Le migliori tecniche (BAT) disponibili per la rimozione di inquinanti non convenzionali dalle acque reflue urbane

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1 logy iotechnol ment of Bi Departm Verona, D ersity of V Unive Le migliori tecniche (BAT) disponibili per la rimozione di inquinanti non convenzionali dalle acque reflue urbane David Bolzonella, Università degli Studi di Verona Marghera Venezia, 17 novembre 2011 Bolzonella, microinquinanti 1

2 logy Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol Chi sono gli inquinanti non convenzionali Di fatto tutti quelli recenti e normalmente non utilizzati come parametri di processo (COD, BOD 5, Solidi Sospesi, TKN, TP ) metalli in tracce inquinanti organici Bolzonella, microinquinanti 2

3 logy Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol Di che concentrazioni stiamo parlando (per un refluo urbano ) pg/l ng/l ug/l mg/l g/l PCDD/F PCB IPA VOC As Cd Hg Ni Pb.. TKN TP Al Fe Zn COD, BOD5, SST Bolzonella, microinquinanti 3

4 logy iotechnol ment of Bi Departm Verona, D ersity of V Unive Considerando 5 impianti italiani di differente potenzialità e influenza della componente industriale Fatone et al., 2011, Water Research 45, 93 Bolzonella, microinquinanti 4

5 Fatone et al., 2011, Water Research 45, 93 Bolzonella, microinquinanti 5 University of Verona, Departm ment of Biotechnology

7 logy Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol Diossine, furani e PCB inun impianto che tratta acqua reflua urbana a media forza Bolzonella et al., 2010, Bioresource Technology 101(24), 9445 Bolzonella, microinquinanti 7

8 logy Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol Diossine e furani Bolzonella et al., 2010, Bioresource Technology 101(24), 9445 Bolzonella, microinquinanti 8

9 logy Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol PCBs dioxin like + congeneri 170 e 180 Bolzonella et al., 2010, Bioresource Technology 101(24), 9445 Bolzonella, microinquinanti 9

10 Bolzonella ll et al., 2010, Journal le Env. Manag., 91, 2424 Bolzonella, microinquinanti 10 University of Verona, Departm ment of Biotechnology

11 Departm ment of Bi iotechnol logy Verona, D ersity of V Unive Meccanismi di rimozione di inquinanti non convenzionali in sistemi a fanghi attivi Bolzonella, microinquinanti 11

12 logy Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol Rimozione di sostanze pericolose nei processi di depurazione biologica a fanghi attivi Meccanismi Meccanismi biotici abiotici Biodegradazione Biotrasformazione (Bio)adsorbimento Stripping (volatilizzazione) Bolzonella, microinquinanti 12

13 Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol logy Meccanismi di rimozione dei metalli in un processo convenzionale a fanghi attivi Me out, Metallo Effluente Me in, Metallo Influente Adsorbimento Me WAS, Metallo nel fango di supero Me prim, Metallo nel fango primario Bolzonella, microinquinanti 13

14 logy iotechnol ment of Bi Departm Unive ersity of Verona, D Meccanismi di rimozione dei microinquinanti organici in un processo convenzionale a fanghi attivi Inquinante Influente Inquinante nel fango primario Adsorbimento Volatilizzazione Biodegradazione Inquinante nel fango di supero Inquinante Effluente Bolzonella, microinquinanti 14

15 logy Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol Forza relativa dei differenti meccanismi In generale, una molecola organica caratterizzata da Bassi valori della costante dihenry, H c, ad es < 10 5 atm m 3 /mol Elevati valori della costante di ripartizione ottanolo/acqua, K OW, ad es > log K OW > 3 Ha forte tendenza all adsorbimento e scarsa propensione a volatilizzare Bolzonella, microinquinanti 15

16 Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol logy Il più importante dei fenomeni è di gran lunga il (bio )adsorbimento )d Hp: raggiungimentodell equilibrio equilibrio tra microinquinante adsorbito e in soluzione C ads (solido) = K pb MLSS C eff (liquido) Dove K pb coefficiente di ripartizione solido liquido [L gss 1 ] Ilcoefficiente di ripartizione, e quindi ilpotenziale di bioassorbimento, per un dato composto è correlato alla costante di ripartizione ottanolo acquaacqua (K ow ) Infatti K d = 6.3 x 10 7 F OC K OW con F OC = 0,531 (e.g., Byrnes 2001) Bolzonella, microinquinanti 16

17 logy iotechnol ment of Bi Departm Verona, D ersity of V Unive Bio conversione (non biodegradazione!) Avviene in due fasi differenti: 1) Solubile 2) Particolata fase solubile fase particolata Bolzonella, microinquinanti 17

18 Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol logy Influenza parametri di processo Elevate età del fango potrebbero accrescere i fenomeni di biodegradazione e/o bioaccumulo Tuttavia I vantaggi di elevate età del fango per la rimozione dei microinquinanti da acque reflue urbane non sono accertati Inoltre Elevate età del fango potrebbero avere impatti negativi sul bioassorbimento (minori siti disponibili) Bolzonella, microinquinanti 18

19 Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol logy Influenza della struttura del fango Fiocchi di piccole dimensioni (pinpoint flocs) possono comportare: riduzione delle distanze per la diffusione del substrato nel fiocco incremento della superficie disponibile per il bioassorbimento Tuttavia Fiocchi di piccole dimensioni causano problemi di sedimentabilità Bolzonella, microinquinanti 19

20 logy iotechnol Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi Upgrading di impianti i iconvenzionali per ottimizzare la rimozione di sostanze pericolose: i bioreattori a membrana Bolzonella, microinquinanti 20

21 logy Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol Bioreattore a membrana (MBR) Bioreattore PERMEATO Sedimentatore Bolzonella, microinquinanti 21

