NUOVI ORIENTAMENTI NELLA PROGETTAZIONE E GESTIONE DELLA LINEA FANGHI

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1 NUOVI ORIENTAMENTI NELLA PROGETTAZIONE E GESTIONE DELLA LINEA FANGHI G. Bertanza Dipartimento di Ingegneria Civile, Università degli Studi di Brescia, via Branze 38, 2123 Brescia, I 1. INTRODUZIONE Il fango di supero rappresenta il prodotto del trattamento biologico dei liquami: circa il 6% del carico organico influente si concentra nel fango di supero primario e secondario. Tuttavia, dal momento che il principale obiettivo del trattamento dei liquami è il raggiungimento degli standard di qualità all effluente, nella progettazione e gestione di un impianto di depurazione si pone, in genere, maggiore attenzione alla linea acque piuttosto che alla linea fanghi. D altra parte, lo smaltimento dei fanghi rappresenta una delle voci principali dei costi di gestione: per tale ragione, da un lato dovrebbe essere data maggiore importanza alla linea fanghi in fase progettuale, valutando anche la possibilità di introdurre tecnologie innovative, dall altro lato, in sede gestionale dovrebbero essere adottate procedure per verificare l efficienza del processo e quindi ottimizzarne le condizioni di funzionamento. Nel presente lavoro si riportano alcune riflessioni, senza alcuna pretesa di completezza, circa i nuovi orientamenti nella progettazione e nella gestione della linea fanghi degli impianti di depurazione. Per quanto riguarda la progettazione, tra le diverse fasi di trattamento dei fanghi, si è posta particolare attenzione all essiccamento termico, descrivendone i recenti sviluppi tecnologici e, soprattutto, il livello di applicazione attuale. Questi aspetti sono stati esaminati attraverso una indagine condotta presso impianti di depurazione e costruttori o licenziatari di tecnologie di essiccamento. Per quanto riguarda la gestione, si riporta una rassegna di procedure di verifica, focalizzando in particolare l attenzione sulla disidratazione meccanica dei fanghi: le prove sperimentali condotte su un fango di depurazione per l ottimizzazione della suddetta fase di processo sono presentate come caso di studio, al fine di evidenziare come, in alcuni casi, si possa raggiungere lo scopo prefissato attraverso l applicazione di semplicissime procedure. 2. SVILUPPI TECNOLOGICI NEL TRATTAMENTO DEI FANGHI: ISPESSIMENTO E DISIDRATAZIONE Per quanto riguarda l ispessimento dei fanghi, le più recenti innovazioni tecnologiche riguardano l adattamento di macchine originariamente progettate per la disidratazione

2 meccanica. Tra gli esempi che possono essere citati si riportano i seguenti (per eventuali approfondimenti si rimanda a Lotito, 2): - centrifuga decantatrice: si tratta di un apparecchiatura del tutto analoga alla centrifuga utilizzata per la disidratazione, ma con alcuni accorgimenti tecnici che ne consentono l impiego per l addensamento del fango sedimentato; - tavola gravitazionale: consiste, sostanzialmente, in una nastropressa semplificata, ovvero ridotta alla sola sezione iniziale di drenaggio; - setacci cilindrici: questo sistema è costituito da una serie progressiva di setacci cilindrici rotanti. La maglia dei setacci diviene sempre più grossolana man mano che si procede dall alimentazione verso l uscita della macchina (e quindi man mano che aumenta la concentrazione di sostanza secca nel fango). Il fango rimane all interno dei cilindri mentre l acqua viene eliminata attraverso i fori. Gli sviluppi tecnologici che hanno interessato, negli ultimi anni, i sistemi di disidratazione meccanica dei fanghi sono stati rivolti al conseguimento dei seguenti obiettivi (Lotito, 2): - lo sviluppo di apparecchiature funzionanti in continuo e capaci di ottenere livelli di disidratazione caratteristici delle filtropresse a camere; si tratta ad esempio delle apparecchiature HIP (High Intensità Press) e Burger Press, che adottano sistemi differenti per comprimere due tele filtranti tra le quali è realizzata una tenuta lungo i bordi; - il miglioramento dei rendimenti di disidratazione raggiungibili con macchine centrifughe: le centrifughe ad alta concentrazione, il cui costo peraltro è del - 1% superiore a quello della macchine convenzionali, consentono un incremento del tenore di secco rispetto a queste ultime di -8 punti percentuali; è stata inoltre sviluppata una macchina (Centipress) che riesce a ottenere un secco fino al 3%; - la messa a punto di apparecchiature in grado di ottenere elevate percentuali di secco grazie ad una particolare efficienza della fase di compressione finale: è il caso ad esempio della EIMCO Expressor Press, che consiste in un filtro a nastro di nuova generazione in cui viene appunto massimizzata l azione di compressione finale. Altri sistemi di disidratazione oggi disponibili sul mercato si basano su tecniche diverse rispetto a quelle adottate nelle apparecchiature convenzionali ma, in diversi casi, sono stati sviluppati per applicazioni particolari (Lotito, 2). 3. L ESSICCAMENTO TERMICO DEI FANGHI L essiccamento termico, posto a valle della disidratazione meccanica, consente la drastica riduzione del quantitativo di acqua contenuta nel fango, mediante evaporazione. Il fango essiccato presenta un grado di umidità molto basso (< 2%), il che determina una riduzione di peso da 3 a 6 volte rispetto a un fango disidratato meccanicamente. Dal punto di vista tecnico, i principali vantaggi che si possono conseguire con l essiccamento termico dei fanghi, oltre alla riduzione significativa dei quantitativi da movimentare, sono i seguenti: per lo smaltimento in discarica: a) migliore manipolabilità del prodotto: questa caratteristica rende di fatto un fango essiccato più gradito da parte dei gestori delle discariche;

