Le acque reflue possono diventare una risorsa?

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Basilio Ventura
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1 ACQUA BUONA O CATTIVA? L OGGIELESFIDEFUTURE LE FUTURE INIZIATIVA ORGANIZZATA IN OCCASIONE DELLA GIORNATA MONDIALE DELL ACQUA MARZO 2016 Le acque reflue possono diventare una risorsa? Elena Ficara, Francesca Malpei

2 Gli impianti di depurazione sono stati inventati, all inizio del 900, per rimuovere gli inquinanti dalle acque di rifiuto, evitando la loro immissione in ambiente ambiente Prelievo Scarico Uso Impianto di potabilizzazione Impianto di depurazione

in ambiente Approccio lineare all uso dell Acqua Prelievo Uso Scarico Le sfide

impatto sull ambiente (Depurazione) ma popolazione cresce, gli stili di vita

3 Gli impianti di depurazione sono stati inventati, all inizio del 900, per rimuovere gli inquinanti dalle acque di rifiuto, evitando la loro immissione in ambiente Approccio lineare all uso dell Acqua Prelievo Uso Scarico Le sfide affrontate: t Fornire acqua sicura (Potabilizzazione) Scaricare limitando l impatto sull ambiente (Depurazione) ma popolazione cresce, gli stili di vita cambiano, cambiamenti climatici modificano la disponibilità dell acqua la sfida cambia

4 Ma qual è la situazione nel 2016? E cosa dovremo fare in futuro?? Approccio circolare Risorsa idrica trattamento Acqua, energia risorse Utilizzo + riutilizzo trattamento Scarico in ambiente Le nuove sfide Gerarchia di gestione

5 Quali risorse si possono recuperare? Acqua reflua = + + Acqua pulita Energia chimica Sostanze disciolte Recuperabili (N, P) m 3 /anno/persona Sostanza organica biodegradabile: W/persona Sostanza organica complessiva: W/persona Ammoniaca: 8 W/persona TOTALE: W/persona (4 5 volte a fabbisogno per depurazione) 2 3 kg N/anno/persona 0,5 1 kg P/anno/persona

6 Quante energia serve per fornire acqua potabile e depurare le acque reflue fognarie (= il ciclo idrico integrato)? o Watt/persona o kwh/anno/persona 2 3% del consumo elettrico nazionale (in EU e USA) Con punte fino al 7% Cosa fare? In Italia: Consumo totale 7500 GWh/anno (2,5% del consumo elettrico nazionale) Campanelli, Foladori, Vaccari (2013) Approvvigionamento A i i 57% Depurazione 43% Ridurre il consumo dell acqua Ottimizzare i trattamenti e recuperare l energia contenuta nell acqua

Recuperare energia dalle acque reflue TERMICA:

per riscaldare (inverno) o raffreddare (estate)

IDROELETTRICA: sfruttando il salto di quota

7 Recuperare energia dalle acque reflue TERMICA: la temperatura delle acque reflue è compresa tra 14 e 23 C. Con pompe di calore, si può ottenere energia, per riscaldare (inverno) o raffreddare (estate) gli edifici 200kW al depuratore di Nosedo IDROELETTRICA: sfruttando il salto di quota allo scarico del depuratore Impianto di depurazione di Folgaria oga a(50 L/s) 236 m = 40kW

8 Recuperare energia ENERGIA CHIMICA, associata alle sostanze organiche presenti nei reflui. Durante la depurazione si producono dei residui - fanghi - che contengono ancora molta sostanza organica. IN Trattamenti meccanici trattameni primari Trattamento biologico Acqua trattata Fanghi depurazione Digestione anaerobica

9 Recuperare energia Con i fanghi si produce BIOGAS, grazie a microrganismi ANAEROBI Sostanza organica (Zuccheri, proteine, grassi) Metano + Anidride Carbonica (BIOGAS)

Ottimizzare il recupero di energia 1) Sfruttare

di impianti i che la impiegano la digestione

producono 121 GWh/anno da digestione anaerobica

GWh/anno (tutti gli impianti con sistemi di

10 Ottimizzare il recupero di energia 1) Sfruttare meglio l energia chimica 2) Aumentare il numero di impianti i che la impiegano la digestione anaerobica con cogenerazione In Italia: si producono 121 GWh/anno da digestione anaerobica fanghi (GSE, 2014) potenziale max teorico di 2100 GWh/anno (tutti gli impianti con sistemi di trattamento avanzato aa atosi dotassero o di D.A..convenzionale) o e)

