Impianti di depurazione delle acque reflue: Cicli di trattamento appropriati e criteri di dimensionamento. Dr. Ing. Luigi Petta ENVIS Srl

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1 Impianti di depurazione delle acque reflue: Cicli di trattamento appropriati e criteri di dimensionamento Dr. Ing. Luigi Petta ENVIS Srl Via Fanin,, Bologna Tel luigi.petta

2 Definizione del ciclo di trattamento Dati di input Caratteristiche, quantitative e qualitative, del refluo da trattare Caratteristiche richieste per l effluente depurato (Normativa) Progettazione impianto di depurazione Liquame grezzo impianto Effluente depurato Fanghi della depurazione

3 Requisiti allo scarico Normativa vigente D.Lgs Lgs.. 152/99 e sue integrazioni (D.Lgs Lgs.. 258/2002) (obiettivi qualità corpi idrici, trattamenti appropriati in base alle utenze da servire) Delibera CITAI del 4/2/1977 Regione Emilia-Romagna L.R. n.7 del 29/01/1983 e sue integrazioni L.R. n del 9/6/2003 (criteri applicativi del D.Lgs Lgs.. 152/99 per i sistemi di trattamento)

4 Definizione del ciclo di trattamento Il Ciclo di trattamento dell impianto di depurazione è una successione di più fasi di trattamento che possono essere di tipo fisico, chimico e biologico. Tali fasi si caratterizzano secondo due modalità di svolgimento: Separazione (di tipo fisico) Trasformazione/degradazione (di tipo biologico/chimico) La definizione del ciclo di trattamento dipenderà dalla natura e dalle caratteristiche quali-quantitative del liquame. Pur non essendo possibile generalizzare (data la varietà della composizione dei liquami, soprattutto industriali) è comunque possibile individuare due parti (linee) fondamentali del ciclo di trattamento: Linea Acque Linea Fanghi

5 Definizione del ciclo di trattamento Linea acque La linea acque consente la rimozione dei composti inquinanti dal refluo da trattare a fronte di una produzione di fanghi costituiti dalla frazione sedimentabile. In particolare la linea acque si articola nelle seguenti fasi: Pre-trattamenti e Trattamenti Primari Trattamenti Secondari Trattamenti Terziari

6 Definizione del ciclo di trattamento Trattamenti secondari A valle dei trattamenti preliminari e primari sono presenti nel liquame sostanze inquinanti disciolte o in sospensione (colloidale) per la cui rimozione si ricorre ai trattamenti secondari, di tipo chimico-fisico o biologico. Per liquami urbani, il 70-80% degli inquinanti disciolti sono di natura organica biodegradabile. I trattamenti secondari sono finalizzati alla conversione degli inquinanti biodegradabili disciolti in materiale cellulare sedimentabile. A valle di tale conversione si richiede una fase di separazione fisica del materiale cellulare (fango) dall effluente depurato (sedimentazione secondaria).

7 Definizione del ciclo di trattamento Trattamenti terziari A valle dei trattamenti secondari, si hanno i trattamenti terziari le cui finalità sono la rimozione dei nutrienti (composti del fosforo e dell azoto) con l obiettivo di contenere l eventuale fenomeno di eutrofizzazione del corpo idrico ricettore. I trattamenti terziari sono solitamente di tipo biologico o chimicofisico e possono avvenire contestualmente ai trattamenti secondari. In alcuni casi sono anche previsti dei Post-trattamenti (di affinamento) particolarmente spinti finalizzati al riutilizzo dell acqua (a scopi irrigui ed in taluni casi idro-potabili). A seconda dei casi, a valle dell ultimo trattamento, è prevista una fase di Disinfezione per abbattere la carica microbica presente nell effluente depurato.