3 b) igienizzazione del prodotto: il processo termico garantisce la distruzione degli agenti patogeni; c) possibilità di impiego per la copertura giornaliera dei rifiuti, in luogo del materiale inerte convenzionalmente utilizzato. Per il riutilizzo in agricoltura: a) migliore manipolabilità del prodotto (in particolare se il fango è in forma granulare e insaccato); b) igienizzazione del prodotto; c) possibilità di stoccaggio nei mesi in cui non è ammesso lo spandimento, grazie ai ridotti volumi e al buon grado di stabilizzazione (l eliminazione pressoché totale dell acqua esclude la successiva insorgenza di fenomeni putrefattivi); d) potere ammendante: non trattandosi di un processo di combustione, l essiccamento mantiene inalterato il contenuto di sostanza organica nel fango. Per l incenerimento: a) migliore manipolabilità del prodotto; b) elevato potere calorifico, conseguito grazie all eliminazione dell acqua. Le prime applicazioni dell essiccamento termico in Italia per il trattamento dei fanghi di depurazione risalgono ai primi anni 8 (Collivignarelli & Urbini, 1981). A distanza di soli dieci anni già si erano avuti molti sviluppi a livello tecnologico ed era sensibilmente cresciuto il numero di impianti (Collivignarelli et al., 1993). Nel corso di una recente indagine (Collivignarelli et al., 2) si sono delineati i recenti sviluppi tecnologici ed il livello di applicazione attuale, confrontandoli con la situazione rilevata nel corso del precedente studio. Di seguito si riportano i principali risultati di questo lavoro. 3.1 Recenti sviluppi tecnologici L indagine condotta sugli impianti di nuova costruzione ha evidenziato che, dal 93 ad oggi, non sono sopravvenuti significativi sviluppi tecnologici. L indirizzo generale sembra essere quello di apportare migliorie, intervenendo su specifiche fasi del trattamento, senza comunque discostarsi dagli schemi convenzionali. In particolare, vengono adottati nuovi accorgimenti per migliorare il sistema di movimentazione dei fanghi, che in passato ha procurato problemi di gestione e manutenzione (dovuti soprattutto ad occlusioni, intasamenti, cedimenti degli organi in movimento, usura per abrasione, ecc.), e si diffondono sempre più i sistemi che prevedono il ricircolo dei gas esausti e il recupero energetico, con il vantaggio di semplificare la linea di depurazione dell aria (almeno per la fase di deodorizzazione) e ridurre i consumi di energia. Un altro obiettivo perseguito dai costruttori di impianti è quello di migliorare il contatto fango-mezzo riscaldante all interno degli essiccatori (in particolare in quelli indiretti), attraverso particolari conformazioni degli organi interni. Una nota a parte riguarda un particolare processo di essiccamento, detto a freddo (Moreschini, 1997), che presenta applicazioni, anche di rilievo, soprattutto in Germania. Questo trattamento utilizza l aria esterna che, mediante una macchina frigorifera che lavora come deumidificatore, viene riscaldata (con il calore prodotto dalla macchina frigorifera stessa) a circa 4- C e deumidificata (contenuto di umidità del 1-2%). Quest aria viene poi convogliata in un sistema a nastri (sui quali è posto il fango) e

