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• decontaminazione
• microonde

In questo lavoro di tesi è stato affrontato lo studio dell’impiego del riscaldamento a microonde come tecnologia alternativa possibile nella bonifica di siti inquinati.
Le prove sperimentali sono state incentrate sulla decontaminazione da idrocarburi ed in particolare l’attenzione è stata rivolta all’ottimizzazione dei parametri più significativi del processo. Le prove preliminari, condotte su terreni contaminati artificialmente con un unico inquinante, hanno permesso infatti di individuare le condizioni operative più idonee per condurre le successive sperimentazioni dove sono state impiegate miscele di idrocarburi. In tal caso l’attenzione si è incentrata sulla selettività del trattamento nei confronti dei vari composti presenti nella miscela.
Parallelamente è stato realizzato un modello matematico che descrive il trasferimento di calore e di materia che ha luogo durante il trattamento a microonde. In questo modello, la specie inquinante è stata considerata dispersa nella fase solido-liquido: è l’acqua infatti, grazie alle sue elevate proprietà dielettriche, il composto nel sistema considerato, in grado di assorbire più efficacemente le microonde. I parametri necessari per l’elaborazione del modello sono stati reperiti in letteratura e laddove necessario valutati sperimentalmente.
Il trattamento a microonde di campioni di terreno in contenitori chiusi mostra che l’irraggiamento superficiale mediante onde elettromagnetiche induce un riscaldamento in profondità. Col procedere del riscaldamento si osserva il progressivo essiccamento del suolo: il flusso di vapore generato attraverso la superficie induce un processo di stripping che consente la rimozione delle sostanze inquinanti dalla matrice solida. Dalle prove sperimentali si osserva che uno dei parametri fondamentali in questo tipo di trattamento di bonifica risulta essere il tenore iniziale di acqua nel terreno. Da un lato, tenori d’acqua troppo bassi richiedono un tempo iniziale per l’avvio del processo più elevato a causa della ridotta capacità dielettrica dei terreni, dall’altro tenori più elevati conferiscono maggiore capacità dielettrica al sistema ma presentano anche un quantitativo superiore d’acqua da riscaldare. E’ quindi necessario individuare il valore più idoneo di questo parametro mediante un compromesso tra capacità dielettrica complessiva del sistema ed energia necessaria a far evaporare il contenuto d’acqua. Nelle prove condotte in assenza di inquinante, sulla base di considerazioni riguardanti l’efficienza energetica, un tenore di 0,2 kgH2O/kg suolo secco è risultato essere il valore ottimale. Per le prove effettuate su terreni inquinati, ove è stato necessario tener conto anche l’efficienza d’estrazione, 0,15 kgH2O/kg suolo secco si è rivelato il tenore d’acqua iniziale più idoneo al trattamento di bonifica con microonde.
I risultati delle prove preliminari effettuate con l’impiego di un unico inquinante, rispettivamente n-ottano, n-decano, n-dodecano, hanno mostrato infatti come il tenore d’acqua iniziale pari a 0,15 kgH2O/kgsuolo secco permetta di ottenere i risultati di decontaminazione migliori. Inoltre si è potuto osservare che l’efficacia estrattiva diminuisce all’aumentare del peso molecolare dell’inquinante, essendo questo strettamente connesso con la tensione di vapore dei composti esaminati.
Le prove preliminari hanno costituito il necessario punto di partenza per le più complesse prove successive riguardanti la decontaminazione da kerosene commerciale, essendo questo costituito da una miscela di oltre cento idrocarburi. Per semplificare l’analisi quantitativa dei campioni sono stati considerati i composti presenti in maggiore quantità nel kerosene, in particolare gli idrocarburi alifatici con numero di atomi di carbonio compresi tra 8 e 14. Le prove di trattamento di suoli decontaminati da kerosene commerciale sono state eseguite con un tenore iniziale d’acqua pari a 0,15 kgH2O/kg suolo secco: si è potuto osservare come i composti più basso bollenti vengono completamente estratti mentre per quelli più alto bollenti permangano delle tracce.
I dati sperimentali mostrano che la massima temperatura raggiunta dal sistema è di circa 100°C (la temperatura di ebollizione dell’acqua alla pressione di esercizio) e subisce un repentino aumento quando il tenore d’acqua residuo nel terreno scende sotto 0,08 kgH2O/kg suolo secco. Questo aspetto del processo è molto importante in quanto, operando in modo da non scendere sotto il valore limite di tenore d’acqua, il terreno non viene mai sottoposto a riscaldamenti troppo elevati e si riesce in questo modo a mantenere intatta l’integrità della matrice e della sua componente organica, consentendo eventualmente un suo riutilizzo per scopi agricoli.
I risultati mostrano che il trattamento di bonifica a microonde è particolarmente rapido: il sistema raggiunge la temperatura di 100°C in circa 3 minuti. Da una stima preliminare dei costi risulta che per trattare un terreno con tenore d’acqua iniziale pari a 0,15 kgH2O/kg suolo secco occorrono circa 70 €/m3, costo comparabile con quelli relativi a trattamenti di bonifica ormai consolidati. Pertanto il riscaldamento a microonde può essere considerato un’operazione innovativa e vantaggiosa per i tempi richiesti e la qualità finale del terreno decontaminato, nei casi di limitate quantità di suolo da decontaminare.