Acque reflue: Ulteriori trattamenti per migliorare le caratteristiche del refluo depurato | Ingegneri.info

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

Oltre il pretrattamento meccanici e il trattamento ossidativo biologico, ci sono una serie di ulteriori trattamenti che migliorano le caratteristiche del refluo depurato. Vediamo come

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Sebbene la maggior parte di questi trattamenti ulteriori non costituiscano “il cuore” dell’impianto di trattamento (come l’ossidazione biologica effettuata nella vasca ossidativa o vasca di aerazione), essi sono importantissimi e permettono una depurazione ancora più efficace e spinta del refluo.

Questi ulteriori trattamenti se necessari e presenti migliorano non solo l’acqua chiarificata (che verrà scaricata nel corpo recettore dopo aver subito tutti i dovuti trattamenti), ma anche la qualità il fango biologico (che viene ricircolato in parte nella vasca di prima sedimentazione, in parte nella vasca di ossidazione, e in parte smaltito come rifiuto dopo opportuni trattamenti).

 

In funzione del particolare carico chimico/fisico/biologico del refluo, possono essere richiesti i seguenti ulteriori trattamenti:

  • meccanici (filtrazione su carboni attivi o su filtri a sabbia);
  • chimico-fisici (chiariflocculazione);
  • naturali (quali la fitodepurazione e il lagunaggio);
  • biologici (nitrificazione, denitrificazione e defosfatazione);
  • di disinfezione/sanificazione.

Filtrazione a sabbia e/o con carboni attivi

Per l’affinamento delle di acque chiarificate provenienti da sistemi di depurazione, possono essere utilizzati filtri a sabbia e/o di carbone attivo

La filtrazione a sabbia è un processo di depurazione meccanico delle acque reflue che consiste nella rimozione spinta dei solidi sospesi nel fluido, realizzata mediante il passaggio del fluido attraverso un filtro costituito da un letto di sabbia, supportato da uno strato di ghiaia di spessore variabile e da un sistema di drenaggio. Il materiale di cui è costituito il mezzo filtrante è comunemente composto da silice, antracite, granato o ilmenite.

Il carbone naturale di diversa provenienza (organico od inorganico) può essere attivato attraverso un processo che consiste nel creare dei minuscoli fori all’interno dei granuli (micropori). Questo procedimento avviene all’interno di forni appositi con vapore ad alta temperatura. I principali vantaggi di questo tipo di carbone sono quelli di assorbire nelle proprie porosità particolari tipi di molecole e, nel caso di un letto di carboni attivi, di operare anche la filtrazione meccanica con risultati simili a quelli ottenuti con filtri a sabbia. Ma i carboni attivi vengono utilizzati nella depurazione dell’acqua allo scopo di rimuovere il cloro, eliminare odori e sapori sgradevoli ed eliminare sostanze organiche residue quali idrocarburi e detergenti/tensioattivi.

Chiariflocculazione

La tecnologia di chiariflocculazione è il processo necessario e indispensabile per trattare un’acqua contenente un alto valore di solidi sospesi ed altre sostanze inquinanti.

Le tecnologie applicate sono ormai collaudate con successo da molti anni e molti investimenti sono stati fatti nella ricerca di nuovi prodotti chimici da dosare.

All’acqua da trattare sono aggiunti normalmente dei prodotti chimici (coagulanti e flocculanti quali l’allume e vari polielettroliti) che hanno lo scopo di agglomerare le sostanze presenti dapprima in microfiocchi e successivamente in veri fiocchi di idonee dimensioni che possono essere fatti precipitare (processo di sedimentazione) o portati in superficie (processo di flottazione) con lo scopo finale di ottenere un effluente chiarificato (eventualmente da affinare in sezioni successive di filtrazione o altre sezioni di postrattamento).

Questo processo consente, a seconda di come viene eseguito e dei reagenti utilizzati: la chiarificazione delle acque trattate, la precipitazione di alcuni metalli, la riduzione di COD e BOD, la defosfatazione (rimozione del fosforo) e la rimozione di oli e grassi (infatti, attraverso questo processo vengono rotte le emulsioni oleose disciolte nell’acqua da trattare consentendo il loro ritorno in superficie per poi effettuarne la disoleatura).

Questo trattamento può essere effettuato a monte o a valle dell’ossidazione biologica.

