L’arte della decontaminazione

Radioactive cleansing: Mission (not so) impossible
Storia e foto
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L'acqua presso il deposito di fosfogesso siciliano era così contaminata che nessuno sapeva come purificarla - fino a quando Ulrich Bäuerle progettò il suo depuratore.

Sarebbe bastato uno sguardo rapido all'analisi chimica dell'acqua del deposito di fosfogesso di Gela, Sicilia, per spaventare la maggior parte dei tecnici d'acqua. Quest'acqua contaminata aveva un'elevata salinità ed elevate concentrazioni di diversi metalli, acido fosforico, floruri ed elementi radioattivi.

Ma Ulrich Bäuerle non fece una piega. Vide una sfida ed un'opportunità. La sua società, Clear Water Technologies (CWT) di Grafenrheinfeld, vicino a Francoforte, Germania, è specializzata nella depurazione "difficile" dell'acqua.

"E' necessario capirne la chimica", afferma Ulrich Bäuerle. "La maggior parte delle persone avrebbe detto che quell'acqua era impossibile da depurare, ma con il nostro partner Servizi Tecnologici per l'Ecologia Srl Uninominale (STE), abbiamo utilizzato la nostra esperienza, provando diverse soluzioni fino a quando non ci siamo riusciti."

FOTO: Carmelo Curvà passeggia lungo l'impianto di Gela, Sicilia, che depura acqua altamente contaminata e radioattiva proveniente dalla produzione di acido fosforico per l'industria dei fertilizzanti.

 


“La maggior parte delle persone avrebbe guardato l’acqua e affermato che non si sarebbe mai riusciti a depurarla, ma noi ed il nostro partner STE abbiamo provato e riprovato fino a quando non abbiamo trovato la soluzione giusta.”

Ulrich Bäuerle, Clear Water Technologies

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Utilizzato nella produzione di acido fosforico per scopi fertilizzanti (vedi scheda "Fosfato: per il nostro cibo"), il fosfato contiene elementi radioattivi, come molte altre rocce naturali. Il fosfogesso è un sottoprodotto della produzione di acido fosforico. Il suo deposito con il tempo contamina l'acqua piovana accumulatasi, sostiene Ulrich Bäuerle.

L'impianto per la produzione di acido fosforico in esame è stato in funzione dalla seconda metà del ventesimo secolo ed è stato chiuso negli anni '90 per motivi industriali e di mercato. I problemi dovuti al deposito di fosfogesso in Sicilia sono invece rimasti.

Questo problema è molto comune. Ci sono siti che lavorano la roccia fosfatica per produrre fertilizzanti in tutti i continenti. Secono uno studio del 2012 di Greenpeace il problema è in rapida crescita, e l'aumento della richiesta di lavorazione di fosfati per la crescente richiesta di fertilizzanti ha peggiorato la qualità della roccia. Si stima che ogni anno vengano prodotti 110 milioni di tonnellate di fosfogesso.

FOTO: L'impianto depuratore CWT/STE è in grado di depurare l'acqua contaminata fino al 99,9%, eliminando i metalli pesanti e gli isotopi dell'uranio, piombo, polonio, radio e potassio, così come specificato dall'International Atomic Energy Agency.


 

Il percolato solitamente contiene metalli pesanti e isotopi radioattivi di uranio, piombo, polonio, radio e potassio, che emettono radiazioni alpha, beta e gamma.

Un problema in forte crescita
L’inquinamento a Gela è un problema talmente importante che è stato oggetto di verifica dell'International Atomic Energy Agency (IAEA), che ha dichiarato esserci circa 15 milioni di tonnellate di materiale inquinante nel deposito di fosfogesso di 55 ettari e 20 metri di profondità. Nonostante i muri di sostegno profondi, vi è comunque il rischio che delle radiazioni possano arrivare fino alle acque di falda. Per questo motivo l’acqua di superficie è pompata in due laghi artificiali enormi vicino al sito.

Nel 2010, l’IAEA ha cercato di determinare con ogni mezzo possibile quale fosse il reale rischio del sito e ha cercato di capire come gestire la radioattività presente nel deposito di fosfogesso. Il percolato solitamente contiene metalli pesanti e isotopi radioattivi di uranio, piombo, polonio, radio e potassio, che emettono radiazioni alpha, beta e gamma.

