Firenze, 1 Febbraio 2010 Convegno AIRBA IL RIUSO DELLE ACQUE REFLUE: realizzazioni e prospettive

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1 Firenze, 1 Febbraio 2010 Convegno AIRBA IL RIUSO DELLE ACQUE REFLUE: realizzazioni e prospettive Il riuso industriale: l esperienza pratese Bassetti C.*, Borchi F.*, Caregnato F.*, Coppini E.*, Valeri R.* *Gestione Impianti Depurazione Acque, Prato. 1. Premessa Il distretto tessile di Prato vede attive tuttora più di 300 industrie che fanno abbondante uso di acqua per i loro processi produttivi. Attualmente le acque di scarico industriali, insieme a quelle domestiche, sono convogliate a cinque depuratori centralizzati gestiti da G.I.D.A. S.p.a., società a capitale misto pubblico e privato. All impianto di depurazione più grande e complesso, quello di Baciacavallo, affluiscono mediamente circa 35 milioni di m 3 /a di acque reflue urbane, comprensive anche dell aliquota di acqua di pioggia, che dopo il trattamento, vengono riversate nel torrente Ombrone. In seguito alla crisi idrica della fine degli anni 80, dovuto all approvvigionamento incontrollato di acqua per usi domestici e industriali effettuato in massima parte per mezzo di prelievo da pozzi, le istituzioni pubbliche e il sistema industriale decisero che per preservare questa risorsa per gli usi più pregiati (ad esempio il consumo domestico) e continuare a far fronte alla domanda dell industria tessile, era necessario realizzare il cosiddetto Acquedotto Industriale, con il quale viene recuperata una parte dell acqua di scarico dell impianto di depurazione di Baciacavallo e riciclata alle fabbriche allacciate alla rete di distribuzione. Attualmente, a fronte di un fabbisogno delle industrie cosiddette idroesigenti che è stimato essere intorno ai 12 milioni di m 3 /a all anno, sono riciclati circa 4 milioni di m 3 /a di acqua, pari a circa 1/3 del fabbisogno del sistema industriale. Per il post-trattamento delle acque depurate il sistema dell acquedotto industriale di Prato utilizza due impianti di affinamento, di cui uno di proprietà di G.I.D.A. collegato ad una ampia rete di distribuzione che si estende in tutta la città di Prato e sino a Montemurlo, ed uno privato a servizio di una limitata area industriale del distretto, quella corrispondente al cosiddetto Macrolotto Industriale 1. In questa relazione verrà evidenziata l esperienza svolta da GIDA nella produzione di acqua riciclata. 2. Risorse disponibili Le risorse idriche attualmente disponibili, a meno dell acqua di falda, per l utilizzo prevalentemente industriale sono: il fiume Bisenzio (fino a m 3 /a); l impianto di depurazione di Baciacavallo ( m 3 /a); l impianto di depurazione di Calice ( m 3 /a). L utilizzo di una aliquota di acqua superficiale nei processi produttivi è ritenuto indispensabile sia per regolare il contenuto salino dell acqua riciclata sia per contenerne i costi di produzione. Pertanto l acqua recuperata viene miscelata con un aliquota di acqua superficiale derivata dal fiume Bisenzio che nel 2009 è stata pari a circa m 3. Per compensare questo prelievo il sistema prevede anche la restituzione di una aliquota di acqua depurata al Fiume Bisenzio. Nel 2009 questa aliquota è stata pari a m 3.