4 assorbe l umidità fino a raggiungere il grado di saturazione; l aria umida viene quindi ricircolata alla macchina frigorifera. Questo trattamento è in grado di fornire un tenore di secco dell 8-9%. 3.2 Applicazione dell essiccamento termico in Italia Gli impianti di essiccamento termico in Italia, di cui gli scriventi sono a conoscenza, sono oltre trenta, dei quali la netta maggioranza (~8%) a servizio di impianti di depurazione municipali, e i restanti di impianti di depurazione industriali. Di seguito si riportano i principali dati di funzionamento di alcuni impianti di essiccamento termico italiani, forniti dai gestori degli impianti stessi; il primo paragrafo riguarda gli impianti già considerati nel corso di una precedente indagine (Collivignarelli et al., 1993), con l obiettivo di evidenziare eventuali problematiche e variazioni nei dati di processo, così da tracciare una sorta di bilancio dopo alcuni anni di funzionamento; nel secondo paragrafo vengono illustrati alcuni impianti avviati dopo il 1993 o attualmente in fase di costruzione Impianti funzionanti al 1992 In Tab. 1 sono riassunti i principali dati relativi agli impianti oggetto della precedente indagine. Da un primo esame si vede che, dal 1993 ad oggi, impianti su 1 sono stati fermati e uno ha funzionato, nel corso dell ultimo anno, a regime ridotto (solamente 31 h/y). Per gli altri impianti non sono sopravvenute sostanziali variazioni nei parametri di funzionamento. La discussione degli aspetti che hanno determinato l arresto di alcuni impianti è riportata nei paragrafi seguenti.

5 Tab. 1 - Dati di funzionamento degli impianti di essiccamento considerati nella precedente indagine (Collivignarelli et al., 1993) Cesena (FO) Località Potenzialità depuratore Liquami trattati Tipologia essiccatore Acqua evaporata (kgh 2 O ev /d) (A.E.) urbani (% ind.) Anno di avvio Stato di funzionamento diretto in funzione (parzialmente) Collecchio (PR) 8. 2 urbani (7% ind. alimentare) 2 Cremona 12. urbani (4% ind.) diretto ~ fermo diretto ~22. ~ fermo Imola (BO) - urbani indiretto smantellato Robecchetto (MI) 8. urbani (1% conciari + 6% tessili) diretto in funzione 199 in funzione Rovereto (TN) 1. 3 urbani indiretto kg/h * Sassari. urbani (% ind.) diretto fermo Schio (VI) - urbani (6% tessili) diretto * 1991 in funzione Turbigo (MI) - urbani (2 % conciari) Verona urbani (1% ind.) misto fermo indiretto in funzione Nell accezione del D. lgs. 12/99 con il termine urbano si intende un liquame misto di provenienza civile e industriale. * Dati forniti dal costruttore dell impianto. 1 L impianto di essiccamento tratta circa il 7% del fango prodotto. 2 Oggi il contributo industriale non è più presente. 3 L impianto riceve i fanghi di più impianti di depurazione per una potenzialità complessiva di 1. A.E. 4 L impianto di essiccamento tratta circa il 6% del fango prodotto Impianti di recente costruzione Si riportano di seguito (Tab. 2) le principali informazioni relative ad alcuni impianti di essiccamento costruiti in Italia a partire dal 1993; la tabella non riguarda la totalità degli impianti presenti sul territorio, ma rappresenta comunque un significativo riferimento per valutare l attuale applicazione del processo di essiccamento e le principali tipologie di essiccatori adottate (con le relative potenzialità).

6 Tab. 2 - Dati di funzionamento di alcuni impianti di essiccamento costruiti dal 1993 ad oggi Località Liquami trattati Tipologia essiccatore Capacità evaporativa (kgh 2 O ev /h) Anno di avvio Stato di funzionamento Arborea (OR) industria indiretto fermo alimentare Arzignano (VI) industria diretto 2 x in funzione conciaria Bergamo urbani indiretto in funzione Coriano (RI) urbani indiretto 2.7 / in funzione Mondello (PA) urbani diretto fermo Pozzuolo Martesana industria diretto 1994 fermo (MI) alimentare Reggio Emilia urbani diretto 2 x fermo Roma Sud urbani indiretto 2 x in funzione Rovereto (TN) urbani indiretto in allestimento Empoli (FI) industria indiretto in funzione alimentare S. Giorgio di Nogaro urbani indiretto in funzione (UD) Termeno (BZ) urbani diretto in funzione Thiesi (SS) industria indiretto fermo alimentare Villa Agnedo (TN) urbani indiretto in funzione Nell accezione del D. lgs. 12/99 con il termine urbano si intende un liquame misto di provenienza civile e industriale. 1 La capacità evaporativa può variare in funzione dei parametri operativi (pressione del vapore). La Tab. 2 sottolinea che esistono diversi impianti attualmente non in funzione. Le cause che hanno portato a questa situazione non sono tanto di tipo tecnologico, dato che gli essiccatori risultano affidabili in questo senso, quanto di ordine amministrativo ed economico: si rimanda ai paragrafi successivi per una discussione più ampia di questi argomenti. Esistono poi (o sono in fase di realizzazione) altri impianti di essiccamento nei seguenti comuni: Bassano del Grappa (VI), Coriano (RI), Brunico (BZ), Erba-Merone (CO), Fusina (VE), Biella, Marghera (VE), Vasto (CB).

