Scorie di acciaio per una migliore rimozione del percolato di discarica in tre

Aug 10, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12751 (2023) Citare questo articolo

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In questo studio, per trattare il percolato di discarica è stato applicato un sistema di ossidazione elettrochimica tridimensionale, con scorie di acciaio come elettrodi particellari. Le caratteristiche degli elettrodi particellari sono state studiate mediante misurazioni al microscopio elettronico a scansione (SEM), spettroscopia di fluorescenza a raggi X (XRF) e diffrazione di raggi X (XRD). Si è riscontrato che le scorie di acciaio presentavano una superficie ruvida e irregolare e consistevano principalmente di SiO2 (quarzo), che indicava le migliorate capacità di assorbimento ed elettroconduzione. Successivamente, sono stati effettuati test comparativi di degradazione tra sistemi di ossidazione elettrochimica bidimensionali (2D) e tridimensionali (3D) e i risultati hanno indicato efficienze di rimozione del COD. Inoltre, l'NH4+-N del percolato di discarica nel sistema 3D è stato notevolmente migliorato rispetto a quello del sistema 2D. Inoltre, le condizioni operative sono state ottimizzate anche per una distanza interelettrodica di 1 cm, una densità di corrente di 20 mA·cm−2, un valore di pH iniziale di 4,4 e una concentrazione di scorie di acciaio di 0,30 g·mL−1, tutti fattori determinati per garantire un'eccellente discarica efficienza di rimozione del percolato. Inoltre, è stato proposto un possibile meccanismo di rimozione di questo sistema. L’introduzione di elettrodi di particelle di scorie di acciaio nel sistema di ossidazione elettrochimica tridimensionale ha implicato il concetto di “utilizzo dei rifiuti per trattare i rifiuti”, fornendo una soluzione praticabile per l’eliminazione degli inquinanti.

La produzione globale di rifiuti solidi urbani (RSU) sta aumentando insieme alla crescita della popolazione, all'aumento degli standard di vita e all'industrializzazione, raggiungendo un valore di 2,2 miliardi di tonnellate all'anno entro il 20501. L'interramento dei rifiuti solidi urbani nelle discariche causa un'elevata quantità di percolato di discarica (LFL) , generato quando le precipitazioni in eccesso si infiltrano attraverso molti strati della discarica2. Inoltre, l’LFL contiene elevati livelli di contaminanti organici, sali inorganici, metalli pesanti e ammoniaca3, che possono causare danni significativi all’intero sistema ecologico e alla salute umana4. Pertanto, al fine di prevenire la contaminazione delle risorse idriche, delle acque superficiali e sotterranee e dei suoli, sono necessari un’adeguata raccolta e trattamento di questi effluenti.

La maggior parte delle tecnologie biologiche e fisico-chimiche convenzionali attualmente implementate nelle strutture di gestione dei rifiuti solidi urbani non sono in grado di trattare efficacemente gli LFL, a causa dell’effetto inibitorio del sistema microbico causato da alcune sostanze tossiche, nonché dei costosi costi di investimento e manutenzione5,6. I processi di ossidazione avanzata (AOP) che possono produrre specie attive per ossidare gli inquinanti organici refrattari hanno attirato molta attenzione, grazie alle loro potenziali applicazioni nella rimozione delle acque reflue7,8,9,10,11,12. Tra questi metodi, i metodi elettrochimici sono emersi come alternative promettenti per la rimozione delle acque reflue, in particolare per LFL13,14,15,16. Nel corso degli ultimi due decenni, l’ossidazione elettrochimica (EO) ha fatto grandi progressi nel trattamento delle acque reflue, in particolare per l’abbattimento delle sostanze biorefrattarie17. In generale, l'EO presenta molti vantaggi, come l'assenza di produzione di fanghi, la scomposizione di composti molecolari più elevati per generare intermedi biodegradabili e la completa mineralizzazione delle sostanze organiche18. Inoltre, è stato osservato che questo processo è efficace per la decomposizione dell'ammonio, che è considerato l'inquinante più rigido (difficile da rimuovere) presente nell'LFL19.

Tra le tecnologie EO, l'ossidazione elettrochimica tridimensionale (3DEO), con l'introduzione di elettrodi particellari, porta ad un'area superficiale specifica più elevata e a una distanza più breve per il trasferimento di massa, risolvendo gli inconvenienti come la bassa efficienza di corrente e la limitazione del trasferimento di massa incontrati dalle tecnologie bidimensionali convenzionali. (2D) elettrolisi20,21,22. Considerando ciò, la selezione degli elettrodi particellari adeguati è un fattore critico per la progettazione e il funzionamento del sistema di ossidazione elettrochimica 3D. Secondo lo studio di Wang23, gli elettrodi particellari sono preparati principalmente come materiale carbonioso e metallico (compreso l'ossido di metallo) con elevata porosità ed elevata impedenza. Tuttavia, il loro sviluppo e la loro applicazione sono limitati poiché hanno processi complicati e materie prime costose.