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2 Giovanni De Feo Sabino De Gisi Maurizio Galasso INGEGNERIA SANITARIA AMBIENTALE ACQUE REFLUE Progettazione e gestione di impianti per il trattamento e lo smaltimento Dario Flaccovio Editore

3 Giovanni De Feo Sabino De Gisi Maurizio Galasso Ingegneria sanitaria ambientale Acque Reflue ISBN by Dario Flaccovio Editore s.r.l. - tel info@darioflaccovio.it Prima edizione: marzo 2012 De Feo, Giovanni <1969-> Ingegneria sanitaria ambientale: Acque reflue : progettazione e gestione di impianti per il trattamento e lo smaltimento / Giovanni De Feo, Sabino De Gisi, Maurizio Galasso. - Palermo : D. Flaccovio, ISBN Acque reflue Smaltimento. I. De Gisi, Sabino <1980-> II. Galasso, Maurizio <1953-> CDD-22 SBN PAL CIP Biblioteca centrale della Regione siciliana Alberto Bombace Stampa: Tipografia Priulla, marzo 2012 Ringraziamenti Ringraziamo tutti coloro che hanno direttamente e indirettamente contribuito alla stesura di questo lavoro, in modo particolare Alessio Colletti, Claudio Di Iaconi, Michele Galdi, Salvatore Guadagnuolo, Giovanni Mappa, Roberta Porcu, Andrea Raimo, Roberto Ramadori, Giovanni Romano, Valter Tandoi e Renato Tettamanzi. Si ringraziano tutte le aziende citate nel testo e, in particolare, la Bierrechimica Srl, nella persona del titolare, sig. Bruno Ronca, per la collaborazione prestata nello svolgimento di prove e sperimentazioni riportate nel testo. Si rivolge, infine, un ringraziamento anticipato a chi vorrà segnalarci errori e osservazioni utili a migliorare il testo. Nomi e marchi citati sono generalmente depositati o registrati dalle rispettive case produttrici. L editore dichiara la propria disponibilità ad adempiere agli obblighi di legge nei confronti degli aventi diritto sulle opere riprodotte. La fotocopiatura dei libri è un reato. Le fotocopie per uso personale del lettore possono essere effettuate nei limiti del 15% di ciascun volume/fascicolo di periodico dietro pagamento alla SIAE del compenso previsto dall art. 68, commi 4 e 5, della legge 22 aprile 1941 n Le riproduzioni effettuate per finalità di carattere professionale, economico o commerciale o comunque per uso diverso da quello personale possono essere effettuate solo a seguito di specifica autorizzazione rilasciata dagli aventi diritto/dall editore.

4 V INDICE Premessa Presentazione 1. Le caratteristiche delle acque reflue 1.1. Cenni introduttivi... pag L inquinamento idrico...» Classificazione dell inquinamento in base all origine...» Inquinamento di origine urbana...» Inquinamento di origine industriale...» Inquinamento di origine agricola o zootecnica...» Classificazione dell inquinamento in funzione degli inquinanti...» Sostanze organiche naturali...» Sostanze inorganiche tossiche...» Sostanze inorganiche indesiderabili in quantità elevate...» Sostanze organiche di sintesi...» Solidi sospesi...» Sostanze che modificano il ph...» Inquinamento termico...» Inquinamento microbiologico...» Caratterizzazione delle acque reflue...» Caratteristiche fisiche...» Temperatura...» Colore...» Odore...» Conducibilità elettrolitica...» Solidi...» Caratteristiche chimiche...» Domanda chimica di ossigeno (cod)...» Domanda biochimica di ossigeno (bod)...» Composti dell azoto...» Composti del fosforo...» Metalli pesanti...» Oli e grassi...» Tensioattivi...» Composti organici di sintesi...» Microinquinanti organici...» Ossigeno disciolto...» ph...» Contenuto salino...» Caratteristiche microbiologiche...» Composizione tipica dei liquami domestici e carichi specifici tipici...» Campionamento e conservazione dei prelievi...» Conservazione del campione...» Caratteristiche quantitative...» Acque reflue domestiche...» 32

5 VI Ingegneria sanitaria ambientale Acque reflue industriali...» Acque reflue di origine agricola e zootecnica...» Acque meteoriche e di prima pioggia...» Definizione delle portate...» Premessa...» Bacino d utenza...» Apporti idraulici e organici per diverse utenze...» Portate di tempo secco...» Apporti civili...» Apporti industriali...» Portate di dimensionamento...» Portata di pioggia...» Qualità delle acque meteoriche di dilavamento...» Dispositivi per il controllo dell inquinamento delle acque meteoriche di dilavamento...» Portate di progetto...» Esempi analitici e numerici...» Determinazione analitica dell azoto ammoniacale nelle acque...» Determinazione analitica dei metalli pesanti...» Determinazione analitica dei solventi organici...» Determinazione analitica della tossicità con Daphnia magna per la valutazione dell accettabilità di un effluente...» Materiali per il test...» Reagenti e acqua di diluizione...» Organismi per il saggio...» Metodo per la valutazione dell accettabilità di un effluente da un impianto di depurazione...» Esempio numerico sul calcolo delle concentrazioni di bod 5 e tss in ingresso a un impianto di depurazione...» Esempio numerico sul calcolo del bod carbonioso...» Esempio numerico sul calcolo del bod di campioni di acque reflue diluite» Esempio numerico sul calcolo delle portate in un impianto di depurazione per reflui urbani...» Bibliografia...» Impostazione dello schema di processo 2.1. Cenni introduttivi...» Tecniche naturali e tecniche impiantistiche...» Descrizione di un impianto di depurazione...» La linea acque...» La linea fanghi...» La linea gas e aria esausta...» Principali tipologie di impianto per la depurazione dei reflui urbani del tipo a fanghi attivi...» L impostazione del ciclo di trattamento per la depurazione delle acque reflue urbane...» Tipologia I (< 2000 ae)...» Tipologia II ( ae)...» Tipologia III ( ae)...» Tipologia IV (> ae)...» 82

