• assorbimento fisico
• cloro gas
• colonna a riempimento casuale

Il trattamento di separazione elettrocinetica costituisce una tecnologia di decontaminazione innovativa, la quale offre buone potenzialità di impiego per la rimozione di metalli pesanti da sedimenti di dragaggio caratterizzati da matrici prevalentemente limo-argillose.
Tale tecnologia consiste nell’applicazione di un campo elettrico alla matrice da trattare attraverso coppie di elettrodi collocati in pozzetti a pareti porose, all’interno dei quali vengono fatte circolare soluzioni elettrolitiche volte al mantenimento delle condizioni operative ottimali.
Dato le limitate applicazioni in piena scala, il progetto LIFE*SEKRET si è proposto di dimostrarne i vantaggi economici ed ambientali attraverso la realizzazione di un impianto dimostrativo sito presso il Porto di Livorno, il quale è attualmente adibito al trattamento di 150m3 di sedimenti.
Una problematica associata all’applicazione del trattamento elettrocinetico a sedimenti marini di dragaggio è relativa alla produzione di vapori di cloro (Cl2), la quale è sostanzialmente dovuta all’elevata quantità di cloruri (Cl-) presenti nell’acqua salina contenuta negli interstizi ed alle reazioni di elettrolisi che si verificano in corrispondenza degli elettrodi anodici.
Costituendo il cloro un gas molto aggressivo è necessaria l’implementazione di un dispositivo di assorbimento per operarne l’abbattimento della concentrazione al di sotto dei limiti normativi.
Il presente lavoro di tesi si è proposto dunque di definire i criteri progettuali utili al dimensionamento di una colonna a riempimento casuale operante in ciclo di trattamento ad umido (con idrossido di sodio) e di identificarne una strategia di gestione ottimale.
L’indagine del processo di assorbimento in colonna ha contraddistinto il funzionamento controcorrente (fase gassosa e fase liquida aventi direzioni di circolazione opposte) come preferibile, in quanto garante di elevate efficienze lungo tutta l’altezza della colonna, ed ha consentito di identificare i corpi di riempimento in materiale plastico (Plastic Intalox Saddles) come ottimali per il ciclo di trattamento svolto.
Sono stati quindi definiti tre criteri operativi, i quali, nell’ipotesi di diluizione delle fasi coinvolte e di validità della teoria del ‘Doppio Film’, consentono la valutazione successiva dei principali parametri progettuali, ossia la portata di soluzione di idrossido di sodio, il diametro della colonna e l’altezza di riempimento della medesima.
La determinazione della portata ottimale di soluzione (2,7 l/s) prevede l’individuazione della portata molare minima, ossia quella per la quale si ha il raggiungimento delle condizioni di equilibrio in corrispondenza del fondo della colonna, e la successiva maggiorazione per garantire un elevato differenziale di concentrazione lungo tutta l’altezza di riempimento.
L’interpolazione di diagrammi sperimentali (Lobo e Sherwood) permette poi l’identificazione della superficie delle sezioni in corrispondenza delle quali si verificano o condizioni di lavoro ottimali o fenomeni di allagamento della colonna. Da esse è dunque possibile ricavare un corretto diametro (0,70 m) da assegnare al dispositivo.
Infine l’altezza di riempimento (3,70m), definibile come prodotto fra l’Altezza unitaria di trasferimento ed il Numero delle unità di trasferimento, è ottenuta previa opportuna schematizzazione del processo di assorbimento in colonna attraverso equazioni di equilibrio, equazioni di bilancio di massa del cloro ed equazioni di trasferimento di massa.
Per quanto riguarda la strategia di gestione ottimale del ciclo di trattamento essa deve garantire principalmente che sia evitato lo strippaggio del cloro e la formazione di precipitati in soluzione, i quali possono causare occlusioni nei corpi di riempimento. La definizione di tale strategia prevede l’individuazione preventiva delle condizioni operative ottimali della soluzione di idrossido di sodio, condotta per mezzo di accurate analisi di clorazione e carbonatazione del solvente e attraverso l’indagine del processo di progressivo assorbimento del cloro tramite il software PHREEQC.
Gli esiti ottenuti hanno permesso di identificare l’intervallo di pH prettamente basico compreso tra i valori 14 e 9 come ottimale per la soluzione, poiché garante di concentrazione di cloro molecolare (Cl2) trascurabili, e l’utilizzo di solo idrossido di sodio come dosaggio preferibile di reagenti da adottare durante il ciclo di trattamento.
È stata inoltre condotta una valutazione del tempo utile di impiego in colonna di soluzioni aventi varie concentrazioni di idrossido di sodio (4,12,20%), espresso in particolare come rapporto tra il quantitativo di cloro (espresso in moli) necessario per produrre la precipitazione dei cloruri e la stima della produzione di vapori di cloro nell’impianto di decontaminazione (espressa in moli/ore).