IMPIANTO DI POTABILIZZAZIONE BRIANTEO FILIERA TRATTAMENTO ACQUE Analisi delle criticità Proposte di adeguamento

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1 IMPIANTO DI POTABILIZZAZIONE BRIANTEO FILIERA TRATTAMENTO ACQUE Analisi delle criticità Proposte di adeguamento Roberto Gnecchi Responsabile di Processo / Gestione Ambiente r.gnecchi@larioreti.it (Rev. 00 del ) Sede legale: Lecco Via Fiandra, Sedi operative: Lecco Via Fiandra, 13 Merate Via Cerri, 51 Dervio Via S. Cecilia, 4/C Oggiono Via Marconi, 16 Lecco Via Amendola, 4 Osnago Via Milano, 1 Introbio Piazza Carrobbio Calolziocorte Via F.lli Calvi, 1 Riferimenti: Tel Fax Pronto intervento

2 Premessa La presente relazione si pone l obiettivo di proporre elementi di valutazione tecnica a supporto della scelta dei nuovi sistemi di trattamento acque da inserire nell attuale filiera dell impianto di potabilizzazione Brianteo in Comune di Valmadrera (LC), al fine di aumentarne le prestazioni e mantenerlo idoneo al rispetto dei valori limite previsti dalla normativa sulle acque destinate al consumo umano (D.Lgs n.31/2001) attualmente in fase di aggiornamento. Nella valutazione deve essere presa in considerazione anche la voce gestione rifiuti prodotti dal trattamento di potabilizzazione sia in termini di esercizio e realizzazione di opportune sezioni dedicate (es. linea trattamento fanghi liquidi) sia in termini di costi di smaltimento. CRITERI DI SCELTA DEI TRATTAMENTI DI POTABILIZZAZIONE Per la definizione dei trattamenti di potabilizzazione, i criteri di scelta da considerare sono: Le caratteristiche dell acqua grezza da sottoporre a trattamento: - caratteristiche medie - parametri critici (torbidità, materiale sospeso, metalli, contaminanti microbiologici) - criticità stagionali (bloom algale) Le caratteristiche dei diversi sistemi di trattamento disponibili: - affidabilità - rendimenti / efficacia di abbattimento - flessibilità - complessità e costi di gestione (energia, reattivi, ecc.) - gestione dei rifiuti prodotti dalla potabilizzazione (fanghi, carboni esauriti, ecc.) I requisiti normativi: - categorie di trattamento delle acque superficiali destinate alla produzione di acque potabili; - obiettivi di qualità delle acque destinate al consumo umano (rispetto dei valori guida e probabili sviluppi futuri con adozione di limiti più restrittivi); - nuovi aspetti tossicologici ed inquinanti emergenti; La presenza di contaminanti emergenti all interno di acque superficiali costituisce un nuovo tipo di problematica in relazione agli effetti che tali composti sarebbero in grado di produrre sulla salute umana (interferenza con il sistema endocrino, effetti genotossici,