6 Indice VII Ulteriori osservazioni in merito all impostazione del ciclo di trattamento per la depurazione delle acque reflue urbane...» Criteri generali per la scelta del ciclo di trattamento per la depurazione di un refluo generico...» Aspetti generali...» Lo stato dell arte nella realizzazione degli impianti in Italia...» Acque reflue urbane...» Acque reflue industriali...» Un caso paradigmatico d impostazione del ciclo di processo per la depurazione di un refluo industriale...» Aspetti pratici...» Bibliografia...» I trattamenti preliminari 3.1. Cenni introduttivi...» Grigliatura e stacciatura...» Grigliatura...» Quantità di materiale raccolto dalle griglie...» Caratteristiche costruttive delle diverse tipologie di griglie...» Criteri di dimensionamento della grigliatura...» Stacciatura...» Disfunzioni e correzioni...» Dissabbiatura...» Generalità...» Quantità, caratteristiche, lavaggio e smaltimento delle sabbie rimosse...» Le unità di dissabbiamento...» Dissabbiatori a canale...» Dissabbiatori a vortice...» Dissabbiatori aerati...» Air-lift...» Disfunzioni e correzioni...» Disoleatura...» Preaerazione...» Trattamento dei bottini...» Equalizzazione...» Esempi di realizzazioni con particolari costruttivi...» Esempi numerici...» Dimensionamento del comparto di grigliatura...» Dimensionamento di un dissabbiatore aerato...» Bibliografia...» Il trattamento primario e i processi di sedimentazione e flottazione 4.1. Cenni introduttivi...» La sedimentazione...» Cenni sulla teoria della sedimentazione...» Particelle granulose...» Particelle fioccose...» Particelle in vasche di sedimentazione reali...» Tipologie di vasche...» Vasche a flusso ascensionale...» 174

7 VIII Ingegneria sanitaria ambientale Vasche a letto di fango...» Vasche a flusso longitudinale...» Vasche a flusso radiale...» Particolari costruttivi...» Alimentazione e schema di funzionamento della sedimentazione primaria» Un esempio di realizzazione di unità di sedimentazione primaria...» Disfunzioni e correzioni...» Criteri di dimensionamento...» Stima dei rendimenti depurativi prevedibili e della produzione di fango primario...» I sedimentatori a letto impaccato...» Tipologie di sedimentatori a letto impaccato...» Descrizione del funzionamento...» Dimensionamento di un sistema a pacchi lamellari...» Particolari costruttivi...» La flottazione...» Generalità...» Flottazione naturale...» Flottazione ad aria dispersa...» Flottazione ad aria disciolta (daf)...» Gli elementi di un sistema daf Il caso dell impianto di depurazione per reflui industriali di Solofra (av)...» I test per lo studio delle proprietà di flottazione di un refluo...» Criteri di dimensionamento...» Tipologie di sistemi daf presenti sul mercato...» Esempi numerici...» Bibliografia...» Trattamenti secondari e terziari con processi a biomassa sospesa 5.1. Cenni introduttivi...» Simbologia...» Cenni teorici sui processi biologici a biomassa sospesa...» Introduzione ai processi a fanghi attivi...» I principali parametri di progetto e di gestione...» Processi a biomassa sospesa per la rimozione del bod e per la nitrificazione» Processi a biomassa sospesa per il controllo dell azoto...» Processi a biomassa sospesa per la rimozione del fosforo...» Configurazioni di impianto...» Il dimensionamento del processo anossico/aerobico e della sedimentazione secondaria per la rimozione dell azoto e della sostanza organica biodegradabile...» Descrizione dello schema di trattamento...» Caratterizzazione del refluo influente e assunzione dei parametri di progetto...» Determinazione degli ulteriori parametri caratteristici del refluo indispensabili per il dimensionamento...» Il progetto della nitrificazione/ossidazione...» Il progetto della pre-denitrificazione...» Il calcolo della capacità di ossigenazione standard (sotr) e della portata di aria per il dimensionamento dei dispositivi di aerazione...» Calcolo della concentrazione del bod nell effluente...» 294

