Tale progetto di massima ha richiesto nel suo complesso di: identificare la tipologia di processi e delle tecnologie da adoperare per il trattamento

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1 Premessa e scopo Lo smaltimento dei rifiuti in Campania è un problema profondamente sentito per le sue implicazioni ambientali e sociali, che riempiono tristemente le cronache nazionali da ormai diversi anni. Oltre a quello dei rifiuti solidi di particolare rilevanza è anche il problema dello smaltimento in maniera efficiente e sostenibile dei rifiuti liquidi. Se si tratta di reflui urbani non pericolosi essi vengono smaltiti presso consorzi specifici e idonei per il loro trattamento e smaltimento mentre se si tratta di quelli industriali, tra cui vi sono quelli appartenenti alla categoria dei rifiuti pericolosi, si dovrebbero utilizzare piattaforme di smaltimento molto più complesse dotate di potenzialità sufficienti a supportare le numerose medie e piccole attività industriali presenti sul territorio campano. In Campania una tale piattaforma è però assente e ciò ha portato allo sviluppo di vie di smaltimento alternative, tra le quali purtroppo quella illegale, è spesso preferita a causa degli elevati costi di trasporto e smaltimento fuori regione che implica uno smaltimento a norma di legge. A testimonianza di questa situazione, sono stati censiti 1087 siti contaminati da rifiuti solidi e liquidi sul solo litorale domizio-legreo (~1/6 dell intero territorio campano) e ciò sottintende una situazione ancor più critica se si considera che la parte restante del territorio campano non è tuttora stata inclusa nel censimento. In questo contesto si è inserito questo lavoro di tesi che ha coinvolto un gruppo di studio di tre persone che si sono focalizzate su diversi aspetti di quello che costituisce un progetto di massima di un impianto integrato per il trattamento e lo smaltimento di rifiuti liquidi industriali. Dopo aver effettuato una dettagliata indagine relativa agli impianti di trattamento dei reflui industriali presenti sul territorio italiano, e visitato quattro impianti più innovativi, Berco s.p.a (FE), Meta s.r.l. (MO), Mida s.r.l. (KR) e Depuracque s.p.a. (VE), si è proceduto a sviluppare un progetto di massima per un impianto di trattamento reflui da localizzare in Campania a servizio delle attività industriali. 12

2 Tale progetto di massima ha richiesto nel suo complesso di: identificare la tipologia di processi e delle tecnologie da adoperare per il trattamento dei reflui prodotti dalle industrie campane; realizzare un piano di gestione tecnicoamministrativa; dimensionare tutte le principali apparecchiature allo scopo di studiare i costi di impianto e definire un lay-out definitivo. Lo scopo di questo lavoro è proprio quello di operare il dimensionamento delle principali apparecchiature nel caso in cui si debbano trattare reflui liquidi di composizione stimata a valle di una indagine di marketing precedente. 13

3 Parte I: Descrizione dei processi di trattamento dei reflui liquidi industriali. 14

4 Capitolo 1 : Caratteristiche generali dei reflui industriali Con il termine refluo industriale si intende qualsiasi acqua di scarico derivante da operazioni industriali; ognuna di esse possiede caratteristiche proprie, le quali devono essere valutate al fine di scegliere il tipo di trattamento più adatto da utilizzare per la rimozione dei contaminanti e per il rilascio di un effluente che possa essere reimmesso nell ambiente con un impatto non significativo. Le principali caratteristiche di tali reflui dipendono dal tipo di attività industriale da cui derivano e si distinguono in: fisiche chimiche biologiche 1.1 Caratteristiche fisiche Contenuto di solidi totali: è l insieme del materiale in sospensione, sedimentabile, colloidale e in soluzione, presenti nel refluo, cioè tutto quello che rimane come residuo in seguito ad evaporazione ad una temperatura compresa tra 103 C e 105 C. I solidi totali inoltre, possono essere distinti in filtrabili (colloidali e disciolti) e non filtrabili o sospesi (sospesi volatili, di natura organica, e sospesi fissi, inorganici) ottenuti facendo passare il liquido attraverso un filtro con porosità di 0.45 µm (per le norme italiane). Contenuto di solidi sedimentabili: vengono determinati ponendo il refluo in un cono Imhoff e misurando il materiale sedimentato dopo 2 ore; tale quantità è indice di quanto fango verrà rimosso durante la sedimentazione primaria. Odori: sono dovuti principalmente alle sostanze gassose che si formano dal processo di decomposizione delle sostanze organiche e solforate. Le cause principali di tali emissioni sono: le componenti del refluo, le trasformazioni biochimiche che avvengono nell impianto di trattamento e i reagenti chimici utilizzati nel suo interno. Il fattore che viene preso in considerazione è la percettibilità, cioè la minima concentrazione di gas necessaria alla sua percezione. 15

