Corso Base Depurazione

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1 Corso Base Depurazione

2 IL CICLO DELL ACQUA Precipitazioni : neve, pioggia Evaporazione : laghi, traspirazione delle piante Il vapore acque si condensa e forma le nuvole L acqua evapora degli oceani Prelievo dalla natura per diversi utilizzi Pioggia sugli oceani Ritorno alla natura L acqua si infiltra nelle rocce e scorre nel sottosuolo per raggiungere gli oceani Per i ruscellamenti di superficie, l acqua raggiunge i torrenti e fiumi per tornare verso l oceano dove si accumula. Depurazione delle acque reflue La captazione Il trattamento/pompaggio Lo stoccaggio La distribuzione Sporcamento Raccolta delle acque reflue Restituzione dell acqua

3 GLI UTILIZZI DELL ACQUA Per i suoi utilizzi, l uomo porta una perturbazione al ciclo dell acqua. Per esempio, prelevando una certa quantità d acqua da un fiume o da un pozzo per innaffiare il suo giardino, l uomo corta circuita il ciclo dell acqua, e inquina l acqua (fertilizzanti,.). normale Tutto l utilizzo dell acqua necessita di un prelievo seguito da una restituzione : è il CONSUMO. L uomo ha bisogno di prelevare l acqua per i suoi fabbisogni :

4 I IN AGRICOLTURA : GLI UTILIZZI DELL ACQUA Cosi per l irrigazione il consumo varia da un anno all altro in funzione delle condizioni meteorologiche e del tipo di coltura. NELL INDUSTRIA Nonostante gli sviluppi in questo settore, i fabbisogni rimangono stabili, grazie alle tecniche di risparmio d acqua ed alla lotta contro l inquinamento.

5 DOMESTICI : GLI UTILIZZI DELL ACQUA

6 GLI UTILIZZI DELL ACQUA INOLTRE CI SONO GLI UTILIZZI A FINE RICREATIVI :

7 IL PERCORSO DELLE ACQUE REFLUE Tutta l acqua che utilizziamo è raccolta nella rete fognaria sotto forma di acque reflue. Di norma, queste acque sono collettate per È la nozione di depurazione essere trattate. dell acqua, il cui scopo è quello di trattare sufficientemente le acque reflue (sporche) affinché lo scarico nei corsi d acqua o nel mare non degradi la qualità

8 IL PERCORSO DELLE ACQUE REFLUE Arrivo delle acque reflue : Le acque domestiche e industriali sono raccolte nelle reti fognarie che li portano fino agli impianti di trattamento delle acque reflue : i depuratori

9 IL PERCORSO DELLE ACQUE REFLUE Il sollevamento : Quando il rilievo naturale non è adatto, le acque reflue sono sollevate tramite coclee di Archimede o pompe.

10 IL PERCORSO DELLE ACQUE REFLUE La grigliatura : L acqua attraversa uno sgrigliatore che ferma i corpi galleggianti ed i rifiuti più grossi.

11 IL PERCORSO DELLE ACQUE REFLUE La dissabbiatura disoleatura : Le sabbie e la ghiaia si depositano sul fondo delle vasche, mentre i grassi più leggeri risalgono grazie ad un insufflazione d aria e sono raccolti in superficie.

12 IL PERCORSO DELLE ACQUE REFLUE La sedimentazione primaria : I solidi in sospensione si depositano sul fondo della vasca. Sono i fanghi primari. Sono poi recuperati tramite raschiatura ed inviati negli ispessitori.

13 IL PERCORSO DELLE ACQUE REFLUE La vasca di aerazione : L acqua rimane in una vasca a fanghi attivi (che contiene batteri aerobi). Questi batteri consumano l inquinamento e agglomerandosi, formano dei fanghi chiamati fanghi biologici. Per permettere la vita dei batteri aerobi, si insuffla dell aria nella vasca.

14 IL PERCORSO DELLE ACQUE REFLUE La chiarificazione : L acqua depurata è separata dal fango tramite decantazione all interno di vasche chiamate sedimentatori.

15 IL PERCORSO DELLE ACQUE REFLUE Uscita restituzione al fiume : L acqua depurata può ora essere scaricata in natura.

16 IL PERCORSO DELLE ACQUE REFLUE La disidratazione : I fanghi ancora liquidi sono disidratati passando su filtri o centrifughe. Questa solidificazione facilita il loro trasporto ed il loro futuro utilizzo.

