OSSIGENO

1. CICLO DELLE ACQUE

L’utilizzo di Ossigeno nella fase di ossidazione e nella fase di stabilizzazione dei fanghi garantisce notevoli benefici per gli impianti di trattamento acque a ciclo biologico.

Laddove richiesto, il controllo del pH – in caso di acque particolarmente basiche – si può utilizzare l’iniezione di Anidride Carbonica in sostituzione di acidi costosi e ad alto impatto ambientale.

Sono disponibili numerose tecnologie di utilizzo dell’ossigeno nel ciclo delle acque: il trattamento delle acque primarie e secondarie, la digestione aerobica dei fanghi e l’ozonizzazione, applicabile sia per la riduzione del carico organico, sia per la disinfezione. Trattamento aerobico di depurazione In un trattamento aerobico di depurazione, il trasferimento dell’ossigeno rappresenta uno dei maggiori fattori limitanti.

La biomassa aerobica richiede ossigeno per svolgere l’attività metabolica che trasforma il substrato organico inquinante; i batteri ottengono l’ossigeno mediante trasferimento di massa dal liquido al fiocco di fango e da questo all’interno della cellula. Quando il sistema di trasferimento dell’ossigeno non riesce a soddisfare la domanda di ossigeno biologica, mantenendo all’interno della massa liquida una determinata concentrazione di ossigeno disciolto, si innescano processi di anaerobiosi perché c’è comunque substrato disponibile. I principali benefici nel sostituire l’aria con l’ossigeno gassoso sono:

• Trasferimento di ossigeno = L’effetto principale che ha l’utilizzo di ossigeno ad elevata purezza in una vasca di ossidazione biologica è l’aumento del potenziale di trasferimento del gas nella fase liquida rispetto all’utilizzo di aria
• Emissioni e odori = L’eliminazione dell’azoto che si verifica quando viene utilizzato ossigeno puro al posto dell’aria riduce drasticamente l’emissione di SOV dalla vasca di trattamento; di conseguenza si ha l’eliminazione dell’emissione di odori e di sostanze tossico – nocive nell’ambiente circostante l’impianto di depurazione.
• Formazione di schiume = La riduzione del volume di gas non solubile ha anche l’effetto di ridurre la formazione di schiume sulla superficie delle vasche di ossidazione, dovuta alle bolle di gas non disciolto.
• Aumento delle temperature = Le bolle d’azoto che passano attraverso il sistema agevolano lo smaltimento del calore di reazione e fanno diminuire la temperatura dell’ambiente di reazione. Nella maggior parte dei casi, una diminuzione della temperatura provoca il rallentamento delle reazioni di degradazione dell’inquinante e quindi fa diminuire il rendimento di depurazione.
• Variazioni nella domanda di ossigeno = Gli aeratori tradizionali (turbine superficiali e sistemi ad insufflazione di aria) hanno bassa flessibilità nel seguire le variazioni del fabbisogno di ossigeno; al contrario i sistemi ad ossigeno permettono la possibilità di seguire il carico inquinante, ottimizzando la curva di risposta del sistema depurativo.

Digestione aerobica dei fanghi

È un trattamento del fango che mira principalmente alla sua stabilizzazione, ossia alla diminuzione della sua putrescibilità, mediante fermentazione aerobica eterotrofa di tipo misto. Il digestore dei fanghi è molto simile ad una vasca di ossidazione: la fondamentale differenza consiste nel fatto che nel digestore i fanghi attivi si nutrono non a spese della sostanza organica presente nel liquame ma a spese di quella presente nel fango stesso. L’insuflaggio di ossigeno permette di favorire il processo regolandone l’andamento delle temperature ed aumentando la capacità di mineralizzazione del fango.

2. TRATTAMENTI CON OZONO

L’uso dell’ozono nel trattamento delle acque presenta indubbi vantaggi rispetto agli altri ossidanti comunemente utilizzati. Tali vantaggi sono legati alla particolare reattività della sostanza e al suo forte potere ossidante, anche grazie all’elevata solubilità dell’ozono in acqua, che è ben dodici volte maggiore di quella dell’ossigeno. L’ozono può essere utilizzato in diversi punti dell’impianto, per la disinfezione, per il controllo delle alghe, per l’ossidazione di inquinanti inorganici, ed in particolare ferro e manganese, per l’ossidazione di microinquinanti organici (sostanze odorose e dotate di sapore, inquinanti fenolici, pesticidi) e per l’ossidazione di macroinquinanti organici (eliminazione del colore, aumento della biodegradabilità di composti organici). Inoltre, l’ozono consente di modificare l’ambiente riducente tipico dei reflui, evitando la diffusione di cattivi odori.

3. TRATTAMENTO ACQUE DI FALDA

Nel caso di inquinamento delle acque di falda, si può procedere ad un’insufflazione di aria, arricchita in ossigeno, per aumentare le possibilità di disinquinamento del corpo idrico sotterraneo. Le metodologie di applicazione sono differenti a seconda delle situazioni e della tipologia del sito ambientale da recuperare.

4. OSSICOMBUSTIONE

La combustione è una reazione chimica esotermica tra un combustibile e un comburente (in genere aria), ossia in grado di rilasciare calore. Per questa ragione la combustione è stata utilizzata in numerosissime attività umane. Aspetto sempre più importante della combustione, oltre all’efficienza energetica, è la sua capacità di ridurre l’impatto ambientale, legato alle emissioni aeriformi in atmosfera.
La riduzione del contenuto di azoto nel comburente ha il fondamentale effetto di ridurre il calore perso attraverso i fumi e di incrementare, di conseguenza, il calore disponibile al processo, il che si traduce in un incremento dell’efficienza termica del sistema.
La sostituzione parziale o totale dell’aria con l’ossigeno consente di:

• migliorare l’efficienza energetica
• ridurre drasticamente i volumi dei gas prodotti dalla combustione
• eliminare quasi totalmente (nel caso della sostituzione totale) le emissioni di NOx
• ridurre le emissioni di tutti gli inquinanti
• migliorare il controllo
• ottimizzare lo scambio termico
• il risparmio di combustibile consente inoltre di ridurre le emissioni in atmosfera di Anidride Carbonica.

