Degradazione dei composti organici volatili gassosi (COV) mediante un nuovo UV

May 17, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 11112 (2022) Citare questo articolo

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In questo studio, è stato implementato un processo di ozonizzazione assistita da UV (UV/O3) per la degradazione delle emissioni di COV con una fase di lavaggio finale per valutare l'efficienza di rimozione del toluene e per prevenire il rilascio di intermedi inquinanti del processo a fase singola. La concentrazione di toluene in ingresso e la tensione applicata sono state variate al fine di indagare diverse condizioni operative. I risultati hanno evidenziato che a una maggiore concentrazione in ingresso l’abbattimento del toluene era inferiore, mentre l’aumento della concentrazione di ozono ha portato ad un aumento delle efficienze di degradazione. La fase aggiuntiva di lavaggio dell'acqua ha migliorato l'abbattimento di UV/O3 fino al 98,5%, grazie alla solubilizzazione dell'ozono e dei sottoprodotti nell'acqua di processo e, quindi, all'ulteriore ossidazione dei contaminanti all'interno di questa fase. Una capacità di eliminazione massima (ECmax) di 22,6 gm−3 h−1 è stata ottenuta con UV/O3 + Scrubbing. Il sistema combinato ha migliorato prestazioni e stabilità più elevate rispetto al processo autonomo (UV/O3), oltre a una maggiore sostenibilità economica e ambientale.

Le emissioni di composti organici volatili (COV) sono diventate una delle principali preoccupazioni ambientali a causa degli effetti negativi sulla salute e sull’ambiente1,2,3,4. L'esposizione prolungata dell'uomo alle emissioni di COV (ad esempio, sostanze aromatiche e aldeidi) può causare vari problemi di salute come disturbi digestivi, renali, cardiaci e nervosi se ingeriti, a contatto con la pelle o inalati5,6. Gli idrocarburi aromatici volatili, tra cui benzene, toluene, etilbenzene e xilene (BTEX), sono classificati come tossici, mutageni e cancerogeni7,8,9. Per queste caratteristiche i BTEX sono inclusi tra le sostanze a maggior rischio per la salute umana10,11.

Nell’atmosfera, la radiazione solare fa sì che i COV reagiscano con gli ossidi di azoto, provocando smog fotochimico e inquinamento7,12,13. Per la loro elevata volatilità, le emissioni di COV provenienti da diversi settori industriali sono responsabili anche del fastidio degli odori tra la popolazione esposta. Da allora, la gestione degli odori sta diventando una questione prioritaria per gli operatori industriali al fine di rispettare le normative ed evitare reclami da parte della popolazione residente14. L’industria petrolchimica, gli impianti che coinvolgono vernici, adesivi, produzione di solventi, operazioni di stampa, nonché gli impianti di trattamento dei rifiuti e delle acque reflue sono tra le principali fonti di emissioni antropiche di BTEX15,16,17,18.

Le normative più stringenti sull’inquinamento atmosferico e le maggiori aspettative della popolazione riguardo alla qualità dell’aria innescano la necessità di una gestione e di un trattamento efficaci di questi composti14,19. In quest'ottica, la comunità scientifica ha focalizzato l'attenzione sullo sviluppo di soluzioni innovative per il loro abbattimento20,21.

Le tecniche di abbattimento attualmente applicate per il trattamento delle emissioni di COV prevedono l'adsorbimento, l'assorbimento, la biofiltrazione e la combustione termica o catalitica con carbone attivo22,23,24. Gli svantaggi di queste soluzioni convenzionali includono il trasferimento dei contaminanti ad altre fasi, trattamenti biologici inefficienti a causa delle fluttuazioni del carico e la presenza di metaboliti secondari recalcitranti e tossici25,26,27. Per superare i limiti dei processi convenzionali, numerose ricerche si concentrano sui Processi di Ossidazione Avanzata (AOP) per l’abbattimento dei COV. Questi processi si basano sugli effetti dei radicali idrossilici, ossidanti altamente reattivi, in grado di degradare un'ampia gamma di composti organici22,28,29.

L’ozonizzazione supportata dall’irradiazione ultravioletta (UV/O3) è un metodo consolidato per degradare i COV recalcitranti e idrofobici30,31. L'ozono ha migliorato la capacità di degradazione del processo combinato non solo grazie al suo elevato potere ossidante, ma anche attraverso la formazione di forti ossidanti come radicali idrossilici e ossidi32.