Fitodepurazione
In natura, le multiformi comunità microscopiche, costituite da batteri, funghi, protozoi, alghe, piccoli metazoi, rappresentano il primo sistema depurante dei corsi d’acqua. Questo depuratore naturale supporta un secondo sistema depurante che funge da acceleratore e regolatore del processo, costituito dagli invertebrati bentonici. La loro ricchezza di specializzazioni massimizza l’utilizzo di tutte le forme di risorse alimentari disponibili, scarichi umani compresi. Ma molto efficace è anche il ruolo della vegetazione acquatica nell’azione di ciclizzazione dei nutrienti. La vegetazione acquatica può essere considerata il terzo sistema depurante dell’ambiente idrico.

La fitodepurazione è dunque l’applicazione di un processo naturale per depurare le acque reflue che utilizza i vegetali come filtri meccanici e biologici attivi in grado di ridurre gli inquinanti in esse presenti.

Il processo di fitodepurazione viene utilizzato per depurare le acque reflue domestiche, agricole e talvolta industriali. Gli impianti di fitodepurazione possono essere utilizzati o come trattamento secondario, cioè come un vero e proprio processo depurativo, a valle del trattamento primario o come trattamenti terziari a valle di impianti di depurazione tradizionali nel caso, ad esempio, che l’effluente non riesca a raggiungere i limiti imposti dalla normativa.

In pratica, un fitodepuratore è costituito da una zona umida costruita artificialmente (constructed wetlands), in cui il suolo è mantenuto costantemente saturo d’acqua e consiste in un bacino poco profondo, impermeabilizzato ove necessario, riempito con un idoneo substrato e vegetato con piante acquatiche.

Abbattimento dell’azoto totale

L’azoto nelle acque di scarico può essere presente in diverse forme:

  • azoto organico;
  • azoto ammoniacale;
  • azoto nitroso;
  • azoto nitrico.

L’eliminazione dei composti azotati dai reflui avviene mediante due fasi successive:

  • la nitrificazione;
  • la denitrificazione.

Nei reflui in arrivo nell’impianto, una buona parte della sostanze organiche a base d’azoto se completamente biodegradata si trova sotto forma di ione ammonio NH4+, mentre ai fini della denitrificazione servono soprattutto gli ioni nitrati NO3.

Pertanto, per attuare la rimozione completa delle sostanze azotate è necessario preventivamente effettuare una nitrificazione (che, come visto, avviene principalmente nella vasca di aerazione) mediante la quale, in condizioni aerobiche e in presenza di O2 avviene l’ossidazione biologica di NH4+ a NO2(nitrito) e di NO2 a NO3 (nitrato).
Successivamente, in una vasca specifica non ossigenata o anossica di denitrificazione, i nitrati NO3 vengono ulteriormente convertiti in azoto molecolare gassoso N2 dai batteri anaerobici.

Defosfatazione

L’eliminazione del fosforo scaricato dagli impianti di depurazione è un fattore chiave nella prevenzione dell’eutrofizzazione delle acque superficiali

Il fosforo, che è uno dei maggiori costituenti dei detergenti sintetici, può essere presente nelle acque reflue in più forme: inorganica come ione ortofosfato (PO43-), fissato in composti cristallini a base di Ca, Fe, Al; oppure organica sotto forma di acido umico, fulvico o fosfolipidi.
Rispetto all’azoto, il fosforo presenta l’inconveniente di non poter essere ridotto in forma gassosa e liberato nell’atmosfera.

Già in un impianto convenzionale a fanghi attivi si ha già una rimozione parziale del fosforo dal 20 al 30%, ma con trattamenti specifici tale rimozione può arrivare a 90%.

L’eliminazione specifica del fosforo viene realizzata a seconda dei casi mediante un trattamento dedicato di tipo chimico-fisico di chiariflocculazione (o mediante un trattamento di tipo biologico (Biological Phosphorous Removal – BPR).

I reagenti maggiormente utilizzati per la precipitazione chimica sono:

  • sali di ferro: FeS04, FeCl2, FeCI3;
  • sali di alluminio: Al2(S04)3 14 H20;
  • calce: Ca(OH)2.

Tali composti, esercitando un’azione flocculante, consentono di rimuovere anche una notevole aliquota di solidi sospesi a cui sono associate le altre forme di fosforo.

I sistemi di rimozione biologica utilizzano l’azione di specifici batteri aerobici ed anaerobici: i primi agiscono in ambienti ossigenati alla stregua di quelli descritti nel capitolo sul trattamento ossidativo biologico; i secondi operano attraverso processi di fermentazione e di riduzione dei composti del fosforo in ambienti dedicati non ossigenati.

