Adsorbimento su carbone attivo della nom come precursore di formazione dei sottoprodotti di disinfezione

The presence of Natural Organic Matter (NOM) in drinking water represents one of the main challenges in water treatment processes. NOM can react with commonly used chemical disinfectants, promoting the formation of disinfection by-products (DBPs), which may pose potential risks to human health. Among the most relevant DBPs are trihalomethanes (THMs) and inorganic by-products resulting from the use of chlorine dioxide, such as chlorite and chlorate. This thesis aims to evaluate the effectiveness of activated carbon (AC) as a pretreatment for NOM removal and the consequent reduction in DBP formation. To this end, different types of activated carbon were tested using adsorption isotherms to assess their NOM removal capacity. The quantification of NOM was performed through absorbance and fluorescence spectroscopic analyses. In parallel, the potential formation of THMs and inorganic by-products was evaluated using standardized methodologies, with particular attention to correlations between NOM spectral indices and DBP formation. The obtained results highlight that NOM removal through activated carbon leads to a significant reduction in trihalomethane formation. However, its effectiveness in limiting chlorite and chlorate formation appears less pronounced and is primarily influenced by chlorine dioxide. Among the tested activated carbons, macroporous carbon exhibited the best performance in terms of NOM adsorption capacity and THM formation reduction. Conversely, mesoporous activated carbon proved to be the most effective in reducing the potential for chlorite and chlorate formation (DBPFP). Lastly, the performance of an innovative cellulose-based adsorbent material was evaluated. While it demonstrated good NOM removal capacity, further optimization is required to minimize the release of organic matter associated with synthesis reagents.

La presenza di sostanza organica naturale (Natural Organic Matter, NOM) nelle acque potabili rappresenta una delle principali sfide nei processi di trattamento. La NOM, infatti, può reagire con i disinfettanti chimici comunemente utilizzati, favorendo la formazione di sottoprodotti della disinfezione (Disinfection By-Products, DBPs), potenzialmente nocivi per la salute umana. Tra i DBPs più rilevanti si annoverano i trialometani (THM) e i sottoprodotti inorganici derivanti dall'uso del biossido di cloro, come il clorito e il clorato. Questo lavoro di tesi si propone di valutare l'efficacia del carbone attivo (AC) come pretrattamento per la rimozione della NOM e la conseguente riduzione della formazione di DBPs. A tal fine, mediante isoterme di adsorbimento, sono state testate differenti tipologie di carbone attivo per valutarne la capacità di rimuovere la NOM. La quantificazione della NOM è stata effettuata attraverso analisi spettroscopiche di assorbanza e fluorescenza. Parallelamente, è stato valutato il potenziale di formazione di THM e di sottoprodotti inorganici mediante metodologie standardizzate, con particolare attenzione alle correlazioni tra gli indici spettrali della NOM e la formazione di DBPs. I risultati ottenuti evidenziano che la rimozione della NOM tramite carbone attivo determina una significativa riduzione della formazione di trialometani. Tuttavia, l'efficacia nel limitare la formazione di clorito e clorato risulta meno marcata e influenzata particolarmente dal biossido di cloro. Tra i carboni attivi testati, il carbone macroporoso ha mostrato le migliori prestazioni in termini di capacità di adsorbimento della NOM e di riduzione della formazione di THM. Il carbone attivo mesoporoso, invece, si è rivelato il più efficace nella riduzione del potenziale di formazione di clorito e clorato (DBPFP). Infine, è stata valutata l'efficacia di un innovativo materiale adsorbente a base di cellulosa che, pur dimostrando buone capacità di rimozione della NOM, richiede ulteriori ottimizzazioni per limitare il rilascio di sostanza organica associata ai reattivi di sintesi.