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Applicazione dell'ozono in acqua potabile

A causa delle sue eccellenti qualità di ossidazione e disinfezione, l'ozono è ampiamente usato per il trattamento dell'acqua potabile. Esso può essere aggiunto in parecchi punti all'interno del sistema di trattamento, come durante la pre-ossidazione, l'ossidazione intermedia o la disinfezione finale. E' solitamente consigliato di usare l'ozono nella pre-ossidazione, prima di un filtro a sacco o di un filtro a carboni attivi (GAC). tali filtri possono rimuovere la materia organica restante dopo l'ozonizzazione (importante per la disinfezione finale).

Questa combinazione ha diversi vantaggi:

- Rimozione di materia organica e inorganica
- Rimozione di micro-inquinanti, come pesticidi
- Attivazione del processo di flocculazione/coagulazione-decantazione
- Attivazione della disinfezione e riduzione dei sottoprodotti di disinfezione
- Eliminazione di odore e sapore

Rimozione di materia organica ed inorganica

Tutte le sorgenti naturali di acqua contengono materia organica naturale (NOM). Le concentrazioni (solitamente misurate crabonio organico dissolto, DOC) differiscono da 0,2 a piu' di 10 mg/l [6]. NOM provoca problemi diretti, come odore e sapore dell'acqua, ma anche problemi indiretti come la formazioni di sottoprodotti organici di disinfezione, supporto alla crescita batterica nel sistema di distribuzione, ecc. Per la produzione di acqua potabile pura la rimozione dell'NOM e' uno dei principali compiti nel trattamento idirco moderno.
L'ozono, come qualsiasi altro ossidante, riceve raramente una completa mineralizzazione di NOM. La materia organica e' parzialmente ossidata e diventa facilmente biodegradabile. Cio' risulta in una piu' elevata quantita' di BDOC (DOC biodegradabile). Di conseguenza, l'ozono migliora il processo di rimozione dell'NOM ad opera di un filtro posto a valle quando viene usato un pre-ossidante [33,39,40]. In una pubblicazione di ricerca di Siddiqiui e altri [40] viene descritto l'effetto dell'ozono in combinazione con un filtro biologico. Il trattamento combinato risulto' in una riduzione del DOC del 40-60%. La rimozione e' persino piu' efficace quando l'ozono viene usato in combinazione ad un processo di coagulazione. La combinazione di coagulazione-ozono-bio filtrazione risulta in una riduzione del DOC del 64%. Quando viene realizzata solo la biofiltrazione di tenore di riduzione e' pari a solo il 13%. La concentrazione ottimale per la rimozione di materia organica tramite ozono fu un rapporto O3/DOC = 1 mg/1 mg.
La maggior parte della materia inorganica puo' essere eliminata dall'ozono abbastanza velocemte [15,39]. A seguito di ozonizzazione, la bio filtrazione e' necessaria anche per la materia inorganica. Ozonation del il di Dopo, bio- richiesta del è del inoltre di filtrazione della La per il inorganica di materia della La. Vale a dire, l'ossidazione forma composti insolubili che devono essere rimossi durante la fase successiva della depurazione dell'acqua.

Pesticidi

Micro-inquinanti come gli antiparassitari possono formarsi in acqua superficiale, ma anche il loro contenuto in acqua freatica va aumentando sempre piu'. Gli standard EU per acqua potabile riguardo ai pesticidi sono molto restrittivi: 0.1 µg/l ogni composto[38].
Molte ricerche mostrano che l'ozono può essere molto efficace per l'ossidazione di parecchi antiparassitari. In un impianto di per il trattamento dell'acqua a Zevenbergen (Olanda) è stato dimostrato che tre fasi (immagazzinamento-ozonizzazoone-filtro a carbone attivo granulare (filtro GAC)) sono sufficientemente efficaci e sicure per la rimozione degli antiparassitari/pesitcidi. Da 23 antiparassitari esaminati, 50 % sono stati sufficientemente degradati (80 % di degradazione). La tabella 1 mostra una descrizione degli antiparassitari che sono facilmente degradati dall'ozono. Per gli antiparassitari altamente resistenti, e' raccomandato un dosaggio di ozono piu' elevato, o ozono combinato a perossido di idrogeno [38].

