Trattamento delle acque reflue e degli effluenti nell’industria del trattamento delle superfici metalliche

Il trattamento delle superfici metalliche

L’attività di industria dedicata al trattamento delle superfici metalliche consiste nel rivestire superfici metalliche o plastiche mediante diverse tecniche, con l’obiettivo di aumentare le loro qualità, come proteggere le superfici contro la corrosione e l’usura, variare la loro conducibilità elettrica, ecc.

Sebbene la gamma di trattamenti applicati e di rivestimenti possibili sia ampia, uno dei più comuni è la galvanoplastica. Questo è un processo basato sull’elettrodeposizione in cui la superficie da trattare viene rivestita con uno strato di diverse decine di micron di un metallo che conferisce caratteristiche desiderate. Così avvengono processi come la cromatura, la nichelatura, la zincatura, la ramatura, la cadmiatura, la stagnatura, ecc.

La procedura consiste nell’immersione della superficie da trattare in un bagno elettrolitico, in modo che gli ioni metallici presenti nella soluzione si riducano sulla superficie da rivestire.

Sebbene si possano realizzare rivestimenti con molti metalli diversi, i più usuali sono zinco, oro, nichel, rame e cromo, oltre all’anodizzazione, che si basa sulla conversione della superficie metallica in un rivestimento di ossido insolubile, essendo l’alluminio il materiale anodizzato più comunemente utilizzato.

Queste attività o trattamenti possono essere raggruppati in due grandi blocchi:

1. Processi di pulizia e preparazione delle superfici (sgrassaggio, decapaggio, …)
2. Rivestimenti metallici e ottenimento di finiture superficiali (elettrodeposizione, anodizzazione, immersione, …)

Durante questi processi di trattamento si generano grandi quantità di acque reflue o effluenti di diversa composizione, a seconda del trattamento a cui sono state sottoposte le superfici metalliche.

Si producono due tipi di effluenti liquidi molto differenti:

a) effluenti con elevate cariche inquinanti e volume relativamente basso: è il caso dei bagni di processo saturi.
b) effluenti con bassa carica inquinante ma prodotti in grande volume: generalmente nelle operazioni di lavaggio.

La composizione degli effluenti prodotti nel settore del trattamento delle superfici metalliche, così come gli obiettivi e le necessità ambientali dell’azienda, determineranno le tecnologie di trattamento delle acque reflue e degli effluenti più adeguate per il loro trattamento.

Trattamenti

La natura del carico inquinante che incorporano tali effluenti liquidi è solitamente: COD, oli e grassi, tensioattivi, metalli, alcalinità, acidità, cianuro e sali, tra altre specie presenti in minore proporzione.

Data la complessità del trattamento di questi effluenti, possono essere considerate due alternative di trattamento:

Tecniche di separazione e decontaminazione

Hanno come obiettivo eliminare la tossicità e l’inquinamento dell’effluente affinché possa essere scaricato nel sistema pubblico di fognatura o in corso d’acqua naturale, rispettando i limiti di scarico come:

• Scambio ionico
• Elettrolisi selettiva
• Elettrocoagulazione
• Neutralizzazione e successiva precipitazione
• Tecnologie a membrana: microfiltrazione, ultrafiltrazione e osmosi inversa

Tecniche di concentrazione

Le tecniche di concentrazione come lo scarico zero, il riutilizzo dell’acqua, l’ottenimento di sottoprodotti hanno come obiettivo dividere l’effluente in due correnti, una di acqua adatta al riutilizzo nel processo, e un’altra di un residuo molto concentrato, pronto per essere gestito esternamente.

Le principali tecnologie sono:

• Evaporazione a vuoto
• Cristallizzazione
• Tecnologie a membrana (principalmente osmosi inversa)
• Scambio ionico

Gli effluenti prodotti nei diversi processi hanno caratteristiche molto diverse. In base a queste caratteristiche, di solito esiste una tecnica più efficiente e specifica per ogni caso.

Ad esempio, per l’effluente prodotto nell’operazione di sgrassaggio dei pezzi da rivestire, le migliori tecniche applicabili sono l’evaporazione a vuoto (con un periodo di ritorno dell’investimento di 4,5 anni) e l’elettrocoagulazione (con un periodo di ritorno dell’investimento di 10 anni); nel processo di rame cianurato si genera un effluente in cui la migliore tecnica di trattamento è anch’essa l’evaporazione a vuoto e nel processo di rivestimento con la lega di zinco e nichel si genera un effluente in cui il trattamento più efficiente ed economico è un’ossidazione anodica e un’elettrolisi (con un periodo di ritorno dell’investimento di 7 anni).