3 neurotossici o allergizzanti). Caratteristica comune di tali sostanza è la loro presenza nelle acque in concentrazioni molto basse (ng/l ug/l). Rientrano nella famiglia dei composti emergenti sia composti di recente scoperta sia composti verso i quali è stata rivolta recentemente maggior attenzione per la protezione della salute (es. prodotti di degradazione dei farmaci, delle droghe, dei cosmetici, i nanomateriali, le tossine algali, specie microbiologiche patogene). Il D.Lgs n.152/2006 e s.m.i. descrive i criteri generali per la classificazione delle acque superficiali destinate alla produzione di acqua potabile; la Tabella I/A dell Allegato 2 indica le categorie di trattamento in funzione delle caratteristiche di qualità delle acque grezze: A1 Trattamento fisico semplice + Disinfezione A2 Trattamento fisico /chimico + Disinfezione A3 Trattamento fisico /chimico spinto + Affinazione + Disinfezione DESCRIZIONE DELL IMPIANTO POTABILIZZAZIONE BRIANTEO L impianto Brianteo è deputato al trattamento di potabilizzazione delle acque superficiali del Lago di Como (ramo di Lecco) ed è attualmente composto dalle seguenti unità: pre-ossidazione / disinfezione con Biossido di Cloro filtrazione su sabbia, previo dosaggio di coagulante (Policloruro di Alluminio) disinfezione finale con Biossido di Cloro mineralizzazione (ricarbonatazione) con dosaggio di latte di calce abbinato ad Anidride carbonica, per incrementare i valori del parametro Durezza SCHEMA DI FLUSSO - IMPIANTO DI POTABILIZZAZIONE - VALMADRERA Silos Calce Acqua satura Preparatore Saturatore Latte di calce PRE- Vasca contatto 1 Acqua grezza Acqua grezza SOLLEVAMENTO dal LAGO Linea 1 POST- CONTROLAVAGGIO Accumulo finale acqua filtrata acqua controlavaggio Decantazione IMPIANTO DEPURAZIONE VALMADRERA RIO TORTO fanghi CO2 Stoccaggio criogenico Anidride carbonica PRE- Vasca contatto 2 PAC HCl + Na Linea 2 SOLLEVAMENTO alla rete acquedotto Brianteo

4 Le acque grezze del lago di Como avviate al trattamento di potabilizzazione presentano le caratteristiche medie riportate nella tabella sotto riportata: PARAMETRO U.M. A1 - G A1 - I A2 - G A2 - I A3 - G A3 - I Valore Medio ph Unità ph 6,5-8,5 5,5-9 5,5-9 7,7 Colore (dopo filtrazione semplice) mg/l scala pt < 10 Totale materie in sospensione mg/l MES 25 < 25 Torbidità NTU 1,9 Temperatura (al prelievo) C Conducibilità a 20 C µs/cm Durezza F 8,7 Alcalinità totale meq/l CaCO3 1,2 Calcio mg/l Ca 25 Magnesio mg/l Mg 5,6 Sodio mg/l Na 3 Potassio mg/l K 1,3 Cloriti µg/l 5,5 Nitrati mg/l NO ,4 Fluoruri mg/l F 0,7-1 1,5 0,7-1 0,7-1 0,15 Ferro disciolto mg/l Fe 0,1 0, ,09 Manganese mg/l Mn 0,05 0,1 1 0 Rame mg/l Cu 0,02 0,05 0,05 0 Zinco mg/l Zn 0, Boro mg/l B Arsenico mg/l As 0,01 0,05 0,05 0,05 0,1 0,005 Cadmio mg/l Cd 0,001 0,005 0,001 0,005 0,001 0,005 0 Cromo totale mg/l Cr 0,05 0,05 0,05 0 Piombo mg/l Pb 0,05 0,05 0,05 0 Selenio mg/l Se 0,01 0,01 0,01 0 Mercurio mg/l Hg 0,0005 0,001 0,0005 0,001 0,0005 0,001 0 Bario mg/l Ba 0, Alluminio mg/l Al 0,015

5 Cianuro mg/l CN 0,05 0,05 0,05 0 Solfati mg/l SO Cloruri mg/l Cl ,7 Tensioattivi mg/l 0,2 0,2 0,5 0 Fosfati mg/l P2O5 0,4 0,7 0,7 0 Fenoli mg/l C6N5OH 0,001 0,001 0,005 0,01 0,1 0 Idrocarburi disciolti mg/l 0,05 0,2 0,5 1 0 Idrocarburi policiclici aromatici (IPA) mg/l 0,0002 0,0002 0,001 0 Antiparassitari totali mg/l 0,001 0,0025 0,005 0 COD mg/l O2 30 0,5 Tasso saturazione Ossigeno disciolto % O2 > 70 > 50 > BOD5 mg/l O2 < 3 < 5 < 7 < 3 Azoto Kjeldhal (TKN) mg/l N ,003 Ammoniaca mg/l NH4 0,05 1 1,5 2 4 < 0,05 Sostanze estraibili al cloroformio mg/l SEC 0,1 0,2 0,5 0 Carbonio organico totale mg/l C 0,9 Carbonio organico residuo (dopo flocculazione e mg/l C- 0,6 Coliformi totali UFC/100 ml Coliformi fecali UFC/100 ml Streptococchi fecali UFC/100 ml Salmonella P/A Assenza in 5000 ml Assenza in 1000 ml Clostridium Perfringens UFC/100 ml 23 Escherichia coli UFC/100 ml 16 Conta di cianobatteri tossici cell/l A Per i valori analitici riferiti ai parametri microbiologici le caratteristiche delle acque del Lago sono tali da richiedere almeno il trattamento specificato in categoria: A2 Trattamento fisico /chimico + Disinfezione.

