Introduzione
Questo documento è indirizzato al settore industriale delle concerie e ha lo scopo di illustrare al meglio quali sono i processi che portano alla formazione dell’idrogeno solforato, come prevenire la diffusione dello stesso nell’ambiente di lavoro e quale è la tecnologia di depurazione più idonea al trattamento di questo composto.
Nelle concerie vi sono infatti una serie di processi di lavorazione a seguito dei quali si ha la formazione di idrogeno solforato ( H2S ).
Questo gas si sviluppa ogni qualvolta i solfuri, contenuti nel derma delle pelli in lavorazione e nel bagno dei bottali, entrano in contatto con acidi o soluzioni acide (generalmente acido solforico e formico).
Le principali lavorazione che portano alla formazione di idrogeno solforato sono:
- decalcinazione / macerazione
- pickel
Idrogeno solforato ed effetti sulla salute umana
L'idrogeno solforato ( o acido solfidrico ) è un idracido debole, gas incolore a temperatura ambiente, contraddistinto da un caratteristico odore di uova marce; la sua formula chimica è H2S.
L'acido solfidrico è estremamente velenoso. Una prolungata esposizione può essere mortale.
L’idrogeno solforato viene assorbito pressoché esclusivamente attraverso l’apparato respiratorio per inalazione, gli effetti lesivi variano notevolmente secondo le concentrazioni e le condizioni di esposizione.
Già a basse concentrazioni l’H2S è irritante e provoca prurito, bruciore e lacrimazione agli occhi.
L’idrogeno solforato in relazione alle varie concentrazioni di esposizione, ha anche un effetto specifico a carico del sistema nervoso centrale che si manifesta con cefalea, vertigini, eretismo psichico, tremore, astenia, convulsioni, perdita di coscienza, arresto respiratorio e coma.
Descrizione delle fasi di lavorazione di decalcinazione, macerazione e pickel
Il Pickel è una fase del processo conciario, lo scopo del pickel è :
- rendere la pelle idonea per la concia
- completare l’eliminazione degli agenti alcalinizzanti (calce)
- può essere un sistema di conservazione (pickel conservativo)
Gli agenti chimici utilizzati durante questa fase sono:
- acqua (20°C circa)
- acidi organici ed inorganici(acido formico, acido solforico)
- sali neutri (cloruro di sodio, solfato di sodio)
- prodotti antimuffa
- sali mascheranti (formiato di sodio, acetato di sodio)
- agenti sbiancanti (clorito di sodio, ipoclorito di sodio)
Questa fase di lavorazione avviene dentro al bottale.
Nella fase di decalcinazione / macerazione e pickel si hanno notevoli emissioni di H2S e all’interno del bottale si raggiungono concentrazioni superiori a 1000 mg/m3 , in grado di creare gravi danni (anche letali) in caso d’inalazione.
La quantità di gas che si libera all’interno del bottale, dipende principalmente da alcune variabili:
- lo spessore della pelle, maggiore è la sezione, maggiore è la quantità di solfuro trattenuto all’interno della pelle
- la quantità di solfuro impiegato nella fase di calcinazione
- lavaggio della pelle dopo l’operazione di scarnatura
- procedure di lavoro, come ad esempio lavaggio della pelle dopo l’operazione di scarnatura.
All’interno del bottale il gas non si sviluppa in modo immediato ma segue un aumento progressivo nel tempo.
Per la prevenzione di questo rilevante pericolo è necessario che tutti i bottali dedicati alle operazioni conciarie di decalcinazione / macerazione e pickel (che comportano sviluppo di H2S) siano collegati ad impianti di aspirazione e abbattimento, la tipologia più indicata di depuratore è lo scrubber.
Determinazione della portata d’aria e scelta dell’impianto di depurazione
I bottali, una volta caricati, ruotano su un perno e il movimento muove e rivolta continuamente le pelli al loro interno in modo da tenerle il più possibile a contatto con il bagno.
Durante questa fase il bottale è chiuso ma l’aria al suo interno deve comunque essere sempre aspirata.
L’aria viene estratta direttamente dai bottali, normalmente la connessione di aspirazione sui bottali è sui perni sopra i quali il bottale stesso ruota, da un lato del bottale vi è la presa aspirante, dall’altro lato vi è l’ingresso dei reagenti e/o la ripresa dell’aria aspirata.
La portata d’aria da aspirare dal bottale viene calcolata considerando di garantire 10 ricambi/ora del volume libero del bottale, il volume libero si considera essere tra il 50 e il 60% del volume totale interno del bottale stesso.
Su ciascun bottale sarà inoltre installato un sensore di flusso che permetterà agli operatori di avere la certezza che l’aspirazione stia avvenendo.
