Appunti concentrati dei Corsi di:

Transcript

1 Appunti concentrati dei Corsi di: Il presente documento riassume in una decina di pagine per materia i concetti più importanti studiati nei rispettivi corsi universitari; la trattazione è volutamente improntata alla brevità ed essenzialità, dal momento che più dettagliate argomentazioni possono agevolmente trovarsi altrove, mentre qui lo scopo è ottimizzare i tempi di studio. In tal senso alcuni degli utilizzi più appropriati per questo tipo di appunto sono, ad esempio: - Ripasso generale come preparazione per la PROVA ORALE dell'esame DI STATO per l'abilitazione alla professione di INGEGNERE CIVILE E AMBIENTALE; - APPRENDIMENTO DEI CONCETTI ESSENZIALI per chi non abbia seguito nel proprio percorso formativo la materia (gli elenchi puntati, i grafici e le immagini presenti aiutano a riordinare e fissare meglio le idee); - Ripasso veloce in vista di COLLOQUI LAVORATIVI sull'argomento. 1 L'Autore declina ogni responsabilità per le eventuali inesattezze ed errori riportati nel presente elaborato, nonché per gli eventuali danni che dall'utilizzo dello stesso possono derivare.

2 ACQUE CHE POSSONO ESSERE POTABILIZZATE...3 PARAMETRI DI QUALITA' DELLE ACQUE...3 INDICI DI INQUINAMENTO...4 REQUISITI DI POTABILITA'...4 TIPOLOGIE DI TRATTAMENTO...5 FASI DI TRATTAMENTO...5 1) PRELIEVO...5 2) GRIGLIATURA (pretrattamento)...6 3a) SEDIMENTAZIONE (trattamento primario fisico semplice)...6 3b) MICROSTACCIATURA (trattamento primario fisico semplice)...8 4) CHIARIFLOCCULAZIONE (trattamento chimico fisico)...8 5) FILTRAZIONE FILTRI RAPIDI FILTRI LENTI ) DISINFEZIONE CLORORICHIESTA TRATTAMENTI CHIMICO-FISICI SPINTI E DI AFFINAZIONE PER ACQUE DI CATEGORIA A ADDOLCIMENTO TRATTAMENTO ACQUE AGGRESSIVE E INCROSTANTI TRATTAMENTI DI RIMOZIONE DI FERRO E MANGANESE PROCESSI BIOLOGICI: INTRODUZIONE FATTORI CHE INCIDONO SULLE CINETICHE BIOLOGICHE I BATTERI CLASSIFICAZIONE DEI REATTORI: CSTR e PLUG-FLOW IMPIANTI A FANGHI ATTIVI A COLTURE ADESE E SOSPESE SISTEMI BIOLOGICI INNOVATIVI (A COLTURE SOSPESE) REATTORE BIOLOGICO A MEMBRANA (MBR) UP-FLOW ANAEROBIC SLUDGE BED (UASB) REATTORE SEQUENZIALE DISCONTINUO (SBR) SISTEMI BIOLOGICI INNOVATIVI (A COLTURE ADESE) FILTRO BIOLOGICO AERATO (BAF) REATTORIA LETTO MOBILE A BIOMASSA ADESA (MBBR e IFAS)

3 causa della maggior torbidità per via del materiale sedimentabile che sul fondo tende a dirigersi; in linea generale un paio di metri sotto il pelo libero può rappresentare un buon compromesso. prelievo da falda Si ricorre a pozzi di emungimento. Scopo della fase: rimuovere i solidi grossolani che potrebbero danneggiare le fasi successive e le pompe di sollevamento, se presenti. In base alla spaziatura tra le barre si distingue tra: grigliatura grossa grigliatura media grigliatura fine Mentre con riferimento alla forma delle barre nel loro complesso, possono aversi: barre dritte barre curve Figura 1. Grigliatura a barre curve e pulizia automatica, prospetto (sopra) e pianta (sotto). Il sistema di pulizia, infine, può essere manuale o automatico. Se le barre sono dritte, l'inclinazione è circa 45 per pulizia manuale e per pulizia con rastrello meccanico. La velocità d'acqua in prossimità della griglia dovrà preferibilmente essere maggiore di 0.6 m/s (per evitare sedimentazione) ed inferiore ad 1.5 m/s (per evitare trascinamento di materiale solido a valle della griglia stessa). Scopo della fase: rimuovere per gravità i solidi sedimentabili; si usa per le acque di fiume, mentre per quelle prelevate da lago si ricorre generalmente alla microstacciatura. Ci sono diversi tipi di sedimentazione: tipo I (o discreta o granulosa), quando la concentrazione di particelle solide è molto bassa, al limite una particella sola; la velocità di sedimentazione segue la legge di Stokes, per cui tale velocità è direttamente proporzionale diametro al quadrato della particelle (d 2 ) e al suo peso specifico; 6

