IMPIANTO DI DEPURAZIONE. Un azienda di Bayer e LANXESS

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1 IMPIANTO DI DEPURAZIONE Un azienda di Bayer e LANXESS

2 IMPIANTO DI DEPURAZIONE Introduzione Introduzione Gli impianti di depurazione della Business Unit Ambiente di CURRENTA sono specifici per il trattamento di acque reflue contaminate con sostanze organiche. L acqua pulita è il componente più importante della nostra alimentazione. Per tale motivo ce ne prendiamo cura sempre con la massima attenzione. Ne riduciamo continuamente l utilizzo ottimizzando i processi, evitiamo per quanto possibile la contaminazione delle acque da noi stessi usate e impieghiamo tecnologie estremamente efficienti in parte sviluppate da noi per la depurazione delle acque inquinate. Il CHEMPARK Leverkusen ha un fabbisogno di circa 240 milioni di metri cubi di acqua all anno, di cui il 95% circa è prelevato, direttamente o indirettamente, dal Reno. Negli ultimi 10 anni il fabbisogno d acqua è diminuito sensibilmente, nonostante i livelli di produzione siano rimasti pressoché invariati. L approccio responsabile alla risorsa acqua è una tradizione del CHEMPARK. Già nel 1901 una Commissione acque reflue si occupava di questa preziosa materia prima e di servizio. Anche se oggi installiamo in tutto il mondo i sistemi più efficienti per la depurazione delle acque reflue, non siamo mai soddisfatti abbastanza di quanto realizzato, e cerchiamo di migliorare sempre di più i trattamenti che riserviamo a questa risorsa. Acqua indispensabile alla chimica Per la chimica l acqua è indispensabile: come componente di prodotti, come solvente, come mezzo refrigerante e di pulizia, come vettore energetico quando è sotto forma di vapore; e, naturalmente, svolge un ruolo essenziale per le persone che lavorano con noi. La moderna depurazione delle acque reflue della Business Unit Ambiente di CURRENTA 02

3 Tre quarti di quest acqua sono impiegati come fluido refrigerante negli impianti di produzione. In questo caso, l acqua di raffreddamento non entra in contatto con i prodotti e quindi, dopo essere stata sottoposta ai necessari controlli da parte di enti indipendenti, viene riversata direttamente nel Reno attraverso una linea separata. Nel Reno vengono immesse direttamente anche le acque che non necessitano di trattamenti, poiché contengono sostanze inorganiche e solo una piccola o nessuna quantità di inquinanti organici, nonché l acqua piovana non contaminata. Solo il 10% circa dell acqua utilizzata entra in contatto con i prodotti e necessita quindi di depurazione. Si tratta di acque reflue, acide o alcaline, contaminate con sostanze organiche e provenienti dagli impianti di produzione, dai laboratori e dai settori tecnici, nonché di acque sanitarie e di cucina. Nel proprio impianto di trattamento biologico di Leverkusen-Bürrig queste acque vengono depurate a fondo. A monte sono previsti inoltre pretrattamenti chimico-fisici. Infatti, già nelle unità di produzione vengono eliminate le sostanze che inibiscono la depurazione biologica o che non possono essere degradate per via biologica. Il refluo depurato viene convogliato alla fine nel Reno. Il processo di depurazione delle acque reflue Le acque reflue di natura civile o industriale possono essere depurate insieme in maniera ottimale. La moderna depurazione dei reflui prevede diversi stadi adeguati alle diverse tipologie di sostanze contenute nell acqua: separazione meccanica di materiale grossolano e sabbia (griglia, dissabbiatore); neutralizzazione (le acque reflue acide o alcaline sono neutralizzate in modo da non inibire la successiva fase di depurazione biologica); chiarificazione primaria per la separazione simultanea delle sostanze non disciolte e di quelle precipitate in seguito alla neutralizzazione; omogeneizzazione del refluo; depurazione biologica, in cui le sostanze biodegradabili vengono consumate dai batteri. Questo processo genera nuova massa batterica; chiarificazione secondaria per la separazione dei fanghi biologici dall acqua depurata. Una parte di questi fanghi viene ricircolata allo stadio di depurazione biologica per mantenere al suo interno una concentrazione costante di biomassa, mentre la restante parte viene inviata alla sezione di trattamento fanghi. 03

