Controllo analitico nei processi di ossidazione avanzata: il ruolo dei metodi surrogati e relativi modelli di correlazione rispetto alle metodiche tradizionali

This work focused on the analytical control of the removal of organic pollutants from wastewater through the development of models that allow to estimate the decrease in the concentration of organic molecules. Particularly, it dealt with the control of advanced oxidation treatments (AOP). These treatments exploit the generation of reactive radical species (hydroxyl radicals in most cases) to promote the oxidation of organic molecules. The traditional methods used to perform analytical controls on the wastewater from these treatments are the chromatographic techniques: GC and HPLC, interfaced with mass spectrometers when identifying the nature of the by-products of the transformation of the pollutants subjected to degradation. In this thesis work, traditional methods of analysis are compared with so-called surrogate methods, which include techniques such as absorbance spectrophotometry or fluorescence spectroscopy, low cost, simple to use techniques that allow to provide answers in a very short time and that in perspective could be used for online control of treatment processes, for example using optical fibers as sensors. Although these techniques do not give specific information about individual substances, spectra can be processed and correlation models can be applied to estimate the amount of organic molecules in wastewater. Usually the examined substances are divided into groups, "target" compounds representing each group are taken into consideration, so that the spectroscopic analysis can be directed only on them and the behavior of the other substances can be predicted. To do this, correlation models are developed through which it is possible to develop a relationship between the variation of absorbance or fluorescence and the concentration of organic pollutants, through the use of appropriate algorithms.

Questo lavoro si è concentrato sul controllo analitico della rimozione degli inquinanti organici dalle acque di scarico tramite l'elaborazione di modelli che permettano di stimare la diminuzione di concentrazione delle molecole organiche. In particolare, è trattato il controllo dei processi di ossidazione avanzata (AOP). Questi trattamenti sfruttano la generazione di specie radicaliche reattive (radicali ossidrili nella maggior parte dei casi) per promuovere l'ossidazione delle molecole organiche. I metodi tradizionali utilizzati per eseguire i controlli analitici sui reflui delle acque sottoposte a questi trattamenti sono le tecniche cromatografiche GC e HPLC, in particolare interfacciati a spettrometri di massa quando si voglia identificare la natura dei sottoprodotti di trasformazione degli inquinanti sottoposti a degradazione. In questo lavoro di tesi i metodi di analisi tradizionali vengono messi a confronto con i metodi cosiddetti surrogati, che comprendono tecniche come la spettrofotometria in assorbanza o la spettroscopia a fluorescenza, tecniche a basso costo, semplici da utilizzare, che permettono di fornire delle risposte in tempi molto brevi e che in prospettiva potrebbero essere utilizzate per il controllo online dei processi di trattamento, ad esempio utilizzando come sensori delle fibre ottiche. Nonostante queste tecniche non diano informazioni specifiche sulle singole sostanze, è possibile elaborare gli spettri ed applicare opportuni modelli di correlazione per poter stimare la quantità di molecole organiche presenti nelle acque reflue. In genere le sostanze in esame vengono divise in gruppi, si prendono in considerazione dei composti "target" che rappresentino ogni singolo gruppo, in modo da poter rivolgere l'analisi spettroscopica soltanto su di essi e poter predire il comportamento anche delle altre sostanze. Per fare ciò vengono sviluppati dei modelli di correlazione tramite i quali si riesce a sviluppare una relazione tra la variazione di assorbanza o fluorescenza e la concentrazione degli inquinanti organici, tramite l'utilizzo di opportuni algoritmi.