5 Temperatura: è un molto parametro importante in quanto incide sulla velocità delle reazioni chimiche, sulla vita acquatica del corpo idrico ricettore (se lo scarico dell effluente avviene direttamente in corpo idrico) e sulla solubilità dell ossigeno in acqua. Densità: è definita come la massa del refluo per unità di volume. Di solito, per gli scarichi industriali, si considera una densità maggiore di quella dell acqua pura. Colore: il refluo ha un colore diverso a seconda della permanenza dello stesso prima del trattamento. Un refluo fresco ha un colore marrone-grigio; quando viene stoccato in sistemi di raccolta, il colore diventa sempre più scuro fino a diventare nero (in questo caso il refluo viene detto settico), in seguito allo stabilirsi di condizioni anaerobiche. I reflui industriali sono spesso soggetti a variazione di colore in quanto si verificano delle reazioni chimiche come ad esempio quella dei solfuri con i metalli che gli conferisce un colore molto scuro. Torbidità: è la misura della proprietà dell acqua reflua di trasmettere la luce. Questa viene effettuata confrontando il campione di refluo con uno di riferimento nelle stesse condizioni. 1.2Caratteristiche chimiche Le caratteristiche chimiche vengono espresse in termini di contenuto di materiale organico ed inorganico. Il materiale organico è costituito da proteine, carboidrati, grassi e oli, tensioattivi, composti a basso peso molecolare (COV) e pesticidi. Analisi specifiche relative a tali parametri vengono condotte nel caso in cui si voglia controllare e classificare gli effluenti industriali ai fini dell accettazione all impianto e talvolta prima dello scarico nel corpo idrico ricettore; la loro determinazione non è sempre possibile, per cui si utilizzano indici in grado di esprimere il contenuto organico complessivo del refluo. I parametri più utilizzati sono: BOD, COD e TOC. 16

6 Il BOD, cioè la domanda biologica di ossigeno, rappresenta la quantità di ossigeno disciolto che viene utilizzato dai microrganismi per ossidare la sostanza organica presente nel refluo. Il COD, la domanda chimica di ossigeno, è la quantità di ossigeno richiesta per ossidare chimicamente le sostanze organiche (ossidabili biologicamente e quelle non biodegradabili) presenti nel refluo. Il TOC, il carbonio organico totale, è una misura più accurata del contenuto di sostanza organica. I materiali inorganici presenti nel refluo, si possono classificare in: Cloruri (derivanti da processi erosivi delle rocce e del suolo, oppure dagli scarichi domestici); Basi deboli quali idrossidi, carbonati e bicarbonati (di calcio, magnesio, sodio, potassio); Composti azotati, quali ammoniaca, nitriti e nitrati; Fosforo, presente nei reflui in forma solubile, particellare, organica (10% del totale) ed inorganica (polifosfati e ortofosfati); Composti inorganici tossici e metalli pesanti, cationi o anioni, provenienti dagli scarichi industriali, con elevata tossicità; gli anioni più rilevanti sono cianuri e cromati (industrie galvaniche), mentre tra i cationi ricordiamo rame, argento, cromo, boro. Gas disciolti, quali azoto, ossigeno, anidride carbonica, acido solforico e presenti nelle acque reflue perchè derivano dall aria e da processi di decomposizione anaerobica della materia organica. 1.3Caratteristiche biologiche Sono determinate dalla presenza di forme di vita quali: Batteri: organismi monocellulari che hanno la funzione di decomporre e stabilizzare la sostanza organica. Funghi: organismi aerobi, multicellulari, eterotrofi; decompongono il carbonio nella biosfera anche grazie alla capacità che hanno di sopportare bassi valori di umidità e ph. 17

