Rimozione con ozono e carbone attivo di microinquinanti emergenti da acque destinate al consumo umano

The presence of Contaminant of Emerging Concern (CECs) in drinking water is a source of growing concern for potential negative effects on human health. Oxidation with ozone and adsorption on activated carbon are the two most promising processes for the removal of CECs among those usually present in the drinking water treatment plants (DWTPs). To evaluate the performance of the two processes, both individually and in combination, this thesis work involved: (i) the analysis of the data resulting from 6 monitoring campaigns of 116 CECs in a full-scale DWTP; (ii) a meta-analysis of the literature data related to adsorption isotherms for the 18 CECs identified as the most critical in the monitoring campaigns; (iii) the determination of adsorption isotherms on real matrices before and after ozonation. Monitoring campaigns confirmed that ozonation and adsorption on activated carbon ensure high CECs removals. The literature review showed that the operating conditions tested in most of the studies are unrealistic, while selecting only the studies conducted under realistic operating conditions it was possible to calibrate a predictive model on the adsorption capacity of the different CECs that has been validated with the lab-scale data. The isotherm experiments have shown that activated carbon has greater efficiency in removing CECs than ozonation, but the combination of the two processes allows to remove both poorly oxidizable compounds and poorly adsorbable ones. Furthermore, the effect of ozone on adsorption appears to be a function of the reactivity of ozone with each CEC. As for the natural organic matter, a competitive effect on the adsorption of CECs was observed. In addition, the removal of absorbance at 254 nm and fluorescence are good proxy variables of CECs removal. Finally, it was observed that the breakthrough time of a GAC filter is overestimated when calculated from the isotherms, while correctly providing the indication on the first compound reaching the breakthrough.

La presenza di microinquinanti emergenti (MIE) nelle acque potabili è fonte di crescente preoccupazione per i potenziali effetti negativi sulla salute umana. L’ossidazione con ozono e l’adsorbimento su carbone attivo sono i due processi più promettenti per la rimozione di MIE tra quelli solitamente presenti nelle filiere di potabilizzazione. Per valutare le prestazioni di entrambi i processi, sia singolarmente che in combinazione, il presente lavoro di tesi ha previsto: (i) l’analisi dei dati derivanti da 6 campagne di monitoraggio di 116 MIE in un impianto di potabilizzazione a piena scala; (ii) una metanalisi dei dati di letteratura riguardante le isoterme di adsorbimento per i 18 MIE identificati come più critici nelle campagne di monitoraggio; (iii) la determinazione di isoterme di adsorbimento su matrici reali pre e post-ozonizzazione. Le campagne di monitoraggio hanno confermato che ozonizzazione e adsorbimento su carbone attivo garantiscono elevate rimozioni dei MIE. L’analisi di letteratura ha evidenziato come le condizioni operative testate nella maggior parte degli studi siano poco realistiche, mentre selezionando i soli studi condotti in condizioni operative realistiche è stato possibile calibrare un modello previsionale della capacità di adsorbimento dei diversi MIE e validarlo con i dati di laboratorio. Gli esperimenti di isoterma hanno mostrato che il carbone attivo ha un’efficienza maggiore nella rimozione dei MIE rispetto all’ossidazione con ozono, ma che l’utilizzo combinato dei due processi permette di rimuovere sia i composti poco ossidabili sia i composti poco adsorbibili. Inoltre, l’effetto dell’ozono sull’adsorbimento risulta essere funzione della reattività con l’ozono di ciascun MIE. Per la sostanza organica si è osservato un effetto competitivo sull’adsorbimento dei MIE. Inoltre, la rimozione di assorbanza a 254 nm e fluorescenza sono buone proxy della rimozione dei MIE. Infine, si è osservato che il tempo di perforazione di un filtro GAC viene sovrastimato quando calcolato dai parametri di isoterma, pur fornendo correttamente l’indicazione del primo composto a perforare il letto.