8 Definizione del ciclo di trattamento Linea fanghi La linea fanghi è finalizzata al trattamento dei fanghi di risulta dalle fasi di trattamento della linea acque (per reflui urbani sono l 1-2% del refluo trattato). Tali fanghi sono caratterizzati da un elevata putrescibilità e da un notevole contenuto d acqua, per devono essere sottoposti ad una serie di fasi di trattamento (di tipo fisico, chimico e biologico). La linea fanghi è solitamente articolata nelle seguenti fasi: - Digestione finalizzata alla stabilizzazione del fango (esso non deve essere soggetto ad attività di trasformazione); - Disidratazione per la riduzione del volume di smaltimento.

9 Partizione delle portate di trattamento Q > 6 x Q 24 Q > 3 x Q 24 iquame grezzo Trattamenti Primari Trattamenti Secondari Corpo idrico

10 Cicli di trattamento appropriati Il D.Lgs Lgs.. 152/99 definisce come trattamento appropriato il trattamento delle acque reflue urbane mediante un sistema di smaltimento che dopo lo scarico garantisca la conformità dei corpi idrici ricettori ai relativi obiettivi di qualità. Secondo il suddetto decreto, la soluzione depurativa da adottare va scelta in base ai seguenti fattori: Dimensione dell utenza (espressa in AE) Matrice ambientale di scarico (suolo, sottosuolo, acque dolci superficiali, acque marino-costiere, acque di transizione, ecc.) Caratteristiche qualitative del punto di scarico prescelto

11 Cicli di trattamento appropriati La dimensione dell utenza consente di determinare le matrici ambientali su cui non è consentito lo scarico. La scelta della matrice ambientale più vantaggiosa dal punto di vista economico/ambientale andrà effettuata a seguito di un analisi delle caratteristiche qualitative del territorio circostante l insediamento (per il suolo occorre valutare il rischio di inquinamento inamento delle falde sotterranee, per i corpi idrici superficiali va considerata il suo effettivo livello di qualità ambientale). L utenza soggetta a trattamento appropriato può essere suddivisa in tre fasce dimensionali: < 50 AE Compresa tra 50 e AE Compresa tra e AE in presenza di reflui industriali va sempre rispettata la Tab.3 All.5

12 Cicli di trattamento appropriati Scarichi fino a 50 AE Tali scarichi sono sempre soggetti a trattamento appropriato. Tra a questi viene contemplato anche lo smaltimento sul suolo in accordo a quanto previsto dalla Delibera CITAI 4/2/1977 purché non siano presenti componenti di cui al Par.2.1 dell All.5. Scarichi da 50 a AE Tali scarichi necessitano di trattamento appropriato se recapitano in corpo idrico superficiale o, se recapitano al suolo, devono rispettare il Par.2.1 dell All.5 e la Tab.4. Per la strategia di depurazione più idonea, è opportuno distinguere inguere tra scarichi inferiori/superiori a 1000 AE quale soglia di applicabilità lità di trattamenti estensivi di tipo naturale. Scarichi da a AE Tali scarichi necessitano di trattamento appropriato se recapitano in acque marino-costiere, sono soggetti a trattamento secondario con i limiti della Tab.1 All.5 se recapitano in acque dolci, devono rispettare il Par.2.1 dell All.5 e la Tab.4. se desiderano scaricare sul suolo.

13 Cicli di trattamento appropriati A B C D E F G H I J K Fossa settica + Pozzo assorbente X Fossa settica + Sub-irrigazione X X Fossa settica + Sub-irrigazione fitoprotetta X X Fossa settica + Filtro a sabbia + Sub-irrigazione X Fossa settica + Filtro a sabbia + Sub-irr. Fitopr. X Fossa settica + Fitodep. Combinata + Sub-irr.. X Fossa settica + Fitodep. Combinata + Sub-irr. fitopr. Fossa settica + Sub-irrigazione e drenaggio X Fossa settica + Sub-irrigazione fitopr. E drenaggio X Fossa settica + Trincea drenante X Fossa settica + Fitodepurazione HF X X X 2 Fossa settica + Fitodepurazione VF X X X Fossa settica + Stagno X X 4 Stagni in serie X X Stagno facoltativo + Fitodepurazione X X 6 Fossa Imhoff + Fitodepurazione combinata X X Fossa tricamerale + Fitodepurazione combinata + Filtro a sabbia 8 Stagno anaerobico + Fitodepurazione combinata X X Letto ad evapotraspirazione completa X Fossa settica + Filtro a sabbia intermittente X X X X

