Studio di processi di recupero dell'ammonio da acque reflue tramite adsorbimento: materiali e strategie innovative

Questo studio di tesi magistrale nasce dall’esigenza di contrastare il fenomeno dell’eutrofizzazione, accelerato dalla presenza di azoto ammoniacale (NH4+-N) nei fiumi e nei laghi. I processi biologici utilizzati per rimuovere l’ammonio dalle acque, ossidandolo a N2, sono ad alta intensità energetica e hanno difficoltà a raggiungere le concentrazioni di effluenti richieste inferiori a 1 mg∙L-1. Un obiettivo del recupero dell’ammonio è quello di trasformare questo nutriente in altri composti e fertilizzanti a partire da materiali di scarto, riducendo così significativamente la dipendenza dal processo Haber-Bosch per l'ottenimento di ammoniaca e urea, il quale utilizza ogni anno l’1-2 % della fornitura di energia mondiale. L’adsorbimento per scambio ionico è risultato un metodo interessante per la rimozione dell’ammonio dalle acque reflue a bassa concentrazione. Sono stati valutati diversi materiali adsorbenti tramite il confronto tra gli esperimenti riportati in letteratura, ovvero test in batch (isoterme), in continuo (breakthrough) e tramite la rielaborazione dei dati sperimentali con il modello cinetico di Thomas. Le zeoliti naturali e sintetiche, tra cui rispettivamente la Cabasite e la MesoLite, hanno mostrato le migliori proprietà come adsorbenti, ovvero buona capacità di adsorbimento ma soprattutto selettività, abbondanza, basso costo, resistenza a NaOH, resistenza meccanica e a compressione. La rigenerazione rappresenta un grande ostacolo per l’utilizzo del trattamento delle acque reflue a base di zeolite su vasta scala e in modo economicamente fattibile: alternative valide discusse sono lo stripping con membrana e la precipitazione tramite struvite. I possibili futuri candidati come materiali adsorbenti, sui quali si sta focalizzando la letteratura più recente, sono i materiali ceramici e in particolare i compositi di geopolimeri, che vantano proprietà di scambio ionico molto vicine a quelle delle zeoliti, data anche la somiglianza delle loro strutture.