I REFLUI. Definizione. Caratteristiche dei reflui. Parametri principali CONI DI IMHOFF

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1 Definizione I REFLUI Per refluo liquido si intende, usualmente, un acqua che dopo essere stata utilizzata in diversi processi e/o attività (industriali, civili, agricole ecc.) ha perduto le caratteristiche qualitative originarie, divenendo inidonea ad un utilizzo diretto. Caratteristiche dei reflui Chimiche Organiche Inorganiche Fisiche Disciolte Sospese Sedimentabili Non sedimentabili Biologiche Biodegradabili (velocemente o lentamente) Non biodegradabili Parametri principali Volume delle sostanze sedimentabili Richiesta biochimica di ossigeno (BOD) Richiesta chimica di ossigeno (COD) Volume delle sostanze sedimentabili CONI DI IMHOFF È la quantità di sostanze sedimentabili presenti in un litro di liquame. Viene determinata mediante l utilizzo l dei coni di Imhoff Introduzione di un litro di liquame Sedimentazione per due ore Lettura dell altezza che indica il volume ricercato In un liquame urbano medio (dotazione di 150 l di acqua al giorno per abitante) è mediamente pari a 6-88 ml/l 1

2 BOD (biochemical( oxygen demand) È un indice indiretto della concentrazione di sostanza organica e rappresenta la quantità di ossigeno, consumata dai batteri, per degradare, in ambiente aerobico e a 20 C, le sostanze organiche di un liquame. Normalmente si utilizza il BOD a 5 giorni (BOD( 5 ) che risulta normalmente pari al 68% del BOD totale. È tanto più il BOD è elevato tanto maggiore è la concentrazione di sostanze organiche. Maggiore è la depurazione raggiunta tanto più basso sarà il BOD residuo (liquame chiarificato). COD (chemical( oxygen demand) Misura l ossigeno l equivalente necessario per l ossidazione delle sostanze organiche ed inorganiche presenti nel liquame L ossidazione avviene in ambiente acido, a temperature elevate in presenza di un reattivo chimico (dicromato di potassio) ) e di un catalizzatore. Non differenzia le sostanze organiche ossidabili biologicamente da quelle inerti. La differenza COD BOD misura, con buona approssimazione, la quantità di sostanze non biodegradabili. Il rapporto COD/BOD può essere utilizzato come indice di biodegradabilità. Classificazione dei reflui CIVILICIVILI Sostanze derivate dal metabolismo umano, acque di lavaggio domestico (acque( nere); Precipitazioni meteoriche, lavaggio di superfici stradali, fontane ecc. (acque( bianche); INDUSTRIALI E AGRICOLI REFLUI CIVILI La La composizione in un determinato centro urbano è abbastanza costante, dipende dal volume dell acqua di diluizione (carico idraulico) dalle sostanze organiche eliminate per abitante/giorno In In un centro con consumo pro-capite di acqua di 150 l/giorno avremo: Solidi sedimentabili BOD 5 7,3 ml/l (95% umidità) ~300 mg/l 100 mg/l sostanze sedimentabili 200 mg/l per non sedimentabili REFLUI INDUSTRIALI Presentano caratteristiche molto variabili in funzione dell attivit attività Grande eterogeneità e potenzialità di danno PRINCIPALI CONTAMINANTI Sali di metalli pesanti: Cr, Pb,, Cd, Zn,, Cu, Hg. Tossici di natura organica: insetticidi e erbicidi, cianuri, fenoli,, formaldeide Sali inorganici Acidi e alcali Idrocarburi Sostanze coloranti REFLUI AGRICOLI Ai fini dello smaltimento vengono considerati esclusivamente quelli derivati da allevamenti intensivi La caratteristica principale è l elevato carico organico Sorgente BOD eq Uomo 1 Mucca Cavallo Pollo Suino 16,4 11,3 0,1 3,0 2