Pertanto, per ogni effluente, in base alle sue caratteristiche e specificità, la tecnologia di trattamento ottimale può variare.

Tecnologie

Di seguito, una breve panoramica di alcune delle tecnologie più rilevanti nel trattamento delle acque reflue e degli effluenti nell’industria metallurgica:

Evaporazione a vuoto

È ideale per l’ottenimento di uno scarico zero e può essere applicata in modo indipendente o in combinazione con tecnologie a membrana.

I sistemi di evaporazione permettono, tra le altre applicazioni, di concentrare le acque di risciacquo di un lavaggio statico rendendo possibile, da un lato, il recupero del trascinamento in modo “concentrato” e, dall’altro, ottenere un 95% di acqua che può essere riutilizzata nelle operazioni di risciacquo.

Se non fosse per questo sistema, l’utilizzo dei risciacqui statici come recuperi sarebbe molto limitato, rendendo necessario il loro svuotamento periodico e il conseguente trattamento dello scarico.

Si impiega per una vasta gamma di effluenti, come nel caso di quelli generati nei processi di sgrassaggio o di rivestimento con rame cianurato, ed è la soluzione ottimale. Inoltre, è l’unica tecnica efficiente e praticabile quando tutti gli effluenti sono miscelati o si può disporre di una sola tecnologia di trattamento per tutto l’effluente prodotto.

Si tratta dell’unica tecnologia sempre efficiente e, nella maggior parte dei casi, la più economica – con un periodo di ritorno dell’investimento minore – è l’evaporazione a vuoto.

Inoltre, quando gli effluenti liquidi non sono segregati, è l’unica tecnica praticabile. Lo stesso accade quando la produzione dei diversi effluenti è discontinua nel tempo (produzione a intermittenza in base alla domanda); in questi casi l’azienda di solito non può disporre di un ampio ventaglio di tecniche specifiche, che comportano un certo investimento economico.

Cristallizzazione e precipitazione

Si applicano per l’ottenimento di uno scarico zero (trattamento del rifiuto dell’evaporatore), per recuperare materie valorizzabili e per rigenerare soluzioni di processo, mediante l’eliminazione di impurità. È applicabile a qualsiasi bagno che presenti un tipo di contaminazione da sale con un metallo, purché i sali contaminanti presentino una solubilità limitata.

Elettrodialisi

È un sistema di filtrazione con un costo operativo ridotto, che permette di recuperare tra l’80% e il 90% dei sali. Può essere applicato per il recupero di materie prime dai bagni di processo e per la rigenerazione di bagni di lavoro privi di ioni.

Osmosi inversa

Produce un’acqua che può essere reimmessa in circuito chiuso nel processo di risciacquo e, dall’altro lato, un concentrato di sali di nichel che può essere reimmesso nei bagni di processo (90%-97%).

In questo modo si ottiene un risparmio di sali di nichel e di altri componenti del bagno, così come dell’acqua di risciacquo. Può essere applicata ad altri processi come la doratura, la ramatura, l’argentatura, la zincatura, ecc.

Si applica anche per la rigenerazione dell’acqua di risciacquo. In base alla portata del rifiuto, con il sistema di osmosi inversa si può ottenere un’acqua con conducibilità tra 100-500 μS/cm. La tecnica è applicabile sull’acqua diluita della maggior parte dei processi, ad eccezione dei bagni molto ossidanti.

Resine a scambio ionico

Permettono l’eliminazione di contaminanti metallici e la rigenerazione dell’acqua di risciacquo, poiché restituiscono grandi quantità di acqua di elevata qualità per il basso contenuto di ioni. Il sistema restituisce l’acqua alla vasca di risciacquo poiché l’impianto è progettato per funzionare in circuito chiuso.

I risciacqui ricircolati con resine a scambio ionico, a seconda dell’operazione a cui sono destinati, possono lavorare a lungo tempo, con conducibilità inferiori a 50 μS/cm, e persino sotto i 5 μS/cm se si tratta di risciacqui finali.

Pertanto, le principali sfide ambientali da superare per l’industria del trattamento delle superfici sono l’elevato consumo di acqua e la generazione di grandi volumi di effluenti liquidi.

Sebbene questi, in base alle loro caratteristiche, abbiano una tecnologia di trattamento associata come la più raccomandabile, non è sempre possibile segregare tutti gli effluenti e trattarli singolarmente con la tecnologia ottimale.