2 3. Acquedotto Industriale: definizione degli obiettivi L acquedotto industriale nasce con l obiettivo primario di salvaguardare la risorsa idrica naturale del territorio pratese e di evitare penalizzazioni al settore produttivo. Per raggiungere un tale ambizioso traguardo in questi anni sono stati curati con particolare attenzione soprattutto due aspetti fondamentali: a) la qualità dell acqua deve essere sempre compatibile con la richiesta dell utente finale un acqua che sia compatibile con le esigenze di tutti i potenziali utenti e in tutte le condizioni di utilizzo possibile avrebbe un costo non sostenibile, soprattutto se si tratta di acqua di recupero. Pertanto la società che si impegna a gestire la produzione e la distribuzione di acqua di riciclo deve fornire un prodotto con caratteristiche qualitative mediamente buone e ad un costo competitivo. Per i processi di lavorazione industriale più delicati, come, ad esempio, alcuni processi di tintura dei tessuti, le stesse aziende di produzione provvedono ad effettuare un ulteriore affinamento con impianti specifici finalizzati a produrre l acqua che dovranno utilizzare, in funzione del tipo di lavorazione e dei prodotti e ausiliari di processo impiegati. In altri casi, si preferisce migliorare la qualità dell acque di processo attraverso la diluizione con acque pregiate in quantità che possono variare dal 30% al 70%. Occorre inoltre ricordare almeno il 50% dell acque erogata in una industria tessile viene utilizzata per lavorazioni grezze, come i lavaggi e i risciacqui, per le quali certamente l acqua tal quale erogata dall acquedotto industriale è di qualità sufficiente. b) Il costo dell acqua deve essere compatibile con quello dell acque prelevata dai pozzi Per incentivare il consumo dell acqua riciclata e al contempo disincentivare il consumo di quella di falda è stato attivato un meccanismo che opera secondo i seguenti principi: al rubinetto dell utente dell acqua dell acquedotto industriale viene applicato un prezzo calmierato ; tutti gli utenti del sistema centralizzato di depurazione contribuiscono al finanziamento del sistema di acquedotto industriale mediante una maggiorazione della tariffa di depurazione stessa; tutti gli utenti del sistema di acquedotto industriale possono usufruire di una riduzione della tariffa di depurazione in funzione della quantità dell acqua riciclata utilizzata. In questo modo l onere di buona parte del finanziamento dell acquedotto industriale è distribuito su tutte le aziende che fanno parte del sistema centralizzato di depurazione di Prato. 4. Inquinanti non desiderati Gli inquinanti residui meno desiderati nell acqua destinata all utilizzo nell industria tessile sono il colore ed i solidi sospesi totali. La loro presenza deve essere pressoché nulla. Colore residuo: partendo da un acqua non neutra dal punto di vista cromatico si possono presentare tre ordini di problemi durante la fase di tintura: è più complicato gestire i bagni di tintura; il colore residuo nell acqua può interagire con i coloranti e gli ausiliari presenti nel bagno di tintura e da luogo ad una colorazione delle fibre diversa rispetto al campione di riferimento; i colori chiari acquistano tonalità non volute. 2

3 Solidi sospesi: i solidi sospesi presenti nel bagno di tintura, depositandosi sulla superficie delle fibre e dei tessuti impediscono la distribuzione uniforme del colorante. Il fenomeno è particolarmente accentuato per le rocche e le matasse, che durante la fase di tintura si comportano come degli ammassi filtranti. Infatti le particelle solide sono trattenute sulla superficie esterna della massa di fili fino a formare un film che a sua volta filtra i coloranti ed impedisce loro di raggiungere le fibre più interne. Il risultato è una colorazione la cui intensità diminuisce passando dagli strati di fibre esterni a quelli interni. Altri inquinanti non desiderati nei processi dell industria tessile sono le sostanze riducenti che possono essere presenti nell acqua e che reagendo coi coloranti ne inibiscono l azione rendendone più difficile il fissaggio sulle fibre e causando veri e propri viraggi. In altri termini sono causa di diminuzione di intensità e di cambio di tonalità dei colori dei tessuti. Anche in questo caso le aziende provvedono direttamente alla neutralizzazione dell eventuale potere riducente con degli ossidanti, come l ipoclorito di sodio e l acqua ossigenata. Il potenziale redox di un acqua per tintoria è accettabile quando il suo valore è superiore a 150 mv. Per altri tipi di impieghi come l uso irriguo o l uso per lavaggi di auto e lavaggi in genere gli inquinanti non desiderati sono il contenuto salino e la durezza: Cloruri e salinità: nelle irrigazioni la presenza di cloruri è tollerata fino a concentrazioni di mg/i (il limite stabilito dal DM185/2003 è pari a 250 mg/l). Nel caso delle produzioni florovivaistiche, tuttavia, i produttori giudicano non tollerabile una presenza di cloruri superiore a 120 mg/l. Durezza: la durezza di norma non deve essere superiore a circa 10 F, ragione per cui l acqua dell acquedotto industriale, che ha durezza media compresa tra 20 e 35 F spesso deve essere addolcita per gli usi industriali o per altri usi come ad esempio i lavaggi delle auto. Bisogna tenere presente tuttavia che l acqua prelevata dai pozzi nell area pratese ha durezza media intorno a F. 5. Le sperimentazioni pilota Prima di procedere alla progettazione dell impianto di post-trattamento delle acque depurate in scala reale ed alla sua realizzazione, G.I.D.A. negli anni tra il 2003 e il 2004 ha progettato e realizzato in proprio un impianto di affinamento su scala pilota con l obiettivo di produrre un acqua di qualità idonea al riuso nell industria tessile a costi di esercizio contenuti per renderla economicamente competitiva con quella dei pozzi. La configurazione definitiva dell impianto pilota, seguendo la direzione del flusso dell acqua, comprendeva in cascata: un trattamento di chiariflocculazione con ausilio di coagulanti e flocculanti; un trattamento di filtrazione a sabbia a bassa pressione; un trattamento di ozonizzazione con diffusori in vasca di contatto successivamente sostituiti con un sistema originale di diffusione in linea. Per confermare la validità del trattamento, con l acqua ottenuta sono state effettuate numerose prove di tintura su campioni di tessuto presso i laboratori di alcune ditte tessili e confrontate con quelle fatte con acqua di pozzo. Inoltre, in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Civile della Università di Firenze, sono state condotte numerose prove per testare la compatibilità dell acqua di riciclo con l utilizzo irriguo, in particolare nel settore della produzione florovivaistica. In questo caso, nonostante i risultati incoraggianti, l esperienza degli impianti pilota dedicati allo scopo non ha dato seguito, per il momento, all utilizzo dell acqua di riciclo finalizzata alla irrigazione su ampia scala delle coltivazioni vivaistiche dell area pistoiese. 6. Impianto su scala industriale Sulla base dei risultati ottenuti con l impianto pilota dedicato al riutilizzo di acqua di riciclo nel settore industriale, G.I.D.A. ha provveduto a progettare l impianto di affinamento su scala industriale (Fig. 1) e a realizzarlo, grazie anche al contributo del Ministero dell Ambiente e della Regione Toscana (Accordo di Programma Quadro del 2004) in tre lotti funzionali successivi, il primo dei quali è entrato in funzione nel Giugno