3 REFLUI CIVILI 1. Acque bianche/nere Simili alle acque urbane Detossificazione Tossiche Pretrattamento Trattamento Ambiente Metodiche che permettono l allontanamento l dei reflui dai luoghi della loro produzione onde evitare la comparsa di fenomeni di molestia (fermentativi e/o putrefattivi) a salvaguardia ambientale per motivazioni di ordine igienico Reflui industriali/agricoli Fognature statiche Fognature dinamiche Fognature statiche Sistema che allontana i reflui esclusivamente dall abitazione abitazione raccogliendoli in speciali recipienti Pozzo nero Vasche settiche (tradizionale e di Imhoff) Pozzo nero Caratteristiche Vasca di raccolta solitamente interrata a perfetta tenuta Dotata di canale di ventilazione: : tubo metallico che dal fondo scarica i gas prodotti dai processi di degradazione almeno ad un altezza di 3 metri La capacità varia dai 300 ai 400 litri/utente Collocazione All esterno dei fabbricati (50 cm dalle fondamenta) Almeno a 10 metri dalle fonti di approvvigionamento idrico Il materiale raccolto necessita di un estrazione periodica e lo smaltimento andrà effettuato in impianti di depurazione mediante utilizzo diretto in agricoltura Vasche settiche È costituita da più compartimenti comuni al liquame e ai fanghi In essa il liquame subisce una brusca decelerazione che consente l affioramento a galla dei grassi e dei materiali più leggeri (formazione del crostone o schiuma) La sedimentazione con formazione dei fanghi Lo strato intermedio è costituito da materiale chiarificato 3

4 Lo smaltimento del liquame chiarificato può avvenire tramite sub irrigazione pozzi assorbenti l/utente Vasca di Imhoff l/utente Fogne dinamiche 1 - Entrata liquami 2 - Comparto sedimentatore 3 - Comparto chiarificatore 4 - Comparto digestore e fanghi 5 - Tombini (dal Ø 160 in poi) 6 - Coperchio pedonabile 7 - Sfiato Biogas 8 - Uscita liquami 9 - Rinforzo scatolare Complessi di canalizzazioni, generalmente sotterranei, atti a raccogliere ed allontanare da insediamenti civili e/o produttivi le acque reflue provenienti da attività umane Convogliano i reflui verso lo scarico terminale o all impianto di smaltimento Sono costituite da FOGNE: canalizzazioni elementari di allacciamento COLLETTORI: ossatura principale della rete e raccolgono le acque provenienti dalle fogne EMISSARIO: canale dove confluiscono le acque dei collettori adducendole al recapito finale Tipologie Fognatura a sistema unitario unica rete di canalizzazioni con la quale vengono allontanati tutti i tipi di rifiuto liquido Fognatura a sistema separato Fognatura a sistema unitario Richiede condutture di notevoli dimensioni tali da sopperire allo scarico anche durante i periodi di pioggia. Ristagni durante i periodi di siccità. Deve esistere una certa pendenza per l avanzamento dei reflui. Fognatura a sistema misto rete nella quale i collettori sono provvisti di particolari dispositivi detti scaricatori di piena che vengono utilizzati nei momenti di elevato carico 4

5 Fognatura a sistema separato Due sistemi di tubature separati per le acque bianche e nere. Presenza di una portata delle acque nere costante con previsione delle sezione dei collettori. Fognatura a sistema misto Unica rete fognaria In condizioni di normalità i reflui vengono scaricati nel sistema fognario (A in figura) Oltre certi livelli di deflusso un sistema di scaricatori di piena dirotta le acque meteoriche verso recapiti costituiti da corsi d acqua d (D) Razionalizzazione dei sistemi di trattamento delle acque nere e bianche. 2. Insieme di azioni e dei processi naturali e/o artificiali in grado di rimuovere o trasformare tutte le sostanze presenti nei reflui stessi, che siano in grado di provocare danni o molestia nell uomo o nell ambiente È la trasformazione dei reflui in un liquido imputrescibile facendo in modo che le tappe intermedie si svolgano senza inconvenienti Si tratta di ottenere la MINERALIZZAZIONE delle sostanze organiche contenute nei liquami senza che si manifestino cattivi odori e riducendo al minimo la possibilità di trasmissione delle malattie infettive. MINERALIZZAZIONE Le molecole organiche vengono scisse fino a composti semplici ovvero anidride carbonica e ammoniaca (che verrà successivamente ossidata a nitrati e nitriti) fenomeni putrefattavi germi anaerobi processo lento produzione di cattivi odori fenomeni ossidativi germi aerobi processo veloce assenza di cattivi odori È preferibile la via dei fenomeni ossidativi ricordandosi che Un liquame abbandonato va naturalmente e rapidamente incontro a fenomeni putrefattivi in relazione alla scarsità di ossigeno disciolto; i fenomeni ossidativi si avranno esclusivamente se è presente una quantità di ossigeno necessaria a far prevalere la flora aerobica; saranno più frequenti in presenza di liquame di recente produzione. naturale Depurazione per disperdimento Si attua su sistemi sabbiosi, provvisti di buon potere filtrante e in lontananza dalle falde superficiali Filtrazione al suolo e irrigazione Scorrimento dei liquami in piccoli canali Assorbimento nel terreno o irrigazione diretta Depurazione per diluizione Immissione del liquame in acque superficiali 5

