Disinquinamento delle acque reflue con il carbone attivo

Il carbone attivo utile in tantissimi settori per le sue capacità di adsorbimento in caso di: filtrazione, purificazione, deodorizzazione e decolorazione dei fluidi

In tantissimi processi, l'impiego di sostanze molto porose è di fondamentale importanza per ottenere i risultati desiderati. Fra queste sostanze, quella che ha preferenze dell'utenza è il carbone attivo. Da notare che non è una scoperta recente, tutt'altro: in India, da secoli il carbone di legna era utilizzato per la potabilizzazione dell'acqua, mentre in Egitto, già un millennio e mezzo prima di Cristo, serviva in campo medico come adsorbente, oltre che per decolorare i fluidi. Il suo uso in Europa risale al XIX secolo, soprattutto in Inghilterra, dove trovava la sua maggiore applicazione nella deodorizzazione dell'acqua; poi, si diffuse rapidamente in tutta l'Europa. Adesso, le sue peculiarità interessano tantissimi settori, dove può manifestare al massimo la sua capacità di adsorbimento; perciò si può incontrare ogni qualvolta ci si debba preoccupare di filtrazione, purificazione, deodorizzazione, decolorazione dei fluidi. Non basta, però, perché è l'ideale in molti altri processi, fra cui quello riguardante la raffinazione dello zucchero di canna e del mais, per esempio; ed è pure usato in campo farmaceutico e inoltre è utile per eliminare oli e grassi da recupero di lavaggi a secco, e altro ancora. In ogni modo, gli usi in maggior misura praticati sono il trattamento delle acque reflue industriali e la potabilizzazione delle acque immesse negli acquedotti. Le materie prime dalle quali si parte per produrre il carbone attivo sono tante e varie fra loro. Le voci prevalenti sono carbone di legna (essenze di diversi tipi), torba, gli altri carboni fossili (lignite, antracite, litantrace), gusci di noci di cocco, noccioli di mandorle, mallo delle noci, ossi di animali, ecc. Non tutte queste sostanze, sono egualmente utilizzate, perché per quantità sono diversamente fruibili. Di fatto, stando ai dati a disposizione, mentre si parla del consumo di circa 130mila tonnellate di legno l'anno, per la torba esse si riducono a 100mila e a 35mila per i gusci delle noci di cocco. Da non sottovalutare la fonte moderna di materiale utile per la produzione di carbone attivo che è rappresentata dai pneumatici eliminati dalla circolazione, che costituiscono, almeno per ora, un giacimento inesauribile. Cos'è il carbone attivo? E' un materiale costituito fondamentalmente da carbonio amorfo, a struttura porosa, e avente, come caratteristica industrialmente molto appetibile, un'area specifica molto elevata, vale a dire un'area superficiale assai alta per unità di volume. Per questa sua particolarità, il carbonio attivo può contenere, fissandole sulla sua superficie, molte molecole di altre sostanze; ciò significa, in altri termini, che esso ha un'incredibile capacità di adsorbimento. D'altra parte, non potrebbe essere diversamente, con una superficie specifica che può essere da 500 a 2500 metri quadrati per ogni grammo di sostanza. Per raggiungere l'interno dei singoli elementi del carbone attivo, le molecole attraversano i suoi pori, le cui dimensioni diametrali sono più di 50 nm, se sono macropori, da 50 a 2 nm per i mesopori, mentre i micropori hanno un diametro inferiore a 2 nm. Il carbone attivo si può produrre seguendo vie diverse: si può scegliere l'attivazione chimica, agendo su legno o torba con sostanze a funzione disidratante oppure attuando l'attivazione anche con miscele di gas, quali l'ossigeno o l'anidride carbonica; in entrambi i casi, la temperatura deve essere abbastanza elevata, sino quasi a 1000°C, però stando bene attenti a evitare che si inneschi la combustione, per non restare con un pugno di mosche in mano. Il processo libera la sostanza