Trattamenti delle acque

Transcript

1 Trattamenti delle acque Sono dipendenti dalla risorsa e dall uso finale Trattamenti per usi municipali Prive di batteri e con contenuto salino Per boiler acque non dure Trattamenti per usi industriali specifici Trattamenti di acque di scarico per il rilascio ambientale o il riutilizzo Non corrosive Prive di inquinanti ambientali per fauna o flora 1

2 Trattamento per uso municipale Trattamento base per acque dure contenenti elevate concentrazioni di ferro Aggiunta di calce (CaO 2 o Ca(OH) 2 ) Per precipitazione di Ca 2+ e Mg 2+ Coagulante (solfati di Fe (III) e Al) aggiunta di elettroliti Eliminazione di composti volatili (H 2 S, CO 2, CH 4, CH 3 SH, metaboliti di batteri) Ossidazione Fe(II) a Fe (III) insolubile 2

3 Rimozione di solidi La sedimentazione e la filtrazione per eliminare solidi di grandi dimensioni Griglie di acciaio di µm per piccole particelle La coagulazione per precipitare colloidi: Si usano sali di Fe e Al Silicati di sodio aiutano la coagulazione Al idrolizza in acqua Fe (II) solfato deve essere ossidato con O 2 a ph>8.5 Fe (III) anidro meccanismo simile con range di utilizzo tra ph 4-11 Gli ioni metallici distruggono i virus presenti Sono utilizzati elettroliti naturali (amidi, polisaccaridi, materiale proteico) e sintetici (polimeri anionici e cationici) 3

4 Rimozione dei solidi_2 La coagulazione-filtrazione è un processo più efficiente Per la filtrazione si utilizzaziono sabbia e carbone Si usano particelle progressivamente più piccole Es., filtro rapido su sabbia (sabbia più ghiaia), si pulisce in backflushing Vasca di sedimentazione 4

5 Impianti di trattamento chiariflocculatore 5

6 Trattamento per usi industriali Può essere usata per raffreddamneto Acqua usata per boiler (addolcimento ed eliminazione di sotanze corrosive) Per usi alimentari (priva di patogeni e composti tossici) È importante la sequenza di utilizzo per l uso razionale (necessità di acque qualitativamente inferiori nel processo) 1. Trattamento esterno (aerazione, chiarificazione e filtrazione) 2. Trattamento interno: Eliminazione eccesso ossigeno disciolto( idrazina o solfito) Eliminazione di Ca per durezza (agenti chelanti, fosfato) Modifica del ph Disinfezione per uso alimentare 6

7 Addolcimento dell acqua_calce soda Metalli rimossi per evitare precipitati con saponi o calcare che limita le prestazioni di boiler Impianti grandi usano il processo calce-soda (Ca(OH) 2 + Na 2 CO 3 ) per precipitare Ca (CaCO 3 ) e Mg (Mg(OH) 2 Ca presente come bicarbonato sola calce Eliminazione di sali Elevato ph e soda Aggiunta di sali Conseguenze: soluzione sovrassatura e alto ph ricarbonatazione I precipitati devono essere rimossi per sedimentazione Il processo è applicato anche a metalli pesanti in acque di scarico che precipitano come idrossidi o coprecipitano 7

8 Addolcimento dell acqua_scambiatori Non vengono rimossi tutti gli ioni, solo quelli responsabili della durezza dell acqua (scambiatore cationici). Si usano gli zeoliti naturali e scambiatori sintetici forti. Svantaggio produzione di NaCl Scambiatori deboli si usano per ridurre l alcalinità Scambiatore cationico Scambiatore anionico Possono essere usati agenti chelanti 8

9 Rimozione di Metalli Ferro e Manganese Presenti in condizioni riducenti come sali solubili (II) Sono ossidati a Fe (III) e Mn (IV) per aerazione a ph >8.5 (se presenti come carbonati) Si usa cloro o permanganato di potassio Cloro ossida la sostanza organica che complessa i metalli Rame, cadmio, mercurio e piombo sono precipitati come solfuri Altre tecniche usate: Elettrodeposizione Osmosi inversa Scambio ionico Cementazione Carbone attivo (drogato con chelanti) 9