8 Indice IX Il progetto della sedimentazione secondaria...» Il dimensionamento del processo anaerobico/anossico/aerobico e della sedimentazione secondaria per la rimozione del fosforo, dell azoto e della sostanza organica biodegradabile...» Configurazione dei bacini di aerazione...» Particolari costruttivi dei reattori di ossidazione...» Sistemi di ricircolo dei fanghi e particolari costruttivi delle vasche di sedimentazione secondaria...» Dispositivi di aerazione e di miscelazione...» Generalità...» Aerazione meccanica con turbine...» Aerazione mediante aria insufflata...» Aerazione mediante aeratori meccanici...» Aerazione mediante ossigeno puro...» Aerazione mediante sistemi ibridi...» Mixer...» Abbinamento di ossigenatori con i mixer...» Disfunzioni e correzioni...» Impianti a fanghi attivi compatti e impianti di concezione particolare...» Trattamenti biologici mediante colture sospese: microbiologia del processo a fanghi attivi...» Generalità...» Popolazioni microbiche degli impianti a fanghi attivi...» I batteri fiocco-formatori: eterotrofi aerobici, nitrificanti e denitrificanti...» Le alterazioni della struttura del fiocco di fango attivo...» I batteri filamentosi e il fenomeno del bulking...» L identificazione dei batteri filamentosi su base morfologica...» I principali batteri filamentosi causa di disfunzioni negli impianti...» Batteri presenti nei sistemi con alternanza di zone aerobiche e anaerobiche: batteri polifosfatici, G-batteri e gao...» Batteri che provocano la formazione delle schiume biologiche.» Strategie di controllo del bulking...» Strategie di controllo delle schiume biologiche...» Osservazioni microscopiche del fango attivo...» Microscopio ottico...» Osservazione a fresco e colorazioni della sospensione microbica» Stima di biomassa e attività...» Analisi batteriologiche...» Caratterizzazione di biomasse miste mediante metodi biomolecolari...» Stime di biomassa...» Stime di attività...» Esempi numerici...» Definizione dei dati di progetto e dei riferimenti normativi...» Caratterizzazione del refluo influente al biologico...» Calcolo dei parametri derivati indispensabili per il dimensionamento...» Assunzione dei parametri delle cinetiche dei processi di ossidazione della frazione carboniosa, nitrificazione e denitrificazione...» 398

9 X Ingegneria sanitaria ambientale Dimensionamento della nitrificazione/ossidazione...» Parametri delle cinetiche per i microrganismi nitrificanti, denitrificanti ed eterotrofi alla temperatura di progetto...» Tasso di crescita specifico dei microrganismi nitrificanti...» Età del fango teorica e di progetto...» Produzione di biomassa...» Azoto nitrico prodotto dalla nitrificazione...» Produzione della biomassa totale...» Massa di vss e tss nel bacino di aerazione...» Volume del bacino di aerazione...» Tempo di residenza idraulico...» Concentrazione di solidi sospesi volatili in miscela aerata (vss ML )» Fattore di carico organico e fattore di carico volumetrico...» Resa osservata sui tss e sui vss...» Domanda teorica di ossigeno (R 0 )...» Controllo dell alcalinità...» Dimensionamento della pre-denitrificazione...» Dati di progetto...» Concentrazione di biomassa attiva denitrificante...» Rapporto di ricircolo della miscela aerata (ir)...» Portata massica di N-NO 3 effettiva in ingresso al bacino di denitrificazione...» Volume del reattore di denitrificazione...» Tasso di crescita specifico dei microrganismi denitrificanti...» Recupero di ossigeno in denitrificazione...» Controllo dell alcalinità...» Potenza totale per la miscelazione...» Valutazione della capacità di ossigenazione standard (sotr) e della portata di aria...» Ossigeno disciolto alla temperatura di 20 C e di progetto...» Rapporto P b /P a...» Ossigeno disciolto e pressione atmosferica alle condizioni specifiche del sito...» Ossigeno disciolto alle condizioni standard...» Capacità di ossigenazione in condizioni standard (sotr)...» Portata di aria...» Rendimento del biologico a fanghi attivi progettato...» Progetto della sedimentazione secondaria...» Dati di progetto...» Superficie complessiva, superficie e diametro unitario...» Scelta del modello di vasca di sedimentazione...» Verifica del carico superficiale di solidi sospesi (P SS ) e del tempo di detenzione idraulica su (q 24 ) C...» Verifica del carico superficiale di solidi sospesi (P SS ) e del tempo di detenzione idraulica su q PM...» Ulteriori scenari di progetto...» Bibliografia...» Trattamenti secondari e terziari con processi a biomassa adesa 6.1. Cenni introduttivi...» 415

10 Indice XI 6.2. Processi a biomassa adesa non sommersa...» Letti percolatori...» Struttura e funzionamento...» Classificazione...» Procedure di dimensionamento...» Caratteristiche costruttive...» Riempimento del letto...» Tasso di dosaggio del liquame...» Sistemi di distribuzione...» Sistema di drenaggio...» Vasche di sedimentazione...» Rotori biologici...» Funzionamento...» Disposizione dei biodischi...» Dimensionamento dei biodischi...» Un esempio di biodischi disponibili in commercio...» Considerazioni pratiche sulla progettazione e gestione dei biorulli...» Processi a biomassa adesa su riempimento interno mobile e fisso (in vasche a fanghi attivi)...» Processi a biomassa adesa su riempimento interno mobile (in vasche a fanghi attivi)...» Processi Captor e Linpor...» Processo Kaldnes...» Processi a biomassa adesa su riempimento interno fisso (in vasche a fanghi attivi)...» Processo Ringlace...» Processo Bio-2-Sludge...» Processi a biomassa adesa sommersa (biofiltri)...» Principio di funzionamento dei bafs...» Parametri di funzionamento...» Mezzo di riempimento...» Aerazione...» Carico idraulico...» Carico organico...» Controlavaggio...» Principali processi a scala industriale...» Processo Biocarbone...» Processo Biofor...» Processo Biostyr...» Processo Biopur...» I processi di trattamento mediante bfs...» Rimozione della frazione carboniosa e dei solidi sospesi...» Rimozione dell azoto...» Rimozione del fosforo...» Processi combinati di rimozione...» Un esempio di realizzazione di biofiltro sommerso...» Descrizione dei biofiltri...» Lavaggio dei biofiltri...» Stoccaggio e dosaggio del metanolo...» 494

