Acque reflue: il trattamento dei fanghi di depurazione | Ingegneri.info

Acque reflue: il trattamento dei fanghi di depurazione

L'ultima fase funzionale di un trattamento di depurazione è il trattamento dei fanghi, il cui obiettivo è quello di migliorare la qualità del rifiuto finale in modo da smaltirlo correttamente o riutilizzarlo

depuratore
image_pdf

Il fango di risulta di un impianto di depurazione, quando non è più riutilizzabile internamente, segue una serie di operazioni dette trattamento dei fanghi. In questa fase i fanghi che contengono quasi tutto il BOD residuo e che, a causa della presenza di rilevanti quantità di materiale batterico, sono altamente putrescibili, vengono stabilizzati in modo da renderli idonei al successivo essiccamento e smaltimento.

L’obiettivo finale del trattamento dei fanghi è quello di rendere migliori le caratteristiche del fango affinché possa essere correttamente smaltito come rifiuto oppure (solo se rispetta determinati requisiti) riutilizzato in agricoltura.

Si evidenzia che i trattamenti utilizzati comunemente possono appartenere o ad una sola delle due categorie (ad esempio, come nel seguito descritto, il trattamento di condizionamento) o ad entrambe contemporaneamente (ad esempio il trattamento di incenerimento).

Di seguito, sono elencate le principali operazioni sequenziali di trattamento dei fanghi:

  • Ispessimento o addensamento o concentrazione (questa fase serve ad aumentare il contenuto di sostanza secca del fango in modo da ridurre i volumi necessari al suo trattamento);
  • Stabilizzazione biologica (ha la funzione di mineralizzare parte delle sostanze organiche putrescibili ed eliminare i batteri patogeni e i parassiti normalmente presenti nel fango);
  • Condizionamento (ha la funzione di indebolire i legami dell’acqua con le particelle solide per facilitarne la sua fuoriuscita);
  • Disidratazione e essiccamento (serve ad eliminare una buona parte dell’acqua presente nei fanghi stabilizzati);
  • Incenerimento o compattazione (costituiscono la fase che precede lo smaltimento finale).

Alla fine di queste operazioni il fango potrà essere avviato allo smaltimento finale come rifiuto o riutilizzato in particolari ambiti (ad esempio in agricoltura).

Tipologia dei fanghi

Ricordiamo che i fanghi generati da un impianto di depurazione tradizionale sono così distinti:

  • fanghi primari: sono i fanghi derivanti dal processo di sedimentazione primaria, costituiti da sostanza organica fresca che si separa dal liquame grezzo senza aver subito alcun trattamento (fanghi granulosi) e contengono una quantità di solidi pari al 4% (96% di umidità). Questi fanghi si degradano più rapidamente anaerobicamente rispetto alle altre tipologie di fanghi e producono più biogas;
  • fanghi secondari, biologici o attivi: sono i fanghi derivanti dai processi di ossidazione biologica (filtri percolatori o fanghi di supero di impianti a fanghi attivi). Sono fanghi fioccosi e hanno una percentuale di solidi più bassa di quella dei fanghi primari, con valore tipico pari a 1% (99% di umidità), ma sono più ricchi di azoto e fosforo;
  • fanghi chimici: sono i fanghi derivanti da processi di chiariflocculazione

 

Leggi anche Acque reflue: Ulteriori trattamenti per migliorare le caratteristiche del refluo depurato

 

Di norma, comunque, alla linea fanghi arrivano fanghi combinati cioè primari e secondari i quali presentano una elevata umidità, pari al 96-99%. Questa umidità deve essere rimossa dal fango per consentire il suo smaltimento finale riducendo al massimo i danni ambientali e con minor costo possibile.

Ispessimento o addensamento

Per poter ridurre il volume delle apparecchiature necessarie al trattamento dei fanghi si sottopongono i fanghi stessi a un processo che ha la funzione di aumentare il contenuto di sostanza secca eliminando parte dell’acqua presente. Questo processo prende il nome di “ispessimento del fango”.

L’ispessimento può essere realizzato con gli ispessitori a gravità inviando i fanghi provenienti dalle fasi di depurazione in una vasca di sedimentazione di tipo Dortmund, blandamente aerata.