4 L impianto realizzato è in condizioni di trattare fino a m 3 /a di acqua proveniente dal depuratore di Baciacavallo. Attualmente, una parte della sezione di filtrazione è dedicata a trattare l acqua proveniente dal fiume Bisenzio (quando questa è disponibile e di qualità adeguata) che viene miscelata con l acqua depurata post-trattata al fine di regolarne il contenuto salino. Per il trattamento specifico di decolorazione è stato sperimentato e poi realizzato un sistema di diffusione in linea originale mediante eiettore e tubazione a forma di spira allo scopo di aumentare la turbolenza dell acqua e l efficacia dell azione dell ozono sulle sostanze cromofore. IMPIANTO DI AFFINAMENTO INDUSTRIALE Q = m 3 /a Acqua depurata da impianto di Q = m 3 /a depurazione di Baciacavallo Q = m 3 /a Miscelazione rapida PAC Miscelazione lenta Polielettrolita anionico Chiarificazione a pacchi lamellari Filtrazione multistrato Q = m 3 /a Acqua da Fiume Bisenzio Ozonizzazione reattori SIAD Mixflo3 Acqua depurata al torrente Ombrone Q = m 3 /a Vasca stoccaggio acqua riciclata 8000 m 3 Rete di distribuzione Acquedotto Industriale Fig. 1 Schema a blocchi quantificato dell impianto di affinamento di GIDA-Baciacavallo (2009) La società G.I.D.A. effettua direttamente la gestione tecnica, operativa e amministrativa del proprio impianto di affinamento e della propria rete di distribuzione, alla quale attualmente sono allacciati oltre cinquanta utenti, in prevalenza industrie tessili, ma anche alcuni autolavaggi e altre attività del settore terziario. Nel 2009 GIDA ha erogato circa 1,4 milioni di metri cubi di acqua industriale, di cui circa di acqua riciclata e m 3 di acqua proveniente dal fiume Bisenzio. 4

5 7. Costi di produzione Il fattore costo è di fondamentale importanza perché il finanziamento dell attuale sistema incentivante è assicurato da risorse economiche prelevate all interno del sistema centralizzato di depurazione. E evidente che unica possibilità di rendere competitiva un acqua ancora troppo costosa rispetto a quella a buon mercato della falda è di abbassarne il costo di produzione. Nella tabella seguente sono riportati i consumi degli elementi variabili con i relativi costi di produzione: Consumi Costi Energia elettrica produzione 0,235 kwh/m 3 0,018 /m 3 Coagulante 50 g/m 3 0,006 /m 3 Flocculante 0,5 g/m 3 0,001 /m 3 Ozono 15 g/m 3 0,040 /m 3 Totale costo di produzione 0,65 /m 3 Tav. 4 Consumi di elementi variabili e relativi costi per metro cubo di acqua prodotta (2009). 8. Reti di distribuzione e costi relativi La rete di distribuzione dell acquedotto industriale si estende attualmente per circa 50 chilometri interessando la città di Prato sulla dorsale est-ovest, il 1 Macrolotto Industriale, il 2 Macrolotto Industriale, la zona industriale di comune di Montemurlo e ne è prevista una estensione anche nella zona industriale del comune di Campi Bisenzio. Le acque derivate dal fiume Bisenzio vengono trasportate a gravità a Baciavavallo, miscelate con l acqua in uscita dall impianto di affinamento e quindi distribuite in rete. Montemurlo PRATO Fiume Bisenzio Presa Bisenzio Idl Calice Macrolotto 1 idl Baciacavallo Campi Bisenzio Macrolotto 2 Figura 2 Schema dell Acquedotto Industriale del distretto tessile pratese: (1)Impianto di affinamento IDRA; (2)Impianto di affinamento GIDA; (3)Filtri per acqua del Bisenzio. Nella tabella seguente sono riportati i consumi degli elementi variabili con i costi relativi alla distribuzione che devono essere sommati a quelli di produzione per ottenere infine il costo totale dell acqua erogata relativamente ai soli elementi variabili. 5

