Comparative Study of Removal of Organic Pollutant from Waste Water by Using Advance Oxidation Techniques

Ogni giorno, gli impianti di lavorazione alimentare generano vaste quantità di acque reflue, una miscela liquida ricca di materia organica come grassi, proteine e carboidrati. Questo effluente è spesso denso di solidi sospesi e trasporta un elevato carico di domanda chimica e biologica di ossigeno, il che significa che consuma ossigeno rapidamente e può soffocare la vita acquatica se rilasciato non trattato. Sebbene esistano metodi di pulizia tradizionali, questi spesso faticano a scomporre composti organici ostinati e complessi che resistono alla decomposizione naturale. Per risolvere questo problema, gli scienziati si rivolgono alle tecniche di ossidazione avanzata, una classe di trattamenti che si basa sulla creazione di specie altamente reattive, specificamente radicali ossidrilici, per attaccare e smantellare questi inquinanti finché non vengono ridotti a gas innocui e acqua. Tra questi metodi, la fotocatalisi e la foto-ozonizzazione sono emerse come strumenti promettenti, eppure ciascuna presenta i propri limiti: una può essere ostacolata dalla torbidità dell'acqua che blocca la luce, mentre l'altra richiede un'energia significativa per generare l'ozono necessario.

I ricercatori della MIT Academy of Engineering si sono posti l'obiettivo di confrontare direttamente questi due approcci, utilizzando acque reflue reali raccolte da un'industria vicino ad Alandi (D) Pune, in India. Il loro obiettivo non era solo vedere se i metodi funzionassero, ma determinare quale performasse meglio in condizioni specifiche e regolabili. Hanno testato l'acqua misurando quanta inquinamento organico rimaneva dopo il trattamento, tracciando le variazioni della domanda chimica e biologica di ossigeno. Il team ha variato sistematicamente quattro fattori chiave: la durata del trattamento, la quantità di materiale catalizzatore aggiunto, l'acidità o l'alcalinità dell'acqua e la velocità con cui la miscela veniva mescolata. Regolando queste leve, cercavano di trovare la combinazione precisa che massimizzasse la scomposizione degli inquinanti minimizzando al contempo rifiuti ed energia.

Lo studio ha rivelato che il tempo è un fattore critico per entrambi i metodi. Man mano che la durata del trattamento aumentava, la rimozione degli inquinanti organici migliorava costantemente. Ciò accadeva perché più a lungo l'acqua era esposta al trattamento, maggiori erano le opportunità per i radicali reattivi di collidere con le molecole contaminanti e distruggerle. Tuttavia, i ricercatori hanno scoperto che aggiungere semplicemente più materiale catalizzatore non produce sempre risultati migliori. Quando hanno aumentato la quantità di catalizzatore solido da un grammo a tre grammi, l'efficienza di pulizia è aumentata poiché sono diventati disponibili più siti attivi per guidare la reazione. Eppure, spingere la dose a quattro grammi ha causato un calo delle prestazioni. A questa concentrazione più elevata, l'acqua è diventata troppo torbida, impedendo alla luce di penetrare abbastanza in profondità da attivare il catalizzatore, rendendo di fatto cieco il processo.

Anche l'acidità dell'acqua ha giocato un ruolo decisivo. Gli esperimenti hanno dimostrato che un pH neutro di sei forniva l'ambiente più efficace per scomporre gli inquinanti. In condizioni più acide o basiche, la superficie del catalizzatore o la natura degli inquinanti cambiavano in modi che respingevano le necessarie interazioni chimiche, rallentando la pulizia. Allo stesso modo, la velocità di agitazione contava significativamente. L'agitazione della miscela a 700 giri al minuto ha ottimizzato il processo assicurando che il catalizzatore fosse distribuito uniformemente e che l'ozono gassoso si dissolvesse efficientemente nell'acqua. Agitare più velocemente di questa soglia non offriva alcun ulteriore beneficio e riduceva effettivamente l'efficienza, probabilmente a causa della perturbazione del delicato equilibrio della reazione.

Confrontando le due tecniche testa a testa, il metodo della foto-ozonizzazione ha costantemente superato la fotocatalisi. La combinazione di ozono e luce ha generato un impulso più potente di radicali ossidrilici, portando a un tasso di rimozione degli inquinanti più elevato. Attraverso la metodologia complessiva dello studio di confronto tra queste tecniche di ossidazione avanzata, i ricercatori hanno raggiunto un'efficienza del 90% con un approccio sostenibile. I ricercatori hanno utilizzato un software statistico per modellare questi risultati, creando equazioni che prevedevano accuratamente l'esito dei loro esperimenti in base alle variabili testate. Il modello ha confermato che la foto-ozonizzazione è il metodo superiore per questo specifico tipo di rifiuto industriale, offrendo una soluzione più robusta per scomporre i difficili composti organici presenti negli effluenti della lavorazione alimentare. Questo lavoro evidenzia che, sebbene l'ossidazione avanzata sia uno strumento potente, il suo successo dipende interamente dall'affinamento dei parametri operativi per adattarli alle caratteristiche uniche dell'acqua trattata.