17 IL PERCORSO DELLE ACQUE REFLUE Lo smaltimento: I fanghi disidratati sono prima stoccati per poi essere smaltiti in inceneritori, discarica o quando lo permettono, valorizzati in agricoltura.

18 IL PERCORSO DELLE ACQUE REFLUE PER RIASSUMERE

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29 Gli impianto MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) utilizzano, come il processo a fanghi attivi, l'intero volume di una vasca. Viene definito un sistema a biofilm poiché la biomassa si sviluppa su supporti che si muovono liberamente all'interno del reattore con un grado di riempimento che può andare dal 70% (MBBR classico) al 30% (MBBR ibrido), i supporti vengono trattenuti all'interno del reattore grazie ad una griglia posta in uscita al reattore stesso. Il sistema può essere impiegato sia per processi aerobici che anossici. Nei processi aerobici, i supporti vengono mantenuti in sospensione grazie al movimento creato da dei diffusori d'aria, mentre nei processi anossici, da un miscelatore.

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37 % / La conoscenza del sistema a fanghi attivi viene convenzionalmente acquisita dall osservazione e monitoraggio del processo mediante analisi chimico-fisiche o biologiche effettuate in laboratori o in situ: analisi di laboratorio e/o in situ sui reflui in entrata e uscita e sui fanghi, cono Imhoff e calcolo dello SVI e/o altri indici di sedimentabilità del fango; caratterizzazione della biomassa tramite indagini al microscopio. I bilanci di massa di COD, solidi, N e P, rappresentano sia uno strumento per verificare la congruenza dei dati acquisiti nonché per effettuare valutazioni di vario tipo es. stima della produzione dei fanghi, calcolo degli indici di performance depurativa etc La determinazione dei parametri cinetici e stechiometrici viene effettuata, attraverso metodologie abbastanza complesse (respirometria) al fine di calcolare le velocità di processo depurativo. I bilanci di massa ed i parametro cinetici e stechiometrici costituiscono il punto di partenza per l applicazione di modelli avanzati di simulazione (ASM1, ASM2, ASM2d, ASM3 etc, dove ASM sta per Activated Sludge Models).

38 % / Obiettivo della depurazione delle acque reflue mediante processi biologici è la rimozione degli inquinanti ovvero di quelle sostanze contenute nelle acque e che scaricate nell ambiente danno origine a conseguenze indesiderate. Tra gli altri sono di particolare rilevanza i seguenti: sostanza organica (disciolta e particolata) solidi sospesi azoto e fosforo metalli microrganismi (in particolare quelli patogeni). 6&' 8&<" $ 6 8= 6 8%

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42 % 1 Preliminare Primari Secondari Terziari (avanzati) EFFLUENTE EFFLUENTE EFFLUENTE DISINFEZIONE PROCESSO A BASSO CARICO FITODEPURAZIONE DISINFEZIONE DISINFEZIONE GRIGLIATURA TRITURAZIONE DISSABBIAMENTO SEDIMENTAZIONE PROCESSI AD ALTO CARICO FANGHI ATTIVI LETTI PERCOLATORI DISCHI BIOLOGICI RIMOZIONE AZOTO NITRIFICAZIONE - DENITRIFICAZIONE SCAMBIO IONICO CLORAZIONE BREAK POINT STRIPPAGGIO GAS FITODEPURAZIONE SEDIMENTAZIONE SECONDARIA RIMOZIONE FOSFORO PRECIPITAZIONE CHIMICA FITODEPURAZIONE BIOLOGICI ISPESSIMENTO DIGESTIONE DISIDRATAZIONE TRATTAMENTO FANGHI SMALTIMENTO NON BIOLOGICI ISPESSIMENTO CONDIZIONAMENTO DISIDRATAZIONE RIMOZIONE SOLIDI SOSPESI COAGULAZIONE CHIMICA FILTRAZIONE TRATTAMENTO A MEMBRANA FITODEPURAZIONE RIMOZIONE METALLI E COMPOSTI ORGANICI ADSORBIMENTO CARBONI ATTIVI STRIPPAGGIO OSSIDAZIONE AVANZATA RIMOZIONE SOLIDI DISCIOLTI OSMOSI INVERSA ELETTRODIALISI DISTILLAZIONE

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45 K La trasformazione delle sostanze organiche in biomassa (fango), ovvero in materiale sedimentabile, richiede, necessariamente che il trattamento biologico sia seguito da una fase di separazione solido-liquido. Tale fase è rappresentata da una sedimentazione (denominata secondaria) che permette di rimuovere i microrganismi ottenendo in questo modo un effluente limpido con significative riduzioni del BOD in ingresso. I fanghi rimossi, spesso combinati con quelli primari, sono quindi destinati ai successivi trattamenti di stabilizzazione prima del loro smaltimento.