10 Rimozione di sostanza organica Contribuisce alla presenza di sottoprodotti di disinfezione byproducts- La sostanza organica è costituita di sostanze umiche, detersivi, tannini, composti idrofobici (estraibili in etere), proteine Si usano principalmente filtri a carbone attivo GAC (Granular Activated Carbon) diametro particelle mm PAC (Powdered Activated Carbon) diametro particelle µm 500m 2 /g Elevata porosità e sviluppo superficiale Lavaggio in back-flushing Rigenerazione a 950 C in vapor acqueo economica (ossidazione di sostanze adsorbite con minime perdite) Si usano anche: resine sintetiche come l amberlite XAD-4 (850m 2 /g) ossidazione con cloro, ozono, acqua ossigenata, permanganato 10

11 Rimozione di sostanza inorganica Principalmente nitrati, fosfati e metalli pesanti tramite: Scambio ionico Osmosi inversa (membrana di acetato e poliammide di cellulosa) Elettrodialisi Microfiltrazione, ultrafiltrazione, nanofiltrazione, dialisi 11

12 Rimozione di sostanza inorganica Principalmente nitrati, fosfati e metalli pesanti tramite: Scambio ionico Osmosi inversa (membrana di acetato e poliammide di cellulosa) Elettrodialisi Microfiltrazione, ultrafiltrazione, nanofiltrazione, dialisi 12

13 Rimozione del fosforo Fosforo è fattore limitante per gli autotrofi crescita a conc. <0.5 mg/l Presente in acque municipali a livelli di 25 mg/l (ortofosfati, polifosfati e fosfati insolubili) e in forma organica (p.es fosfolipidi) Rimosso per trattamento nei: 1. Bacini primari 2. Camera di aerazione di impianto a fanghi attivi 3. Dopo trattamenti secondari Fosforo è rimosso chimicamente per adsorbimento su allumina attiva o precipitazione Esiste anche un sistema biologico con Phosphorus Accumulating Organisms (PAOs) 13

14 Rimozione dell azoto Presente in acque municipali come ammoniaca o azoto organico Prodotto dai processi di trattamento biologici, forma gassosa, non ossidata Si può eliminare per stripping dall acqua resa basica a ph>11 Scambio ionico selettivo Si può procedere per ossidazione (nitrificazione), aerando i fanghi seguita da denitrificazione

15 Rimozione dell azoto Presente in acque municipali come ammoniaca o azoto organico Prodotto dai processi di trattamento biologici, forma gassosa, non ossidata Si può eliminare per stripping dall acqua resa basica a ph>11 Scambio ionico selettivo Si può procedere per ossidazione (nitrificazione), aerando i fanghi seguita da denitrificazione

16 Trattamenti reflui Scarichi municipali sono costituiti da reflui domestici e acque di ruscellamento (possono essere contaminate da traffico veicolare) Scarichi industriali possono prevedere un trattamento interno precedente o un trattamento alternativo specifico (per contaminanti refrattari) Le acque di scarico devono essere trattate per una varietà di componenti Biologici: patogeni e composti con richiesta di ossigeno (BOD) Solidi: schiume, oli, grassi, materiale in sospensione Chimici: organici e inorganici I trattamenti si dividono in primari, secondari e terziari e coinvolgono processi biologici Bisogna tenere in considerazione: Carico idraulico Carico organico (valutato con BOD) Carico di nutrienti Carico di microinquinanti Parametri chimico fisici ambientali 16

17 Wastewater Treatment Plants (WWTPs) DL n 152 del 11/05/1999: Disposizioni sulla tutela delle acque dall'inquinamento e recepimento della Dir 91/271/CEE concernente il trattamento delle acque reflue urbane e della Dir 91/676/CEE relativa alla protezione delle acque dall'inquinamento provocato dai nitrati provenienti da fonti agricole 17