Tabella 1: degradazione dei pesticibi facilmentr degradabili con ozono (%)

Pesticida

pH 7,2; 5 °C; O3/DOC = 1,0

pH 7,2; 20 °C; O3/DOC = 1,0

PH 8,3; 20 °C; O3/DOC = 1,0

diazinone

86

92

92

dimetoato

97

97

97

paration-metil

85

91

91

diurone

91

95

98

linurone

67

81

89

metabenztiazurone

78

90

94

metobromurone

83

91

94

MCPA

83

87

90

MCPP

91

93

93

clortolurone; isoproturone; metossurone; vinclozolina

> 99

> 99

> 99

Riduzione dei sottoprodotti di disinfezione e disinfezione migliorata

I sottoprodotti di disinfezione (SPD) si formano pricipalmente durante la reazione fra materia organica e disinfettante. La reazione del cloro con la materia organica può portare alla formazione SPD organici clorinati, come i trialometani (THM). L'ozono può reagire anche con la materia organica e formare SPD. Questi sono pricipalmente sottoprodotti di disinfezione organici, come le aldeidi ed i chetoni, che possono essere facilmente degradati in un biofiltro (90-100%). In generale, questi sottoprodotti di disinfezione organici ozono non costituiscono alcun rischio di violazione degli standards dell'acqua potabile, quando l'ozono è usato come pre-ossidante. Per ridurre la quantità di SPD in un sistema di disinfezione convenzionale (disinfezione con prodotti a base di cloro) è importante che il potenziale per formare i SPD rimanga basso. Ciò è spesso espresso come potenziale di formazione dei SPD (PFSPD). Il potenziale per formare i SOD può essere ridotto tramite la rimozione (della maggior parte) dell'NOM, per esempio tramite pre-ossidazione con ozono (ozono-filtrazione). Questa combinazione può abbassare il PFSPD del 70-80%, quando il cloro è usato come disinfettante finale [40]. Ciò interessa il PFSPD per trialometani, HAA (acidi aloacetici) e cloro idrato.

L'ozono è un disinfettante più efficace rispetto al cloro, alle clorammine e persino al diossido di cloro. Una dose di ozono di 0.4 mg/l per 4 minuti è solitamente efficace per acqua pretrattata (bassa concentrazione di NOM) [39]. Parecchi studi hanno dimostrato che l'ozono, a differenza dei prodotti a base di cloro, può disattivare i microorganismi resistenti (vedi la pagina di resistenza ai microorganismi). Tuttavia, poichè l'ozono si decompone velocemente in acqua, la sua durata nelle soluzioni acquose è molto breve (meno di un'ora). Di conseguenza l'ozono è meno adatto alla disinfezione residua e può essere usato soltanto in casi particolari (soprattutto in piccoli sistemi di distribuzione). Il cloro ed il diossido del cloro spesso sostituiscono l'ozono come disinfettante finale. L'ozono è molto adatto per la disinfezione primaria (prima della bio-filtrazione). Ciò portera' ad una disinfezione più completa e ad una concentrazione di disinfettante più bassa.

Eliminazione di odore e sapore

La comparsa di sapore e di odore in acqua potabile può avere parecchie cause. I composti che formano odore e sapore possono essere presenti in acqua grezza, ma possono anche formarsi durante il trattamento dell'acqua. Questi composti possono derivare dalla decomposizione della materia costituente la flora, ma sono normalmente un risultato dell'attività degli organismi viventi presenti nell'acqua [5]. I composti inorganici come ferro, rame e zinco possono anche generare la comparsa di un determinato sapore. Un'altra possibilità è che l'ossidazione chimica (trattamento a base di cloro) conduca ad sapore ed odore sgradevole. I composti responsabili di odore e sapore sono spesso molto resistenti. Ciò rende l'eliminazione un processo molto intenso [33]. Per l'eliminazione di sapore e odore, puo' essere adatta una combinazione di parecchi processi, come ossidazione, aerazione, filtrazione con carbonio attivo granulare (GAC) o filtrazione a sabbia. Solitamente, viene applicata una combinazione di tali tecniche.
L'ozono può ossidare i composti del 20-90% (a seconda del tipo di composto) [6]. L'ozono è più efficace per l'ossidazione dei composti insaturi. Come nell caso dell'ossidazione degli antiparassitari, l'ozono combinato con il perossido di idrogeno (processo AOP) è più efficace dell'ozono da solo. Geosmin e 2-metilisoborneolo (MIB) sono esempi di composti odorosi resistenti spesso presenti nell'acqua. Essi sono prodotti dalle alghe ed hanno una bassa soglia di odore e di sapore. Tuttavia, l'ozono e' in grado di rimuovere tali composti molto efficacemente, vedi figura 1.

Figure 1: Removal of MIB and Geosmin (Colorado river water, US)

Generalmente, il modo piu' efficace di rimuovere componenti di odore e sapore sembra essere una combinazione di pre-ossidazione e filtrazione [5]. La tavola 2 diverse combinazioni di tecniche per migliorare il sapore. L'ozono con filtrazione a sabbia e GAC e' la combinazione piu' efficace (rimozione del 82%).

Tabella 2: effetto dell'ozono e del successivo trattamento sulle soglie di odore e riduzione dell'odore all'impianto pilota di Saint-Maur (Francia)

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