7 3.2.3 Considerazioni generali Di seguito vengono illustrate alcune elaborazioni dei dati relativi agli impianti elencati in Tabb. 1 e 2. In Fig. 1 sono stati suddivisi, a seconda della data di avviamento, gli impianti di essiccamento che oggi risultano in funzione oppure fermi al 1986 N impianti di essiccamento dal 1999 oggi in funzione oggi non in funzione Intervallo di tempo (anni) Fig. 1 - Numero di impianti di essiccamento realizzati/avviati nei diversi anni Dalla figura precedente si osserva che: - nel periodo si è verificato un notevole incremento del numero di impianti rispetto agli anni precedenti; - dal 1993 la diffusione degli impianti ha avuto un lieve decremento; - la percentuale di impianti fermati, superiore al 4%, non dipende dall anno di avvio, ad indicare che le ragioni dell arresto non sono necessariamente legate all invecchiamento delle apparecchiature. In Tab. 3 sono stati suddivisi, in base alla tipologia di essiccatori, gli impianti costruiti prima e dopo il Tab. 3 - Tipologie di impianti di essiccamento Tipologia di Installati al 1992 Installati dal 1993 essiccatori Totale Oggi in funzione Totale Oggi in funzione Totale Oggi in funzione diretti indiretti misti 1 1

8 Dall analisi della Tab. 3 emergono alcune considerazioni: gli impianti più diffusi sono quelli di tipo diretto e indiretto, mentre esiste solo un impianto misto (peraltro non più in funzione); dal 1993 hanno avuto una maggiore applicazione gli essiccatori indiretti; la percentuale di impianti di tipo diretto oggi dismessi è superiore rispetto a quella relativa agli impianti di tipo indiretto. In Fig. 2 sono stati suddivisi, a seconda della capacità evaporativa, gli impianti di essiccamento che oggi risultano in funzione oppure fermi. 9 8 N impianti di essiccamento oggi in funzione oggi non in funzione < > 7 Classi di potenzialità (kgh 2 O ev /h) Fig. 2 - Numero di impianti in funzione della loro potenzialità Dalla Fig. 2 si osserva che: - fra gli essiccatori di potenzialità non superiore a 1. kgh 2 O ev /h, solo uno è attualmente in funzione, mentre per potenzialità più elevate, la percentuale di impianti fermi è decisamente inferiore; - gli essiccatori con potenzialità nell intervallo kgh 2 O ev /h sono i più diffusi; - gli essiccatori installati hanno una capacità evaporativa massima di 4. kgh 2 O ev /h; per raggiungere valori maggiori si adottano più linee in parallelo. Per quanto riguarda le problematiche gestionali, le informazioni raccolte hanno portato alle seguenti considerazioni: - per quanto riguarda gli impianti in funzione da più anni, non sono stati riscontrati particolari problemi di gestione/manutenzione. In questo senso è risultata di notevole importanza la fase di regolazione iniziale dei parametri di funzionamento, la quale deve essere condotta con scrupolo: una cattiva taratura può portare infatti a

9 un eccessiva usura o al surriscaldamento degli organi meccanici e a problemi di impaccamento del fango o di produzione di polveri (quest ultima situazione può causare soprattutto problemi nella gestione della sezione di trattamento dei gas esausti: intasamento dei filtri); - dal punto di vista economico, il punto debole dell essiccamento è il costo energetico, dovuto in particolare al consumo di metano. Una possibile alternativa all uso del metano consiste nell utilizzo del biogas prodotto in fase di digestione anaerobica (naturalmente nei casi in cui questa è presente), che, però, solitamente è utilizzato per altri scopi (riscaldamento del digestore, produzione di acqua calda, ecc.). Un ulteriore possibilità da valutare è la eliminazione dei transitori di avviamento e di arresto (con la conseguente riduzione di sperperi energetici, oltre che di un eccessiva usura degli organi meccanici) negli impianti che li prevedono: in questo caso, comunque, va attentamente valutato il costo aggiuntivo di manodopera legato al funzionamento in continuo dell essiccatore. Naturalmente tutti questi aspetti devono essere valutati in relazione alle condizioni di smaltimento, notoriamente variabili nel tempo e da caso a caso (ad es. in Emilia Romagna il costo per lo smaltimento in agricoltura è oggi molto basso, in confronto alla discarica; in alcuni casi viene praticato un costo diverso a seconda che il fango sia solo disidratato oppure essiccato); ciò richiede, per ogni situazione, una specifica valutazione (Bertanza & Gorini, 1997); - numerose sono le cause di tipo burocratico/amministrativo che hanno comportato l arresto di diversi impianti di essiccamento, tra cui: a) norme locali particolarmente restrittive (un esempio è la normativa della Regione Sardegna, che, secondo quanto comunicato dai gestori dell impianto di Sassari, assimilerebbe gli impianti di essiccamento agli inceneritori richiedendo, pertanto, un integrazione del sistema convenzionale di depurazione dei gas esausti); b) necessità di rinnovo del contratto di gestione, quando la stessa è affidata in appalto a terzi; c) disponibilità da parte degli impianti di smaltimento (discariche, inceneritori) a ricevere fanghi semplicemente disidratati; d) disponibilità di terreni agricoli ove smaltire i fanghi anche nei mesi invernali (es. nei pioppeti) con costi molto inferiori alle altre tipologie di smaltimento (es.: Emilia Romagna). 4. VERIFICA DI FUNZIONALITA DELLE FASI DI TRATTAMENTO DEI FANGHI 4.1 Monitoraggio e bilanci di massa L effettuazione di un monitoraggio a livello delle diverse sezioni dello schema di trattamento consente di calcolare l efficienza del processo. I punti di campionamento e le relative frequenze devono essere scelti in funzione del comparto in esame (per esempio, l ispessimento o la digestione) e della dimensione dell impianto. I parametri da considerare sono, nella maggior parte dei casi, la portata e la concentrazione dei solidi sospesi volatili e totali (SST), poiché il rendimento viene calcolato in termini di perdita di sostanza organica e/o di umidità (bilancio di massa). I parametri di processo devono essere parimenti misurati (per esempio, la temperatura,