46 K Le modalità impiantistiche di trattamento, nel caso dei processi biologici, sono molto numerose. I processi biologici possono essere classificati almeno in base ai due seguenti criteri: presenza/assenza di ossigeno; fase in cui si trova la biomassa (dispersa o adesa). i sistemi a massa sospesa: le colonie di microrganismi destinati alla depurazione (fiocchi di fango) si trovano in sospensione all interno dell acqua da trattare sistemi a massa adesa: i microrganismi aderiscono, sotto forma di pellicola biologica, ad un substrato di vario tipo. Sono presenti anche situazioni ibride: le pellicole biologiche aderiscono ad un supporto (massa adesa), ma i supporti sono mantenuti in sospensione nell acqua da trattare.

47 K Processi aerobici (presenza di ossigeno libero) Biomassa sospesa Biomassa adesa fisso Processi anossici (presenza di ossigeno legato) Processi a fanghi attivi, lagune aerate, digestione aerobica Filtri percolatori, biodischi, reattori a letto Biomassa sospesa Biomassa adesa Denitrificazione a biomassa sospesa Denitrificazione a biomassa adesa Processi anaerobici (assenza di ossigeno) Biomassa sospesa Biomassa adesa Processo anaeorbico, digestione anaerobica Letto anaerobico (fisso o mobile)

48 K Rimozione dei principali inquinanti ad opera dei trattamenti secondari Percentuale di rimozione dei parametri BOD COD SS P tot. N-org. N-NH 3 Fanghi attivi Letti percolatori (supporti di pietrisco) Letti percolatori (supporti in plastica) Biodischi

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56 , $& Rotospazzole Il trasferimento dell ossigeno avviene principalmente sulla superficie della massa liquida per effetto del movimento e della turbolenza indotta dall agitatore meccanico, che pone in contatto con l atmosfera ampie superfici liquide. Sono utilizzati prevalentemente in vasche di ossidazione di tipo carousel.

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59 , $&" L aria immessa dai compressori è dispersa da opportuni diffusori nella massa liquida sotto forma di minute bollicine d aria attraverso le quali avviene il passaggio dell ossigeno. I massimi rendimenti sono realizzabili con i sistemi a bollefini, più adatti a impianti medio- grandi per via della manutenzione connessa al loro possibile intasamento. La suddivisione tradizionale in funzione del diametro prevede: Bolle fini diam. medio <3mm Bolle medie diam. medio > 3mm<6mm Bolle grosse diam. medio>6mm

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64 , $& Posizionamento nelle vasche

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71 , $& Areatori radiali a canali allungati

72 , $& Aeratori sommersi ad aria pressurizzata Il sistema funziona completamente immerso nel liquido e direttamente appoggiato sul fondo delle vasca. E costituito da un motoriduttore sommergibile supportato da un diffusore-basamento dotato di piedi per l appoggio sul fondo. All albero lento del motoriduttore è direttamente collegata una girante a geometria stellare. La rotazione della girante all interno del diffusore determina l aspirazione dell acqua dalla parte superiore ed una caduta di pressione nella parte inferiore collegata al condotto di aspirazione. L effetto autoaspirante è di entità tale da richiedere l immissione di aria pressurizzata.

73 , $& Aeratori /Miscelatori " - 4 ) - % % %% "* 6 4 ) % %** 6) &% 4 ) ! % )- / ? % 6/-) " * 7/ - 2% 2 / %&

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78 , $& Regolazione capacità di ossigenazione aerazione superficiale La regolazione della capacità di ossigenazione può essere conseguita: - Con temporizzatori, facendo variare la durata di funzionamento delle turbine; - Giocando sul numero di turbine in funzione; - Variando il numero di giri del motore di azionamento; - Variando il verso di rotazione della turbina; - Variando il livello liquido della vasca; - Variando la quota di immersione della turbina.

