Il Processo HPSS di IN.T.EC. e Mapei e il progetto con la Regione Veneto
Per noi di TEV group ricerca e sviluppo sono obiettivi fondanti sempre alla base del nostro lavoro.
Abbiamo già parlato nell’articolo riguardante il dottorato di Loris Calgaro, ricercatore dell’università Ca’ Foscari, del processo HPSS. Oggi analizzeremo nel dettaglio il processo. Negli ultimi mesi sono stati compiuti ulteriori sviluppi della tecnologia, realizzati grazie a un progetto finanziato dalla Regione Veneto nell’ambito del POR FESR 2014-2020 Azione 1.1.4., parleremo di questo nel prossimo articolo.
Quando parliamo di tecnologia HPSS ci riferiamo a un particolare tipo di processo di solidificazione stabilizzazione.
Con il termine Solidificazione ci riferiamo a quel processo nel quale vengono aggiunti al rifiuto dei materiali leganti, in grado di trasformare il rifiuto in un solido.
Per Stabilizzazione intendiamo invece la trasformazione del rifiuto, a seguito dell’incapsulamento nel sistema legante, in una forma in cui i contaminanti risultano più stabili e meno suscettibili di essere mobilizzati verso l’ambiente.
Questi processi hanno trovato crescente applicazione per la gestione di un’ampia varietà di rifiuti, tanto solidi quanto liquidi, per vi a degli obiettivi che permettono di conseguire:
- Riduzione della mobilità e solubilità degli inquinanti;
- Miglioramento delle caratteristiche fisiche e di manipolazione dei rifiuti;
- Diminuzione della superficie attraverso cui può avvenire il trasferimento degli inquinanti verso l’ambiente.
Generalmente però questo tipo di processi presentano dei limiti: non prevedono il riutilizzo del materiale stabilizzato e non sono quindi finalizzati all’ottenimento di un conglomerato caratterizzato da particolari caratteristiche fisico-meccaniche. Inoltre, data la natura inorganica del legante cementizio, i trattamenti S/S non sono generalmente adatti per il trattamento di rifiuti contenenti sostanze organiche volatili e semi-volatili.
Il processo HPSS (High Performance Solidification/Stabilization) sviluppato da Mapei S.p.a. e IN.T.EC. s.r.l. affronta e risolve tali problematiche legate ai tradizionali processi S/S.
In primo luogo il sistema integrando diverse tecnologie risulta efficace anche nei confronti dei contaminanti organici volatili e semi-volatili. Inoltre la forma granulare risultante dal processo rende il materiale prodotto riutilizzabile nei ripristini ambientali, per la realizzazione di sottofondi, coperture e come materiale di riempimento.
Il Sistema HPSS si articola in due fasi:
- Fase di produzione del granulato cementizio basato sui principi del calcestruzzo ad alta prestazione;
- Fase di rimozione dei composti organici volatili e delle sostanze semi-volanìtili dai granuli induriti mediante trattamenti di desorbimento termico, di depurazione biologica o di estrazione con solventi (fase necessaria solo quando il materiale da trattare risulti contaminato da sostanze volatili e semi-volatili)
Come si produce il granulato?
In primo luogo è importante sottolineare che nel processo HPSS, grazie all’utilizzo di addittivi superfluidificanti e idrofobizzanti specificamente studiati per questa applicazione, viene ridotto drasticamente il quantitativo d’acqua necessario per formare l’impasto, in modo da ottenere conglomerati omogenei e molto densi, caratterizzati da un basso rapporto acqua/cemento e da bassa porosità.
Il beneficio che ne si può trarre è la riduzione del rilascio dei contaminanti nel tempo. A trarre ulteriore beneficio dalla riduzione del rapporto peso/potenza sono le proprietà meccaniche e la capacità di mantenere inalterate tali proprietà nel tempo. I granuli infatti, per effetto della riduzione, sono più ravvicinati e i legami che di formano a seguito dell’idratazione sono conseguentemente più forti. Vengono inoltre migliorati: resistenza all’urto, resistenza all’abrasione e all’azione dei cicli di gelo e disgelo.
