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Acque reflue: il pretrattamento meccanico

I cicli depurativi delle acque reflue sono costituiti da una combinazione di più processi di natura chimica, fisica e biologica. Vediamo in cosa consiste la prima fase: il pretrattamento meccanico

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Il pretrattamento meccanico fa parte di una successione di più fasi (o processi) durante i quali, dalle acque reflue, vengono rimosse le sostanze indesiderate che vengono concentrate, sotto forma di fanghi, dando luogo ad un effluente liquido finale di qualità tale da risultare compatibile con la ricettività ambientale del corpo ricettore (terreno, lago, fiume o mare mediante condotta sottomarina o in battigia) prescelto per lo sversamento.

Questa combinazione di cicli depurativi costituiti da più processi di natura chimica, fisica e biologica, possono talvolta assicurare, come fase ultima, che l’effluente ed il fango finale siano idonei per essere riutilizzati, ad esempio in discariche o in agricoltura, tal quali o previo compostaggio.

Il primo delle unità funzionali di un impianti di depurazione è il pretrattamento meccanico. Vediamo come funziona.

Sono 5 le operazioni che vanno a definire questa prima fase:

  • grigliatura/stacciatura;
  • dissabbiatura;
  • disoleatura;
  • equalizzazione e omogeneizzazione;
  • sedimentazione primaria.

Le prime quattro operazioni sono indispensabili e avvengono a monte dei processi di depurazione biologica veri e propri, permettendo la rimozione di materiali e sostanze che per loro natura e dimensione rischiano di danneggiare e compromettere l’efficienza dei successivi stadi di trattamento.

La sedimentazione primaria, è un’operazione non sempre presente in tutti gli impianti.

Grigliatura/Stacciatura

Si tratta di un’operazione di filtrazione meccanica grossolana che ha l’obiettivo di trattenere solidi grossolani non sedimentabili (stracci, plastica, ecc.) e solidi grossolani sedimentabili (ghiaia, ecc.)

L’eliminazione preventiva dei suddetti materiali nei reflui in ingresso, oltre ad evitare guasti dovuti ad ostruzioni nelle tubazioni, nelle parti e componenti dell’impianto di depurazione (quali: pompe, valvole, agitatori, ecc.) contribuisce al funzionamento ottimale delle fasi successive al pretrattamento meccanico (depurazione ossidativa biologica ed eventuali altre fasi di sanificazione). La grigliatura, inoltre, contribuisce a migliorare la qualità dei fanghi prodotti dall’impianto di depurazione.

Lo sgrigliatore viene installato sul canale di ingresso dei reflui al depuratore (che è collegato al convogliatore terminale della rete fognaria).

La sezione trasversale del canale di ingresso è calcolata per mantenere una velocità di attraversamento ottimale della corrente fluida, compresa fra 0,6 m/s e 0,9 m/s. Una velocità, cioè, non troppo bassa da favorire in questa fase una indesiderata sedimentazione, ma neanche tanto veloce da aumentare a dismisura le perdite di carico idrauliche. Inoltre, poiché il sistema di grigliatura costituisce una diminuzione della sezione utile trasversale, la sezione del canale non è costante lungo il percorso del refluo ma si allarga opportunamente nel tratto prossimo alle griglie.

Il refluo, durante questa operazione, attraversa nell’ordine tre tipologie di griglie, di norma costituite da barre affiancate di diverso interasse: le grossolane (interasse compreso fra 5 e 10 cm); le medie (interasse compreso fra 2,5 e 5 cm) e le sottili (interasse compreso fra 1 e 2,5 cm)

La rimozione del materiale che si accumula davanti alle griglie, avviene di norma con sistemi meccanici automatizzati e (sempre più raramente) con sistemi manuali nel caso di piccoli impianti e/o di scarsa produzione di materiale grigliato.

Il materiale grigliato viene raccolto e gestito come rifiuto.

Dissabbiatura

I dissabbiatori sono progettati per rimuovere sabbie, terriccio, ghiaie, pezzetti di vetro e altri solidi pesanti presenti nel refluo caratterizzati da velocità di sedimentazione o peso specifico notevolmente superiore a quello dei solidi organici putrescibili presenti nelle acque reflue. Questi materiali pesanti, che derivano essenzialmente dal dilavamento di tetti e piazzali ad opera delle precipitazioni atmosferiche, vengono veicolati nella rete fognaria insieme all’acqua meteorica.

I dissabbiatori sono realizzati per proteggere, dall’abrasione e dai fenomeni di usura conseguenti, i componenti e le tubazioni dell’impianto di depurazione e per ridurre al minimo indispensabile gli interventi di rimozione, dai digestori biologici ossidativi, degli accumuli di sabbia e detriti.

La dissabbiatura avviene in vasche di passaggio percorse orizzontalmente dal flusso del liquame ad una velocità media abbastanza bassa (20-30 cm/s), in modo da consentire la decantazione/sedimentazione dei materiali solidi di diametro medio compreso fra 0, 2 e 2,5 mm nelle vasche in tempi accettabili.

Il fondo delle vasche è costituito da una sorta di cunetta nella quale si accumulano i sedimenti che vengono quasi sempre rimossi con sistemi automatici o (raramente) manualmente (nel caso di piccoli impianti e/o di bassa presenza di sedimenti nel refluo).