6 Consumi Costi Energia elettrica distribuzione 0,42 kwh/m 3 0,055 /m 3 Totale costo di distribuzione 0,055 /m 3 Totale costo di produzione 0,065 /m 3 Totale costi variabili 0,120 /m 3 Tav. 5 Consumi di elementi variabili e relativi costi per metro cubo di acqua prodotta e distribuita (2009). A questo deve essere sommato il costo relativo a tutti gli elementi non variabili, quali affitti, noli, concessioni, ecc. Nel 2009 il costo dell acqua di riciclo erogata è stato pari a circa 0,29 /m Prospettive e limiti dello sviluppo dell Acquedotto Industriale di Prato Nel corso degli ultimi anni anche la produzione di acqua di riciclo, per le sue caratteristiche intrinseche di servizio alla produzione industriale, ha risentito della forte crisi strutturale del distretto tessile. L erogazione del sevizio ha registrato un lieve ma progressivo calo negli ultimi 3 anni (vedi grafico) e la società GIDA si è attivamente impegnata per ricercare altri settori di impiego dell acqua di riciclo compatibili con le caratteristiche dell acqua erogata. In particolare sono stati effettuati alcuni allacciamenti per la fornitura di acqua industriale ad autolavaggi, ad impianti di termocondizionamento di aziende della grande distribuzione commerciale, ad impianti di betonaggio di imprese edili, alle reti duali di grandi lottizzazioni artigianali o residenziali. ANDAMENTO PORTATE ANNUE ACQUEDOTTO INDUSTRIALE GIDA metri cubi anni Inoltre, grazie alla stretta collaborazione con l Assessorato all Urbanistica del Comune di Prato, l allacciamento all Acquedotto Industriale è stato inserito nel Regolamento Edilizio come una delle strategie di riferimento per la riduzione del consumo di acqua potabile e pertanto contribuisce all ottenimento di incentivi economici ed urbanistici (scheda 2.5 dell allegato K del Regolamento Edilizio del Comune di Prato). Un altro campo di sviluppo della rete dell Acquedotto Industriale è relativo alla sua possibile funzione di rete di distribuzione di acqua con caratteristiche tecniche (pressione, continuità del servizio) compatibili con l emergenza antincendio. Un primo risultato in questa direzione è stato 6

7 raggiunto con l autorizzazione ottenuta nel 2008 dal Comando Provinciale dei Vigili del Fuoco per l anello di distribuzione del Macrolotto Industriale n 2. Il riutilizzo di acqua depurata nelle coltivazioni agricole o nella produzione florovivaistica resta, allo stato attuale, un impegno disatteso dell Accordo di Programma sottoscritto nel Le esperienze pilota non sono state seguite da ulteriori sperimentazioni su scala industriale ed è rimasto irrisolto il nodo del limite di tollerabilità delle concentrazioni di sali nell acqua di riciclo da impiegare nella produzione florovivaistica che caratterizza, in particolare, l economia dell area pistoiese. Tuttavia alcune esperienze interessanti di irrigazione con acqua di riciclo sono state portate avanti, a titolo sperimentale e con risultati incoraggianti, dall azienda ASM di Prato che cura le aree verdi pubbliche del Comune di Prato. Attualmente uno dei limiti maggiori dello sviluppo della rete dell acquedotto industriale resta quello relativo al costo di estensione della rete nelle aree della città non ancora raggiunte da questo servizio. Infatti, gli esigui margini di competitività dei costi di approvvigionamento di acqua riciclata rispetto a quelli dell acqua di pozzo, non sono sufficienti a coprire le spese di investimento nella estensione della rete. E auspicabile che la legislazione nazionale o regionale preveda forme di finanziamento diretto o di incentivazione per favorire almeno la realizzazione delle direttrici principali di questa importante infrastruttura. 10. Conclusioni Sulla base della esperienza maturata, riteniamo che per un acquedotto che eroga acqua riciclata valgano in generale queste semplici regole: deve essere un opera condivisa e accettata dagli utenti; deve fornire acqua di qualità mediamente buona a costi competitivi; deve mirare ad abbattere solo le sostanze indesiderate dagli utenti; è necessario un cambio di mentalità e di abitudini operative degli utenti; è indispensabile l applicazione di un meccanismo che ne incentivi l utilizzo; le principali direttrici della rete di distribuzione devono essere realizzate seguendo criteri economici ma possibilmente usufruendo di forme di contributo pubblico o di incentivazione di carattere generale. 7