Valutazione dell’applicabilità della tecnologia di desorbimento termico ad un caso reale: sperimentazione, modellizzazione computazionale e analisi di sostenibilità LCA

Abstract

Il mercurio è il metallo pesante riconosciuto tra i contaminanti più rischiosi nell'ambiente terrestre. Sebbene presente naturalmente in alcune formazioni minerali, la principale causa della sua diffusione ambientale è legata ad attività antropiche, le quali spesso comportano un rilascio eccessivo in atmosfera. Il rischio è associato all’estrema tossicità e alla facilità di assimilazione dagli organismi viventi, favorendone l'ingresso nella catena alimentare. La tendenza del mercurio a depositarsi e persistere nel suolo per mancanza di degradazione naturale rendono la sua rimozione una sfida significativa nei processi di ripristino dei terreni. Pertanto, è stato necessario adottare, nel corso degli anni, specifiche tecniche di bonifica mirate a ridurre o eliminare il metallo pesante dal terreno. In tale contesto, la tecnologia di desorbimento termico è utilizzata nel processo di bonifica poiché altamente efficace per la rimozione di mercurio nel suolo. Il seguente lavoro mira a validare la tecnologia di desorbimento termico in-situ (ISTD) per l’applicazione ad un caso reale di contaminazione da mercurio. Dopo aver inquadrato le caratteristiche generali del mercurio come contaminante e identificato i parametri caratteristici ed operativi del processo di desorbimento termico, l’attività si è focalizzata sull’analisi sperimentale del suolo contaminato. Nei laboratori di Eni è stata condotta un’approfondita caratterizzazione del terreno mediante analisi termogravimetriche, mineralogiche e termiche per la determinazione delle condizioni ottimali di rimozione del contaminante. Successivamente il focus si è spostato sulla modellizzazione del processo di desorbimento termico in-situ tramite software COMSOL Multiphysics®, correlando le analisi di laboratorio e simulando diversi scenari al fine di ottimizzare i parametri operativi. Infine, si è provveduto a svolgere un’analisi di sostenibilità del ciclo di vita (LCA) per valutare l’impatto ambientale del processo studiato.

Mercury is the heavy metal recognized today as one of the riskiest contaminants in the Earth's environment. Although naturally occurring in some mineral formations, the main cause of its environmental spread is related to anthropogenic activities, which often result in excessive release into the atmosphere. The risk is associated with its extreme toxicity and ease of assimilation by living organisms, favouring its entry into the food chain. The tendency of mercury to settle and persist in soils due to the lack of natural degradation processes make its removal a significant challenge in soil restoration processes. Because of this persistence, it has become necessary over the years to adopt specific remediation techniques aimed at reducing or removing the heavy metal from the soil. In this context, thermal desorption technology is used in the remediation process as it is highly effective in removing excess mercury content in the soil. The following thesis aims to validate in-situ thermal desorption (ISTD) technology for application to a real case of mercury contamination. After framing the general characteristics of mercury as a contaminant and identifying the characteristic and operational parameters of the thermal desorption process, the activities focused on the experimental analysis of the contaminated soil. Specifically, a thorough characterization of the soil was conducted in Eni's laboratories using thermogravimetric, mineralogical, and thermal analyses to determine the optimal conditions for contaminant removal. Subsequently, the focus shifted to modelling the in-situ thermal desorption process using COMSOL Multiphysics® software, correlating laboratory analyses and simulating different scenarios in order to optimize operational parameters. Finally, a life-cycle sustainability analysis (LCA) was carried out to assess the environmental impact of this process.