14 Cicli di trattamento appropriati A B C D E F G H I J K Tricamerale + Stagno X Fossa Imhoff + Filtro percolatore X X Fossa Imhoff + biodischi X X Fossa settica + Impianto aerazione prolungata X X Tratt. Primario + Impianto ANOX-OX X X X Impianto SBR X X Chiariflocculazione X X Impianto biologico + Fitodepurazione X X X Impianto biologico + Stagni di finissaggio X Impianto biologico + chiariflocculazione X

15 Cicli di trattamento appropriati Colonna A Tratt. appr. per scarichi fino a 50 AE su suolo Colonna B Tratt. appr. per scarichi fino a 50 AE su suolo a falda vulnerabile Colonna C Colonna D Colonna E Colonna F Colonna G Colonna H Colonna I Colonna J Colonna K Tratt. appr. per scarichi fino a 50 AE in acque superficiali generiche Tratt. appr. per scarichi fino a 50 AE in acque di buona o elevata qualità Tratt. appr. per scarichi da 50 a 500 AE in acque superficiali generiche Tratt. appr. per scarichi da 50 a 500 AE in acque di elevata qualità o aree sensibili Tratt. appr. per scarichi da 500 a 2000 AE in acque superficiali generiche Tratt. appr. per scarichi da 500 a 2000 AE in acque di elevata qualità o aree sensibili Tratt. appr. per scarichi da 2000 a AE in acque marino-costiere Tratt. appr. per scarichi fino da 2000 a AE in acque marino-costiere di aree sensibili Trattamenti specifici per scarichi oltre i 50 AE su suolo (Tab.4 All.5)

16 Cenni sulle metodologie di dimensionamento Fosse settiche Caratteristiche: rusticità, semplicità di funzionamento Costruttivamente sono costituite da una o più vasche disposte in parallelo in cui i liquami subiscono una fermentazione anaerobica con sedimentazione dei SS.

17 Cenni sulle metodologie di dimensionamento Fosse settiche Accorgimenti realizzativi Presenza di deflettori piani in corrispondenza delle zone di ingresso/uscita per dissipare la velocità all ingresso, distribuire uniformemente il flusso liquido, evitare la fuoriuscita di crosta, schiume e grassi. Le vasche possono avere le più svariate forme. Compartimentazione in due o più camere (nella prima avviene la sedimentazione, riducendo la fuga dei SS dalla seconda) con V 1 = 2/3 V TOT Pianta rettangolare con 2a < b < 4a e con h compreso tra 1,20 e 1,70 m. Ventilazione esterna necessaria per sfiatare CH 4 e H 2 S Convogliamento delle sole acque nere Occorre sempre prevedere una periodica pulizia della fossa per evitare future ostruzioni

18 Cenni sulle metodologie di dimensionamento Fosse settiche Criteri di dimensionamento Norme Francesi (1953) (viene previsto, per ogni utente in più, un volume di 300 l)

19 Cenni sulle metodologie di dimensionamento Fosse Imhoff Caratteristiche: impianti compatti combinati Costruttivamente sono costituite da una vasca in cui sono nettamente distinti due comparti uno superiore di sedimentazione, uno inferiore di accumulo e di digestione anaerobica dei fanghi sedimentati. I SS sedimentabili precipitano nel sottostante comparto di accumulo e di digestione, ove le sostanze organiche subiscono una fermentazione anaerobica, con conseguente stabilizzazione, che consente poi ai fanghi di poter essere sottoposti agevolmente e senza inconvenienti ai successivi trattamenti.