da ciò che contiene, acqua e sostanze volatili comprese, lasciando intatta la struttura porosa. L'impianto di produzione più utilizzato è quello a forno rotativo, però si possono usare pure fornaci del tipo a letto fluido o multiple. Il processo di disinquinamento delle acque reflue è molto semplice: l'effluente è immesso per mezzo di una pompa in una colonna contenente carbone attivo e poi lasciato effluire attraverso un sistema di scarico. La resa della colonna dipende sia dalla temperatura, sia dalla natura delle sostanze presenti, sia inoltre dalla natura del carbone attivo. Infatti, risulta che la capacità di adsorbimento è diversa secondo la natura della materia prima di partenza. In effetti, pare che non tutti i carboni attivi reperibili sul mercato si comportino alla stessa maniera, cioè mentre alcuni adsorbono magnificamente, ma non decolorano, altri, al contrario, sono in grado di mostrare entrambe le funzioni; pertanto, la scelta dell'adsorbente deve essere ragionata, in base alle proprie esigenze. Ad esempio, il carbone attivo ottenuto dai gusci di noci di cocco, che ha un'elevata capacità adsorbente, essendo dotato soprattutto da micropori, la sua capacità decolorante è scarsa, perché, per questa funzione, si richiede la presenza di macropori. Se si desidera una valida decolorazione, quindi, è meglio orientare la propria scelta verso il prodotto ottenuto partendo dalla torba, che prevalentemente ha struttura macroporosa. Se si privilegia il litantrace, però, si è tranquilli di ottenere sia un buon adsorbimento, sia una buona decolorazione. Il flusso dell'acqua reflua all'interno della colonna è mantenuto con continuità e, passando attraverso i filtri, essa vi deposita il materiale solido che porta in sospensione, ostruendoli. Le funzioni esplicate dal carbone attivo sono prima di tutto di carattere meccanico, con la captazione delle particelle solide; poi elettrofisico, nel senso che le sostanze disciolte sono elettrostaticamente trattenute; e infine biologico, giacché nei suoi pori s'insediano colonie batteriche, che attaccano le sostanze adsorbite. Giacché le dimensioni diametrali dei pori non sono tutte uguali, così come, del resto, quelle delle molecole dei materiali inquinanti, essendo questi costituiti da una miscela di elementi di diverso tipo, è chiaro che l'adsorbimento è tanto più rapido quanto più i pori sono grandi e le molecole sono piccole. In ogni modo, risulta che la velocità di adsorbimento da parte del carbone attivo è sempre abbastanza veloce, richiedendo un tempo di contatto tra pochi minuti a un quarto d'ora. Naturalmente, i filtri intasati perdono la loro capacità adsorbente e periodicamente devono essere sostituiti da filtri freschi; oppure si punta alla rigenerazione di quelli usati, opzione abitualmente preferita, perché favorevole dal punto di vista economico. La rigenerazione avviene con l'ossidazione della materia organica: il risultato offre un carbone attivo con efficacia adsorbente inferiore del 10-15% nei confronti di quello nuovo, ma la convenienza regge ancora. Se durante il processo una parte del filtro è andata distrutta, il ricambio diventa obbligatorio. I vantaggi derivanti dall'uso del carbone attivo sono molteplici, se non si vuole esagerare dicendo che sono infiniti. Per proporre la sua l'importanza, si può ricordare qualche settore in cui fa sentire il suo peso. Elevata diminuzione sia del BOD sia del COD; abbattimento dei tensioattivi; facilitazione della sedimentazione dei fanghi attivi; diminuzione o eliminazione dei cattivi odori; decolorazione dei fluidi; calo dell'uso di coagulanti, flocculanti, antischiuma o altro ancora. E, come si dice talora, non finisce qui, perché ci sono tanti altri campi in cui il carbone attivo si comporta da protagonista.

 

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