La portata d’aria destinata allo scrubber sarà la somma delle portate d’aria di tutti i bottali collegati alla linea di aspirazione.
Caratteristiche della linea di aspirazione
Una volta stabilita la portata d’aria da aspirare dovrà essere costruita e installata la linea di aspirazione.
La linea di aspirazione dovrà essere costruita in materiale costruttivo adatto all’aspirazione di sostanze acide e, considerando la potenziale pericolosità delle sostanze inquinanti al suo interno, dovrà anche avere caratteristiche di robustezza tali da minimizzare qualsiasi rischio di rottura e fuoriuscita di gas.
Il materiale costruttivo più indicato è quindi l’acciaio inossidabile (AISI304 / AISI316), è possibile comunque valutare anche l’utilizzo di materiali plastici che, a fronte di una maggiore fragilità meccanica rispetto all’acciaio, offrono comunque buone caratteristiche di resistenza agli attacchi acidi.
Il dimensionamento della linea di aspirazione dovrà essere effettuato in modo da avere una velocità dei gas al suo interno sufficientemente alta da minimizzare la formazione di depositi sul fondo della tubazione ma non eccessivamente alta da aumentare eccessivamente le perdite di carico del circuito.
Anche nei dettagli costruttivi, la tubazione dovrà essere costruita in maniera tale che, nell’eventualità di formazione di depositi, non si presentino fenomeni di gocciolamento o perdite verso l’esterno.
All’interno della tubazione sarà installata una sonda di analisi di idrogeno solforato, tale sonda permetterà di capire che livello di concentrazione di inquinante sarà presente nei gas aspirati e di conseguenza se sarà possibile aprire il bottale senza rischi per gli operatori.
Scrubber, descrizione del funzionamento e delle apparecchiature
Il depuratore a umido o scrubber rappresenta il più antico e semplice sistema di depurazione di un flusso aeriforme inquinato.
Il principio di funzionamento consiste nel convogliare l’aria inquinata dentro una camera all’interno della quale viene realizzato attraverso opportune e svariate tecnologie, un intimo contatto tra l’aria stessa e una certa quantità di acqua, in modo tale da ottenere un trasferimento degli inquinanti dall’aria all’acqua, fino a consentire lo scarico diretto in atmosfera con concentrazione di inquinanti entro i limiti consentiti dell’aria trattata.
A livello costruttivo un sistema scrubber è composto principalmente da una colonna verticale di forma cilindrica.
All’interno della colonna sono posizionati dei corpi di riempimento, oggetti aventi dimensioni nell’ordine di 25 / 75 mm con una forma geometrica appositamente studiata per poter offrire un elevata superficie di contatto per unità di volume ( m2/m3 ), i corpi di riempimento sono accumulati alla rinfusa e presentano nel loro complesso un considerevole volume.
Alla base della torre, connessa con la stessa, c’è una vasca di accumulo acqua utilizzata come liquido di lavaggio.
L’aria da depurare viene immessa nella colonna scrubber e la attraversa dal basso verso l’alto, passando attraverso gli interstizi del riempimento.
Allo stesso tempo una pompa preleva l’acqua dalla vasca di accumulo e la spinge in testa alla colonna scrubber, l’acqua attraversa la colonna e il riempimento dall’alto verso il basso.
Sul riempimento gas e acqua si incrociano e in virtù della alta superficie specifica del riempimento entrano in stretto contatto innescando un fenomeno di trasferimento di inquinante dalla fase gas alla fase liquida.
Il gas esce dalla testa della colonna scrubber depurato e l’acqua ritorna sul fondo della colonna con all’interno l’inquinante.
Nel caso specifico dell’idrogeno solforato, l’acqua. per poter assorbire al meglio l’inquinante, dovrà avere un pH sbilanciato nella fase basica.
Durante la fase di assorbimento si avrà una costante variazione del pH che dovrà essere contrastata tramite una continua aggiunta di reagenti correttivi.
Tale operazione avviene automaticamente tramite un misuratore di pH e un pompa di dosaggio reagente.
Durante il funzionamento si avrà la formazione di sali nell’acqua di lavaggio e quindi si renderà necessaria la parziale sostituzione del bagno di lavaggio con acqua fresca.
Il sistema scrubber deve essere governato da un sistema di controllo automatico in modo da garantire sempre il perfetto funzionamento dello stesso.
Come nel caso delle tubazioni di aspirazione, la colonna scrubber dovrà essere costruita con un materiale che presenti una buona resistenza chimica unita a una buona resistenza meccanica, anche in questo caso l’acciaio inossidabile rappresenta la soluzione migliore.