4 Cronologia della depurazione delle acque reflue Cifre e fatti Le prime basi dei processi meccanici e biologici per gli impianti di depurazione dei reflui civili furono poste già verso la fine dell Ottocento. Il trattamento meccanico, biologico e chimico delle acque reflue industriali ha inizio invece verso la metà degli anni Cinquanta. Prima di questa data si riteneva generalmente che i reflui dell industria chimica non potessero essere trattati per via biologica La Bayer istituisce una Commissione acque reflue presso il sito produttivo di Leverkusen. I dati sul carico inquinante delle acque reflue dello stabilimento vengono rilevati mensilmente. Le acque reflue vengono analizzate con regolarità (misurazione di 29 componenti). Viene creato un laboratorio per indagini sulle acque reflue e sull aria esausta (laboratorio AWALU). Viene realizzato presso gli stabilimenti di Dormagen il primo impianto di trattamento acque della Bayer AG, insieme alla EC (Erdölchemie GmbH). Al progetto del 1958 segue la realizzazione di un impianto di depurazione meccanica e biologica delle acque reflue nello stabilimento di Leverkusen (area di Flittard). Subito dopo, l esperienza acquisita viene impiegata per realizzare l impianto consorziale di Leverkusen, nel quale vengono depurate le acque reflue del CHEMPARK e quelle della comunità del bacino inferiore del fiume Wupper. Viene messo in funzione il primo lotto dell impianto (oggi il secondo stadio di depurazione). Entra in funzione l impianto di trattamento biologico del CHEMPARK Uerdingen. Entrata in funzione Funzione Unità principali Potenzialità Portata di refluo Efficienza di abbattimento Abbattimento dell azoto 1971: vasche biologiche 1980: torri biologiche : nuove vasche biologiche Depurazione di acque reflue contaminate con sostanze organiche Neutralizzazione, chiarificazione primaria, depurazione biologica, chiarificazione secondaria 1,7 milioni di Abitanti Equivalenti, di cui CHEMPARK: 1,4 milioni AE Bacino del Wupper: 0,3 milioni AE CHEMPARK: m 3 /d Bacino del Wupper: m 3 /d fino a m 3 /d in caso di pioggia Bürrig (acque sanitarie, acque da compressione fanghi, acque di lavaggio fumi di inceneritore, percolato): circa m 3 /d 95% (il restante 5% viene abbattuto grazie all attività autodepurante del Reno) Grazie ai processi di denitrificazione e nitrificazione vengono eliminate dall acqua 800 t/a di azoto in più rispetto al Nel CHEMPARK di Dormagen viene costruito il secondo impianto di trattamento meccanico e biologico. L impianto di Leverkusen viene ampliato con il secondo lotto, che comprende le torri di depurazione biologica di Bayer. L accordo di cooperazione per la depurazione delle acque reflue esistente tra Bayer Industry Services (oggi CURREN- TA) e l autorità del bacino del Wupper viene esteso fino al Viene terminato con successo il primo lotto delle nuove torri di depurazione biologica. Il progetto Depurazione biologica a cascata verrà terminato entro il 2010 e permetterà di ridurre del 40% il carico di composti azotati nelle acque reflue. Abbattimento dei fosfati Tempi di permanenza Ulteriore riduzione > 40% di composti organici azotati (v. nuova vasca biologica) Grazie alla precipitazione simultanea, concentrazione in uscita < 0,6 mg/l condotta di adduzione Gisela: circa 1,5 h neutralizzazione: circa 0,5 h chiarificazione primaria: circa 3 5 h stoccaggio: circa h torre biologica: circa h vasche biologiche I e II: circa 5 8 h vasca di chiarificazione secondaria: circa 6 8 h sedimentatori Dortmund: circa 8 10 h tempo di permanenza totale del refluo nell impianto di trattamento: circa 2 3 giorni

5 IMPIANTO DI DEPURAZIONE L impianto di Leverkusen-Bürrig L IMPIANTO DI DEPURAZIONE DI LEVERKUSEN-BÜRRIG Passo dopo passo: sezioni dell impianto e ciclo delle acque reflue Separazione meccanica grossolana Le acque reflue biodegradabili del CHEMPARK di Leverkusen vengono convogliate all impianto di depurazione di Bürrig in una condotta profonda 12 m e lunga 2 km; per compiere questo tratto impiegano due ore. Raggiunto l impianto, vengono sottoposte ad una prima grigliatura grossolana che elimina le particelle di maggiori dimensioni. Neutralizzazione Poiché, per motivi legati alla produzione, queste acque sono in genere fortemente acide (ph di circa 1,5), per preservare i batteri dell impianto si controlla il ph aggiungendo del latte di calce. In questo modo, oltre alla precipitazione delle sostanze inorganiche (tra cui i composti contenenti calcio, alluminio, ferro), si induce anche quella di una frazione di sostanze organiche. Chiarificazione primaria vengono così separati meccanicamente. Il fango generato nella chiarificazione primaria viene inviato all unità di trattamento fanghi, unitamente a quello generato nei successivi stadi del processo di depurazione (v. sotto). Stoccaggio Il refluo pretrattato meccanicamente e neutralizzato viene stoccato in un serbatoio intermedio che consente il livellamento di concentrazioni e portata. Ciò migliora l efficienza di abbattimento nella successiva unità di trattamento biologico. Depurazione nella torre biologica La struttura I processi che hanno luogo durante la depurazione biologica delle acque sono confrontabili con i meccanismi naturali di autodepurazione di fiumi e laghi: i batteri si nutrono delle sostanze contenute nelle acque e, utilizzando l ossigeno disciolto, le trasformano in anidride carbonica, acqua e biomassa. I prodotti della precipitazione indotta dal processo di neutralizzazione e altre sostanze solide sedimentano sul fondo durante lo stadio successivo, la chiarificazione primaria, e Negli impianti di depurazione biologica questo processo ha luogo in volumi più piccoli e in tempi minori rispetto a quanto accade in natura. 04