11 XII Ingegneria sanitaria ambientale 6.5. Esempi numerici...» Dimensionamento di letti percolatori mono- e bi- stadio...» Bibliografia...» Trattamenti chimico-fisici 7.1. Cenni introduttivi...» Equalizzazione...» Equalizzazione con miscelatori meccanici...» Equalizzazione con miscelazione aerata...» Volumi delle vasche...» Neutralizzazione...» Tipologie di processo...» Miscelazione di correnti acide e basiche...» Neutralizzazione mediante l uso di acidi o basi forti...» Uso di letti calcarei...» Uso di anidride carbonica gassosa...» Controllo del processo...» Precipitazione...» Precipitazione dei metalli...» Precipitazione degli anioni...» Precipitazione di molecole organiche...» Rimozione dei nutrienti...» Rimozione del fosforo...» Rimozione dell azoto...» Chiariflocculazione...» Coagulazione...» I coagulanti...» Il controllo del ph...» Flocculazione...» I flocculanti...» Coagulazione con adsorbimento o coprecipitazione...» Prove di laboratorio per la scelta del coagulante e del suo dosaggio ottimale» L impostazione del problema, i materiali e i metodi...» L elaborazione dei risultati con tecniche di analisi multicriteriale» Dimensionamento di un impianto di precipitazione chimica...» Coagulazione...» Flocculazione...» Sedimentazione...» Produzione e ricircolo del fango di supero...» Rendimenti depurativi conseguibili...» Tipologie di miscelatori utilizzati per la miscelazione rapida...» Tipologie di miscelatori utilizzati per la flocculazione...» Particolarità impiantistiche...» Esempi di realizzazioni e di adeguamenti di impianti esistenti.» La sedimentazione assistita per la depurazione delle acque reflue urbane.» Ossidazione chimica...» I composti del cloro...» Ozono...» Applicazione dell ozono...» Perossidi...» 568

12 Indice XIII Permanganati...» Processi di ossidazione avanzata...» Ossidazione ad umido...» Applicazioni della wao al trattamento dei reflui industriali...» Filtrazione...» Adsorbimento...» Adsorbenti non utilizzati per trattamenti depurativi...» Argille adsorbenti...» Allumina attivata...» Pirolusite...» Bayoxide...» Resine adsorbenti e setacci molecolari...» Scambio ionico...» Applicazioni pratiche dello scambio ionico...» Trattamenti a membrana...» Materiali e struttura delle membrane...» Parametri che caratterizzano le prestazioni di una membrana...» Aspetti pratici nell uso delle membrane...» Altri trattamenti...» Stripping...» Evaporazione e distillazione...» Estrazione con solventi...» Rottura emulsioni oleose...» Controllo delle schiume...» Elettrodialisi...» Bibliografia...» Trattamenti biologici alternativi 8.1. Cenni introduttivi...» Gli impianti sbr...» Generalità e descrizione delle diverse fasi operative...» Dimensionamento di un sistema sbr per la rimozione della sola frazione carboniosa...» Dimensionamento di un sistema sbr per la rimozione della frazione carboniosa e dell azoto...» Particolarità costruttive degli impianti sbr...» Gli impianti mbr...» Generalità...» Descrizione dei principali moduli utilizzati sul mercato...» Zenon...» Kubota...» Mitsubishi Rayon...» X-Flow...» Toray...» Dimensionamento di un sistema mbr per la rimozione della frazione carboniosa e per il controllo dei composti dell azoto...» Gli impianti mbbr...» Generalità...» Il processo Kaldnes...» Dimensionamento di un sistema mbbr per la rimozione della frazione carboniosa...» 639

13 XIV Ingegneria sanitaria ambientale 8.5. Gli impianti sbbgr: un innovativa soluzione per la depurazione delle acque...» Cenni introduttivi...» La tecnologia sbbgr...» Applicazioni della tecnologia sbbgr...» Esempi numerici...» Esempio numerico sul dimensionamento di un impianto sbr per la rimozione della frazione carboniosa...» Esempio numerico sul dimensionamento di un impianto sbr per la rimozione della frazione carboniosa e il controllo dei composti dell azoto.» Esempio numerico sul dimensionamento di un impianto mbr per la rimozione della frazione carboniosa e il controllo dei composti dell azoto...» Bibliografia...» Trattamenti di affinamento 9.1. Cenni introduttivi...» Filtrazione...» Filtrazione di volume...» Principi di funzionamento...» Tipologie di filtri...» Dimensionamento di massima di un filtro a sabbia a flusso discendente...» Particolarità costruttive di un filtro a flusso discendente...» Filtrazione di superficie...» Adsorbimento su carboni attivi...» Isoterme di adsorbimento...» Valutazione di laboratorio dell adsorbimento di un refluo reale.» Proprietà del carbone attivo...» Tipi commerciali di carbone attivo e modalità di impiego...» Dinamiche dell adsorbimento in colonna...» Rigenerazione del carbone attivo...» Dimensionamento di un sistema di filtri per colonne in serie...» Esempi numerici...» Dimensionamento di un sistema di filtri monostrato in sabbia per il trattamento terziario di reflui urbani...» Bibliografia...» La disinfezione Cenni introduttivi...» I processi di disinfezione per la depurazione delle acque reflue...» Disinfezione con agenti chimici...» Disinfezione con ipoclorito di sodio (NaClO)...» Disinfezione con cloro gas...» Disinfezione con biossido di cloro (ClO 2 )...» Disinfezione con acido peracetico (paa)...» Disinfezione con ozono...» Altri disinfettanti chimici...» Il dimensionamento di un unità di disinfezione con agenti chimici disinfettanti...» Verifica dell efficacia dei processi di disinfezione chimica e comparazione tra i vari disinfettanti...» 722