10 l ossigeno disciolto, il ph, la produzione di biogas ecc.) o calcolati (per esempio, il tempo di ritenzione idraulica e l età del fango), a seconda del comparto considerato, al fine di correlare l efficienza dell impianto alle condizioni di funzionamento. Infine, l analisi dei dati relativi al surnatante può fornire importanti informazioni circa l efficienza del trattamento dei fanghi e il carico ricircolato in testa all impianto. Il calcolo del bilancio di massa è necessario anche ai fini di una verifica dei parametri di progetto, così da valutare eventuali sovraccarichi dell impianto. Accanto al monitoraggio e all analisi dei dati, si rivela talvolta necessaria l effettuazione di prove sperimentali specifiche: per esempio qualora i dati non siano sufficienti a spiegare i fenomeni osservati o le condizioni operative debbano essere modificate (per esempio, in conseguenza a variazioni delle caratteristiche del liquame influente o a causa del cambiamento dei reagenti dosati). 4.2 Prove sperimentali Numerose prove possono essere effettuate in funzione della specifica fase del processo e degli obiettivi di volta in volta prefissati (Gorini, 1997). Si riportano, di seguito, alcuni esempi al proposito. Caratteristiche di sedimentabilità dei fanghi. Le prove (generalmente effettuate con cilindri o coni Imhoff) è finalizzata a studiare il comportamento del fango biologico e della miscela fango biologico-fango primario, in termini di caratteristiche di sedimentabilità e di efficienza di rimozione dei solidi sospesi. Caratteristiche di ispessimento dei fanghi. Le prove in cilindro consentono di evidenziare la capacità di ispessimento del fango in condizioni controllate di laboratorio fornendo indicazioni, per esempio, circa il ruolo del tempo di ritenzione, della miscelazione lenta, del dosaggio di reagenti ecc. Stabilizzazione biologica dei fanghi. L effetto di differenti condizioni di processo (tempo di ritenzione del fango, temperatura, ph, concentrazione di ossigeno disciolto nei processi aerobici ecc.) può essere valutato attraverso l esecuzione di prove batch a scala di laboratorio. Comportamento idrodinamico. Il comportamento idrodinamico di un reattore assume un ruolo fondamentale nell ambito dell efficienza del processo. L effettuazione di prove sperimentali basate sulla determinazione della curva RTD (distribuzione dei tempi di ritenzione) (Collivignarelli et al., 199) consente di definire lo schema di flusso (per esempio, flusso a pistone o miscelazione completa), di evidenziare eventuali by-pass, volumi morti ecc. (Collivignarelli et al., 1997). Disidratazione dei fanghi. Un esempio di prova di laboratorio, basata sulla filtrazione a vuoto e finalizzata alla definizione delle condizioni di trattamento ottimali, è riportato nei paragrafi successivi. Al medesimo fine può essere eseguita anche la centrifugazione (Acaia e Ragazzi, 199). Per verificare i risultati ottenuti durante le prove di laboratorio, può rivelarsi necessario ripetere le stesse a scala reale, su impianti di depurazione.