6 FILIERA DI TRATTAMENTO PER LA POTABILIZZAZIONE DI ACQUE SUPERFICIALI Per la potabilizzazione delle acque superficiali (fiumi /laghi/ invasi) i sistemi convenzionali prevedono la seguente filiera di trattamento: grezza PRE - OSSIDAZIONE A CHIARIFLOCCULAZIONE B FLOTTAZIONE AD ARIA DISCIOLTA (DAF) SU SABBIA ADSORBIMENTO SU GAC ES 1 IMPIANTO DI FERRARA Fiume PAC CHIARIFLOCCULAZIONE - Coagulazione - Flocculazione - Sedimentazione SU SABBIA O3 ADSORBIMENTO SU GAC ES 2 IMPIANTO DI TORINO Fiume PRE - OSSIDAZIONE O3 PAC CHIARIFLOCCULAZIONE Cyclofloc con microsabbia ADSORBIMENTO SU GAC (DOPPIO LETTO FILTRANTE)

7 ES 3 IMPIANTO DI CASTIGLION FIORENTINO (AR) invaso PRE - OSSIDAZIONE O3 PAC FLOTTAZIONE AD ARIA DISCIOLTA (DAF) SU SABBIA ADSORBIMENTO SU GAC ES 4 IMPIANTO DI COMO Lago PRE - OSSIDAZIONE O3 PAC SU SABBIA ADSORBIMENTO SU GAC NaOH ES 5 IMPIANTO BRIANTEO Lago PRE - OSSIDAZIONE PAC Mineralizzazione SU SABBIA

8 Caratteristiche delle unità di trattamento PRE-OSSIDAZIONE L ossidazione ha una duplice funzione: 1. OSSIDAZIONE DEI COMPOSTI CHIMICI: inorganici (Fe, Mn, As, H2S, ecc.) organici (microinquinanti, pesticidi, ecc.) 2. Per la scelta della tipologia di sistema bisogna considerare: - IL POTERE DELL AGENTE OSSIDANTE - IL RISCHIO DI FORMAZIONE DI COMPOSTI TOSSICI NELLE REAZIONI SECONDARIE ES. SOTTOPRODOTTI DELLA (DPBS) N.B. L evoluzione normativa impone che la scelta del sistema di ossidazione debba essere tale da garantire le esigenze di potabilizzazione e nel contempo minimizzare la formazione di DPBS. Di seguito le caratteristiche dei principali agenti ossidanti. Biossido di Cloro () - altamente solubile - esplosivo (deve essere preparato in loco: Ac. Cloridrico + Clorito di Sodio). - elevato potere germicida Il punto di dosaggio all interno della filiera di trattamento dipende dalle caratteristiche delle acque in ingresso: - nel caso di trattamento di acque superficiali, per la rimozione delle sostanze organiche in presenza di bassi valori di Torbidità (< 10 NTU) - il può essere usato in testa all impianto; altrimenti è consigliabile il dosaggio dopo la sedimentazione; - nei fenomeni di bloom algale la presenza di alghe è spesso associata alla presenza di sostanze organiche e pertanto deve essere evitato il dosaggio di ossidanti a base di Cloro.