Nel fango viene insufflata aria per mantenere la quantità di ossigeno disciolto a valori sufficientemente alti da evitare che si possano instaurare reazioni di tipo anaerobico. Per ottenere l’addensamento dei fanghi è necessario mantenere questa condizione per tempi sufficientemente lunghi e quindi queste vasche possono funzionare anche come vasche di accumulo. Quando la sedimentazione ha raggiunto valori accettabili si interrompe il flusso dell’aria e si preleva il fango dal fondo della vasca mentre dalla superficie si estraggono le acque separate (il surnatante) che vengono riciclate.

Possono anche essere usati sistemi ad ispessimento per flottazione (nei quali si utilizza dell’aria compressa per costringere il fango a risalire verso la superficie e qui concentrarsi mentre le acque, solo parzialmente liberate dal fango, rimangono sul fondo della vasca e vengono riciclate al trattamento delle acque) oppure per centrifugazione (nei quali i fanghi da ispessire entrano nella parte centrale di una centrifuga attraverso l’albero cavo di rotazione e quindi, a causa della forza centrifuga sviluppata dal rotore in movimento, vengono spinti verso l’esterno dove un sistema a coclea, che ruota con velocità leggermente superiore a quella del rotore, spinge i fanghi addensati verso una estremità mentre la parte acquosa più leggera esce attraverso uno sfioratore anulare dall’altra estremità).

Stabilizzazione biologica

E’ un complesso di processi metabolici attraverso i quali il contenuto organico putrescibile dei fanghi, provenienti dalle vasche di sedimentazione primaria e secondaria, viene trasformato in sostanze stabili più semplici. Questa operazione non risulta necessaria nei processi in cui sono previsti trattamenti finali particolari come ad esempio l’incenerimento dei fanghi.

Vale la pena di sottolineare che la digestione totale del fango, cioè la completa eliminazione delle sostanze biodegradabili, comporterebbe un trattamento molto spinto sulle sostanze organiche presenti con conseguente aumento sia dei costi che della complessità dell’impianto. Nella quasi totalità dei casi non è necessario attuare una digestione completa, ma è sufficiente raggiungere la “stabilizzazione tecnica” che consiste in un trattamento capace di rendere i fanghi facilmente manipolabili e smaltibili senza causare lo sviluppo di cattivi odori e senza comportare pericoli per il personale addetto alle lavorazioni (vale a dire fino al punto in cui la velocità delle reazioni di degradazione risulta sufficientemente bassa da non costituire un problema sanitario).

La stabilizzazione del fango, ottenuta mediante reazioni di tipo biochimico (digestione), può essere condotta seguendo due diverse modalità:

  • per via aerobica mediante ossigenazione sfruttando la presenza di batteri aerobici;
  • per via anaerobica utilizzando microrganismi che si sviluppano nel fango in assenza di ossigeno disciolto.

I manufatti dove avviene la digestione sono chiamati digestori.

L’impianto di digestione aerobica del fango è formato da una vasca nella quale vengono immessi i fanghi da trattare e, nella zona centrale, viene insufflata l’aria che serve anche a mantenere in sospensione le particelle di fango.

Il trattamento per via aerobica, che risulta più semplice rispetto a quello anaerobico ma più costoso a causa dell’energia necessaria per l’ossigenazione della miscela, viene di solito applicato negli impianti a fanghi attivi a schema semplificato. La digestione aerobica dei fanghi di supero può essere vista come una continuazione del trattamento biologico ossidativo iniziato nella vasca di aerazione dell’impianto a fanghi attivi. Ai fanghi viene fornito ossigeno (aerazione) senza però fornire nutrimento (substrato) mantenendo così i batteri in uno stato di decadimento per respirazione endogena.

In queste condizioni i microrganismi che perdono vitalità rendono disponibile il loro materiale cellulare che viene sfruttato dai batteri superstiti con il risultato di abbassare il contenuto dei solidi volatili e ottenere una spinta mineralizzazione delle sostanze organiche biodegradabili. Il risultato è che le sostanze organiche vengono ossidate, formando essenzialmente anidride carbonica (insieme a fosfati, nitrati, solfati ecc.) e acqua.