79 , $& Regolazione capacità di ossigenazione aerazione ad aria insufflata La regolazione della capacità di ossigenazione può essere conseguita: - Con temporizzatori facendo variare la durata di funzionamento dei compressori; - Giocando sul numero di compressori posti contemporaneamente in funzione in parallelo; - Con valvola di regolazione della portata d aria sulla condotta di mandata (per sole soffianti centrifughe e ventilatori); - Con orientamento variabile delle pale dei diffusori delle soffianti centrifughe; - Con by-pass a monte dei compressori di una parte di aria insufflata (nei compressori volumetrici); - Variando il numero di giri dei motori di azionamento.

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83 , $& Negli impianti di trattamento delle acque reflue le soffianti devono garantire un ampio intervallo di portate di aria entro un modesto intervallo di pressione per diverse condizioni ambientali. Una soffiante può generalmente lavorare in modo efficiente entro un limitato intervallo di condizioni operative. La necessaria variazione delle portate di aria e della relativa prevalenza, in fase di progettazione devono essere previsti sistemi per la regolazione delle soffianti. I sistemi che possono essere impiegati per la regolazione delle soffianti risultano i seguenti: (1) diminuzione della pressione o introduzione di un bypass valle- monte; (2) inserimento di una strozzatura; (3) impiego di un diffusore regolabile; (4) regolazione del numero di giri; (5) adozione di più unita in parallelo.

84 , $& L'inserimento di una strozzatura e l'impiego di diffusori regolabili possono essere realizzati soltanto nelle soffianti centrifughe, mentre nel caso di soffianti volumetriche si usa più comunemente la regolazione del numero di giri. La diminuzione della pressione e l'inserimento di un bypass rappresentano anche un metodo efficace per il controllo dei fenomeni di instabilità nelle soffianti centrifughe, i quali hanno luogo quando la soffiante si trova a operare alternativamente da portata nulla a pieno regime, producendo vibrazioni e fenomeni di surriscaldamento.

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86 $&. '" ;% "& &. " # # $ % RIEMPIMENTO Influente REAZIONE SEDIMENT. ESTRAZIONE Aria Effluente Spurgo Aerata Spurgo In questo tipo di reattore ci sono condizioni uguali in tutto il volume

87 <% 6Q 8" I& %,& ) & & % Q i (t) e Q u (t): portate volumetriche in ingresso e in uscita dal reattore C Ai (t) e C Au (t): relative concentrazioni V: volume di fluido presente nel reattore x: ascissa in senso longitudinale In questo tipo di reattore ci sono condizioni diverse da una zona all altra

88 C% "$ & & I % Q i (t) e Q u (t): portate volumetriche in ingresso e in uscita dal reattore C Ai (t) e C Au (t): relative concentrazioni V: volume di fluido presente nel reattore In questo tipo di reattore ci sono condizioni approssimativamente uguali in tutto il volume.

89 Vasche a pistone Vasche a completo mescolamento

90 1 Il substrato è caratterizzabile indirettamente attraverso il suo equivalente in ossigeno o in carbonio contenuto energetico * 6*$ NJ 8 9) < 1 61$ NJ 8 9) < &R,& S& / 1 - & - &R,& S

91 1 $ % $" $# =! $& SUBSTRATO (cibo) Anabolismo BIOMASSA ENERGIA

92 Cosa accade ai microrganismi durante i processi a fanghi attivi 1% ',, 6 G)& 8 %) # 68% % 'P % Cosa accade al substrato durante i processi a fanghi attivi Diminuzione. Il substrato viene utilizzato dai microrganismi per cui la sua concentrazione (massa/unità di volume) diminuisce durante il trattamento.

93 " Q = portata X = concentrazione microrganismi V = volume S = concentrazione substrato &&$ % $&, && $ %

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96 $ Qw, X Reattore (vasca di ossidazione) Q, S0 X, Vr,S Con estrazione fango dal reattore Sedimentatore Q e, S, X e Q r, X r, S Reattore (vasca di ossidazione) Q, S0 Con estrazione fango dalla linea di ricircolo ricircolo Sedimentatore Qe, S, Xe X, Vr,S Qr, Xr, S QW, Xr

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101 : N6:8 SVI (ml/g) = SV 30 (ml/l) / MLSS (g/l)

102 : N6:8 time = 0e time =30 min SVI = 380 ml/g

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