l'ugello aumenta la pressione e la velocità del flusso del liquame che in uscita si congiunge con una linea di afflusso d'aria; la forte velocità crea una depressione che attira l'aria e la mescola in regime di forte turbolenza entro la prima camera di reazione e trattamento. Nella zona di confluenza con l'aria viene così a crearsi sia una polverizzazione del liquido in particelle di 5-20 micron sia una formazione di microbolle d'aria aspirata. In alternativa al richiamo d'aria per depressione può essere utilizzata aria pressurizzata. In questi modi l'ossigeno atmosferico entra intimamente a contatto con le particelle d'acqua "polverizzate" ed in stato di forte agitazione cinetica e si discioglie fortemente nelle particelle stesse. A migliorare l'intensità del contatto e i suoi effetti di scambio di ossigeno, di separazione e<degradazione degli inquinanti, di liberazione aerea di sostanze presenti si aggiungono>fenomeni di cavitazione. Attraverso l'ampia diffusione delle microbolle si genera una interfaccia aridliquido molto estesa e molto attiva, in quanto è in continuo movimento di generazione ed ascensionale. Questa interfaccia cattura le particelle di inquinanti disperse nel liquido e le sequestra sulla superficie delle microbolle portandole progressivamente i superficie. 11 metodo sfrutta le particolari condizioni fisico-chimiche nelle quali i reflui vengono a trovarsi quando vengono fatti confluire in moto turbolento con l'aria atmosferica: l'effetto complessivo è una elevata ossigenazione ed ossidazione delle sostanze inquinati separate e adese nella superficie di interfaccia delle microbolle, una selezione naturale di ceppi batterici estremamente dinamici ed aggressivi, che demoliscono rapidamente i composti biodegradabili. La schiuma che si forma sulla superficie del liquido nella parte superiore della prima camera di reazione viene trasferita nella seconda camera di reazione, attraverso una ampia comunicazione di raccordo. La seconda camera di reazione, detta fotocatalitica, è esemplificativamente a forma di cilindro verticale e riceve la schiuma dall'alto, attraverso il raccordo con la prima camera di reazione. La schiuma man mano che si forma travasa e viene mantenuta in essere per un certo tempo consentendo il perdurare e l'amplificare dell'azione ossigenante e batterica depurativa. I1 liquame entra a contatto con l'aria, espandendosi e polverizzandosi con sub-particelle liquide da 5 a 30 micron e superiori, per effetto della pompa a rotore o a depressurizzazione, miscelandosi intimamente con l'aria atmosferica aspirata, che preferenzialmente viene lavorata in microbolle da 30 a 70 micron, verificandosi in tal modo una efficacia ottimale di azione. Le superfici ed i film di interfaccia ossigeno - acqua sono notevolmente estese da 2.000 a 9.000 cm21g d'acqua, oltre che in continuo ricambio per l'agitazione cinetica. La risalita in superficie delle particelle avviene a seguito dell'intrappolamento o adesione di bollicine d'aria. Entrambi questi meccanismi portano ad una diminuzione della densità apparente delle particelle. Le sostanze sospese, che avevano inizialmente un peso specifico superiore o inferiore a quello dell'acqua, saranno facilitate nella loro risalita dall'ulteriore riduzione del peso specifico : la velocità di risalita delle particelle aumenta al diminuire del loro peso specifico ed al crescere della loro dimensione. La risalita delle particelle awiene anche per adesione delle bollicine d'aria alla loro superficie per effetto della tensione superficiale. E' da tenere anche presente che nel bacino di micro-flottazione le bollicine d'aria attaccate alle particelle tendono ad ingrandirsi risalendo, dal momento che, diminuendo la pressione, si riduce il loro peso specifico. La riduzione del peso specifico del sistema bollicina-particella comporta una maggiore velocità di risalita delle particelle. L'ossigeno disciolto nell'acqua ossida completamente le sostanze riducenti inorganiche eventualmente presenti (solfiti, solfuri, ecc., con abbattimenti della