Trattamenti terziari avanzati per il riutilizzo integrale di acque reflue urbane in un contesto di economia circolare

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1 GLOBAL WATER EXPO - Convegno Le acque di scarico: una risorsa da valorizzare Trattamenti terziari avanzati per il riutilizzo integrale di acque reflue urbane in un contesto di economia circolare Dr. O. Santoro AQUASOIL SRL

2 Economia circolare 2 L economia circolare è un concetto virtuoso in cui tutte le attività, a partire dall estrazione e dalla produzione, sono organizzate in modo che i rifiuti di qualcuno diventino risorse per qualcun altro. Nell economia lineare, invece, terminato il consumo termina anche il ciclo del prodotto che diventa rifiuto, costringendo

3 Economia circolare applicata alle acque reflue urbane Adeguata allo scopo delle acque reflue L obiettivo si persegue se si minimizzano i residui di ciascuno degli step circolari coinvolti e se la qualità delle acque reimmessa nei sistemi idrici ricettori è perlomeno equivalente alla qualità della risorsa primaria utilizzata. Per lo scopo è necessario integrare i processi depurativi con trattamenti terziari avanzati tanto da consentire il riutilizzo integrale delle acque reflue. 3 Detti processi terziari devono pertanto estendersi alla disinfezione avanzata e alla rimozione di microinquinanti recalcitranti che sfuggono ai tradizionali trattamenti biologici.

4 4 Economia circolare: focus sul tema dei trattamenti terziari avanzati di acque reflue urbane

5 Trattamenti terziari avanzati I trattamenti terziari avanzati devono pertanto assicurare: La restituzione all ambiente della risorsa idrica nelle stesse condizioni di qualità in cui si è prelevata Elevata qualità della risorsa idrica recuperata che consenta un utilizzo non ristretto della stessa Il massimo controllo nella produzione di residui di processo 5

6 Trattamenti terziari avanzati Numerosi sono i trattamenti terziari avanzati studiati in letteratura che consentono di perseguire gli obiettivi di qualità delle acque recuperate, tra cui: Processi di chiariflocculazione Processi di filtrazione Processi di disinfezione Processi di ossidazione avanzata (AOP) Processi di adsorbimento e scambio ionico 6

7 Trattamenti terziari avanzati I processi di trattamento terziario richiamati, presentano spesso problematiche impiantistiche ed economiche, elevati consumi energetici e di materia, formazione di sottoprodotti indesiderati e pericolosi per l ambiente e, in generale, per la salute umana. Al fine di contribuire al superamento di queste problematiche, AquaSoil ha messo a punto e sviluppato una tecnologia capace di integrare più processi terziari in un sistema compatto multifunzionale (MITO3X ), con significative 7 semplificazioni impiantistiche e consumi energetici

8 Descrizione della tecnologia MITO3X IN OUT La tecnologia permette di iniettare, in aspirazione ad una pompa centrifuga, reagenti allo stato solido, liquido e gassoso alle varie dosi e in varie combinazioni. Il sistema è progettato per: Aspirare le acque da trattare Iniettare gli specifici reagenti richiesti dal processo Mescolare le acque da trattare con i reagenti attraverso la centrifuga della pompa di aspirazione Pompare gli effluenti alle fasi successive di processo 8

9 Descrizione della tecnologia MITO3X Effetti della tecnologia: Disaggregazione delle particelle Dosaggio combinato e mixing elevato Promozione di reazioni parallele Ottimizzazione della distribuzione della concentrazione dei reagenti e del tempo di contatto 9

10 Descrizione della piattaforma pilota e della tecnologia MITO3X» Piattaforma pilota 10 Patent pending: WO A, EP A1, US

11 Descrizione della piattaforma pilota e della tecnologia MITO3X 11 Patent pending: WO A, EP A1, US

12 Test sperimentali Trattamento terziario di acque reflue urbane mediante chiariflocculazione, disinfezione e adsorbimento e scambio ionico. Trattamento di acque potabili ai fini della rimozione di arsenico. Trattamento di acque reflue urbane ad alto carico con sistema integrato di chiariflocculazione, adsorbimento e ozono. Trattamento di acque reflue urbane per la rimozione di carichi anomali da processi secondari 12

13 Trattamento terziario di acque reflue urbane mediante chiariflocculazione, disinfezione e adsorbimento e scambio ionico Combined physico-chemical treatment of secondary settled municipal wastewater in a multifunctional reactor O Santoro T Pastore D Santoro F Crapulli M Raisee M Moghaddami Water Science & Technology 11/2013; 68(8): Exp. AP PAC SH Z Exp. AP PAC SH Z [#] [µl/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] [#] [µl/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] Dall analisi numerica delle combinazioni possibili è stata derivata una combinazione ottimale costituita da: 100 ul/l di AP; 10 mg/l di PAC; 5 mg/l di SH; 50 mg/l di Z

14 Trattamento terziario di acque reflue urbane mediante chiariflocculazione, disinfezione e adsorbimento e scambio ionico Risultati: COD (macro-indicatore) e Fenoli totali (indicatore per microinquinanti) 4 mesi di test sperimentali con la combinazione dei dosaggi ottimale individuata 14 Capacità di ottenere eccellenti risultati in termini di abbattimento di COD e coliformi totali Efficace barriera contro i fenoli e microinquinanti

