DEGRADAZIONE FOTOCATALITICA DI INQUINANTI ORGANICI PRESENTI NELLA PRODUCED WATER DELL’INDUSTRIA PETROLIFERA

Produced Water is the main by-product from oil and gas extraction activities. Such wastewater is contaminated with large quantities of soluble and non-soluble organic substances, suspended and dissolved solids, as well as various chemicals used in the productive process. This effluent is associated with significant health and environmental hazards. Therefore, cleaning up treatments are necessary, with the main purpose of being able to reuse the regenerate water and/or to be able to discharge it into the environment without risks involved. The purpose of this work is to study the remediation of Produced Water using a heterogeneous photocatalysis method using TiO2 P25 as semiconductor material, activated by UV light. During the first sperimental step, we worked with a solution containing substances for simulating VOCs and the phenolic components of the PW: Phenol, Benzene, Toluene, Ethylbenzene, p-Xylene. All these compounds have an aromatic structural function which allows for a good determination with the HPLC-DAD analytical technique. Then we decided to follow PhOH as a proxy for the analytes, with the exception of Benzene, which was removed with the aim of avoiding the formation of Phenol during the study of its degradation in mixtures. The removal from the water of only PhOH and of PhOH in the presence of salts (NaCl, CaCl2, MgCl2) were therefore investigated; next, Toluene, Ethylbenzene and p-Xylene were first added to the aqueous “matrix” containing Phenol (in the absence of salts); later Cyclohexane (representative of the non-aromatic hydrocarbon fraction < C10) and MTBE (another VOC); finally, humic acids. Afterwards, a complete final mixture was also prepared, where the dissolved salts (chlorides) were added to the aqueous matrix containing all the organic fraction. Each mixture was submitted to different irradiation times, in order to obtain Phenol degradation curves, from which the kinetic of its decomposition was obtained. Later, some tests were conducted to evaluate the mineralization percentage of the studied organic pollutants. Thus, analogous mixtures were used, however containing an amount of carbon normalized to 17 mgC/L. Photocatalytic degradation experiments were carried out on them. Following, the TOC value was measured on the different samples after different irradiation times. In conclusion, the possibility of using a hybrid system which consists in combining the photocatalytic method (AOP) with a membrane treatment was evaluated.

La Produced Water è il principale sottoprodotto derivante dalle attività di estrazione del greggio. Di fatto si tratta di un'acqua di scarico contaminata da abbondanti quantità di sostanze organiche solubili e non, solidi in sospensione e disciolti, nonché vari prodotti chimici utilizzati nel processo di produzione. Tale refluo è associato a significativi pericoli per la salute e per l'ambiente. Pertanto, si rendono necessari trattamenti volti al disinquinamento di tale sottoprodotto di estrazione, con la finalità principale di poter riutilizzare l’acqua risanata e/o di poterla scaricare nell’ambiente senza rischi connessi. Lo scopo di questo lavoro di Tesi è di sperimentare la depurazione della PW utilizzando un metodo di fotocatalisi eterogenea con l’impiego di TiO2 P25 come materiale semiconduttore, attivato mediante irradiazione UV. In un primo momento della fase sperimentale si è lavorato con una soluzione contenente sostanze volte a simulare unicamente i VOCs ed i componenti fenolici della PW: Fenolo, Benzene, Toluene, Etilbenzene, p-Xilene, aventi una funzione strutturale aromatica che consente una buona determinazione mediante la tecnica analitica HPLC-DAD. Dal risultato di una serie di prove si è deciso di seguire il PhOH come proxy degli analiti suddetti, ad eccezione del benzene che è stato rimosso con lo scopo di evitare la formazione di fenolo durante lo studio della sua degradazione in miscela. Si è quindi indagata la rimozione dall’acqua del solo fenolo (bianco) e del fenolo in presenza di sali (NaCl, CaCl2, MgCl2); in seguito, è stata complicata la componente organica della miscela sintetica al fine di arrivare ad una composizione rappresentativa della PW. Infatti, alla matrice acquosa contenente fenolo (in assenza di sali) si sono aggiunti dapprima toluene, etilbenzene e p-xilene; poi anche cicloesano (rappresentante della frazione idrocarburica non aromatica < C10) e MTBE (un altro VOC); infine, gli acidi umici. In ultimo, è stata preparata anche una miscela finale completa dove, alla matrice acquosa contenente tutta la frazione organica, sono stati aggiunti i sali disciolti (cloruri). Ciascuna miscela è stata sottoposta a tempi di irradiazione differenti al fine di ottenere delle curve di degradazione del fenolo, dalle quali si è ricavata la cinetica di decomposizione dello stesso. Sulla base di ciò si sono poi condotte delle analisi per valutare la percentuale di mineralizzazione degli inquinanti contenuti nella Produced water. Quindi, utilizzando analoghe miscele contenenti, tuttavia, una quantità di carbonio organico normalizzata ad un unico valore (17 mgC/L), si sono condotti esperimenti di degradazione fotocatalitica sulle stesse, misurando poi il valore di TOC sui diversi campioni a diversi tempi di irradiazione. In conclusione, si è valutata la possibilità di utilizzare un sistema ibrido che consiste nel combinare il metodo fotocatalitico (AOP) con un trattamento mediante membrana.