14 Indice XV Disinfezione con agenti fisici...» Disinfezione con radiazione ultravioletta (uv)...» Particolarità costruttive di un unità di disinfezione...» La declorazione...» Il controllo dei sottoprodotti della disinfezione (dbps)...» Comparazione tra metodi di disinfezione...» Esempi numerici...» Esempio numerico sul dimensionamento del sistema di disinfezione con acido peracetico di un impianto di depurazione per acque reflue urbane» Bibliografia...» Produzione, caratterizzazione e trattamento dei fanghi di depurazione Cenni introduttivi...» Caratterizzazione dei fanghi...» Caratterizzazione quantitativa...» Caratterizzazione qualitativa...» La produzione di fanghi da trattamenti primari...» La produzione di fanghi da trattamenti biologici...» La produzione di fanghi da trattamenti chimico-fisici...» Trattamenti comuni a tutti i tipi di fango...» Ispessimento...» Ispessimento a gravità per co-sedimentazione...» Ispessimento a gravità con vasca dedicata...» Ispessimento per flottazione...» Ispessimento per addensamento dinamico...» Ispessimento su nastri a gravità...» Criteri di scelta...» Disidratazione...» Centrifughe...» Filtropresse a camera...» Nastropresse...» Letti di essiccamento...» Sacchi drenanti...» Il condizionamento chimico del fango per la disidratazione...» Considerazioni sui criteri di scelta dell unità di disidratazione.» Essiccamento termico...» Trattamento dei fanghi...» Trattamento dei fanghi primari...» Trattamento dei fanghi biologici...» Trattamento dei fanghi da processi chimico-fisici...» Sistemi per il contenimento della produzione dei fanghi...» Stabilizzazione aerobica...» Dimensionamento della digestione aerobica semplice senza ispessimento simultaneo...» Dimensionamento della digestione aerobica con ispessimento simultaneo...» Alcune considerazioni sulle vasche di digestione aerobica...» Stabilizzazione chimica (alcalinizzazione)...» Ozonizzazione...» Ossidazione a umido...» 816

15 XVI Ingegneria sanitaria ambientale atad...» Elettrocompostaggio...» Sistema Cannibal...» Esempi numerici...» Esempio numerico sul dimensionamento di un ispessitore a gravità...» Esempio numerico sul dimensionamento di uno stabilizzatore aerobico...» Esempio numerico sul dimensionamento di un sistema di filtropresse per fanghi prodotti da un impianto di depurazione per reflui urbani...» Esempio numerico sul dimensionamento di un sistema di nastropresse per fanghi prodotti da un impianto di depurazione per reflui urbani...» Esempio numerico sul dimensionamento dei letti di essiccamento per la disidratazione naturale dei fanghi prodotti da un impianto di depurazione per reflui urbani...» Bibliografia...» Stabilizzazione anaerobica dei fanghi e recupero energetico Cenni introduttivi...» Digestione anaerobica...» Il ruolo della temperatura nella digestione anaerobica...» Metabolismo batterico...» Fasi della digestione...» Condizioni operative e parametri di processo...» Parametri di gestione...» Parametri di processo...» Inibizione e tossicità...» Principali modalità di digestione anaerobica...» Digestione a singolo stadio psicrofila (digestione fredda)...» Digestione a singolo stadio riscaldata...» Digestione a doppio stadio senza ricircolo...» Digestione separata...» Digestione a due stadi con ricircolo...» Digestione mesofila e termofila...» Digestione con stadi a diversa temperatura...» Digestione con fasi acidogena e metanigena separate...» Digestione combinata di fanghi e forsu...» Dimensionamento dei volumi dei digestori anaerobici...» Alcune considerazioni sul dimensionamento...» Digestione psicrofila monostadio (digestione a freddo)...» Digestione mesofila monostadio (digestione a medio carico)...» Digestione mesofila a doppio stadio, ad alto carico senza ricircolo dei fanghi...» Digestione mesofila a doppio stadio, ad alto carico con ricircolo dei fanghi...» Produzione di biogas, potenza di miscelazione e fabbisogno di calore per il riscaldamento...» Stima della produzione di biogas...» Stima della potenza di miscelazione...» Stima del fabbisogno di calore per il riscaldamento...» Rendimento della digestione, produzione e qualità del surnatante, produzione teorica del fango digerito...» 875