La maggior parte degli ingegneri hanno rinunciato per questi motivi, ma non Ulrich Bäuerle. Ha voluto costruire un impianto pilota dimostrando la propria soluzione di depurazione ad una commissione di esperti, ed ogni fase del processo è stato esaminato da due laboratori indipendenti.

Presso l'impianto gestito da STE, i partner italiani di CWT, la prima fase - progettata da Ulrich Bäuerle e implementata da STE riguarda il pre-trattamento chimico. La seconda fase, implementata da CWT per STE, effettua un trattamento fisico dell’acqua rimanente.

“Il pre-trattamento rimuove il grosso dei sali, dei metalli pesanti, delle sostanze fosforose e del floruro” spiega Ulrich Bäuerle, “mentre la seconda fase rimuove il resto dei sali disciolti e delle altre sostanze solubili.”

 

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Un aumento massiccio di alghe
Il pre-trattamento include processi chimici per la trasformazione degli inquinanti disciolti in particelle solide. Questi possono essere separati dall'acqua utilizzando tessuti filtranti in una grossa filtropressa. Siccome la contaminazione biologica può creare problemi nelle fasi successive, il trattamento chimico deve essere fatto in funzione della quantità di alghe e batteri presenti nei bacini-contenitori.

"Ciò che emerge dal pre-trattamento è un fango bianco in pannelli solidi, che può diventare leggermente verde se ci sono molte alghe," afferma Ulrich Bäuerle. "Il pre-trattamento rimuove la maggior parte dei componenti problematici che non permetterebbero al trattamento a membrana della seconda fase di funzionare bene. Ciò che ne esce è acqua trasparente, ma con tutti i sali solubili e parzialmente radioattivi ancora presenti."

Il fango solido è riportato al deposito.

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Come funziona
Nel frattempo, l'acqua continua verso l'impianto depuratore, che è racchiuso dentro un paio di grandi contenitori. Questa è una caratteristica offerta da CWT: gli impianti sono assemblati a Grafenrheinfeld in grandi contenitori per il trasporto e possono essere trasportati ed installati velocemente ovunque. Nel caso di Gela, l'installazione dei contenitori isolati e climatizzati è stata fatta in poco più di sei settimane.

La maggior parte di ciò che accade all'interno del depuratore è riservato, ma Ulrich Bäuerle ci spiega il funzionamento base (vedi figura).

Il primo filtro nel contenitore è una membrana porosa - un filtro fisico così fine che è in grado di rimuovere sia i solidi sospesi che i batteri ed i virus. L'acqua poi subisce l'osmosi inversa (RO), nella quale è forzata attraverso tre fasi a membrana. In ogni fase, la concentrazione di inquinanti e di sostanze chimiche sono inviate ad una fase precedente così che possano essere trattati. Ulrich Bäuerle monitora il funzionamento dell'impianto dal proprio ufficio in Germania utilizzando un'interfaccia web di controllo. Può così offrire i propri suggerimenti all'ingegnere che si trova sul posto.

FOTO: Acqua radioattiva in ingresso - acqua pulita in uscita. Qui accanto, l'impianto depuratore CWT.

Rimozione del 99,9 percento
Alla fine del processo saranno stati rimossi tutti i solidi sospesi ed il 99,9 percento dei sali presenti. L'acqua di superficie da 13,000 kg/ora diventerà acqua pura da 10,000 kg/ora, 2,500 kg/ora di concentrato-RO e circa 710 kg/ora di fango pressato. Il concentrato ritorna al deposito, grazie alla nuova tecnologia brevettata fornita dalla società tedesca IEG Technologie GmbH che evita un corto circuito per l'acqua e garantisce anche la distribuzione del concentrato attraverso la massa di gesso.

L'acqua a questo punto è abbastanza pulita da essere a norma con i limiti dei valori di scarico definiti dalle autorità per l'ambiente e viene rilasciata in un torrente vicino.

Un solo impianto depuratore non era però sufficiente. Ora infatti ci sono due impianti depuratori identici in funzione 24 ore al giorno, sette giorni su sette, con una capacità idrica pari a 600 metri cubici/giorno.