6 Silo calce Chiarificazione primaria Acque reflue industriali Grigliatura Neutralizzazione Trattamento fanghi Serbatoio Flottazione Trattamento aria Denitrificazione Sedimentatori Dortmund Uscita Vasca biologica aperta Chiarificazione secondaria Torre biologica Acque reflue civili Aria Il ciclo delle acque nell impianto di depurazione di Leverkusen-Bürrig La capacità di abbattimento dei batteri dipende dalla loro specializzazione, che si sviluppa dopo un certo tempo in acqua a seconda delle sostanze presenti. Inoltre, è necessario fornire ai batteri una quantità ottimale di ossigeno. Tutto ciò avviene in maniera particolarmente efficace nella torre biologica. Gli ingegneri di processo della Business Unit Ambiente di CURRENTA sono, infatti, riusciti ad alimentare l ossigeno dell aria, necessario ai processi di degradazione biologica, alla miscela di refluo e fango batterico con un notevole risparmio energetico. Utilizzando dei particolari iniettori, il cui principio di funzionamento è lo stesso delle pompe a getto d acqua, l aria compressa viene insufflata nelle torri di depurazione. evitando così l emissione di sostanze maleodoranti nell atmosfera. Chiarificazione intermedia Il refluo trattato nella torre biologica attraversa dei cicloni, che degassano la miscela di acqua e fango, per giungere allo stadio di chiarificazione intermedia, sospeso a una certa altezza, dove i fanghi attivi vengono separati dall acqua. La maggior parte dei fanghi attivi viene ricircolata alle torri biologiche tramite pompe centrifughe; una quantità minore, costituita da fango in eccesso dovuto all accrescimento della biomassa, viene invece estratta e inviata alla sezione di trattamento dei fanghi di depurazione. Questi iniettori sono una parte importante della torre biologica. Grazie a essi è stato, infatti, possibile sostituire con torri coperte alte 30 m le classiche vasche di trattamento aperte, caratterizzate da una superficie elevata, da una profondità compresa tra circa 3 e 7 m e da diversi sistemi di aerazione. Poiché l alta colonna d acqua contenuta nelle torri permette di sfruttare molto più efficacemente l ossigeno dell aria, si produce anche meno aria di scarico. Detta aria, che contiene anche sostanze organiche espulse, viene raccolta e bruciata in un impianto di trattamento termico per gas, Nitrificazione, denitrificazione Per la degradazione di molecole contenenti azoto, come ad esempio i composti ammoniacali, sono necessari oltre ai batteri presenti in grado di abbattere i composti organici ulteriori ceppi batterici. In una prima fase, in presenza di ossigeno e per temperature superiori a 10 C, i batteri nitrificanti convertono i composti ammoniacali in nitrati, i quali, in un processo posto a monte, vengono trasformati in azoto molecolare che si libera nell aria. Poiché questa trasformazione può avvenire solo in assenza di ossigeno (processo anossico) e in presenza di composti 05

