Università degli Studi di Firenze

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1 Università degli Studi di Firenze Facoltà di Ingegneria Indagini sperimentali su impianti pilota a membrana per l'affnamento di refui industriali tessili al fne del loro riutilizzo di Marco Perini Relatore Claudio Lubello Correlatore Caretti Paolo Coautore Perniciano Alessio A. A

2 INTRODUZIONE La riduzione delle fonti naturali di approvvigionamento costituisce un punto di carattere rilevante tra le problematiche di impatto ambientale e rende di primaria importanza la salvaguardia delle risorse idriche primarie disponibili. Oltre allo sviluppo di tecniche innovative per un uso corretto delle acque primarie risulta necessario, laddove possibile, valutare la possibilità di riutilizzare risorse idriche non convenzionali per usi diversi da quello del consumo umano. Il seguente elaborato raccoglie le conoscenze tecniche e le esperienze pratiche maturate nel corso dell attività formativa di tirocinio presso l azienda G.I.D.A. s.p.a. Durante il periodo tra Settembre 2009 e Marzo 2010, abbiamo gestito quotidianamente la fase sperimentale del progetto PURIFAST (Advanced Purification Of Industrial And Mixed Wastewater By Combined Membrane Filtration And Sonochemical Technologies). Il progetto si colloca in un ampio panorama di progetti sviluppati da LIFE + che dal 1992 si occupa della ricerca nel campo scientifico ed ambientale, proponendo valide soluzioni impiantistiche moderne ed economiche. Il progetto nasce con l obiettivo di riutilizzare all interno delle industrie tessili le acque reflue trattate tramite un processo innovativo di affinamento che prevede un trattamento di ultrafiltrazione combinato in serie con uno di sonicazione. Per la valutazione sperimentale dell efficienza dei suddetti processi sono stati installati due impianti pilota di ultrafiltrazione ed uno di sonicazione presso l impianto di depurazione di Baciacavallo. L acquedotto industriale pratese rappresenta un valido esempio per tale studio, vista l importanza dell impianto a livello europeo in termini di riuso in campo industriale. Inoltre la drastica riduzione della falda acquifera della città impone la necessità di nuove tecnologie applicabili per la tutela delle sorgenti naturali. Nel primo capitolo della tesi, sono stati approfonditi gli aspetti quantitativi e qualitativi del refluo in ingresso all attuale impianto di Baciacavallo, elaborando i dati storici dal 2005 al 2009 fornito da G.I.D.A. Tali risultati hanno messo in luce la crisi economica del distretto tessile che negli ultimi anni ha ridotto drasticamente il numero delle aziende in attività. Analogamente sono state poi studiate le caratteristiche dell acquedotto industriale, integrate con il bilancio economico che sostiene la gestione della rete. Tali dati sono stati inquadrati all interno dei valori normativi di riferimento e dei limiti di accettabilità per il riuso dei reflui in campo industriale, focalizzando l attenzione riguardo alle esigenze per il 1

3 settore tessile. Infine abbiamo riportato le specifiche tecniche da letteratura, necessarie per comprendere il funzionamento dei processi a membrana. Il secondo capitolo rappresenta il cuore della sperimentazione. L ingente quantità di dati raccolti ha richiesto una lunga applicazione pratica presso i laboratori della G.I.D.A, ma ci ha permesso di effettuare valutazioni interessanti ai fini del progetto. Il primo passo è stato quello di studiare l andamento dell acqua in uscita dal depuratore (che rappresenta l ingresso agli impianti pilota), valutandone i parametri chimico-fisici fondamentali. Per quanto riguarda gli impianti piloti a membrane, forniti dalle ditte Polymem e Inge, sono stati prima descritti da un punto di vista tecnico-strutturale, dopodichè sono state riportate tutte le scelte di natura operativa e gestionale effettuate durante la sperimentazione. Le risposte in termini di pressione di trasmembrana e di permeabilità sono servite per la corretta gestione degli impianti. Le prove analitiche effettuate sul permeato in uscita dai pilota hanno permesso di valutare l efficienza dei trattamenti e la capacità di raggiungere i valori limite di concentrazione per i diversi parametri al fine del riuso in campo tessile. La qualità dei dati raccolti è supportata dal numero di campioni effettuati: l estensione del periodo di monitoraggio ha confermato l autenticità dei risultati e ha permesso di scartare le prove non soddisfacenti. Tali valori sono stati poi interpretati per capire le differenze tra i piloti in termini di efficienza di rimozione e per il confronto effettivo con l affinamento attualmente presente a Baciacavallo. Per quanto riguarda l utilizzo del pilota per la sonicazione, fornito dalla ditta LAVO, abbiamo seguito le prime fasi di settaggio e abbiamo effettuato una serie di prove preliminari che saranno poi fondamentali per l ottimizzazione del processo, questo perchè la sperimentazione è ancora in fase di evoluzione e quindi si prevedono in futuro ulteriori approfondimenti. 2