11 Recuperare energia: le Celle a combustibile microbiche Sfruttiamo l energia chimica presente nell acqua Celle a combustibile Microbiche Foto cortesemente fornite da P. Cristiani e da A. Capodaglio & D. Molognoni

12 Depuratori a bilancio energetico positivo Recuperando energia Ottimizzando i trattamenti più energivori Trattamenti biologici innovativi (T. Lotti, D. Scaglione) Ottimizzazionedei trattamenti biologici esistenti Esempio: sistemi di aerazione (R. Canziani, R. Dicosmo) Impianti ottimizzati

Ottimizzando i trattamenti depurativi Id

consumare energia Esempio: Depuratore di

000 abitanti serviti Costo energetico della

13 Depuratori a bilancio energetico positivo Recuperando energia dai fanghi e Ottimizzando i trattamenti depurativi Id depuratori possono produrre invece che consumare energia Esempio: Depuratore di Strauss (Austria) abitanti serviti Costo energetico della depurazione 11.3 kwh/anno/persona Compensato da efficiente produzione/conversione biogas

14 Recuperare i nutrienti Nutrienti Azoto, fosforo, f potassio sono fertilizzanti fondamentali in agricoltura li riportiamo sui campi in modo controllato IN Trattamenti meccanici trattameni primari Trattamento biologico Trattamenti terziari Acqua trattata N, P, K Digestione Fanghi anaerobica stabilizzati N, P, K con i fanghi di depurazione stabilizzati e l acqua trattata

Recuperare i nutrienti Per il fosforo (P) si può fare di più perché è prezioso Indispensabile per sostenere le colture Domanda in crescita con la popolazione mondiale

15 Recuperare i nutrienti Per il fosforo (P) si può fare di più perché è prezioso Indispensabile per sostenere le colture Domanda in crescita con la popolazione mondiale Distribuzione geografica dei giacimenti non omogenea (Marocco, Cina, US) Europa importa P FONTE in ESAURIMENTO Circa il 18% del P estratto da fonti fossili si ritrova nei reflui Recupero

16 Recuperare i nutrienti P si può recuperare in forma di sale da flussi concentrati Sistemi di cristallizzazione Struvite (MgNH 4 PO 4 6H 2 O)

17 Recuperare acqua

18 Recuperare acqua Il caso di Milano Il riuso agricole delle acque depurate Nosedo San Rocco 120 milioni m3/semestre irriguo (185 gg) Peschiera B. ( abitanti) ( abitanti) San Rocco San Rocco ( abitanti) Nosedo ( abitanti) h ll ha di Mais a granella (fabbisogno stagionale: m3/ha) ha di Riso (fabbisogno stagionale: m3/ha)

(ancora di più) può tornare potabile Si fa

19 Recuperare acqua In casi di importante scarsità: Schimmoller et al., Environ. Sci.: Water Res. Technol., 2015,1, l acqua depurata (ancora di più) può tornare potabile Si fa già dove l acqua è scarsa: California (Orange Country Water District) Virginia (Upper OccoquanSewage Authority) Namibia (Impianto di Windhoek) Singapore (Impianto di Changi, NEWater)

Recuperare Nuove strategie Il recupero delle

per scopi non potabili Acque nere Feci recupero

20 Recuperare Nuove strategie Il recupero delle risorse ed il riciclo dell acqua possono essere ottimizzati se non si mescola tutto assieme: Acque grigie trattamento semplificato e riuso per scopi non potabili Acque nere Feci recupero di energia e sostanza organica Urine recupero dei nutrienti

21 Recuperare Nuove strategie The SOLAIRE building, NewYork Raccolta acque di pioggia + Impianto di trattamento acque grigie (biologico, membrana, disinfezione) Riuso sciacquone, irrigazione, raffrescamento

22 Recuperare Nuove strategie Già in uso in città Svedesi (progetti pilota) Urine raccolte separatamente ed inviate a riuso agricolo

24 Già ora Energia Acqua da reimpiegare Nutrienti In futuro: Impianto di impianto Piattaforma di recupero risorse

25 Al politecnico Ci occupiamo ad esempio di: Riuso dell acqua (tecnologie) Ottimizzazione dei sistemi di aerazione Processi biologici innovativi (Anammox, microalghe) Digestione anerobica Applicati a reflui urbani ed industriali

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