11 . PROVE SPERIMENTALI DI DISIDRATAZIONE MECCANICA DEI FANGHI L impianto di depurazione studiato tratta acque reflue urbane e ha una potenzialità di 8. a.e. Esso è dotato di sedimentazione primaria (alla quale è inviato solo il 3% della portata in ingresso) e di un comparto biologico secondo lo schema di predenitrificazione. Il fango biologico di supero ritorna in testa alla sedimentazione primaria, dalla quale viene estratto il fango misto primario e secondario. La linea dei fanghi si articola nelle seguenti fasi: digestione aerobica, ispessimento, disidratazione con filtropressa. Le prove sperimentali effettuate erano finalizzate all ottimizzazione della fase di disidratazione meccanica dal punto di vista tecnico ed economico, focalizzando l attenzione sulla tipologia e sul dosaggio dei reagenti impiegati..1 Materiali e metodi Prove di disidratazione. Sono stati utilizzati i seguenti reagenti condizionanti: calce, cloruro ferrico e policloruro di alluminio. Le prove (Tab. 4) sono state condotte su campioni di fango digerito aerobicamente e ispessito e, rispettivamente: A. senza dosaggio di condizionanti; B. con aggiunta di calce e cloruro ferrico (soluzione al 4% p/p); C. con aggiunta di calce e policloruro di alluminio (soluzione al 18% p/p); D. con aggiunta di calce, cloruro ferrico ferrico e policloruro di alluminio. Tab. 4 - Reagenti condizionanti utilizzati nelle prove di filtrazione a vuoto e relativi dosaggi (g reagente/1 gss) Serie di prove: A B C D Reagente condizionante Calce - 2,, 1, 2, 4, 6 2,, 1, 2, 4, 6 2, 4, 6 Cloruro ferrico - 2,, 1-2, 1 Policloruro di alluminio - - 2,, 1,, 1,, 3, Le prove di filtrazione a vuoto (con filtri aventi diametro dei pori di,4 µm) sono state svolte secondo le modalità riportate nei metodi IRSA-CNR (1984). La durata della fase di filtrazione (2 e 3 minuti) è stata determinata in seguito a prove preliminari. La filtrazione veniva preceduta dai seguenti passaggi: - dosaggio dei reagenti condizionanti (coagulante e calce, con la medesima sequenza adottata nell impianto reale); - agitazione lenta per -1 minuti; - completamento della reazione per 1 minuti. Il fango ottenuto in seguito alle prove di filtrazione è stato caratterizzato attraverso la determinazione del volume totale e della concentrazione di solidi totali. Analisi economica. Sulla base dei risultati delle prove di disidratazione (relative a un tempo di filtrazione pari a 3 minuti), è stata condotta un analisi economica approssimata (considerando cioè esclusivamente il costo dei reagenti e dello

12 smaltimento dei fanghi). Sono stati quindi assunti i seguenti costi per i rispettivi reagenti (riferiti al reattivo secco): calce,,66 /kg; cloruro ferrico,,12 /kg; policloruro di alluminio,149 /kg. Per quanto concerne invece lo smaltimento del fango, si è assunto un costo di,67 /kg..2 Risultati e discussione Efficienza di trattamento. I risultati ottenuti sul fango non condizionato e condizionato (con calce e cloruro ferrico) sono riportati in Fig. 3. Si omettono le elaborazioni grafiche relative alle prove con policloruro di alluminio, essendo stati ottenuti analoghi risultati. Dall esame dei risultati riportati in Fig. 3, è possibile avanzare le seguenti considerazioni: - la disidratazione del fango non condizionato sortisce un esito non soddisfacente (Fig. 3A); - al fine di ottenere un rendimento sufficiente (SS>2%) l aggiunta di calce (in quantità almeno pari al 2%) è necessaria; - l effetto dell aggiunta di cloruro ferrico è significativo in corrispondenza di dosaggi di calce minori o uguali al 4%; - elevati dosaggi di condizionanti consentono di raggiungere la massima efficienza di disidratazione già dopo 2 minuti di filtrazione (Fig. 3F, 3G). L efficienza di disidratazione risulta incrementata dall impiego simultaneo dei tre reagenti: per esempio, aggiungendo policloruro di alluminio (al 3%) al fango condizionato con calce (2%) e cloruro ferrico (1%) la concentrazione di sostanza secca è passata dal 28,% al 3,3%.

13 Sostanza secca nel fango disidratato (% p/p) Fango non condizionato Tempo di filtrazione (min) A) Sostanza secca nel fango disidratato (% p/p) Sostanza secca nel fango disidratato (% p/p) Dosaggio di calce: 2% 1% FeCl 3 % FeCl 3 2% FeCl Tempo di filtrazione (min) Sostanza secca nel fango disidratato (% p/p) B) C) Dosaggio di calce: 1% 1% FeCl 3 % FeCl 3 2% FeCl Tempo di filtrazione (min) Sostanza secca nel fango disidratato (% p/p) Dosaggio di calce: % 1% FeCl 3 % FeCl 3 2% FeCl Tempo di filtrazione (min) Dosaggio di calce: 2% 1% FeCl 3 D) E) % FeCl 3 2% FeCl Tempo di filtrazione (min) Sostanza secca nel fango disidratato (%p/p) Dosaggio di calce: 4% 1% FeCl 3 % FeCl 3 2% FeCl Tempo di filtrazione (min) Sostanza secca nel fango disidratato (%p/p) % FeCl 3 % FeCl 3 1% FeCl 3 Dosaggio di calce: 6% Tempo di filtrazione (min) F) G) Fig. 3 - Risultati delle prove di filtrazione a vuoto; fango condizionato con calce e cloruro ferrico