Questa è stata una sfida per CWT. Anche se la società è abituata a gestire acque difficili, questo era un passo in più mai provato da nessuno prima.

"Ci sono all'incirca altri 20 siti nel mondo con gli stessi problemi," aggiunge Ulrich Bäuerle, "e fino ad oggi, nessuno è mai riuscito a gestirli. Ora desideriamo portare la nostra soluzione altrove, utilizzando questa esperienza in altri siti con situazioni difficili."

 

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“Ci sono circa 20 altri luoghi nel mondo che hanno lo stesso problema. Fino ad oggi, nessuno sapeva come fare per gestirli.”

Ulrich Bäuerle, Clear Water Technologies

FOTO: Le unità di ultrafiltrazione all'interno del contenitore presso l'impianto CWT/STE di Gela, Sicilia.

Articolo di Michael Lawton
Foto di Maurizio Camagna
Illustrazione di Valja Infodesign

Fosfato: Il bisogno di sfamare
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FOTO: Il deposito di fosfogesso in Sicilia è stato coperto da un multistrato impermeabile per isolare totalmente il contenuto dall'ambiente.

Abbiamo bisogno di fosfato per riuscire a sfamare la popolazione mondiale, in continua crescita. "L'unico modo per averlo è scavando ," dice Brian Birky, Direttore Esecutivo provvisorio del Florida Industrial and Phosphate Research Institute. L'istituto è uno dei centri più competenti per quanto riguarda il fosfato.


“Abbiamo bisogno di fosfato per poter fornire il cibo necessario per la popolazione mondiale. E le attività di estrazione mineraria rappresentano l’unico modo per ottenerlo.”

Brian Birky, Florida Industrial and Phosphate Research Institute.

Una volta la Florida produceva un quarto di tutto il fertilizzante fosfatico del mondo. Le attività minerarie in quella zona iniziarono circa un secolo fa. “Possedevano solo picconi e muli,” afferma Brian Birky, “riuscendo a raggiungere solo i depositi di alta qualità.” Ora la qualità del minerale è di qualità più bassa e la Florida è rimasta indietro rispetto ad altre zone minerarie come il Marocco.

“E’ stata fatta molta ricerca per scoprire quali siano i livelli di sicurezza ammissibili in termini di impatto ambientale e di salute pubblica,” afferma. I livelli di contaminazione variano di molto da sito a sito in tutto il mondo.

“Qui in Florida,” sostiene Brian Birky, “ci troviamo all’interno del terzo quartile per l’uranio, ma nel quartile più basso per il cadmio.” Ora il fosfato viene estratto e trattato con una maggiore consapevolezza del rischio di contaminazione. Brian Birky ammette che non vi è modo di evitare l’inquinamento. “E’ necessario che le best practice vengano riadattate in modo da abbassare il più possibile i livelli, ed i livelli che abbiamo sono livelli con cui possiamo vivere bene,” afferma.

Gamma completa Grundfos

Il processo depurativo della Clear Water Technologies (CWT) richiede 26 diverse pompe multistadio e ad aspirazione assiale in acciaio inox diverse, e anche 10 pompe dosatrici digitali per i 10 punti di iniezione per sostanze chimiche. Ulrich Bäuerle, Direttore della CWT, sostiene di aver scelto Grundfos come unico fornitore perchè sapeva che le pompe avrebbero funzionato in modo efficiente e continuamente. Era inoltre molto contento del servizio post-vendita.

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"Per il secondo impianto, il lead time è stato ridotto da 16 a 12 settimane," afferma. "Sedici settimane era già un tempo ridotto, ma Grundfos lo fece in 12. L'ultima pompa venne consegnata al sito dove è stata installata direttamente nel contenitore."

Tipologie di pompe Grundfos fornite a CWT::
CRNE 32-2
CRNE 15-14
CRNE 15-03
CRN 45-1-1
CRN 15-02
DDI 60-10 AR
DDI 20-3 AR
DDI 0.4-10 AR
NBE 80-200/196
NBE 80-160/161
NB 40-250/260

FOTO: Una delle pompe dosatrici digitali dentro un contenitore di depurazione CWT a Gela, Sicilia.






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