6 Autodepurazione: meccanismi fisici Autodepurazione: meccanismi chimici Diluizione: favorisce il raggiungimento di concentrazioni tali da favorire le assimilazioni biologiche; Sedimentazione: è tanto più marcata quanto aumenta la densità delle particelle e diminuisce la turbolenza del corso d acqua. È favorita dai fenomeni di aggregazione delle particelle come coagulazione e flocculazione. La sedimentazione permette di rimuovere una buona parte degli inquinanti presenti nelle acque che restano depositati sul fondo; Reazioni acido-base base: sono determinanti ai fini del mantenimento del ph degli ambienti naturali e per neutralizzare gli inquinanti acidi e basici. Queste reazioni possono avvenire grazie al potere tampone dell acqua ricca in CO 2 e sali di carbonio. Complessazione: questo è un fenomeno che avviene tra ioni metallici e complessanti organici naturali. Autodepurazione: meccanismi biologici Degradazione: la sostanza organica viene assimilata e trasformata in sostanze più semplici da batteri, muffe, funghi, vermi, insetti. Ingestione: da parte di organismi superiori (sostanze sospese). Assimilazione vegetale: La rimozione avviene principalmente per sali di azoto e fosforo dalla soluzione acquosa al protoplasma (interno della cellula) algale. La successiva sedimentazione delle alghe sul fondo rimuove definitivamente tali sali dalle acque superficiali. Assimilazione animale: è la conseguenza della catena alimentare. Gli organismi animali si cibano dei vegetali assimilando le sostanze contenute in essi. Presupposti per lo smaltimento naturale Reperimento di idonei corpi idrici Assenza nelle acque di rifiuto di contaminanti non biodegradabili, tossici per gli animali superiori e per la rete trofica propria dei diversi ambienti idrici. Problematiche attuali La concentrazione assoluta delle popolazioni con un rapido aumento del numero e del volume degli scarichi. Il vertiginoso aumento delle attività industriali e la loro continua diversificazione, con scarichi liquidi diversissimi per portata e composizione. L estensione dei sistemi di fognatura a numerosissimi aggregati rurali. artificiale Pre-trattamento liquame grigliatura LINEA ACQUE dissabbiatura Pre-trattamento deoleazione LINEA FANGHI denitrificazione defosfatazione Sedimentazione primaria Digestione disinfezione ossigenazione digestione disidratazione Effluente depurato Sedimentazione secondaria Trattamento termico GRIGLIATURA Separazione dei materiali grossolani trasportati dalla fognatura mediante griglie di acciaio disposte perpendicolarmente DISSABBIATURA dei materiali che non possono essere degradati biologicamente. Si utilizzano vasche a fondo quasi orizzontale, a sezione sempre maggiore, il che rallenta il flusso (30cm/sec) sino ad una velocit ità idonea alla sedimentazione delle sole sabbie, ma non dei fanghi DEOLEAZIONE Separazione dei grassi e di altre sostanze galleggianti, necessaria per rimuovere le sostanze che potrebbero ostacolare la diffusione dell ossigeno Si ottiene mediante l insufflazione l di aria dal fondo; essa permette un rapido affioramento delle sostanze oleose, che vengono così più facilmente rimosse 6