Sono numerosi i settori nei quali la combustione ad ossigeno è diventata, ormai tecnologia consolidata.

PRODUZIONE DI ACCIAIO

• Nell’altoforno, si arricchisce l’aria per migliorare il processo
• Nei convertitori, il processo prevede la sola presenza di ossigeno per ridurre il tenore di carbonio
• Nei forni ad arco elettrico, si utilizzano bruciatori ossigeno – gas naturale (a volte anche lance per la sola l’iniezione di ossigeno) per ridurre i consumi di elettrodo, migliorare la distribuzione del calore all’interno del bagno
• Sempre nei forni ad arco elettrico, esistono anche sistemi di combustione sommersa, dove la reazione avviene direttamente nel bagno fuso.

PRODUZIONE DI GHISA

• Nel cubilotto, l’aria di combustione (in gergo “il vento “) viene spesso arricchita in ossigeno, per migliorare l’efficienza dei processi metallurgici e la fusione della lega.
• In alternativa all’arricchimento del vento del cubilotto, si utilizza anche l’inserimento di bruciatori ossigeno – gas naturale, al fine di ridurre i consumi di coke e di migliorare il processo metallurgico
• Tutti i forni rotativi nascono, ormai, solo con l’utilizzo della combustione totale ad ossigeno (ossicombustione)

ALLUMINIO

• In moltissimi forni rotanti, per la produzione di alluminio secondario, si applica l’ossicombustione.
• Nei forni statici, si utilizzano sia sistemi di combustione mista (ossigeno – aria e gas naturale) che sistemi di ossicombustione

VETRO

• L’ossicombustione trova ormai applicazione consolidata nella fusione di tutti i vetri ad alto valore aggiunto (borosilicati, al piombo) e dove le tematiche ambientali risultano particolarmente “pesanti”, a causa della particolare miscela vetrificabile
• Nel vetro artistico, lavorato a mano (forni a crogiolo e forni a vasca), si hanno applicazioni sia di arricchimento che di ossicombustione.

RIFIUTI

• Nei sistemi tradizionali di termodistruzione dei rifiuti, si arricchisce sia l’aria primaria che quella secondaria, al fine di controllare meglio il regime di temperature all’interno del forno
• Tutti i processi innovativi si basano su pirolisi e gassificazione con utilizzo di solo ossigeno gassoso.

FRITTE

• Quasi tutti i forni di produzione di fritte adottano ormai la tecnologia di ossicombustione, siano essi di tipo statico che di tipo rotante.

CEMENTO

• Sono sempre più frequenti le applicazioni dell’arricchimento in ossigeno, sia dell’aria primaria che in altre fasi del processo di produzione del cemento.

PRERISCALDO SIVIERE

• È una tipica applicazione di ossicombustione in acciaierie e fonderia. La siviera è il contenitore, in materiale refrattario, utilizzato per movimentare il metallo fuso da un forno alla lingottiera. Al fine di evitare il contatto tra il metallo fuso ed il refrattario freddo, prima di procedere alla colata la siviera viene portata alla temperatura prossima a quella del metallo. L’utilizzo di piccoli bruciatori ad ossicombustione garantisce una maggiore facilità di gestione di questa procedura, critica per la qualità del manufatto finale.

5. BLEACHING

Il termine viene tradotto in italiano con “sbianca”. È il processo con il quale si cerca di portare verso il bianco un manufatto derivante da fibre naturali: il caso più frequente è quello della cellulosa per la produzione della carta. L’ossigeno e l’ozono trovano applicazione in questi processi, agendo, spesso, con il supporto di altri prodotti chimici. Oltre alla sbianca della cellulosa, il recupero della carta ha richiesto lo sviluppo di nuove tecnologie per “sbiancare” le carte cosiddette da recupero. In questo caso il processo è più complicato, dal momento che si devono combattere due differenti fenomeni: la colorazione derivante dalla composizione dei colori delle varie carte recuperate e l’addensamento dell’inchiostro presente.

6. REMEDIATION

È il termine con il quale si identificano i sistemi di recupero di siti e corpi idrici inquinati, al fine di ripristinare i livelli ambientali accettabili. L’ossigeno trova applicazione in quest’area, come supporto per l’azione di batteri aerobi: l’arricchimento in ossigeno del loro ambiente permette un’elevata efficienza produttiva che si trasforma, spesso, in un’elevata efficacia di smaltimento dell’inquinamento. Le metodologie di applicazione sono differenti a seconda delle situazioni e della tipologia del sito ambientale da recuperare.

7. RAFFINERIE: RECUPERO ZOLFO

Nelle raffinerie, gli impianti per il recupero zolfo servono per eliminare questo inquinante dai prodotti di raffinazione e recuperarlo per il mercato. L’utilizzo di ossigeno, in arricchimento al processo utilizzato, permette di aumentare sensibilmente la capacità produttiva dell’unità (esistono applicazioni anche di combustione completamente in ossigeno).

8. RAFFINERIE: FCC

Altra applicazione per i processi di raffineria è l’arricchimento, in ossigeno, per le unità di Fluid Catalytic Cracking. Il benefico dell’arricchimento in ossigeno è quello di aumentare la capacità produttiva dell’unità.