Xylem e un’azienda idrica sviluppano il primo processo di ossidazione avanzata sequenziale per acqua potabile contenente bromuro
La soluzione rivoluzionaria sfrutta un processo unico per aumentare la sostenibilità riducendo I microinquinanti nell’acqua fino al 90%.
Nel 2005, l’azienda idrica olandese Dunea, che distribuisce l’acqua potabile a 1,3 milioni di persone, ha avviato un ambizioso progetto di ricerca in collaborazione con Xylem al fine di ridurre i microinquinanti nell’acqua mantenendo allo stesso tempo i livelli di bromuro ben al di sotto degli standard raccomandati. Il bromato, una sostanza potenzialmente cancerogena, si può formare quando l’acqua contenente bromuro viene trattata con ozono. Xylem e Dunea hanno sviluppato una soluzione innovativa per affrontare questa sfida.
I microinquinanti nelle fonti d’acqua rappresentano un problema crescente per le aziende idriche e sono dovuti in particolare all’industria, all’agricoltura, alle abitazioni private e agli ospedali. Infatti, questo tipo di inquinanti può essere presente all’interno di farmaci, interferenti endocrini, prodotti per la cura personale, prodotti chimici industriali, pesticidi e mezzi di contrasto per immaginografia medica.
Affrontare il problema crescente dei microinquinanti alla radice
Nel 2005, gli esperti di Dunea hanno notato un aumento dei microinquinanti nelle fonti di approvvigionamento dell’acqua dell’azienda. Nonostante le concentrazioni di inquinanti non rappresentassero un problema per il rispetto degli standard previsti per l’acqua potabile, Dunea ha deciso di investire grandi risorse nello sviluppo di strategie e soluzioni di trattamento dell’acqua per contenere i microinquinanti. Questi investimenti a lungo termine avrebbero contribuito a prevenire l’accumulo di microinquinanti nonché a migliorare la biodegradabilità dei microinquinanti presenti nei processi di trattamento di Dunea, oltre ad assicurare il rispetto degli eventuali standard più rigorosi che sarebbero stati emanati in futuro.
L’ossidazione con ozono è in grado di rimuovere i microinquinanti dall’acqua con estrema efficienza. Tuttavia, le fonti d’acqua di Dunea contengono anche bromuro, che eventualmente in caso di trattamento dell’acqua con ozono può trasformarsi in bromato tossico. L’obiettivo di Dunea era quello di trovare una soluzione per eliminare i microinquinanti formando allo stesso tempo una quantità di bromato inferiore di 20 volte rispetto a quella stabilita dall’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) per l’acqua potabile.
La ricerca della combinazione giusta di AOP
La prima fase dello studio pilota di Xylem in Dunea, condotta tra il 2009 e il 2011, aveva l’obiettivo di individuare quali fossero le combinazioni di processi di ossidazione avanzata migliori possibili per ridurre quattro microinquinanti rappresentativi.
I possibili trattamenti dell’acqua potabile mediante ossidazione e senza cloro sono essenzialmente tre:
1. Luce ultravioletta (UV)-AOP
2. Ozono oppure ozono-AOP
3. Combinazioni di questi processi
L’obiettivo di tutti questi processi è disgregare i microinquinanti a livello atomico mediante ozono o radicali idrossilici. Questi ultimi sostituiscono o aggiungono determinati atomi ai microinquinanti eliminandone le proprietà tossiche. Le reazioni avvengono nell’ordine di frazioni di secondi, dopodiché i radicali idrossilici non sono più presenti.
Nel processo UV-AOP, l’acqua contaminata viene miscelata con basse concentrazioni di perossido di idrogeno e irradiata con una potente luce ultravioletta per formare i radicali idrossilici. Il perossido di idrogeno viene utilizzato anche nel processo con ozono-AOP e in questo caso viene iniettato nell’acqua, quindi viene dosato l’ozono che innesca la formazione dei radicali idrossilici
La velocità di reazione tra ozono e perossido di idrogeno
Sulla base dei risultati della prima fase dello studio pilota, Dunea e Xylem hanno concentrato la seconda fase sulla regolazione del dosaggio di ozono e perossido di idrogeno ottenuto nella prima fase, mantenendo la formazione di bromato al di sotto degli standard richiesti da Dunea.