4 In questo caso lo scopo, più che un bloccare particelle fini, è effettuare un vero e proprio trattamento di depurazione. Un classico filtro lento è, ad esempio, il letto percolatore dove l'acqua nel percolare lentamente attraverso un letto di pietrisco di grande pezzatura, dà luogo alla formazione di una pellicola biologica attorno ai grani. L'effetto depurativo è dato proprio dai microrganismi che costituiscono la pellicola e che, al passaggio del liquame, ne trattengono alcuni substrati (es. BOD, nitrati, etc. a seconda del tipo di microrganismi sviluppati). Scopo: eliminare i microrganismi patogeni presenti nell'acqua; m.o che possono trarre origine dall'atmosfera ed esser stati trascinati in falda o nel corpo idrico superficiale con la pioggia (che opera una sorta di wet-scrubber naturale dell'atmosfera) oppure dilavati dal suolo. La disinfezione ideale si distingue per queste caratteristiche: azione rapida (che implica ridotti tempi di contatto e,quindi, vasche di dimensioni minori); azione persistente (ossia tale da garantire la copertura anche nella rete idrica posta a valle dell'impianto di potabilizzazione); non dannoso per l'uomo, l'ambiente ed i manufatti (es. no cancerogeno, no tossico per flora e fauna, no corrosivo per tubazioni); economico Gli agenti disinfettanti reali difficilmente posseggono tutti questi requisiti contemporaneamente; vediamo allora una carrellata di quelli più diffusi mettendone in luce vantaggi e svantaggi. Intanto distinguiamo tra: Agenti disinfettanti CHIMICI (composti del cloro, ozono, acido paracetico e perossido di idrogeno) Agenti disinfettanti FISICI (calore, raggi UV, radiazioni ionizzanti ed ultrasuoni). Tra i composti del cloro ricordiamo: clorogas (Cl 2 ) che è cloro al 100%; dato il suo elevato potere disinfettante è richiesto in piccole dose e si utilizza in genere solo per grandi impianti; è tossico e corrosivo; ipoclorito di sodio e di calcio; si usano in soluzioni al 10-15% e 20-25%; il potere disinfettante è dato dalla dissociazione in acqua in acido ipocloroso (HClO) cui è dovuta, appunto, l'azione disinfettante; biossido di cloro (ClO 2 ); si comporta come un radicale libero, solo che a differenza di questi non reagisce con tutto ciò che incontra, poichè è dotato di una reattività selettiva che, ad esempio, non lo fa reagire con l'ammoniaca; è una molecola instabile e degrada facilmente in cloriti e clorati, dannosi per l'uomo; il tempo di contatto necessario per espletare l'azione disinfettante è di 1-2 minuti; Tra gli altri agenti disinfettanti spendiamo qualche altra parola su: ozono (O3); ha un fortissimo potere ossidante, anche a temperatura ambiente, dovuto al fatto che sviluppa ossigeno nascente, ossia monoatomico secondo la reazione O 3 O 2 +O. 11

5 Prof. Ing. Giovanni Esposito Sono i più utilizzati negli impianti di depurazione in quanto, rispetto ad un processo chimico, risultano più economici, vista la mancata spesa d'esercizio per l'acquisto dei reagenti chimici. Per dimensionare e gestire correttamente questa tipologia di impianti, tuttavia, è indispensabile avere nozioni di base sulle cinetiche biologiche. Infatti le vasche dell'impianto vanno dimensionate tenuto conto della velocità con cui i microrganismi si moltiplicano e la velocità con cui degradano il substrato di interesse (BOD nella fase di ossidazione, ammoniaca nella fase di nitrificazione, nitrati nella denitrificazione, etc.). ph Nei liquami civili il ph è circa neutro, situazione generalmente buona da gestire; viceversa nei liquami di origine industriale può essere sensibilmente più acido o basico a seconda dei casi: si ricorre in questi casi alla neutralizzazione per riportarlo a valori circa neutri (ph = 7) temperatura Temperature troppo basse inibiscono i microrganismi, mentre temperature troppo elevate li portano alla morte per sterilizzazione; le temperature valide per far avvenire un processo di depurazione biologica sono comprese, grosso modo, tra 20 e 60 C. All'interno di questo range, in particolare, possono svilupparsi diverse tipologie di microrganismi: psicrofili (temp. circa 20 C), mesofili (35-40 C) e termofili (50-60 C), le cui cinetiche di degradazione del substrato sono tanto più rapide quanto più alta è la temperatura; disponibilità di nutrienti (BOD, azoto e fosforo) I microrganismi per sopravvivere e riprodursi hanno bisogno di sostanza organica, azoto e fosforo; il rapporto ottimale tra questi elementi è: BOD:N:P = 100:5:1, ossia per degradare 100 gr di sostanza organica, occorrono 5 gr di azoto e 1 gr di fosforo. presenza di ossigeno La presenza di ossigeno è un fattore indispensabile per lo sviluppo e la sopravvivenza dei microrganismi aerobi, mentre risulta inibente per gli anaerobici. presenza di inibenti La presenza di alcuni elementi può risultare tossica per alcune tipologie di microrganismi; ad esempio i metalli pesanti (mercurio, cadmio, cromo, etc.) possono risultare inibenti se presenti in 16

6 Possibilità impiantistiche: nella vasca di ossidazione (membrana sommersa per impianti esistenti) in sostituzione della sed.ii (unità separata, più facilmente gestibile) nella vasca di sed.ii di impianti esistenti per migliorare l'efficacia della fase. Si tratta Impianti anaerobici basati sulla conversione, in assenza di ossigeno, di sostanze organiche inquinanti (COD) in biogas. Pro: sviluppo m.o granulosi (più spessi e compatti dei fiocchi = sedimentano meglio) non ho spese per l'insufflazione d'aria (processo anaerobico) non c'è ricircolo (è sufficiente la conformazione della vasca a mantenere i m.o in vasca, insieme al fatto che il granulo ha < tendenza ad esser trascinato via rispetto al fiocco) no sedimentazione Contro: è un processo anaerobico, quindi lento, e ciò comporta volumi delle vasche più grandi => è indicato per pochi volumi di reflui (es. industriali, es. nella linea fanghi) Fasi riempimento aerato (immissione liquame, miscelazione, aerazione) reazione (miscelazione + aerazione) sedimentazione (interrompo aria e agitazione) estrazione (estraggo il chiarificato da sopra, il fango da sotto) ricomincio il ciclo con una nuova carica di refluo che avrò stoccato in apposita vasca di accumulo (a meno che non ho più reattori in parallelo che mi garantiscano, a fasi alterne, la continuità dell'esercizio) 21