9 Ozono (O3) - scarsa solubilità in acqua - instabile (deve essere preparato in loco) - rapida azione ossidante - non trasmette odore e sapore all acqua - molto efficace nei confronti delle molecole organiche (microinquinanti, pesticidi) - particolarmente adatto prima di un trattamento di filtrazione (sabbia, carboni) - efficace nell inattivazione delle alghe - favorisce le rese della chiariflocculazione - non adatto in presenza di elevate concentrazioni di ione Bromuro, in quanto favorisce la formazione di Bromati Es. Impianto di Ozonazione

10 CHIARIFLOCCULAZIONE La chiariflocculazione è un unità di trattamento il cui processo di funzionamento comprende 3 fasi successive: - coagulazione (destabilizzazione delle sostanze colloidali, con dosaggio di reagenti chimici tipo Sali di Fe (4-10 mg/l Fe) o Sali di Al (2-5 mg/l Al); - flocculazione (formazione di fiocchi, con dosaggio di reagenti tipo polielettrolita); - sedimentazione (separazione fase solida/fase liquida) Il dosaggio di microsabbia accelera ed ottimizza il processo di chiariflocculazione. La chiariflocculazione ha fondamentalmente la funzione di: 1. RIMOZIONE DEI SOLIDI SOSPESI NON SEDIMENTABILI ( Ø < 10 µm) Pertanto permette: - UNA NOTEVOLE RIDUZIONE DELLA TORBIDITA - UNA RIDUZIONE DELLA SOSTANZA ORGANICA NATURALE (NOM) La chiariflocculazione risulta pertanto molto indicata per il trattamento delle acque superficiali (fiumi) che per il loro regime presentano mediamente valori di Torbidità > 200 NTU e che in situazioni particolari di meteo avverse o piene possono presentare valori di Torbidità molto elevati (> 1000 NTU). CONTROINDICAZIONI: PRODUZIONE DI RIFIUTI (FANGHI LIQUIDI RICCHI DI METALLI) NECESSITA DI PREVEDERE IDONEA SEZIONE DI ISPESSIMENTO E DISIDRATAZIONE MECCANICA DEI FANGHI Es. Chiariflocculatore (particolare costruttivo) Chiariflottatore - Potabilizzatore di Pontelagoscuro (FE)

11 DAF (Flottazione ad aria disciolta) Per il trattamento delle acque superficiali (laghi) in presenza di fioriture algali la sedimentazione a monte dell unità di filtrazione non è la soluzione adeguata in quanto le alghe hanno una scarsa capacità di sedimentare, tendendo invece a flottare in presenza di ossigeno. Il processo più indicato per la rimozione delle alghe è la DAF (Flottazione ad aria disciolta) che garantisce rendimenti molto elevati ( η : % ). La DAF è una tecnica di flottazione indotta con microbolle di aria (40-70 µm) che comprende due fasi: - 1^ fase: dissoluzione dell aria compressa in acqua - 2^ fase: aggiunta di tale acqua (satura di aria) nell acqua grezza da trattare, addizionata con flocculante Il P favorisce la risalita delle microbolle e delle particelle sospese (alghe) che una volta a galla possono essere separate. L aspetto sfavorevole della DAF sono i costi energetici elevati (20 40 kwh/1000 mc) dovuti al ricircolo di acqua. La flottazione produce un flusso di fanghi con contenuto di solidi compreso fra 3 6%, che permette di disidratarli senza la necessità di una fase di ispessimento DAF (schema costruttivo) Modalità rimozione alghe

12 La filtrazione è un trattamento fisico che attraverso un mezzo filtrante (sabbia/quarzo) depositato su supporto poroso granulare - ha la funzione di: 1. SEPARAZIONE FISICA DEI SOLIDI SOSPESI GIA FILTRABILI Pertanto permette: - LA RIMOZIONE DELLA TORBIDITA I rendimenti di rimozione aumentano se tale unità è preceduta dall unità di PRE-OX. Per le buone rese della filtrazione assume particolare importanza la corretta gestione del CONTROLAVAGGIO FILTRI che solitamente si svolge nelle seguenti fasi: - 1^ fase: espansione del letto filtrante con aria (controcorrente) - 2^ fase: lavaggio con acqua (controcorrente) - 3^ fase: lavaggio con acqua (equicorrente). CONTROINDICAZIONI: PRODUZIONE DI ACQUE DI CONTROLAVAGGIO DA AVVIARE A TRATTAMENTO (SEDIMENTAZIONE) PRIMA DEL RILASCIO NELL AMBIENTE Filtri a sabbia - BRIANTEO