16 Indice XVII Rendimento della digestione...» Produzione e qualità del surnatante...» Produzione teorica del fango digerito...» Modalità realizzative e particolari costruttivi...» Tipologie di digestori...» Tipologie di coperture dei digestori...» Dispositivi di miscelazione...» Dispositivi di riscaldamento...» Dispositivi per lo stoccaggio del biogas...» Dispositivi per il trattamento del biogas...» L equipaggiamento dei digestori...» Utilizzazione del biogas...» Cenni sulla produzione di idrogeno...» Esempi di realizzazioni...» Incenerimento...» Gassificazione e pirolisi...» Esempi numerici...» Esempio numerico di dimensionamento di un digestore psicrofilo monostadio in un impianto di depurazione per reflui urbani...» Esempio numerico di dimensionamento di un digestore mesofilo monostadio in un impianto di depurazione per reflui urbani...» Bibliografia...» La depurazione delle acque di piccole comunità Cenni introduttivi...» Fosse settiche...» Principio di funzionamento e caratteristiche descrittive...» Impiego delle fosse settiche...» Dimensionamento, produzione di fango ed efficienza depurativa...» Vasche Imhoff...» Principio di funzionamento e caratteristiche descrittive...» Dimensionamento, produzione di fango ed efficienza depurativa...» La dispersione sotto la superficie del terreno...» Trincee di sub-irrigazione...» Principio di funzionamento, caratteristiche descrittive e costruttive...» Criteri di dimensionamento...» I filtri a sabbia sotterranei e i cumuli assorbenti...» I pozzi disperdenti...» La subirrigazione a goccia...» Principio di funzionamento e caratteristiche descrittive...» Criteri di dimensionamento...» La sub-irrigazione con drenaggio per terreni impermeabili...» Trattamenti biologici...» Trattamenti a fanghi attivi...» Ossidazione totale...» Reattori a membrana (mbr)...» Sistema sbr...» Trattamenti a colture adese...» Letti percolatori...» Dischi biologici...» 961

17 XVIII Ingegneria sanitaria ambientale Trattamenti naturali...» Fitodepurazione...» Le macrofite e il loro ruolo negli impianti di fitodepurazione...» Meccanismi di rimozione degli inquinanti...» Configurazioni impiantistiche...» Schemi di processo...» Criteri di progettazione di impianti di fitodepurazione a flusso sub-superficiale...» Criteri di progettazione di impianti di fitodepurazione a flusso superficiale (fws)...» Gestione degli impianti di fitodepurazione...» Stagni biologici (lagunaggio naturale)...» Stagni facoltativi...» Stagni anaerobici...» Stagni aerobici...» Stagni di finissaggio...» Disinfezione...» Smaltimento del fango...» Confronto tra i sistemi depurativi per le piccole comunità...» Esempi numerici...» Esempio numerico di dimensionamento di una fossa settica a servizio di un abitazione isolata e nell ipotesi di scarico dell effluente trattato in un corpo idrico superficiale...» Esempio numerico di dimensionamento di un sistema fossa settica-subdispersione sul suolo per il trattamento del refluo civile prodotto da un abitazione isolata...» Bibliografia...» Aspetti economici dei sistemi di depurazione Cenni introduttivi...» Costi e ricavi dei sistemi di depurazione...» Generalità...» Costi di un sistema di depurazione...» Costo di costruzione...» Costo di adeguamento o potenziamento...» Costo di esercizio degli impianti...» Personale operativo...» Personale tecnico-direttivo...» Energia elettrica...» Reagenti impiegati nel processo...» Trasporto e smaltimento dei fanghi e dei materiali di risulta...» Manutenzione delle opere...» Maggiori costi per le integrazioni impiantistiche...» Spese generali...» Confronto tra i costi di costruzione e i costi di esercizio...» Ricavi di gestione...» Rassegna dei costi di depurazione Indagine condotta da Sudgest...» Il confronto economico tra diverse soluzioni impiantistiche...» Valutazione dei costi di costruzione e di gestione...» L attualizzazione dei costi di gestione e di manutenzione straordinaria...» 1021

18 Indice XIX Trasformazione dei costi di costruzione iniziali e dei costi di manutenzione straordinaria in costi annuali...» Procedura di ottimizzazione dei costi del personale di enti che gestiscono piccoli impianti di depurazione...» Esempio di applicazione della procedura di ottimizzazione dei costi del personale di enti che gestiscono piccoli impianti di depurazione...» Esempi numerici...» Determinazione del costo di costruzione...» Determinazione del costo di esercizio...» Costo del personale...» Costo dell energia elettrica (cee)...» Costo dei reagenti di processo (Creag)...» Costo del trasporto e dello smaltimento fanghi e materiali di risulta...» Costo della manutenzione delle opere...» Confronto dei costi...» Bibliografia...» Aspetti gestionali dei sistemi di depurazione Cenni introduttivi...» La gestione degli impianti di depurazione...» Conduzione del processo...» Trattamenti preliminari...» Trattamenti primari...» Trattamenti secondari biologici...» Trattamenti chimico-fisici...» Gestione degli odori...» Controllo degli odori con mezzi chimici...» Efficienza energetica e controlli automatici...» Swater Acque Industriali: software integrato per la simulazione/verifica/upgrading di impianti di depurazione delle acque reflue industriali e urbane...» Potenziamento delle prestazioni impiantistiche...» Contenimento della produzione di fanghi...» Controlli periodici e straordinari...» Sistema esperto di gestione microexpert, software tool diagnostico sui problemi di sedimentabilità dei fanghi attivi...» Bibliografia...» Casi studio e trattamenti innovativi di acque reflue industriali Cenni introduttivi...» La depurazione dei reflui provenienti da impianti di produzione del biodiesel mediante una transesterificazione basica...» Il ciclo di produzione del biodiesel: esperienze pregresse e caratterizzazione del refluo influente...» La descrizione dell impianto di depurazione oggetto di studio...» La descrizione delle modalità di prova...» Risultati ottenuti...» Il rendimento depurativo delle prove in continuo, del biologico combinato e del chimico-fisico di monte...» 1067