tossicità teoricamente fino al 95%). Si innesca poi un processo di bio-ossidazione delle sostanze organiche, cui segue un sensibile abbassamento del BOD5 e del COD, con formazione in parte di anidride carbonica e di acqua e separazione delle sostanze solide che vengono poi separate e trasportate in superficie dalla miscela aerata. Le condizioni di particolare ossigenzazione tendono a selezionare particolari ceppi batterici aerobi aventi adeguata attività biologica. La schiuma che si forma in superficie della vasca prosegue l'attività di depurazione ad opera dei microrganismi aerobi che intaccano i composti biodegradabili presenti nei liquami, con trasformazione del carboni0 organico in anidride carbonica. La nebulizzazione ossidativa trascina in superficie, volatilizza e inizia la degradazione di sostanze come ammoniaca, acetone, composti odorosi. La schiuma che si forma come prodotto di superficie sopra la fase liquida aumenta in volume e viene travasata nella seconda sezione che ne completa l'azione depurativa mediante il trattamento di fotocatalisi. Tale trattamento viene esplicato in via esemplificativa da una ricopertura di materiale fotocatalitico, come il biossido di titanio e suoi derivati, della superficie interna di detta sezione e da una o più lampade di ultravioletti posizionate lungo l'asse del cilindro o in altre opportune posizioni di detta sezione, in modo da distribuire i raggi UV in tutto il volume occupato dalla schiuma e dall'aria umida. Man mano che nella prima sezione si forma la schiuma per coalescenza delle bollicine, quella neoformata spinge avanti la schiuma pre-esistente, creando un movimento continuo di avanzamento verso la seconda camera di reazione catalitica o fotocatalitica. Uno specifico esempio di fotocatalizzatore che viene utilizzato è il tio2, biossido di titanio nanomerico, anatase, che ha una spiccata attività di degradazione, di superidrofilia e biocida. Le lampade UV attivano la reazione fotocatalitica che comporta la distruzione delle sostanze inquinanti. Tale interazione decompone sia le sostanze solide, sia quelle volatili, sia i contaminanti microbici, sia gli odori. Inoltre essendo super-idrofilo è quindi autopulente. La decomposizione delle sostanze inquinanti come ammoniaca, ossidi di azoto, odori, fumi, acido acetico, anidride solforosa, formaldeide e altre centinaia di sostanze awiene mediante ossidazione e denaturazione con formazione di Sali e C02. Nel presente sistema la fotocatalisi viene applicata nella schiuma che è una fine forma aerodispersa di liquido, dove viene trattata contemporaneamente sia l'aria e sia il liquido a velo di conformazione della bolla. In questo modo inoltre si aumenta l'efficienza per la trasparenza alla luce fotocatalitica. I1 Ti02 viene applicato sulle superfici interne delle sezioni di transito e stazionamento della schiuma, ivi comprese le superfici di eventuali filtri trasparenti moltiplicatori di superficie tio2, dentro la seconda sezione, e di altre sezioni dell'impianto, come quelle a contatto con l'aria. L'illuminazione UV ne consente il funzionamento disarticolato dalla luce esterna o diurna. Potranno essere applicate alcune varianti di Ti02 che hanno altre sostanze integrative dell'attività principale, come le molecole d'argento che ne accentuano l'attività antibatterica o altre sostanze che ne accentuano l'attività in condizioni di ridotta o assente radiazione luminosa. La schiuma tende poi a ricondensarsi spontaneamente in liquido depurato e ciò può essere opportunamente favorito da apposito condensatore meccanico o semplice elica rotativa a bassi giri posta sulla parte inferiore della sezione di fotocatalisi. A titolo di esempio non limitativo della portata del trovato viene descritto il seguente impianto r ea l i a to schematicamente mediante pompa di generazione di microbolle a mezzo di girante a spazzola collegata con aria esterna aspirata per depressione. La pompa è immersa sul fondo della camera di microflottazione, costituita da un primo cilindro verticale che viene riempito del liquame