7 organici, l 80% delle acque provenienti dalle torri biologiche viene pompato in una vasca separata. Questa contiene pochissimo ossigeno e una sufficiente quantità di composti organici grazie alle acque reflue non ancora depurate che attraversano questa stessa vasca prima di essere convogliate alle torri. Tale processo viene indicato come denitrificazione a monte. Grazie a questo sistema è possibile estrarre dalle acque reflue più di 800 t di azoto all anno. Inoltre, considerevoli quantità di azoto vengono smaltite insieme ai fanghi in eccesso. Depurazione nella vasca biologica L acqua in uscita dallo stadio di chiarificazione intermedia delle torri biologiche subisce un ulteriore trattamento insieme ai reflui civili della città di Leverkusen e delle comunità circostanti. Questo secondo stadio di depurazione biologica avviene in vasche aperte a fanghi attivi, dove l apporto di ossigeno e la miscelazione sono affidati ad aeratori di superficie. Le acque municipali, prima di essere immesse nelle vasche, subiscono un pretrattamento meccanico tramite griglia, dissabbiatore e sedimentatore in un impianto di proprietà dell autorità del bacino del Wupper. Eliminazione dei fosfati Durante la neutralizzazione con latte di calce, gran parte dei fosfati precipita e viene separata insieme ai fanghi della chiarificazione primaria. Inoltre, negli stadi di trattamento biologico, i fosfati vengono fatti precipitare grazie all aggiunta di alluminio e sali di ferro. Vantaggi della torre biologica Rispetto alla vasca biologica aperta e poco profonda, la torre biologica offre tutta una serie di vantaggi: grazie agli iniettori, l ossigeno dell aria introdotta viene utilizzato in maniera ottimale; la ridotta quantità di aria di scarico comporta minori costi per il relativo trattamento termico; la struttura chiusa e il trattamento dei gas di scarico impediscono la diffusione di cattivi odori nelle zone limitrofe; grazie al sistema di iniettori si risparmia fino al 70% di energia; la perfetta miscelazione delle acque reflue con i fanghi attivi è garantita senza necessità di dispositivi aggiuntivi di agitazione meccanica; nella torre biologica non ci sono parti in movimento, per cui l impianto è caratterizzato da una estrema facilità di manutenzione e sicurezza di esercizio; la struttura verticale garantisce un controllo sicuro e facile di eventuali perdite di tenuta, essendo impossibile che la percolazione del refluo nel sottosuolo passi inosservata; l ingombro di una torre biologica è tra il 50% e il 70% inferiore rispetto agli impianti di trattamento biologico tradizionali. Chiarificazione secondaria Infine, il fango attivo viene separato in tre vasche di chiarificazione secondaria e dieci sedimentatori Dortmund, e l acqua depurata viene convogliata, sotto supervisione, nel Reno. I fanghi in eccesso della chiarificazione secondaria vengono inviati alla sezione di trattamento fanghi. Trattamento fanghi I fanghi di depurazione generati nell impianto di Bürrig (fanghi da chiarificazione primaria di acque industriali e civili, e fanghi in eccesso) vengono concentrati, resi uniformi e disidratati con filtropresse a membrana. La torta di filtrazione è infine smaltita nell apposito impianto di incenerimento per i fanghi di depurazione. Le ceneri ottenute al termine dell incenerimento vengono depositate nell adiacente discarica. Flottazione La flottazione è un ulteriore stadio nel trattamento delle acque reflue. Con questo processo, bolle di gas vengono fatte aderire ai fiocchi di fango presenti nel refluo. Avendo una minore densità rispetto al fluido circostante, questi fiocchi emergono sulla superficie del liquido dove formano uno strato di schiuma, il cosiddetto flottato, che viene quindi rimosso. La condotta percorribile Gisela, con cui le acque reflue del CHEMPARK vengono convogliate a Leverkusen-Bürrig.

8 IMPIANTO DI DEPURAZIONE Controllo e supervisione CONTROLLO E SUPERVISIONE Grazie ad approfondite ricerche, la Business Unit Ambiente di CURRENTA riesce sempre a soddisfare le complesse esigenze legate a uno smaltimento sostenibile. 06

9 Il refluo iniziale, quello proveniente dai singoli stadi di chiarificazione e l acqua depurata in uscita dall ultimo stadio dell impianto vengono analizzati costantemente sia dal punto di vista biologico che chimico, in modo da garantire il funzionamento sicuro dell impianto. L acqua depurata viene controllata, per assicurarsi che tutti i valori rimangano all interno dei limiti consentiti. In aggiunta, sulla base di ulteriori parametri è possibile effettuare una continua verifica dell efficienza di depurazione. I dati ricavati dall analisi della corrente affluente e di quella effluente forniscono, insieme alla portata, informazioni utili su quantità e composizione delle sostanze contenute nel refluo e quindi sull efficienza di rimozione dell impianto di depurazione. Le misure riguardano tra l altro le sostanze sedimentabili, i parametri aggregati quali la richiesta chimica e biochimica di ossigeno, importanti sostanze organiche e inorganiche e la salinità. Inoltre, si controlla costantemente la presenza in acqua di sostanze che possono inibire l efficienza di abbattimento dei fanghi batterici. Per le autorità preposte alla supervisione è stata predisposta una postazione accessibile in qualsiasi momento per il controllo delle acque trattate biologicamente. Nell ambito degli obblighi di controllo da parte delle autorità, vengono prelevati campioni di effluente per verificarne il rispetto dei limiti di legge. Il prelievo dei campioni da parte delle autorità competenti può aver luogo in qualsiasi momento e senza preavviso, compresi i fine settimana e la notte. La qualità dell acqua trattata viene continuamente controllata. 07

10 A cura di Currenta GmbH & Co. OHG Leverkusen Germania Ultima revisione: marzo 2010