19 XX Ingegneria sanitaria ambientale Il rendimento depurativo del sistema a letti percolatori...» Il rendimento depurativo del sistema a fanghi attivi...» Il rendimento depurativo del sistema a osmosi inversa con membrane a spirale...» Principali conclusioni...» La depurazione del percolato prodotto da un impianto di compostaggio...» Trattamenti innovativi per la depurazione delle acque reflue conciarie...» Il trattamento di reflui contenenti composti xenobiotici L applicazione del Two Phase Partitioning Bioreactors in fase liquido-liquido e liquido-solido...» Bibliografia...» Normative e procedure sulle acque reflue Cenni introduttivi...» La normativa antecedente al » La legge 319 del » Il recepimento delle direttive europee il D.Lgs. 152 del » Il D.Lgs. 152 del » Struttura del decreto...» La Parte Terza (III)...» Le principali definizioni della Sezione II (Tutela delle acque dall inquinamento) della Parte Terza...» Gli Allegati alla Parte Terza...» Allegato 1 Monitoraggio e classificazione delle acque in funzione degli obiettivi di qualità ambientale...» Allegato 2 Criteri per la classificazione dei corpi idrici a destinazione funzionale...» Allegato 3 Rilevamento delle caratteristiche dei bacini idrografici e analisi dell impatto esercitato dall attività antropica e Allegato 4 Contenuto dei piani...» Allegato 5 Limiti di emissione per gli scarichi idrici e disciplina degli scarichi...» Allegato 6 Criteri per l individuazione delle aree sensibili e Allegato 7 Zone vulnerabili ai nitrati di origine agricola ed ai prodotti fitosanitari...» Procedure amministrative...» Normativa collaterale...» Bibliografia...» 1118

20 XXI PREMESSA Tutte le attività antropiche generano sottoprodotti che devono essere opportunamente gestiti e trattati prima di essere restituiti all ambiente (si legga smaltiti) in condizioni di assoluta sicurezza per la salute pubblica e la salvaguardia degli ecosistemi. Le problematiche relative al trattamento e allo smaltimento delle acque reflue nel corso degli ultimi decenni hanno acquisito una rilevanza che ormai travalica l ambito tecnico. La gestione dei reflui, di origine sia urbana sia industriale, deve seguire un approccio sistemico, al passo con la crescente domanda di benessere, da una parte, e una maggiore consapevolezza dei danni arrecati all ambiente dalle pressioni antropiche, che si concretizza in vincoli normativi sempre più restrittivi, dall altra. La sostenibilità passa attraverso strategie che indichino come combinare i mezzi a disposizione ovvero come progettare e gestire al meglio gli impianti per il trattamento e lo smaltimento delle acque reflue. Da qui nasce l esigenza di scrivere il presente volume che, nelle intenzioni degli autori, vuole offrire un contributo concreto a quanti, a vario titolo e per le più disparate ragioni, già si occupano o si vogliono occupare di acque reflue: progettisti, gestori, consulenti, enti di controllo, studenti, ecc. Un celebre aforisma di Albert Einstein recita: La teoria è quando si sa tutto ma non funziona niente. La pratica è quando funziona tutto ma non si sa il perché. In ogni caso si finisce sempre con il coniugare la teoria con la pratica: non funziona niente e non si sa il perché. Tra la teoria e la pratica, gli autori prospettano una terza via : la teopratica, in ossequio alla quale, funziona quasi tutto, raramente non si sa il perché e quando una cosa non funziona o non se ne conosce il perché, ci si può mettere intorno a un tavolo per studiare il problema, magari con l ausilio di un testo di agevole consultazione, contenente una trattazione sistematica, che offre spunti di riflessione e di ragionamento utili a trovare la soluzione del problema allo studio. Il presente testo è dedicato alle acque reflue, il cui studio è affrontato con riferimento ai seguenti argomenti: le caratteristiche quali-quantitative, l impostazione dello schema di processo, i trattamenti preliminari, primari, secondari e terziari a biomassa sospesa e adesa, i trattamenti chimico-fisici, i trattamenti biologici alternativi, i trattamenti di affinamento, la disinfezione, la caratterizzazione e il trattamento dei fanghi di depurazione, la depurazione delle acque di piccole comunità, gli aspetti economici e gestionali dei sistemi di depurazione, i casi studio e i trattamenti innovativi, la normativa e le procedure amministrative. Gli autori