da depurare. Il primo cilindro verticale è collegato con una curva idraulica a un secondo cilindro verticale di fotocatalisi , dotato di lampada UV assiale e di trattamento parietale con Ti02, dove arriva la schiuma generata dal primo cilindro. La schiuma depurata si condensa spontaneamente man mano che scende verso il basso del secondo cilindro e ne viene completata la condensazione da apposita pala girante a basso regime, collocata sulla parte inferiore del secondo cilindro. A seconda del livello di risultato depurativo che si intende ottenere, il liquido condensato sul fondo della seconda sezione fotocatalitica viene direttamente scaricato dall'impianto o fatto ricircolare nuovamente nella prima sezione, per ricevere un secondo ciclo di trattamento, e così via. Prove sperimentali hanno evidenziato attività depurativa adeguata già entro le due ore di trattamento, con punte di efficienza entro 15 minuti. Sia il sistema di generazione delle microbolle, sia la camera di micro-flottazione, sia la camera di foto-catalisi sia la lampada UV potranno essere realizzate in diverse conformazioni e unità, così da realizzare tutte le varianti applicative del nuovo sistema, adeguandolo sia al dimensionamento del liquame da trattare sia al livello di depurazione richiesto. E' previsto un idoneo sistema di filtraggio del liquame prima dell'immissione nell'impianto, per esempio mediante sistemi meccanici. L'impianto sopra descritto può venire opportunamente contenuto entro un box o container compatto, sia per poter essere collocato all'esterno, sia per il trasporto, sia per poter trattare l'aria in uscita attraverso passaggio in sezione fotocatalitica, come sopra schematizzata o analoga specificamente dedicata.

Il nuovo sistema qui descritto e l'impianto attuativo sono poi inseribili in un insieme polifunzionale di sistemi complementari e integrativi interfacciati costituiti opzionalmente da sedimentazione primaria, biofiltrazione a percolazione, evaporazione, concentrazione, ciascuno e tutti utilizzabili a completamento e rifinitura de117attività depurativa.

Come abbiamo dimostrato, tutti gli scopi sono stati raggiunti: attraverso metodi fisici, semplici, economici ed efficaci è possibile trattare liquami zootecnici e di altra tipologia a fini depurativi. Si sono separate, abbattute, denaturate sostanze solide corpuscolate, sostanze disciolte, sostanze volatili, odori in tempi particolarmente brevi. E' stato possibile farlo in modo ecologico, senza uso di sostanze chimiche o interventi integrativi complessi che comportino effetti ambientali negativi, in modalità pratica e riducendo rischi di malfunzionamento. Attraverso semplici e basilari azioni fisiche sequenziate si determinano azioni chimiche, biochimiche e biologiche di depurazione e igienizzazione del liquame trattato.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIOMI 1. Sistema depurativo per liquami e relativo impianto attuativo caratterizzati separazione e trattamento degli inquinanti a mezzo interfaccia arialliquido e catalisi.
2. 2. Sistema e impianto come al punto 1., caratterizzato da generazione di microbolle.
3. 3. Sistema e impianto come al punto 1., caratterizzato da microbolle comprese preferenzialmente tra 30 e 70 micron.
4. 4. Sistema e impianto come al punto 1., caratterizzato da un generatore di microbolle mediante pompa con rotore.
5. 5. Sistema e impianto come al punto 1., caratterizzato da un generatore di microbolle mediante pompa di liquido con ugelli di pressurizzazione e post-aspirazione d'aria in depressione e turbolenza.
6. 6. Sistema e impianto come al punto 1., caratterizzato da fotocatalisi.
7. 7. Sistema e impianto come al punto 1., caratterizzato da fotocatalisi con biossido di titanio.
8. 8. Sistema e impianto come al punto 1., caratterizzato da fotocatalisi con biossido di titanio nanomerico anatase.
9. 9. Sistema e impianto come al punto l ., caratterizzato da utilizzo di lampade ultravioletti.
10. 10. Sistema e impianto come al punto 1., caratterizzato da uno o più dei punti sopra indicati.