22 logy Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol Nei sistemi a fanghi attivi convenzionali le caratteristiche disedimentazione determinano il risultato del processo Direttamente Solidi nell effluente, quindi scarsa qualità! Indirettamente Ridotta elasticità di processo in relazione al vincolo della salvaguardia delle prestazioni dei sedimentatori Bolzonella, microinquinanti 22

23 Alloggiamento dei moduli filtranti immerse id side stream Lezione 8 Trattamento reflui 23 University of Verona, Departm ment of Biotechnol logy

24 Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol logy Membrane utilizzate in MBR MICROFILTRAZIONE ULTRAFILTRAZIONE NANOFILTRAZIONE OSMOSI INVERSA Solidi sospesi Batteri Emulsioni Macromolecole Colloidi Virus Proteine Composti basso P.M. ioni

25 Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol logy Vantaggi degli MBR per la rimozione dei microinquinanti... in 2 punti 1. Nessun problema legato alla sedimentabilità del fango Migliore flessibilità di gestione dei processi biologici e possibilità di operare con fiocchi pin pointpoint 2. Rimozione totale dei solidi sospesi dall effluente Rimozione dei microinquinanti legati al particolato

26 Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol logy Upgrading di impianti convenzionali per ottimizzare la rimozione ione di sostanze pericolose: i trattamenti tt titerziari i Ozonizzazione Carboni attivi Nanofiltrazione e osmosi inversa Pre o Post precipitazione (metalli)

27 logy iotechnol Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi Casi di studio Rimozione di diossine, furani e PCB dioxin like, COV ed IPA, e metalli in impianti i a fanghi attivi i convenzionali e assistiti da membrane di filtrazione Bolzonella, microinquinanti 27

28 La rimozione dei metalli Bolzonella, microinquinanti 28 University of Verona, Departm ment of Bi iotechnology

29 University of Verona, Departm ment of Biotechnology Bolzonella, microinquinanti 29

31 Accumulo nei fanghi Età del fango crescente. Bolzonella, microinquinanti 31 University of Verona, Departm ment of Biotechnol logy

32 La rimozione di diossine, furani, e PCBs Bolzonella, microinquinanti 32 University of Verona, Departm ment of Bi iotechnology

34 logy Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol Diossine e furani Bolzonella et al., 2010, Bioresource Technology 101(24), 9445 Bolzonella, microinquinanti 34

35 logy Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol PCBs dioxin like + congeneri 170 e 180 Bolzonella et al., 2010, Bioresource Technology 101(24), 9445 Bolzonella, microinquinanti 35

37 logy iotechnol ment of Bi Departm Verona, D ersity of V Unive Buone/Ottime rimozione sia in convenzionale che in MBR, ma la fuga di solidi sospesi nell effluente del convenzionale rende le molecole determinabili Bolzonella, microinquinanti 37

38 Le ottime rimozioni implicano però un accumulo nei fanghi di supero. Bolzonella, microinquinanti 38 University of Verona, Departm ment of Biotechnol logy

39 logy Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol Gli elevati tempi di ritenzione permessi dal processo MBR favoriscono la bioconversione Bolzonella, microinquinanti 39

43 logy Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol Gli elevati tempi di ritenzione permessi dal processo MBR favoriscono il processo di bioconversione Bolzonella, microinquinanti 43

44 La rimozione di COV e IPA Bolzonella, microinquinanti 44 University of Verona, Departm ment of Bi iotechnology

48 Ripartizione solido/liquido dei diversi IPA nell influente Bolzonella, microinquinanti 48 University of Verona, Departm ment of Biotechnol logy

49 Rimozione dei VOC Bolzonella, microinquinanti 49 University of Verona, Departm ment of Biotechnol logy

50 Rimozione degli IPA Bolzonella, microinquinanti 50 University of Verona, Departm ment of Biotechnol logy

51 Accumulo degli IPA nei fanghi! Bolzonella, microinquinanti 51 University of Verona, Departm ment of Biotechnol logy

52 Accumulo degli IPA nei fanghi! Bolzonella, microinquinanti 52 University of Verona, Departm ment of Biotechnol logy

53 Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol logy Paradossalmente l ottima capacità di rimozione può rivelarsi un problema in relazione alle possibilità di smaltimento del fango Si vedano i Regolamenti Regionali di Veneto ed Emilia Romagna e la bozza di Decreto sull utilizzo agronomico dei fanghi di depurazione. In particolare, la bozza del Decreto potrebbe riportare valori limite di 25 ng I TE / kgss per PCDD/F + DL PCB, 0.8 mg/kgss per i PCB, 6 mg/kgss per gli IPA. Bolzonella, microinquinanti 53

55 Unive ersity of Verona, Departm ment of Bi iotechnol logy Proposta nuovo decreto Elementi valore limite it (mg/kg SS) Cadmio 5 Cromo totale 130 Mercurio 3 Nichel 90 Piombo 160 Rame 630 Zinco 1700 Selenio * 1 Arsenico * 1 Berillio * 1 1 Nota: per tali elementi, pur non essendo previsti dei valori limite, la concentrazione degli stessi deve essere riportata nella richiesta di autorizzazione conformemente a quanto stabilito dall articolo 9 comma 3 lettera b) del presente decreto. Le autorità competenti, laddove le caratteristiche del territorio lo richiedano, possono eventualmente indicare dei valori limite a livello regionale. I valori dei suddetti elementi devono essere trasmessi annualmente, unitamente agli altri, dalle Regioni al Ministero dell Ambiente conformemente a quanto stabilito dall articolo 6 comma 1 punto 5) del presente decreto al fine di una valutazione da parte del Ministero dell Ambiente circa l eventuale successiva necessità di inserimento di valori limite. Bolzonella, microinquinanti 55