7 Alghe: organismi responsabili dell eutrofizzazione, in condizioni di elevate concentrazioni di nutrienti, soprattutto azoto e fosforo. Lo sviluppo eccessivo di alghe limita la crescita di altri organismi acquatici. Protozoi: organismi monocellulari aerobi o anaerobi facoltativi, molto importanti nei processi di depurazione perché mantengono un equilibrio tra i vari microrganismi. Piante e animali. Virus. 18

8 Capitolo 2 : Tipologie di trattamento dei reflui industriali I trattamenti a cui vengono sottoposti i reflui industriali possono essere svolti attraverso sistemi fisici, chimici e biologici e raggruppati in quattro categorie convenzionali: 1.Trattamenti preliminari: hanno lo scopo di rimuovere gli elementi grossolani dal flusso acquoso che potrebbero danneggiare i macchinari utilizzati nel resto dell impianto. Sono trattamenti in cui prevalgono forze di tipo fisico come la grigliatura, la triturazione e la dissabbiatura, disoleatura, miscelazione, equalizzazione, flocculazione, flottazione, filtrazione. 2.Trattamenti primari: hanno lo scopo di rimuovere fisicamente una porzione di materiale organico e di solidi sospesi, come la grigliatura fine e la sedimentazione. 3.Trattamenti secondari: hanno lo scopo di rimuovere le sostanze organiche biodegradabili e dei solidi sospesi che non sono rimossi nei trattamenti primari. Sono processi sia chimici che biologici. 4.Trattamenti terziari (non sempre richiesti): sono posti a valle dei trattamenti biologici e hanno la funzione di rimuovere specifiche sostanze inquinanti, a seconda del destino finale dell effluente. La scelta del trattamento a cui sottoporre i reflui dipende dai seguenti fattori: Caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche dei reflui: deve essere valutata la forma predominante in cui sono presenti le sostanze inquinanti (colloidale, disciolta, sospesa) e la loro biodegradabilità, nonché la tossicità dei componenti organici ed inorganici. Limiti di scarico vigenti: deve essere rispettata la normativa in materia di scarichi in corpi idrici ricettori o in pubblica fognatura; inoltre devono essere considerate eventuali limitazioni future. Costi di trattamento e disponibilità delle aree per la realizzazione dell impianto: i limiti di scarico possono essere raggiunti mediante l impiego di varie combinazioni di processi individuali; la combinazione ideale risulterà quella economicamente più valida. 19

9 2.1Trattamenti primari Processi di trattamento primario I trattamenti primari consistono in interventi di tipo fisici e chimico fisici, oltre a rimuovere una frazione di solidi grossolani e sedimentabili), costituiscono una garanzia per salvaguardare il corretto funzionamento delle sezioni di trattamento poste a valle. I principali trattamenti primari cui sono sottoposti i reflui sono: Grigliatura: Trattamento che consiste nella rimozione di corpi grossolani presenti nel refluo, con lo scopo di proteggere le altre apparecchiature dell impianto. Avviene mediante il passaggio del refluo attraverso una griglia costituita da barre metalliche o da setacci. Le sostanze trattenute vengono inviate generalmente ad una pressa che allontana la frazione acquosa (immessa nella linea delle acque) da quella solida che viene depositata in cassonetti. Tutte le apparecchiature possono essere poste in ambienti chiusi in modo tale da aspirare l aria che viene inviata ad un sistema di deodorizzazione [Battistoni,2003]. Dissabbiatura: Trattamento che consiste nelle rimozione di sabbia, intesa come l insieme di polvere fine, ghiaia, cenere e altri materiali pesanti con elevata sedimentabilità. La rimozione di tali sostanze è importante per proteggere dall abrasione le parti meccaniche in movimento, per ridurre il rischio di depositi nelle condutture e per ridurre la frequenza di pulizia delle vasche (linea acqua) e del digestore (linea fanghi). La sabbia rimossa è sottoposta ad un trattamento di lavaggio per eliminare le sostanze organiche e, infine, utilizzata come riempimento su terreno o cementificata e condotta in discarica [Battistoni, 2003]. 20