7 Sedimentazione primaria e secondaria I materiali organici solidi più pesanti,, che sono tenuti in sospensione dalla turbolenza delle acque, se posti in una situazione di quiete si depositano; i materiali più leggeri e in grado di galleggiare, invece vengono in superficie. Tale processo avviene in particolari vasche definite sedimentatori. La capacità della vasca deve essere calcolata in modo tale che il liquame non vi permanga più di due ore, allo scopo di procedere all ossidazione delle sostanze sedimentabili prima dell inizio dei processi putrefattivi. Sedimentatore Vasca cilindrica con base che si restringe in un cono in cui si raccolgono i fanghi sedimentati. Un carroponte dotato di un dispositivo raschiante ruota sul fondo e convoglia i fanghi verso un condotto d uscita, d mentre una lama superficiale rimuove i materiali galleggianti. In condizioni medie di funzionamento si ottiene: abbattimento dei solidi sedimentabili del 90% abbattimento dei solidi sospesi del 60% abbattimento del BOD 5 del 30% Il fango così ottenuto e caratterizzato da elevato contenuto di acqua (95%-97,5%) 97,5%) elevato volume elevata putrescibilità presenza di microrganismi patogeni presenza di semi di piante Ossigenazione - digestione Si eseguono mediante: sistemi a biomassa adesa percolatori biodischi sistemi a biomassa dispersa gli stagni biologici il sistema aerobio a fanghi attivi la digestione anaerobica. Filtri percolatori Il filtro è costituito da una vasca, che di solito ha forma cilindrica, riempita con materiale inerte poroso sul quale si sviluppa la pellicola di batteri. Il liquame viene immesso dall alto alto con irrorazione a spruzzo e percola lentamente attraverso il letto poroso; I materiali organici in sospensione nel liquame rimangono adsorbiti sulla pellicola, quelli in soluzione lo attraversano e sono degradati dai batteri. Sul fondo del filtro percolatore vengono raccolti i fanghi e l acqua, che sono inviati ad un sedimentatore secondario che separa le due frazioni. 7

8 Filtro percolatore Biodischi Rullo costituito da un certo numero di dischi, opportunamente spaziati tra loro e montati su di un albero posto in rotazione da un motore. I dischi hanno generalmente un diametro da 1 a 3 metri, spaziati tra loro di circa cm. L ossidazione biologica avviene mediante il contatto diretto con la pellicola di fanghi che si forma spontaneamente sui dischi, che sono parzialmente immersi nei liquami stessi, e posti in lenta rotazione. Grazie a quest ultima ultima avvengono alternativamente le fasi di ossidazione della materia organica (immersione), e di ossigenazione della flora batterica (fase di esposizione all aria). aria). Biodischi Stagni biologici Gli stagni biologici (o lagune) sono sistemi di trattamento molto semplici, essendo costituiti da grandi bacini artificiali in cui viene immesso il liquame da trattare; I solidi si sedimentano, mentre le frazioni non sedimentabili e disciolte del liquame vengono in parte degradate dai batteri. I liquami vengono di norma immessi nei bacini con un carico organico (BOD 5 ) molto basso, mentre il tempo di residenza è elevato, producendo un fango ben stabilizzato. Si distinguono diversi tipi di stagni biologici, in base alla profondità e alla presenza o meno di un ambiente anaerobio Stagni anaerobici, caratterizzati dalle maggiori profondità,, da un carico organico relativamente alto, e dall assenza assenza di ossigeno. I processi depurativi che si instaurano sono anaerobici, e la fauna microbica è simile a quella dei digestori anaerobici. Stagni aerati, profondi circa 3 metri, mantenuti in condizioni aerobiche a qualsiasi profondità da un sistema di aerazione artificiale. I carichi organici sono relativamente elevati, e la popolazione microbica è riconducibile a quella degli impianti a fanghi attivi. Stagni facoltativi, di profondità inferiore ai precedenti, con una zona superiore aerobica, dove l ossigeno è fornito dalle alghe, ed una inferiore anaerobica. Le popolazioni batteriche sono differenti alle due profondità. Stagni aerobi, hanno ambiente completamente aerobio grazie alla bassa profondità, la quale consente una completa diffusione dell ossigeno. Nello strato superficiale si formano abbondanti alghe. 8