20 Cenni sulle metodologie di dimensionamento Fosse Imhoff Criteri di dimensionamento (applicabilità per > 50 AE) Popolazione al di sopra di 50 abitanti: Comparto di sedimentazione Comparto di digestione Popolazione al di sopra di 300 abitanti: Comparto di sedimentazione Comparto di digestione 65 l/ab 100 l/ab da 10 a 15 l/ab da 10 a 15 l/ab Accorgimenti realizzativi Necessaria grigliatura/triturazione a monte (per evitare intasamenti della fessura di comunicazione tra i due comparti) H digestione > 4m Franco adeguato (almeno 1m) tra il pelo libero e la sommità delle pareti

21 Cenni sulle metodologie di dimensionamento Sistemi di fitodepurazione Caratteristiche: Sistemi costituiti da vasche o canali a bassa profondità (circa 50 cm) al cui interno sono fatte crescere piante galleggianti oppure radicate emergenti o sommerse. Esistono due principali tipologie in base alla tipologia del flusso idrico: Sistemi a flusso orizzontale (HF) e a flusso verticale (VF) Le specie vegetate maggiormente impiegate per i processi di fitodepurazione sono: Scirpus, Phragmites, Typha.

22 Cenni sulle metodologie di dimensionamento Sistemi di fitodepurazione Accorgimenti realizzativi Necessità di un pre-trattamento per evitare possibili intasamenti del mezzo di supporto da parte di solidi grossolani o sedimentabili: < 100 mgtss/l e comunque < 5 gtss /(m 2 g) Nel caso di sistemi VF, è opportuno l impiego di almeno due vasche disposte in parallelo per garantire continuità di caricamento (in ciascuna vasca ha carattere discontinuo) Il materiale di supporto deve essere caratterizzato da d 60 /d 10 < 5 con d 10 > 0,2 mm (sabbia grossolana)

23 Cenni sulle metodologie di dimensionamento Sistemi di fitodepurazione Criteri di dimensionamento Tempo di Ritenzione Idraulica pari a 4 15 giorni per entrambe le tipologie di sistema Carico Idraulico Massimo 40 mm/g per sistemi HF e 80 mm/g per sistemi VF Carico Organico Massimo 16 gbod 5 /(m 2 g) per sistemi HF e 20 gbod 5 /(m 2 g) per sistemi VF Superficie Specifica Minima 5 m 2 /AE per sistemi HF e 2,5 m 2 /AE per sistemi VF

24 Cenni sulle metodologie di dimensionamento Sistemi SBR (Sequencing Batch Reactors) Sistemi di trattamento biologici operanti a flusso discontinuo SBR è costituito da un bacino unico in cui si sviluppano i processi di ossidazione biologica e di sedimentazione e dal quale si provvede altresì all estrazione sia dell effluente depurato che dei fanghi di supero Le diverse fasi di processo si susseguono in sequenza temporale piuttosto che spaziale il che conferisce flessibilità al sistema In un impianto SBR si possono distinguere cinque diverse fasi di processo: 1. Alimentazione 2. Reazione 3. Sedimentazione 4. Scarico 5. Attesa. attesa scarico effluente scarico fango influente alimentazione reazione scarico sedimentazione

25 Cenni sulle metodologie di dimensionamento Sistemi SBR Parametri di riferimento per il dimensionamento Fill Time Ratio (FTR) Volumetric Exchange Ratio (VER) t t f c V V F T Tempo di detenzione idraulica (HRT) 1 tc VER

26 Cenni sulle metodologie di dimensionamento Accorgimenti impiantistici tipici degli SBR Necessità di una vasca di equalizzazione a monte del reattore biologico per la regolarizzazione delle portate influenti. Opportunità di realizzare più reattori in parallelo (minimo 2, massimo 4). Possibilità per i reattori di una pianta squadarata o circolare. Sistemi di miscelazione (Mixer orizzontali fissi a quota costante, Mixer verticali fissi a quota costante; Mixer galleggianti; Pompe; Areatori funzionanti ad intermittenza). Sistemi di aerazione [Diffusori d aria; Sistemi a getto d aria; Aerazione superficiale; Aeratori sommersi] Sistemi di scarico [Stramazzi fissi; Scarichi galleggianti con tubo flessibile; Scarichi a quota fissa]

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