10 Disoleatura: Trattamento che consiste nella rimozione di oli e grassi, la quale diminuiscono l efficienza di ossigenazione del liquame e causano l accumulo di schiume nel bacino di aerazione, in sedimentazione e nei digestori, limitando però la contemporanea rimozione di sostanza organica Gli oli e i grassi possono essere rimossi determinandone l aggregazione nel fango oppure in portati in sospensione, raccolti e smaltiti presso discarica o inceneriti [Battistoni, 2003]. Equalizzazione delle portate e omogeneizzazione degli inquinanti: I reflui provenienti da processi industriali, presentano nel tempo fluttuazioni sia di portata che di carichi inquinanti. Questa variabilità può essere la causa di notevoli problemi di gestione negli impianti non protetti adeguatamente dagli shock di carico idraulico e/o inquinante. Al fine di minimizzare queste fluttuazioni sono adottati i processi di equalizzazione delle portate e omogeneizzazione degli inquinanti. Per quanto riguarda l equalizzazione delle portate, si effettua in vasche di accumulo in cui viene stoccata la porzione di refluo che eccede quella media di progetto, che inviato all impianto quando si verifica una diminuzione di portata. È importante che nelle vasche di accumulo il refluo sia ben miscelato, per evitare fenomeni di sedimentazione, ed aerato, per evitare condizioni settiche. L'equalizzazione delle portate determina come effetto indiretto la parziale omogeneizzazione delle concentrazioni degli inquinanti. La quantità di quest'ultimi è data infatti dal prodotto della concentrazione per la portata, ed equalizzando uno dei due termini si ottiene una parziale equalizzazione del prodotto. La vasca viene perciò generalmente sovradimensionata per garantire un volume invasato minimo tale da agevolare la diluizione dei contaminanti, oppure viene prevista una successiva vasca di omogeneizzazione [Battistoni, 2003]. 21

11 Coagulazione e Flocculazione: Consiste nell aggregazione dei materiali colloidali (particelle con diametro compreso tra 10-3 µ m e 1 µ m, difficilmente separabili per gravità) con formazione dei fiocchi. La stabilità dei colloidi dipende principalmente dalla carica superficiale dovuta alla composizione chimica del refluo e del colloide. Per favorire la coalescenza cioè l aggregazione dei colloidi e, quindi, la formazione dei fiocchi, è necessario neutralizzare tale carica. Il processo che permette la formazione dei fiocchi è detto coagulazione che determina la neutralizzazione della carica superficiale attraverso l aggiunta di sostanze quali elettroliti, polielettroliti (polimeri ad alto peso molecolare contenenti gruppi adsorbibili,in grado di formare ponti tra particelle isolate) o altre sostanze chimiche (Calce, Allume, FeCl 3, FeCl 2, FeSO 4 *7H 2 O) [Battistoni, 2003]. La carica positiva di questi prodotti, ha un effetto destabilizzante, perché è in grado di annullare la carica in genere elettronegativa delle particelle colloidali in sospensione. Il contatto avviene per adsorbimento, e le particelle colloidali, così neutralizzate, non tendono più a respingersi a vicenda, ma tendono ad agglomerarsi [Masotti,1996]. Dalla Tabella -1, ove sono riportati i principali cationi con i rispettivi poteri coagulanti, si nota che il potere coagulante maggiore appartiene ai metalli trivalenti.[masotti,1996] Ione Potere coagulante K + 1,2 H + 25,0 Ca ++ 63,0 Cu ++ 52,0 Fe ,0 Al ,0 Tabella -1 Potere coagulante di diversi cationi [Masotti, 1996] 22