13 ADSORBIMENTO SU CARBONI ATTIVI (GAC) Con questa unità di trattamento si sfruttano le proprietà del carbone attivo che è un materiale poroso con elevata superficie specifica ( mq/g), con ELEVATA AFFINITA PER I COMPOSTI ORGANICI. Pertanto permette: 1. LA RIMOZIONE DI: FENOLI PESTICIDI IDROCARBURI TENSIOATTIVI PESTICIDI / ERBICIDI SOLVENTI ORGANO-ALOGENATI (SOA) SOSTANZA ORGANICA NATURALE (NOM) ODORE / SAPORE Inoltre permette: 2. LA RIMOZIONE DI: TOSSINE ALGALI (CIANOTOSSINE) CLORITI (che si formano in pre-ox) CONTROINDICAZIONI: PRODUZIONE DI RIFIUTI (CARBONI ATTIVI ESAURITI) DA AVVIARE A SMALTIMENTO E/O RIGENERAZIONE (frequenza media ogni 2 anni). Filtro a GAC schema Es. batteria di filtri

14 La disinfezione finale ha fondamentalmente le seguenti funzioni: 1. INATTIVAZIONE DEI MICRORGANISMI PATOGENI 2. MANTENIMENTO DELLA QUALITA MICROBIOLOGICA DELL ACQUA DISTRIBUITA Gli obiettivi sono quelli di: 1. RIDURRE IL PIU POSSIBILE IL RISCHIO MICROBIOLOGICO PER GLI UTENTI FINALI 2. MINIMIZZARE LA FORMAZIONE DI SOTTOPRODOTTI DELLA (DPBS) Le limitazioni sempre più severe rispetto ai DPBS obbligano però a prendere in considerazione un approccio diverso per la rimozione degli agenti patogeni. Tale approccio prevede di considerare la disinfezione finale solo come un semplice stadio della filiera di trattamento di potabilizzazione e non come un sistema che debba necessariamente garantire la cosidetta disinfezione di copertura per la protezione della rete idrica posta a valle dell impianto. Si parla di CRITERIO MULTIBARRIERA (MULTISTEP DISINFECTION) che considera il contributo della rete di distribuzione oltre a quello dell impianto di trattamento, con la disinfezione delle acque distribuite in diversi punti della rete idrica: tale criterio assume maggiore rilevanza quanto più è estesa la rete idrica a valle dell impianto di potabilizzazione. Biossido di Cloro () ELEVATO POTERE GERMICIDA IDONEO PER LA DI COPERTURA DELLA IDRICA CONTROINDICAZIONI: PRODUZIONE DI CLORITI IN ALTERAZIONE DELLE CARATTERISTICHE ORGANOLETTICHE DELL ACQUA: FORMAZIONE DI ODORE ALTERAZIONE DEL SAPORE RISCHIO DI FORMAZIONE DBPS (se la [TOC] > 2 mg/l) NB: La normativa prevede una progressiva riduzione dei valori per il parametro Clorito

15 Ozono (O3) ELEVATO POTERE GERMICIDA NON IDONEO PER LA DI COPERTURA DELLA IDRICA CONTROINDICAZIONI: PRODUZIONE DI BROMATI IN (in presenza di elevate concentrazioni di ione bromuro). UV ( nm) DISCRETO POTERE GERMICIDA NON IDONEO PER LA DI COPERTURA DELLA IDRICA CONTROINDICAZIONI: POCA FLESSIBILITA