9 Fitodepurazione La fitodepurazione viene utilizzata per la rifinitura e la rimozione degli elementi eutrofizzanti negli effluenti dei depuratori biologici, per il trattamento del liquame chiarificato proveniente da fosse Imhoff. Vengono utilizzate alghe o macrofite acquatiche, in sistemi semplici dal punto di vista costruttivo e a basso consumo di energia. Sistemi a macrofite Flusso superficiale (FwS - free water surface) Flusso sub-superficiale superficiale (SF sub-surface). surface). Sistemi a microalghe planctoniche Lagune artificiali con catene alimentari controllate Linea acqua L obbiettivo principale dei trattamenti terziari è la rimozione dei composti di azoto e fosforo presenti in soluzione nell effluente effluente dell impianto di depurazione, con lo scopo di limitare gli effetti eutrofizzanti nel corpo idrico recettore. Possono essere considerati trattamenti terziari anche i trattamenti di fitodepurazione. Vi può essere anche un trattamento finale di disinfezione,, quando il corpo idrico recettore è destinato ad un impiego che richiede una particolare tutela igienico-sanitaria (es. balneazione). Si effettua di mediante un trattamento con reagenti chimici, a base di cloro, con ozono, oppure con trattamenti fisici (es. raggi ultravioletti). Rimozione dell azoto La rimozione dell azoto è un processo che avviene in due stadi Nel primo stadio detto di nitrificazione l ammoniaca viene ossidata a nitrato.. In questa fase i Nitrosomonas ossidano l ammoniaca l a nitrito, e i Nitrobacter il nitrito a nitrato (ambiente aerobio) Nel secondo stadio i nitrati vengono denitrificati ad azoto molecolare gassoso, per opera di diversi generi di batteri (Pseudomonas, Bacillus) che utilizzano i nitrati come composto ossidante in sostituzione dell ossigeno. Rimozione del fosforo La rimozione del fosforo può essere effettuata grazie a batteri che sono in grado di assumere fosforo per le normali esigenze metaboliche. Il principio di base dei sistemi per la rimozione biologica del fosforo prevede un unit unità depurativa in cui si alterna una condizione anaerobica ad una aerobica, inducendo un elevata assunzione di fosforo da parte dei batteri. È molto diffusa anche la rimozione per via chimica, che adotta reagenti (es. cloruro ferrico) in grado di far precipitare in forma solida il fosforo disciolto. 9

10 Fanghi attivi I fanghi attivi sono costituiti da biomassa batterica dispersa in forma di piccoli fiocchi. Il processo di flocculazione consiste nell aggregazione delle particelle solide finemente disperse nel liquido, in fiocchi di dimensioni e peso tali da poter essere separati. Gli organismi presenti nel fiocco sono principalmente protozoi ciliati immobili e mobili, rotiferi e nematodi. Dato che il loro alimento principale è costituito dai batteri dispersi nel liquido (anche patogeni), collaborano all ottenimento di un elevata purezza nell effluente effluente finale eliminando i batteri pericolosi. Fanghi attivi Il Il fango fresco lasciato in ambiente chiuso va dapprima incontro a processi putrefattivi quindi a fermentazione metanica La La fermentazione metanica ha luogo a ph 7,2-7,6 7,6 si accelera tale processo con alcalinizzazione con calce utilizzando fanghi prodotti in impianti già avviati temperatura elevata Il primo stadio di questo sistema di depurazione consiste nel passaggio in una vasca di aerazione, per poi passare alla vasca di sedimentazione secondaria in cui si separano i fanghi, e il liquido in uscita risulta depurato. I fanghi separati nel sedimentatore secondario vengono in parte reintrodotti nella vasca di aerazione, al fine di mantenere in essa un adeguata biomassa batterica. I fanghi che risultano in eccesso rispetto all esigenza del riciclo, escono dall impianto di depurazione, ed entrano in quello di trattamento dei fanghi. Destino fanghi inutilizzati Si riduce il contenuto d acqua, d e quindi il volume di fango da smaltire, si effettua prima un ispessimento,, con addensamento del per effetto gravitazionale e quindi la disidratazione mediante centrifughe che operano la separazione grazie alla forza centrifuga; nastropresse dove il fango viene compresso mediante due rulli, e scorre tra due nastri filtranti che permettono di separare l acqua l dal fango; filtropresse dove il fango viene compresso tra serie di piastre drenanti. 10

11 Centrifugazione fanghi finale Incenerimento Interramento Discarica controllata Normativa vigente Decreto legislativo 11/05/1999 n.152 Disposizioni sulla tutela delle acque dall'inquinamento e recepimento della direttiva 91/271/CEE concernente il trattamento delle acque reflue urbane e della direttiva 91/676/CEE relativa alla protezione delle acque dall'inquinamento provocato dai nitrati provenienti da fonti agricole Normativa di riferimento Decreto legislativo 12/07/1993 n.275 Riordino in materia di utilizzo delle acque pubbliche. Artt.10, 11 e 15 Artt 13 e segg,, Legge 05/01/1994 n.36 Legge Galli. Disposizioni in materia di risorse idriche Legge 11/11/1996 n. 574 Nuove norme in materia di utilizzazione agronomica delle acque di vegetazione e di scarichi da frantoi oleari Art 2, Legge 17/08/1999 n. 290 Denuncia dei pozzi, Modifica dell art.10 del D.L. 12/07/1993, n.275 Fu poco dopo la tragedia del veleno nervino nella rete idrica che Sedgwick cominciò a chiedersi come mai non avesse mai bisogno di sostituire la bottiglia dei reflui 11