Il processo di digestione del fango per via anaerobica produce solidi inerti, materiale organico metastabile (umus) e una miscela gassosa, formata in prevalenza da metano e anidride carbonica (biogas), che può essere utilizzata sia per fornire l’energia necessaria al fabbisogno termico dello stesso processo di digestione che ad altri scopi e addirittura venduto sul mercato.

Questo indubbio vantaggio economico viene in parte ridotto sia dalla complessità e costo delle apparecchiature necessarie, sia dalla difficile conduzione dell’impianto e dalla necessità di istallare sistemi di sicurezza e di controllo necessari alla manipolazione della miscela gassosa.

La condizione di completa assenza di ossigeno, che viene mantenuta durante la digestione, favorisce la selezione di batteri facoltativi e lo sviluppo di batteri anaerobi obbligati che, seppure già presenti nei liquami originali, non possono svilupparsi durante le fasi di trattamento aerobico. Tra i batteri di tipo strettamente anaerobico si ritrovano i ceppi, denominati genericamente metanobatteri, responsabili della produzione di metano.

Il fango proveniente dai processi di digestione ha caratteristiche tali che è possibile il suo smaltimento per lagunaggio o per spandimento sul terreno. Questi metodi di smaltimento, che richiedono però di poter disporre di grandi estensioni di terreno e necessitano di controlli accurati, per evitare fenomeni di inquinamento ambientale, sono adatti per piccoli impianti e quando non è necessario trasportare il fango stesso in località lontane dal luogo di produzione. Per grossi impianti di trattamento è consigliabile invece sottoporre i fanghi a ad ulteriori processi di disidratazione (preceduto da un condizionamento se la disidratazione è di tipo meccanico) o di essiccamento, seguiti se necessario da un processo di incenerimento.

Condizionamento

II condizionamento interviene sulle caratteristiche chimico-fisiche dei fanghi andando a modificare in modo particolare le interazioni fra le particelle (sia dei fiocchi veri e propri che di quelle colloidali) e l’acqua legata. Ciò consente di incrementare la disidratabilità del fango, la velocità di separazione solido-liquido e di migliorare le caratteristiche del surnatante separato, soprattutto in termini di solidi sospesi.
Per fanghi di provenienza civile, il condizionamento è un’operazione assolutamente necessaria prima degli interventi di disidratazione meccanica.

Il condizionamento può essere condotto per via chimica (con l’utilizzo di additivi organici od inorganici) o fisica (per via termica). La prima alternativa è di uso pressoché esclusivo, per i bassi costi di investimento, la flessibilità operativa e la semplicità di gestione; i metodi termici sono poco diffusi, per la maggior complessità realizzativa, l’impegno gestionale, i maggiori impatti ambientali nel caso di malfunzionamenti e i problemi connessi al trattamento delle correnti liquide e gassose generate.

II condizionamento chimico prevede l’aggiunta al fango di reattivi (quali cloruro di ferro e calce) al fine di ottenere una ulteriore coagulazione delle particelle colloidali e sopracolloidali e la loro successiva flocculazione con riduzione della fase finemente dispersa. I reattivi e le modalità operative sono analoghe a quelle della coagulazione-flocculazione applicata alle acque reflue salvo che per l’assai più rilevante concentrazione della sospensione e i valori di portata di gran lunga minori.

Disidratazione o essiccamento
La disidratazione dei fanghi, condotta per via meccanica (mediante filtrazione o centrifugazione) o, in casi limitatissimi, con metodi naturali (letti di essiccamento), è tesa a ridurre il volume e il peso dei fanghi per separazione parziale della componente liquida, al fine di renderli compatibili con lo smaltimento finale. I tenori di secco conseguibili sono tali da conferire al fango l’aspetto di un terriccio (il fango viene definito quindi “palabile”, in grado cioè di essere movimentato con mezzi meccanici) e caratteristiche atte a consentire il suo smaltimento finale, in discarica, mediante trattamenti termici e, ove ne ricorrano le condizioni, mediante utilizzazione agronomica.