Il dissabbiatore a canale ha l’inconveniente di assumere dimensioni spesso ingombranti. Per tale motivo sono stati sviluppati dissabbiatori a vortice a pianta circolare con fondo a tramoggia che, creando correnti di moto elicoidali, migliorano l’efficienza di sedimentazione dei solidi sospesi per sinergia fra la forza centrifuga generata e la forza di gravità applicate sui corpuscoli.

Disoleazione

L’operazione di disoleazione o di sgrassatura avviene, a valle delle fasi di grigliatura e di dissabbiatura perché la presenza di oli e grassi nei reflui influenza negativamente i trattamenti successivi, in particolare i trattamenti biologici di aerazione.

Infatti le sostanze oleose tendono a formare un sottile velo sul pelo libero dell’acqua, impedendo così il contatto fra i batteri contenuti (o aggiunti) nel refluo con l’ossigeno dell’aria, limitando, così, la digestione aerobica (da parte dei batteri) delle sostanze biologiche presenti nel refluo

La disoleazione delle acque viene ottenuta riducendo la velocità dell’influente e predisponendo una zona di calma nella quale le sostanze oleose presenti, caratterizzate da un minore peso specifico di quello dell’acqua, risalgono e stazionano per galleggiamento.

Il principio di funzionamento dei disoleatori è simile a quello della sedimentazione sotto l’azione della gravità: questi si comportano come vasche di sedimentazione nelle quali le particelle oleose invece di sedimentare sul fondo, flottano sulla superficie.

La rimozione delle sostanze oleose e grasse si effettua periodicamente mediante un sistema raschiante della superficie del refluo (cosiddetto scrematore) che indirizza la crosta flottata nell’apposito pozzetto di raccolta che viene svuotato periodicamente ad intervalli regolari.

La separazione degli oli può essere accelerata mediante insufflazione d’aria o gas a bassa pressione dal fondo delle vasche tramite dei diffusori a membrana che provocano una adeguata agitazione del liquame in sosta nel bacino, favorendo la risalita delle sostanze oleose in superficie. La flottazione ad aria o gas viene utilizzata quando la separazione per gravità non raggiunge l’efficienza desiderata e/o risulta difficoltosa per le alte concentrazioni di inquinanti presenti nelle acque reflue. Con questo sistema, insieme alla disoleazione, il liquame subisce anche una pre-aerazione depurativa.

Equalizzazione ed omogeneizzazione

Le acque reflue che pervengono al depuratore non hanno sempre la stessa portata e la stessa concentrazione di sostanze inquinanti. Per evitare che queste variazioni possano pregiudicare il buon funzionamento dei successivi trattamenti depurativi, le acque reflue già sgrigliate, dissabbiate e disoleate sono inviate ad una vasca di accumulo (di capacità tale da garantire la gestione dei picchi idraulici e di carico organico) in modo da:

  • rendere costante la portata nelle unità successive (equalizzazione);
  • livellare le punte di inquinamento in modo di rendere la concentrazione degli inquinanti organici il più costante possibile (omogeneizzazione).

Nella sostanza, viene garantito ai successivi trattamenti di depurazione l’arrivo di un liquame a portata e carico organico sufficientemente costanti. Ciò perché i processi biologici di depurazione (a differenza delle operazioni di sgrigliatura, dissabbiatura e disoleazione) sono piuttosto sensibili alla variabilità del carico organico presente (concentrazione di BOD5) e sono calibrati per funzionare in un determinato range di portata idraulica.

Le vasche di accumulo sono dotate di agitatori allo scopo di omogeneizzare i reflui e di arearli per impedire l’instaurazione di condizioni settiche. Le maggiori problematiche gestionali delle operazioni di equalizzazione ed omogeneizzazione sono proprio legate agli eventuali disservizi degli agitatori .

Sedimentazione primaria

L’operazione di sedimentazione primaria si effettua in vasche di decantazione dei solidi sospesi sedimentabili (SSD) e serve a far depositare le particelle con densità maggiore dell’acqua sfuggite ai passaggi precedenti.

Finché la densità delle particelle è maggiore di quella dell’acqua, la velocità di sedimentazione (che segue la legge di Stokes) risulta positiva e diretta verso il basso. I corpuscoli tendono a depositarsi sul fondo della vasca, e un carroponte dotato di raschiatore di fondo li convoglia verso la condotta d’estrazione.

Nelle vasche rettangolari, il raschiatore è tenuto a contatto del fondo quando il ponte si muove verso la tramoggia di raccolta del fango posta sul fondo della vasca e si solleva dal fondo quando il ponte si muove in senso opposto.

Il dimensionamento delle vasche viene fatto sulla base del carico idraulico medio: fissando una certa velocità ascensionale di progetto si calcola l’area necessaria come rapporto fra portata e velocità ascensionale, e fissando un tempo di permanenza si calcola il volume del sedimentatore come rapporto fra portata e tempo di permanenza (detto anche tempo di detenzione). Di solito si assumono valori di velocità ascensionale compresi tra 0,8 e 1,5 m/h e tempo di permanenza pari a 2-3 ore.

Nelle vasche circolari, i reflui da trattare entrano dal centro della vasca e, solo dopo aver superato un deflettore, l’effluente chiarificato fuoriesce attraverso uno stramazzo posto sul perimetro della vasca e per proseguire verso il trattamento biologico.

Anche le vasche circolari sono dotate di dispositivi per la raccolta e la rimozione dei fanghi; in tal caso il carro ponte connesso al raschiatore ruota su un perno centrale e su una guida circolare periferica.

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