14 Analisi economica. Si riporta, in Fig. 4, la stima dei costi relativi a differenti condizioni di trattamento (impiego di calce e cloruro ferrico come condizionanti). I risultati ottenuti nel caso del policloruro di alluminio sono analoghi. 1, Costo specifico totale (Euro/kg SS prodotto),9,8,7 FeCl3 = %,6,,4,3 FeCl3 = 1%,2,1, Dosaggio di calce (%) Fig. 4. Stima dei costi per il consumo dei reagenti e per lo smaltimento dei fanghi in corrispondenza di differenti condizioni di trattamento Si osserva che le condizioni ottimali di trattamento (dal punto di vista economico) corrispondono ai seguenti dosaggi: calce 2%, cloruro ferrico 1%. Le medesime condizioni ottimali sono state individuate per il policloruro di alluminio. Utilizzando congiuntamente i tre condizionanti, i costi minori sono stati ottenuti in corrispondenza dei seguenti dosaggi: calce 2%, cloruro ferrico 1%, policloruro di alluminio 2, %. Sulla base di tali risultati, è stato effettuato un confronto economico fra le tre situazioni migliori (relative alle prove effettuate utilizzando, come coagulanti, rispettivamente cloruro ferrico, policloruro di alluminio o entrambi): si riporta quanto emerso in Tab., ove si evidenzia la convenienza della terza soluzione (impiego congiunto di tutti i condizionanti). Tab. - Confronto economico tra differenti condizioni di trattamento Dosaggio (g/1 gss) Calce Cloruro ferrico 1-1 Policloruro di alluminio - 1 2, Costi ( /kg SS fango),31,32,28 Sebbene i dati in questione debbano essere considerati ancora come risultati preliminari (l efficienza di disidratazione e i costi effettivi dovrebbero essere confermati infatti da prove condotte a scala reale) forniscono comunque utili indicazioni per una prima definizione delle condizioni di processo.

15 6. CONCLUSIONI Da quanto riportato nel presente lavoro, in merito ai nuovi orientamenti nella progettazione e gestione della linea fanghi di impianti di depurazione, possono essere tratte alcune considerazioni riassuntive. Criteri progettuali - Sebbene le novità in questo ambito non siano di particolare di rilievo, si possono ricordare le seguenti tecnologie innovative: gli addensatori dinamici (apparecchiature basate sul principio di funzionamento delle macchine tradizionalmente utilizzate per la disidratazione meccanica), le apparecchiature di filtropressatura in continuo, le centrifughe e le nastropresse ad elevata efficienza; - Tra le tecnologie che, già alcuni anni fa, sembravano delineare una tendenza di sviluppo va ricordato l essiccamento termico. Invero, oggi, nonostante ben impianti dei 1 descritti dagli autori in una precedente indagine del 1993 non siano attualmente in funzione (due per ragioni di ordine economico, due per ragioni burocratico/amministrative, uno per necessità di completa ristrutturazione per invecchiamento), il processo di essiccamento si è ulteriormente diffuso in Italia: gli scriventi sono a conoscenza di oltre trenta impianti presenti. Gli impianti sono tuttavia fermi in oltre il 4% dei casi considerati. - L ulteriore diffusione dell essiccamento termico appare legata ad una serie di fattori tra loro interconnessi: - dal punto di vista normativo, la tendenza è quella di ricercare soluzioni alternative allo smaltimento in discarica, anche se le bozze di norme tecniche per le discariche sembrerebbero ammettere lo smaltimento dei fanghi disidratati, almeno a certe condizioni, e il D. lgs. 22/97 sembra ammettere il conferimento in discarica di fango essiccato (p.to D9, All. B). Dovendosi privilegiare il recupero della risorsa (riutilizzo in agricoltura o incenerimento), l essiccamento comporta indubbi vantaggi operativi. Esso, infine, consentirebbe l impiego del fango come materiale di copertura dei rifiuti in discarica. Alla normativa nazionale si aggiungono poi le norme regionali che possono influire in maniera determinante sull opportunità/necessità di adottare l essiccamento; - dal punto di vista economico, si tratta di valutare attentamente, nelle diverse condizioni, i costi associati alle possibili alternative di trattamento/smaltimento dei fanghi. Il costo di smaltimento è naturalmente un parametro determinante e può spostare di molto la soglia di convenienza dell essiccamento (in termini di potenzialità minima dell impianto); - per quanto riguarda gli aspetti tecnologici, vanno ricordati gli importanti vantaggi che l essiccamento offre a livello di caratteristiche quali-quantitative del fango (riduzione spinta del volume, migliore manipolabilità, prodotto igienizzato e stabilizzato, ecc.) a cui però si accompagna un maggiore onere impiantistico oltre che gestionale. Criteri gestionali - Numerose prove consentono di verificare la funzionalità dei comparti della linea fanghi negli impianti di depurazione. Esse dovrebbero essere adottate a completamento dell attività di monitoraggio, al fine di meglio comprendere alcuni