Disinfezione

La disinfezione serve principalmente ad abbattere la presenza di tutti i patogeni nell’effluente depurato (batteri ed altri microrganismi, funghi, virus, spore).

Essa può avvenire tramite:

  • clorazione;
  • uso di acido peracetico;
  • ozonizzazione;
  • attinizzazione e sterilizzazione a raggi gamma.

Clorazione

Sul refluo depurato sottoposto, la clorazione rappresenta un processo di disinfezione particolarmente efficace e talvolta indispensabile quando i liquami provengono da ospedali, case di cura ecc..

Per assicurarsi che la quantità di cloro immessa sia adeguata, è necessario che sia garantita, dopo la detenzione, una certa concentrazione di cloro residuo, di almeno 0,2 mg/l. Lunghi tempi di contatto sono giustificati dal fatto che anche concentrazioni molto ridotte di cloro residuo sono molto tossiche per gli organismi viventi quali pesci, crostacei ecc., e quindi possono causare gravi danni nel corpo d’acqua ricettore (fiume, lago, mare). È per tale motivo che si tende ad operare con valori minimi del cloro residuo, e di conseguenza si deve aumentare il tempo di contatto.

Il cloro è il disinfettante più usato nei trattamenti di disinfezione. Esso può essere impiegato sotto forma di cloro molecolare liquido o gassoso Cl2, ipoclorito di sodio NaClO, biossido di cloro ClO2, e cloroammine come NH2Cl e NHCl2.

Acido peracetico

L’acido peracetico (C2H4O3) viene prodotto per reazione fra acido acetico (CH3COOH) e il perossido di idrogeno (H2O2) in una soluzione acquosa.

L’acido peracetico, è un potente biocida che basa la sua azione sull’alterazione di strutture cellulari come enzimi e membrane e presenta la caratteristica di essere particolarmente instabile. Per tale motivo, viene commercializzato in soluzioni al 5% o 15% pronto per essere solubilizzato nelle giuste quantità nelle acque da depurare.

Ozonizzazione

L’ozonizzazione è una tecnica di disinfezione delle acque che impiega ozono (O3) un forma allotropica dell’ossigeno prodotta mediante scariche elettriche ad alto voltaggio in una apposita camera nella quale viene fatto passare un flusso d’aria o di O2: l’energia fornita consente ad una parte delle molecole di O2 di essere scisse in due atomi di ossigeno detti radicali che sono particolarmente reattivi, secondo la reazione:

O2 + energia → 2O •

Ciascun radicale oltre che andare a ricostituire ossigeno molecolare O2, potrà reagire con una molecola di O2 per dare ozono O3, una molecola trivalente molto aggressiva e instabile:

O + O2 → O3

L’ozono è un forte ossidante, in effetti esso è uno degli ossidanti più forti disponibili per il trattamento delle acque in quanto ha elevata efficacia nei confronti di batteri e virus. Forma meno composti secondari di reazione con sostanze residue nei liquami rispetto ai sistemi utilizzanti il cloro, ha tempi di contatto più ridotti ed è più efficace nella decolorazione e abbattimento di odori. Ha, come svantaggi, un costo elevato e la sua produzione in loco mediante degli ozonizzatori (a scarica elettrica con tensioni comprese fra 15.000-18.000 V).

Attinizzazione e sterilizzazione a raggi gamma

L’attinizzazione sfrutta l’azione battericida dei raggi UV-C. I raggi UV sono emessi per mezzo di lampade a vapori di mercurio.

L’efficacia massima la si ha mediante l’uso di lunghezza d’onda (λ) intorno ai 250 nanometri corrispondente agli UV C e con una densità di flusso radiativo di almeno 6000 µW/cm2 (microWatt per centimetro quadrato). Poiché le lampade usate normalmente perdono efficacia nel corso del tempo si usano lampade con densità di flusso radiativo molto superiore. I raggi UV hanno un potere biocida elevatissimo nei confronti di batteri, spore, virus, funghi, nematodi.

L’uso dei raggi gamma (radiazioni ionizzanti) rappresenta il massimo sistema di sterilizzazione attualmente disponibile. Molto utilizzati sono quelli derivanti dal decadimento del radioisotopo Cobalto 60 (Co 60) che emette raggi gamma ad alta energia (1,17 e 1,33 MeV MegaelettronVolt). Queste radiazioni determinano rotture e mutazioni negli acidi nucleici, sia direttamente che attraverso radicali dell’ossigeno che si producono dalla ionizzazione, tali da provocare la morte dei batteri e dei germi presenti.

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