Più ozono si aggiunge all’acqua contenente bromuro, più aumenta la formazione di bromato. Per ridurla al minimo, Dunea e Xylem hanno utilizzato un reattore a ricircolo di ozono con 6 punti di iniezione dell’ozono consecutivi. Prima è stato aggiunto il perossido di idrogeno all’acqua, poi l’acqua è stata fatta passare all’interno del reattore con l’iniezione di ozono in 6 punti di dosaggio. Tutto questo ha portato a un aumento del rapporto di perossido di idrogeno/ozono disciolto nell’acqua, limitando la formazione di bromato e contribuendo efficacemente alla riduzione dei microinquinanti.
Lo studio pilota ha dimostrato che per mantenere la formazione di bromato al di sotto degli standard di Dunea è necessaria una reazione estremamente veloce ed efficiente tra ozono e perossido di idrogeno. Infatti, durante l’iniezione, l’ozono non deve avere il tempo di reagire con il bromuro. Sulla base degli esperimenti con il reattore a ricircolo, Dunea e Xylem hanno sviluppato un reattore DOP unico e innovativo che assicura una reazione immediata tra perossido di idrogeno e ozono riducendo al minimo sia la formazione di bromato che i microinquinanti.
Due processi di ossidazione avanzata per una maggiore qualità dell’acqua
Dopo il trattamento con ozono-AOP nel reattore DOP, l’acqua con il perossido di idrogeno residuo viene sottoposta a un processo di ossidazione avanzata con luce ultravioletta. Il processo UV-AOP riduce ulteriormente i microinquinanti. Poiché il processo UV-AOP con perossido di idrogeno non forma bromato, è un’aggiunta ideale a monte del processo con ozono-AOP. Questo processo sequenziale aumenta la riduzione dei microinquinanti e contribuisce a formare una barriera di trattamento aggiuntiva contro i residui di sostanze nocive e patogeni.
Il treno di trattamento avanzato di Dunea comprende generatore di ozono, reattore DOP, lampade UV e reattori UV, tutti forniti da Xylem.
L’installazione di un AOP innovativo per la riduzione dei microinquinanti
La stretta collaborazione tra Dunea e Xylem allo studio pilota di lungo periodo ha portato nel 2018 all’installazione da parte di Xylem del primo AOP sequenziale al mondo per ridurre i microinquinanti e limitare la formazione di bromato.
La nuova soluzione è stata testata nell’ottobre 2018. Il rivoluzionario AOP seriale si è comportato alla perfezione, riducendo l’atrazina (erbicida) del 73% e l’ìbuprofene del 90%. Mentre la soglia stabilita dall’Organizzazione Mondiale della Sanità per il bromato è di 10 microgrammi per litro, il nuovo processo AOP in Dunea mantiene il bromato al di sotto di 0,5 microgrammi per litro. Inoltre, la soluzione ad alta efficienza energetica di Xylem consuma solamente 0,15 kWh/m³ di elettricità sia per il processo con ozono-AOP che per quello con UV-AOP. In tal modo, Dunea potrà rispettare gli standard di qualità dell’acqua e ridurre le spese energetiche del 30–50%.
Con l’aiuto di Xylem, Dunea ha elevato il proprio treno di trattamento esistente a un livello decisamente superiore con una forte resilienza dalla contaminazione con microinquinanti sia nel presente che nel futuro, creando una soluzione innovativa e sostenibile per la comunità. Ora più di 1,3 milioni di persone nei Paesi Bassi potranno contare su un’acqua potabile fresca, salutare e con un livello di qualità nettamente superiore a quello previsto dai regolamenti vigenti in materia.
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Il parere degli esperti di Xylem sull’innovazione nel trattamento dell’acqua