4 Capitolo 1 Trattamenti Terziari per il riuso dei reflui a scopo industriale Introduzione Nel seguente capitolo verranno approfonditi gli aspetti tecnici dell impianto di depurazione di Baciacavallo e i dati qualitativi sull acqua sia in ingresso che in uscita da esso. Inoltre verranno riportati tutti i riferimenti di natura progettuale, normativa e di uso comune inerenti al riuso delle acque reflue in campo tessile. Tali dati verranno poi utilizzati per valutare l efficienza degli impianti piloti oggetto della sperimentazione svolta. 1.1 L impianto di depurazione di Baciacavallo Descrizione dell impianto La società che gestisce gli impianti di depurazione delle acque su tutto il territorio pratese nasce nel 1981, con il nome di GIDA s.p.a. (acronimo per Gestione Impianti Depurazione Acque) fondata dall Amministrazione Comunale di Prato e l Unione Industriale Pratese. La società gestisce un totale di cinque distinti impianti di depurazione dislocati nel territorio pratese: - l impianto di depurazione di Baciacavallo con capacità di circa abitanti equivalenti (A.E.); - l impianto di depurazione del Calice ( A.E.); - l impianto di depurazione di Vaiano ( A.E.); - l impianto di depurazione di Cantagallo ( A.E.); - l impianto di depurazione di Vernio ( A.E.). Gli impianti di depurazione riescono a trattare complessivamente circa 55 milioni di metri cubi all anno di liquami. Situato nella parte sud-est della città, l impianto di depurazione di Baciacavallo è il più grande sull area pratese e scarica le acque reflue depurate nel fiume Ombrone con una portata media feriale è di 5500 metri cubi l ora. I liquami che arrivano all impianto sono circa per un 30% di natura civile e per il restante 70% di natura industriale. La qualità dei reflui in ingresso all impianto prevalentemente di natura tessile, è ricca di tensioattivi, oleanti e coloranti in elevate concentrazioni. 3

5 Un importante caratteristica per questo impianto è il riutilizzo di parte dell acqua depurata, con lo scopo di produrre acqua idonea al riutilizzo nei processi produttivi e limitare l impoverimento della falda idrica. L acquedotto industriale collega attualmente circa 80 aziende attraverso una rete di distribuzione di diversi chilometri di lunghezza, fornendo quasi 1.5 milioni di metri cubi all anno di acqua trattata. L effluente a fine filiera viene infine miscelato con un flusso proveniente dal fiume Bisenzio per migliorarne alcuni parametri e per essere conformi alle normative vigenti sul territorio. Si riporta in seguito un diagramma a blocchi che descrive la filiera dei processi del depuratore di Baciacavallo: Fig. 1.1 Schema della filiera dell impianto di depurazione di Baciavallo. L impianto è il tipico processo a fanghi attivi con vasca di ossidazione e nitrificazione. E suddiviso in due linee principali parallele per permettere la manutenzione dei macchinari e delle vasche senza dover stoppare l impianto garantendo così il funzionamento continuo in caso di guasti. 4

6 Caratteristiche del refluo in ingresso Per quanto riguarda i numeri effettivi delle portate in ingresso, l impianto di Baciacavallo ha trattato una portata media di circa 5500 m 3 /h negli anni 2005 e Considerando invece l anno 2009, la portata media annua è stata di circa a 3900 m 3 /h. Per valutare le cause di tale diminuzione è stato opportuno osservare le oscillazioni delle portate giornaliere in ingresso dal 2005 al 2009 (Fig 1.2); da tale grafico si può notare un andamento ciclico delle portate da trattare, con minimi evidenti nel periodo estivo, che coincide con la chiusura estiva delle aziende tessili. Inoltre si evidenzia una lieve flessione delle portate per ogni anno in linea con i dati sopra riferiti. Tale fenomeno è riscontrabile anche studiando soltanto le variazioni delle portate nei periodi di attività delle ditte pratesi (Fig.1.3). Si può dedurre quindi che la riduzione quantitativa delle acque reflue sia conseguenza della crisi del distretto che ha colpito Prato ed ha causato numerosi fallimenti aziendali. Tale ipotesi viene confermata studiando i dati relativi al fine settimana (Fig.1.4) e del periodo vacanziero estivo (Fig 1.5): in tali intervalli, quando il refluo è costituito solo da scarichi di tipo civile, non si registra la stessa tendenza dei precedenti grafici. A seguito di tale considerazione, è interessante andare anche a valutare i parametri analitici principali che caratterizzano il refluo in ingresso. Infatti un calo delle portate potrebbe essere collegato ad un aumento della concentrazione dei costituenti. Andando ad analizzare la Fig 1.6 relativa alla variazione mensile del COD in ingresso dal 2005 al 2009 si riscontra invece una netta diminuzione di tale parametro, segno evidente della scarsa attività delle aziende. 5

7 Andamento delle portate in ingresso (valori giornalieri) 250' ' '000 m 3 /g 100'000 50' anno Fig 1.2 Grafico sulla variazione giornaliera delle portate in ingresso al depuratore di Baciacavallo dal 2005 al

8 Andamento delle portate in ingresso nei giorni feriali (dal 2005 al 2009) 250' ' '000 m 3 / g 100'000 50' anno Fig. 1.3 Grafico sull andamento delle portate giornaliere in ingresso al depuratore di tipo industriale ( dati solo giorni feriali) 7

9 Andamento delle portate in ingresso all'impianto di Baciacavallo nel fine settimana (dal 2005 al 2009) m 3 / g anno Fig 1.4 Grafico sull andamento delle portate in ingresso al depuratore di tipo civile (dati solo week end) 8

10 Andamento delle portate in ingresso nella metà di Agosto (valori giornalieri) 120' '000 80'000 m 3 /g 60'000 40'000 20' anno Fig. 1.5 Grafico sull andamento delle portate giornaliere in ingresso al depuratore nel periodo feriale estivo 9