18 Wastewater Treatment Plants (WWTPs) Trattamento primario Trattamento secondario (fanghi attivi) Trattamento terziario (Contemporaneo o aggiuntivo) Linea dei fanghi 18

19 Trattamenti primari Rimozione del materiale solido (p.es. sabbie) e insolubile (p.es. oli, schiume) che può limitare l efficienza del trattamento biologico 1. Grigliatura 2. dissabbiatura (0.2-2 mm) 3. sgrassatura 4. sedimentazione primaria Grigliatura per rimuovere solidi (Grosse e fini) Dissabbiatura per sedimentazione naturale (velocità controllata) Rimozione di oli sulla superficie tramite aria insufflata e scrematura 19

20 Vasca di sedimentazione primaria Negli impianti di trattamento dei reflui ci sono due linee: Linea delle acque Linea dei fanghi Rimozione dei solidi decantabili e flottabili Si aggiungono coagulanti Tempo di permanenza 1-3 h I fanghi vengono raschiati dal fondo e trasportati verso i successivi trattamenti Si valuta efficienza attraverso misura di BOD (p.es. ridotto a 1/3) 20

21 Trattamento secondario Si utilizzano microorganismi per degradare la sostanza organica> diminuzione del BOD Ci sono diversi tipi di processo, a film biologico fissato o fanghi attivi: Conoscere la sorgente (p.es. Me tossici) Filtri percolatori senza bisogno di aerazione Biodischi (Dischi di plastica immersi nel liquame su asta rotante) Vasche a fanghi attivi 21

22 Vasca a fanghi attivi È un meccanismo naturale controllato, con alta densità di popolazione batterica aerobica Si formano fiocchi di batteri poi eliminabili per sedimentazione Abbattimento del BOD Ossidazione del materiale organico (produzione di CO 2 ) Sintesi nella biomassa (60%) (N, P incorporati) Nelle vasche di aerazione si procede alla nitrificazione Se segue la Nitrosomonas denitrificazione può Nitrobacter esserci il bulking I fanghi sono parzialmente ri-immessi nel sistema dopo un acclimatazione 22

23 Trattamenti terziari Si usano per abbattere: Solidi sospesi (filtri a sabbia, chiariflocculazione) Organici disciolti (p.es su Carbone attivo) Inorganici disciolti (denitrificazione, defosfatazione) Batteri (Disinfezione) Biologica in ambiente anaerobo (Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas denitrifcans, Paracoccus denitrificans, Thiobacillus denitrifcans) 23

24 Smaltimento dei fanghi Presenti nelle acque di scarico come fanghi organici (da impianti a fanghi attivi) e inorganici (da trattamenti chimici per la rimozione di elementi indesiderati). La fase più importante è la riduzione del liquido del fango I diversi tipi di fanghi sono: Fanghi primari Fanghi secondari (biologici) Fanghi chimici I processi principali sono : Ispessimento Condizionamento Stabilizzazione biologica Disitratazione 24

25 Smaltimento dei fanghi_2 Ispessimento (per gravità, flottazione, centrifugazione) Condizionamento Condizionato e compresso per gravità o con sali, calce e polimeri o termicamente Trattamento biologico: Digestione aerobica Digestione anaerobica Azione batterica che riduce massa e volume, abbattendo i patogeni Si può ottenere biogas Disidratazione Naturale: su letti essiccanti di sabbia e ghiaia Meccanica: filtrazione (filtropressatura, nastropressatura, filtrazione sottovuoto) e centrifugazione Può eventualmente seguire essiccamento o incenerimento Lo smaltimento prevede: Incenerimento Sversamento in oceani Interramento (discariche) Riutilizzo in agricoltura Controindicazioni: Metalli pesanti Patogeni Elementi nutritivi 25

26 Smaltimento dei fanghi_3 Smaltimento anche delle acque laterali dei fanghi che vengono riimmesse nelle condotte con aumento del BOD e solidi sospesi Per abbattere i patogeni si usa la digestione aerobica, l essiccamento con aria, compostaggio, calce 26

27 Rapporto ispettivo 27

28 WWTPs 28