15 Trattamento di acque potabili ai fini della rimozione di arsenico Efficient removal of low-arsenic concentrations from drinking water by combined coagulation and adsorption processes. I. Pio A.Scarlino E. Bloise G. Mele O. Santoro T. Pastore D. Santoro Separation and Purification Technology 06/2015; La sperimentazione è stata condotta partendo da una concentrazione iniziale di As(V) pari a 100 ug/l 15

16 Trattamento di acque reflue urbane ad alto carico con sistema integrato di chiariflocculazione, adsorbimento e ozono» Materiali e metodi Attività/ Parametro Metodi Laboratorio Campionamento APAT-IRSA CNR Manuale 29/ /6010 Azoto ammoniacale (NH4) COD Conducibilità APAT-IRSA CNR 29/2003 n a2 APAT-IRSA CNR 29/2003 n Metodo 5135 COD (ISPRA) APAT-IRSA CNR 29/2003 n Cloro Attivo APAT-IRSA CNR 29/2003 n.4080 Colore APAT-IRSA CNR 29/2003 n.2020 Fenoli APAT-IRSA CNR 29/2003 n Materiali Grossolani APAT-IRSA CNR 29/2003 n.2089 Campionamento Metalli APAT IRSA CNR 29/2003 serie 3000 ( ) Odore APAT-IRSA CNR 29/2003 n.2050 ph APAT IRSA CNR 29/2003 n.2060 Escherichia Coli APAT- IRSA CNR 29/2003 n.7030 Coliformi totali APAT- IRSA CNR 29/2003 n.7010 La sperimentazione ha previsto, in particolare, l utilizzo di reagenti (AP, PAC, SH, O3) iniettati all interno del flusso di acque reflue secondarie in corrispondenza della flangia di aspirazione della pompa, in quantità note rispetto alla portata di fluido da trattare. In particolare sono stati utilizzati i seguenti reagenti, con indicazione dei range indagati in riferimento al fluido da trattare: policloruro di alluminio (0-100 mg/l); polvere di carbone attivo (0-10 mg/l), ipoclorito di sodio (0-5 mg/l), ozono (0-4 mg/l) ossigeno (0-8 mg/l) COD (mg/l) Fenoli (mg/l) Qualità media nelle acque in ingresso al trattamento durante la fase sperimentale TOC (mg/l) Al (µg/l) Mn (µg/l) Fe (µg/l) Zn (µg/l) E.coli (CFU/100mL) Coli tot. (CFU/100mL) 59,35 0,21 38,81 121,65 21,38 19,90 24,

17 Trattamento di acque reflue urbane ad alto carico con sistema integrato di chiariflocculazione, adsorbimento e ozono» Andamento medio dei macrodescrittori di qualità delle acque sottoposte al trattamento durante la fase sperimentale Campionamento CONDIZIONI OPERATIVE Dose O3 (mg/l) Dose AP (ul/l) Dose SH (mg/l) Portata O2 (L/h) Portata refluo (L/h) TQ (refluo secondario) Trattamento con AP+SH+O3 4,00 100,00 2,

18 Trattamento di acque reflue urbane ad alto carico con sistema integrato di chiariflocculazione, adsorbimento e ozono» Andamento medio di inquinanti organici (fenoli) e inorganici (metalli) nelle acque sottoposte al trattamento durante la fase sperimentale Campionamento 18

19 Trattamento di acque reflue urbane ad alto carico con sistema integrato di chiariflocculazione, adsorbimento e ozono» Andamento medio della microbiologia nelle acque sottoposte al trattamento durante la fase sperimentale Campionamento» Un esempio dell effetto decolorante ottenuto a diversi dosaggi di O3 sul refluo secondario in ingresso ai trattamenti 19

20 Trattamento di acque reflue urbane per la rimozione di carichi anomali da processi secondari Anomalie in ingresso 8 COD (mgo2/l) Pre sistema integrato sistema integrato chiarifl+disinf. +adsorbimento sistema integrato chiarifl/disinf. + O3 20

21 Trattamento di acque reflue urbane per la rimozione di carichi anomali da processi secondari 12 AKI = 200 ul/l IPO = 7.5 mg/l 10 8 COD (mgo2/l) 6 4 Anomalia impianto biologico di depurazione VLE = 100 mg/l (D.Lgs 152/06 DM 185/03) Risposta sistema integrato chiarifl./disinf Tempo (gg) 21

22 L impianto di riutilizzo delle acque reflue urbane di interesse strategico regionale» L impianto esistente e il potenziamento 22

23 Conclusioni I processi di trattamento presentati e i risultati dei test hanno dimostrato la possibilità di perseguire la strategia dell economia circolare applicata alle risorse idriche nel caso specifico delle acque reflue urbane. Si è dimostrata infatti: la possibilità di perseguire elevati obiettivi qualitativi con trattamenti terziari avanzati di chiariflocculazione e disinfezione (miglioramento qualitativo). La tecnologia proposta MITO3X è adeguata alla strategia in quanto determina significative semplificazioni impiantistiche con conseguente risparmio di risorse. Il processo e la tecnologia proposta perseguono il contenimento dei consumi energetici e offrono la possibilità di ricorrere a fonti rinnovabili. 23