16 aspetti concernenti il funzionamento e le prestazioni dell impianto e di ottimizzarne la gestione. - Nel presente lavoro è stato presentato un esempio relativo alla definizione delle condizioni ottimali per la disidratazione meccanica di fanghi digeriti e ispessiti. E stato dimostrato che, mediante semplici prove sperimentali ed elaborazioni, questo obiettivo può essere conseguito. In particolare, sono stati sperimentati alcuni dosaggi di tre diversi condizionanti (calce, cloruro ferrico, policloruro di alluminio) mediante l effettuazione di prove batch di filtrazione a vuoto. E emerso che, per ottenere un soddisfacente contenuto di sostanza secca nel fango trattato, è necessario dosare calce, in quantità almeno pari al 2%. Inoltre, si è osservato che i coagulanti (cloruro ferrico o policloruro di alluminio) svolgono un ruolo significativo in corrispondenza di dosaggi di calce minori o uguali al 4%. Un confronto economico approssimato (basato sulla stima dei costi per il consumo dei reagenti e per lo smaltimento dei fanghi) tra le diverse condizioni di trattamento ha infine evidenziato che la soluzione più conveniente (dal punto di vista economico) consiste nell impiego congiunto della calce (dosaggio pari al 2%), del cloruro ferrico (dosaggio pari al 1%) e del policloruro di alluminio (dosaggio pari al 2,%). CONTRIBUTO DEGLI AUTORI Carlo Collivignarelli ha coordinato il lavoro e ne ha curato la supervisione scientifica. Giorgio Bertanza ha curato l indagine e l attività sperimentale.

17 BIBLIOGRAFIA Acaia C., Ragazzi M. (199). Proprietà chimiche, fisiche e biologiche dei fanghi di depurazione. In proceedings of Seminar Trattamento e smaltimento dei fanghi, Bari (Italy), 1-13 December, Bertanza G., Gorini R. (1997). Raffronto tecnico-economico di alternative per il trattamento finale e lo smaltimento dei fanghi di depurazione: il caso di un impianto di media potenzialità. IA Ingegneria Ambientale, 26 (4), Collivignarelli C., Bertanza G., Vaccari M. (2). Essiccamento termico. Atti del 2 Corso di aggiornamento in Ingegneria Sanitaria-Ambientale Sviluppi nelle tecniche di depurazione delle acque reflue, Politecnico di Milano, ottobre, Collivignarelli C., Baldi M., Bertanza G., Conio O., Gorini R., Lasagna C., Riganti V. (1997). Verifica del comportamento idrodinamico di reattori di digestione anaerobica dei fanghi di depurazione. In Proceedings of SIDISA, Simposio Internazionale di Ingegneria Sanitaria-Ambientale, Ravello, 3-7 June, Collivignarelli C., Bertanza G., Bina S. (199). La verifica idrodinamica nel trattamento delle acque - Basi teoriche, procedure di applicazione, esempi. Vol. 8, Collana Ambiente, ed. CIPA, Milano, ISSN Collivignarelli C., Riganti V., Andreottola G., Bertanza G., Canziani R., Ragazzi M. (1993). Essiccamento termico dei fanghi di depurazione: aspetti tecnico-economici, normativi e ambientali. Quaderno n. 18, di IA Ingegneria Ambientale, Inquinamento e depurazione. Collivignarelli C., Urbini G. (1981). Essiccamento termico dei fanghi urbani. IA Ingegneria Ambientale, 1 (3). Gorini R. (1997). Verifiche della funzionalità della linea fanghi. In Proceedings of 3 Seminario di Studio di Ingegneria Sanitaria-Ambientale La gestione e l upgrading degli impianti a fanghi attivi, Engineering Faculty, University of Brescia (Italy), 4- December, IRSA-CNR (1984). Metodi analitici per i fanghi. Vol. 2 Parametri Tecnologici. Quaderno n. 64, Istituto di Ricerca sulle Acque. Lotito V. (2). Sviluppi nelle tecniche di addensamento e disidratazione. Atti del 2 Corso di aggiornamento in Ingegneria Sanitaria-Ambientale Sviluppi nelle tecniche di depurazione delle acque reflue, Politecnico di Milano, ottobre, Moreschini E. (1997). Gli impianti utilizzati nel processo di essiccamento ad aria. ICP, rivista dell industria chimica, anno XXV, Novembre,