21 XXIII PRESENTAZIONE Nella Regione Campania, in questo momento, più che altrove, si percepisce come la qualità della vita e il destino di un luogo siano strettamente connessi a quelli dell ambiente. L emergenza rifiuti diventata cronica e una storica mancanza di depurazione hanno portato più volte la Regione alla ribalta della cronaca. Contaminato il suolo, contaminato il mare, pochi ormai, anche tra i suoi abitanti, quasi ricordano che c è stato un tempo in cui la Campania è stata felix. Eppure oltre i rifiuti che riemergono sistematicamente per le strade di Napoli, oltre le ferite inferte a una terra disseminata di discariche abusive, da chi ha pensato che nascondendoli alla vista, prima o poi, di quei rifiuti la coscienza si sarebbe potuta dimenticare, proprio in Campania si respira forte l anelito di un territorio intento a riappropriarsi della sua originaria identità. In questo percorso di recupero della qualità ambientale, il trattamento appropriato delle acque reflue e l ottimizzazione della gestione dei rifiuti solidi rivestono un ruolo di assoluta e preminente importanza. A questi due temi, estremamente attuali, dell Ingegneria sanitaria ambientale, è dedicato il lavoro degli studiosi campani De Feo, De Gisi e Galasso. Quali sono le informazioni necessarie per un appropriata progettazione degli impianti di depurazione delle acque reflue, come impostare correttamente gli schemi di processo, quali unità di depurazione risultano più adeguate in determinate condizioni di carico? A queste, che sono le prime problematiche con le quali, concretamente, si confrontano i progettisti, gli autori si propongono di rispondere con un approccio estremamente pratico, che si sostanzia dell esperienza degli stessi, senza trascurare le basi teoriche dei processi depurativi. Lo stato dell arte nella depurazione delle acque reflue è ampiamente descritto nel testo, in particolar modo nei contributi in cui sono condivisi risultati di ricerca, che hanno già trovato riscontro a livello internazionale. Un aspetto di grande interesse è rilevato nel continuo confronto con il mondo delle imprese costruttrici d impianti di depurazione che ha consentito l approfondimento, in termini di dimensionamento e di efficienza, di tecnologie consolidate e innovative sempre più frequentemente applicate su scala reale. Il trattamento del percolato, che pure costituisce un argomento di estrema attualità, è un altro dei temi affrontati, con riferimento a un impianto di compostaggio. Più in generale, il trattamento delle acque reflue industriali viene discusso attraverso la presentazione di specifici casi studio, che creano una base di esperienza per il tecnico nuovo al problema. L annosa questione della gestione dei fanghi di depurazione e dei processi necessari a minimizzarne gli impatti sull ambiente è affrontata con un approccio innovativo, che interpreta i più recenti studi condotti nel settore e si propone di orientare le strategie di trattamento verso la sostenibilità economica ed ambientale. Poiché, tuttavia, gli stessi autori sono consapevoli che la corretta realizzazione degli impianti di depurazione delle acque reflue costituisce solo il primo passo per la tutela dell ambiente idrico, essi affrontano, in modo dedicato, gli aspetti economici e gestionali degli impianti di depurazione, raccogliendo, in tal senso, le esigenze dei gestori. Un excursus normativo chiude il testo, ponendosi come un riferimento operativo per l attuazione delle procedure amministrative previste dal Codice dell Ambiente (D.Lgs. 152/2006). Mentre gli impianti di trattamento di reflui e rifiuti stentano a trovare collocazione e spesso risorse, la loro realizzazione e la corretta gestione costituiscono la sfida per l attuazione dello sviluppo sostenibile del territorio e, nel caso della Campania, per la sua rinascita. Prof. Giovanni Romano Assessore all Ambiente della Regione Campania

22 1 1. LE CARATTERISTICHE DELLE ACQUE REFLUE 1.1. Cenni introduttivi L avvento delle moderne opere di collettamento idraulico (acquedotti e fognature), aumentando in maniera più che significativa la disponibilità di acqua per i più svariati usi (zootecniche, industriali, commerciali, domestiche, ecc.) ha finito per concentrare le acque di risulta in scarichi di tipo puntuale. Accanto a un aumento quantitativo delle acque reflue, pertanto, si è prodotta anche una loro concentrazione nello spazio, con conseguente esaltazione dei fenomeni di inquinamento. L incedere del progresso ha, gradualmente, modificato anche la composizione qualitativa delle acque reflue, accrescendo ulteriormente l impatto degli scarichi idrici sull ambiente. È un esempio emblematico il vecchio sapone da bucato che un tempo veniva realizzato a partire da sali sodici di acidi grassi naturali, facilmente biodegradabili, sostituiti nel tempo con tensioattivi di sintesi di varia natura. In quest ottica, il primo passo per il risanamento dell ambiente idrico è legato al monitoraggio e alla definizione delle caratteristiche qualitative e quantitative dei reflui, al fine di identificarne il trattamento appropriato. Questa impostazione trova ampio riscontro nella stessa normativa vigente (D.Lgs. 152/2006) che si orienta verso il recupero della qualità dei corpi idrici, indicando come scala appropriata quella di bacino e individuando un unico gestore per il servizio idrico integrato. Oltre alle acque di risulta delle varie attività umane, domestiche e/o industriali, ai fini di una valutazione complessiva dell inquinamento, occorre tenere conto delle acque meteoriche, in particolare di quelle di prima pioggia, nonché delle acque scolanti da aree produttive, in particolar modo agricole, in quanto capaci di apportare inquinanti di vario genere. Sulla base degli obiettivi di qualità definiti dal legislatore e individuati, al contempo, gli impatti ambientali attesi sul corpo idrico ricettore, sarà possibile definire l entità degli interventi tecnologici, necessari a garantire la tutela dell ambiente e quella della vita umana, consistenti nella costruzione di nuovi impianti o nell upgrading di impianti esistenti. Il livello di efficienza impiantistico sarà, quindi, funzione dello stato di qualità del corpo idrico, degli obiettivi di qualità prefissati e dell impatto complessivo dei reflui, anche quello legato alle sorgenti non puntiformi. Per esempio, in un bacino idrico con aree destinate ad agricoltura intensiva e, quindi, già produttrici di impatti conseguenti al rilascio di nutrienti dai suoli, sarà necessario porre attenzione all eventuale rilascio di ulteriori aliquote di nutrienti da parte degli impianti di depurazione. La progettazione e la gestione di questi ultimi dipende, infine, proprio dalle caratteristiche quali-quantitative delle acque reflue, oltre che dagli obiettivi di qualità finale del corpo idrico L inquinamento idrico L inquinamento idrico si può considerare come un alterazione di un ecosistema acquatico, a seguito dell immissione di sostanze che per quantità e/o qualità ne modificano una o più carat-