I metodi di disidratazione meccanici più usati sono i seguenti:

  • Filtropressa a nastro dove il il fango è inserito tra due nastri filtranti che sono fatti passare in una pressa con una serie di rulli via via più stretti fino ad si ottenere una sfoglia di 2-3 cm. La filtropressa lavora in continuo e necessita di assistenza minima da parte del personale;
  • Filtropressa a piastre nella quale il fango è immesso tra due piastre ricoperte di tela filtrante, ad una pressione che arriva fino a 12 atm. La necessità di lavare le tele delle piastre al termine di ogni ciclo impone la presenza di un operatore;
    Centrifuga che dispone di un doppio tamburo rotante permette di separare l’acqua dal fango. A fronte dell’elevata rumorosità generata, hanno il pregio di avere dimensioni ridotte e necessità di assistenza minima.

Nel caso di essiccamento naturale la componente acquosa del fango è rimossa per evaporazione e drenaggio, senza necessità di apparecchiature specifiche e senza consumi energetici. Si richiedono per contro ampie superfici (con connesse implicazioni ambientali per l’esposizione del fango all’atmosfera) e notevole impegno per la rimozione del fango disidratato.

Incenerimento o compattazione

L’incenerimento si effettua generalmente su fanghi che contengono sostanze pericolose che ne pregiudicano la possibilità di riutilizzo o di conferimento in discariche. Esso viene effettuato negli inceneritori (meglio se termovalorizzatori) dove il fango viene bruciato. Poiché la combustione del fango si autosostiene quando l’umidità è inferiore al 70% solo i fanghi disidratati con i filtri pressa non hanno bisogno di combustibile d’apporto (metano, gasolio, carbone, ecc.) mentre il fango disidratato con gli altri sistemi comporta dunque maggiori costi di incenerimento. È evidente che nell’incenerimento particolare cura deve essere dedicata alla depurazione dei fumi prima del loro rilascio in atmosfera. Le ceneri, generalmente inerti, sono smaltite in discarica controllata.

Smaltimento finale come rifiuto e riutilizzo in agricoltura

I fanghi trattati, possono essere smaltiti nel seguente modo:

  • per incenerimento da soli o insieme ai rifiuti urbani (se non già sottoposti al processo di incenerimento/compattazione);
  • in discariche per rifiuti speciali;
  • riutilizzati in agricoltura, tal quali o previo compostaggio.

L’allegato C alla parte quinta del D.Lgs. n.152/2006 consente lo spandimento dei fanghi sul suolo a beneficio dell’agricoltura e dell’ecologia (operazione di recupero R10). Sempre a scopi agricoli, il fango proveniente dai depuratori può essere, prima del suo utilizzo, trattato insieme ai rifiuti solidi urbani nei normali impianti di compostaggio. Per essere utilizzato in agricoltura il fango deve essere preventivamente sottoposto a trattamenti opportuni finalizzati alla riduzione della putrescibilità e dei microrganismi patogeni.

La norma nazionale che definisce le condizioni che devono essere verificate per l’utilizzazione dei fanghi in agricoltura è il D. Lgs. n. 99 del 27 gennaio 1992 “Attuazione della direttiva n. 86/278/CEE concernente la protezione dell’ambiente, in particolare del suolo, nell’utilizzazione dei fanghi di depurazione in agricoltura” che recepisce la Direttiva comunitaria 86/278/CEE. Il Decreto in particolare fissa:

  • i valori limite di concentrazione per alcuni metalli pesanti (quali cadmio e piombo) che devono essere rispettati nei suoli e nei fanghi;
  • le caratteristiche agronomiche e microbiologiche dei fanghi (i limiti inferiori di concentrazione di carbonio organico, fosforo e azoto totale e i valori massimi di salmonella);
  • le quantità massime dei fanghi che possono essere applicati sui terreni.

In Italia i fanghi vengono smaltiti principalmente in discarica e solo in parte riutilizzati in agricoltura (circa 30-40%)

Schema e vista aerea di un tipico impianto di depurazione (per gentile concessione CRI-MAN S.p.A.)

Copyright © - Riproduzione riservata
L'autore
Acque reflue: il trattamento dei fanghi di depurazione Ingegneri.info