16 Criticità attuali e limiti in prospettiva Attualmente l impianto Brianteo risulta idoneo alla potabilizzazione delle acque provenienti dal lago, le cui caratteristiche medie - dal punto di vista chimico e microbiologico - sono tali da consentirne il trattamento nel rispetto dei limiti dei valori guida previsti dalla normativa sulle acque destinate al consumo umano (D.Lgs n.31/2001 e smi). Le principali criticità sono quelle di carattere stagionale e sono solitamente connesse ai fenomeni di bloom algale e rimescolamento delle acque del lago che generano un innalzamento dei valori di Torbidità e di Materiale in sospensione nonché della sostanza organica (TOC). La gestione di questi fenomeni stagionali è difficoltosa in quanto: le unità di filtrazione a sabbia subiscono un sovraccarico con conseguente diminuzione delle rese di filtrazione e aumento della frequenza di controlavaggio; in assenza di una vera e propria vasca di coagulazione a monte della sezione di filtrazione su sabbia (il dosaggio di PAC avviene in linea) non è possibile ottimizzare la fase di coagulazione; si assiste all insorgenza di odori generati dalla degradazione metabolica delle alghe. Altre criticità e difficoltà gestionali sono connesse al dosaggio di Biossido di Cloro sia in pre-ossidazione sia in disinfezione finale: - inefficacia rispetto alla completa inattivazione delle alghe con possibilità di ricrescita in rete; - alterazione delle caratteristiche organolettiche dell acqua (insorgenza di odore pungente ed alterazione del sapore); - formazione di Cloriti in rete; - rischio di formazione di sottoprodotti (DPBS); - necessità di erogare acqua con un alta concentrazione di Cloro residuo al fine di garantire il valore consigliato di 0,2 mg/l all utenza finale. In prospettiva vista la proposta di modifica della Direttiva Acque Potabili che introduce una serie di parametri aggiuntivi sia biologici (Colifagi Legionella) sia chimici (modificatori endocrini, cloriti e clorati, acidi aloacetici, microcistine, PFAS) l attuale filiera di trattamento appare limitante e poco flessibile. In effetti, confrontando la filiera di trattamento del Brianteo con quelle dei principali impianti di potabilizzazione realizzati in Italia per il trattamento di acque superficiali (fiumi

17 laghi invasi), emerge come la filiera del Brianteo, pur rispettando i requisiti previsti dal D.Lgs n.152/2006 (A2 Trattamento fisico /chimico + Disinfezione), sia carente delle seguenti unità di trattamento: - chiariflocculazione / DAF - adsorbimento su filtri a carboni attivi (GAC). Inoltre l utilizzo di Biossido di Cloro come agente ossidante in pre-ossidazione appare non in linea rispetto all Ozono utilizzato presso gli altri impianti. Sulla base dei criteri da utilizzarsi per la scelta dei trattamenti e tenuto conto delle caratteristiche delle acque di lago da sottoporre a potabilizzazione, nonché delle caratteristiche dei diversi sistemi di trattamento sopra indicati, si avanzano di seguito alcune ipotesi di adeguamento impianto. Tutte le ipotesi prevedono: - l abbandono del Biossido di Cloro in pre-ossidazione a favore dell Ozono; - l inserimento di un trattamento a monte della filtrazione a sabbia che possa abbattere e gestire il sovraccarico di materiale sospeso e organico, L inserimento della DAF appare il più indicato per le specifiche rese di abbattimento in occasione delle fioriture algali. Da valutare, anche sulla base della disponibilità di superfici libere (mq), la possibilità di realizzare l unità di trattamento Adsorbimento a carboni attivo. In considerazione dell approccio che si vorrà mantenere per la disinfezione di copertura della rete idrica a valle dell impianto, sarà possibile scegliere la tipologia di trattamento per la disinfezione finale: a) mantenimento di b) adozione di O3 Di seguito sono rappresentate in maniera schematica le n.03 ipotesi di adeguamento della filiera di trattamento.

18 Ipotesi di adeguamento impianto IMPIANTO BRIANTEO Lago PRE - OSSIDAZIONE? PAC? Mineralizzazione IPOTESI 1 Lago PRE - OSSIDAZIONE O3 PAC Coagulazione + Flocculazione SU SABBIA IPOTESI 2 Lago PRE - OSSIDAZIONE O3 DAF FLOTTAZIONE AD ARIA DISCIOLTA SU SABBIA IPOTESI 3 Lago PRE - OSSIDAZIONE O3 DAF FLOTTAZIONE AD ARIA DISCIOLTA SU SABBIA ADSORBIMENTO SU GAC O3