Infinne la riduzione del rapporto minimizza l’ingresso degli agenti aggressivi che provocano il degrado delle strutture cementizie, migliorando ulteriormente la durabilità del conglomerato.
La fase di granulazione del sistema HPSS consiste nel trattamento “ex situ” del materiale contaminato, dopo che questo ha subito i seguenti trattamenti preliminari:
- Vagliatura per l’eliminazione dei corpi solidi grossolani (quali rocce, mattoni e altri detriti). Il processo di granulazione è infatti efficace solo sulla frazione fine del materiale, che tra l’altro è di norma la più contaminata. I materiali grossolani vengono avviati separatamente allo smltimento o al riutilizzo dopo lavaggio per la rimozione della contaminazione superficiale.
- Riduzione del contenuto d’acqua al valore ottimale del processo di granulazione. Il tenore ottimale di umidità deve essere compreso generalmente tra il 10% e il 20% in peso del terreno o del sedimento.
- Formazione dell’impasto. Il materiale con il giusto tenore di umidità viene miscelato con il cemento, gli additivi ed, eventualmente con la quantità d’acqua necessaria per la corretta formazione del conglomerato. Il tempo di miscelazione può variare da pochi secondi ad alcuni minuti in relazione al tipo di miscelatore utilizzato. Miscelatori intensivi consentono di ottenere una miscelazione omogenea in tempi più brevi. In questa fase iniziano a formarsi i “germi di granulazione”, del diametro di un millimetro, sui quali cresceranno i granuli veri e propri nella fase successiva.
La formazione dei granuli
Una volta preparato, l’impasto viene trasferito dal miscelatore ad un piatto granulatore dove per effetto del movimento rotatorio, si formano i granuli, la cui dimensione dipende da fattori quali il tempo di permanenza sul piatto, il dosaggio degli additivi e la quantità.
La rimozione delle sostanze volatili e semivolatili del sistema HPSS
Qualora il terreno o il sedimento risultino contaminati da sostanze volatili o semi-volatili, compreso il mercurio, la fase di produzione del materiale granulare secondo il sistema HPSS rappresenta un’opzione assai vantaggiosa per la gestione operativa dei successivi processi di trattamento previsti nel sistema.
Nel caso di desorbimento termico vengono eliminati tutti i problemi derivanti dal trascinamento di polveri, che costringerebbero ad adottare costosi sistemi di abbattimento delle emissioni a valle del reattore. Inoltre, la diminuzione dell’acqua libera presente nel campione, dovuta alla reazione di idratazione del cemento, riduce sensibilmente la massa evaporata nella fase del desorbimento termico, abbattendo i coti energetici e derivanti dal trattamento delle emissioni
Nel caso si ritenga preferibile intervenire con un trattamento biologico, la trasformazione di terreni, sedimenti, rifiuti fangosi o polverulenti in un materiale granulare consente di miscelare un’aliquota di tale materiale con una sospensione di fanghi attivi. Al termine del trattamento, il materiale granulare decontaminato può essere agevolmente separato dalla massa biologica per semplice vagliatura.
Anche l’estrazione con solvente trae sostanziale beneficio dalla trasformazione preliminare del terreno, sedimento o rifiuto finemente suddiviso o fangoso in materiale solido granulare. Infatti, la fissazione dell’acqua libera in acqua legata, ad opera della reazione tra il legante idraulico e il cemento, ha i vantaggi di aumentare sensibilmente la capacità estraente del solvente utilizzato e limitare la formazione di emulsione che possono presentare problemi nel corso del processo.
Al termine della seconda fase di processo il materiale granulare risulta decontaminato per quanto riguarda i principali contaminanti organici, mentre i contaminanti inorganici non volatili (piombo, rame, arsenico, …) continuano ad essere immobilizzati nella matrice cementizia, che mantiene inalterate le sue caratteristiche meccaniche e di durabilità.
Il processo già da tempo sviluppato è stato ulteriormente integrato e migliorato grazie a un bando della regione vinto da IN.T.EC.
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