Fondamenti, stato clell' arte, ingegneria cli processo

Transcript

1 UNAGEsnONE INTEGRATA DEL CICLO DELL'ACQUA E DEI RIFIUTI Fondamenti, stato clell' arte, ingegneria cli processo a cura cli Paolo Battistoni, Mario Beccari, Franco Cecchi, Mauro Maione, Alessandro Musacco, Paolo Pavan, Pietro Traverso - P QUA Istituto Jlf'r studi~ ricf'rc'h.tsul ~ITiit ldrid

2 Istituto Universitario Architettura Venezia RIA 191 Servizio Blbllograflco Audiovisivo e di Documentazione

3 UNA GESTIONE INTEGRATA DEL CICLO DELL'ACQUA E DEI RIFIUTI Fondamenti, stato dell'arte, ingegneria di processo a cura di ~aolo BaHistoni, Mario Beccari, Franco Cecchi, Mauro Maione, Alessandro Musacco, Paolo Pavan, Pietro Traverso t~ffltuto UNIVERSITARIO ARCHITETTURA VENEZIA AREA SERVIZI BIBLIOGRAFICI E DOCUMENT AV I NV. CIA...,-,;{ 38SO Franco Angeli

4 INDICE Prefazione, di Giovanni Domenichini e Gennaro Bulgarelli Presentazione, di Franco Cecchi 1. Rimozione biologica dell'azoto, di Mario Beccari 1. Descrizione del processo 1.1. Nitrificazione 1.2. Denitrificazione 1.3. Processi avanzati 2. Schemi di impianto 2.1. Sistemi a biomassa sospesa Sistemi separati Sistemi integrati Confronto fra sistemi separati e sistemi integrati 2.2. Sistemi a biomassa adesa Nitrificazione in reattori a biofilm Denitrificazione in reattori a biofilm Nitrificazione/denitrificazione in reattori a biofilm 3. Realizzazioni in piena scala nazionali ed internazionali 3.1. Sistemi separati 3.2. :Sistemi integrati 4. Elementi di progettazione 4.1. Nitrificazione 4.2. Denitrificazione 5. Bibliografia pag. 11» 13» 17» 17» 17» 20» 24» 24» 24» 25» 27» 34» 36» 37» 41» 42» 44» 44» 45» 45» 45» 46» 47 5

5 2. Rimozione biologica del fosforo, di Mario BeccMi pag Descrizione del processo» Aspetti fondamentali» Orientamenti della ricerca» Schemi di impianto» Sistemi agenti sulla corrente principale» Sistemi agenti su una corrente laterale» Efficienze di rimozione» Realizzazioni in piena scala nazionali ed internazionali» Elementi di progettazione» Sistemi agenti sulla corrente principale» Sistemi agenti su una corrente laterale» Bibliografia» Rimozione combinata di azoto e fosforo per via biologica, di Mario Beccari» Descrizione del processo» Schemi di processo» Sistemi a ricircolazione» Sistemi a flussi alternati» Efficienze di rimozione» Realizzazioni in piena scala nazionali ed internazionali» Elementi di progettazione» Bibliografia» Digestione anaerobica della frazione organica dei rifiuti solidi urbani, di Franco Cecchi, Alessandro Musacea, Paolo Pavan 1. Il processo di digestione anaerobica 1.1. Descrizione del processo di digestione anaerobica: biochimica e cinetica 2. Schemi di processo 3. Influenza del tipo di substrato sul processo di digestione anaerobica 4. Digestione anaerobica a fasi separate 4.1. Influenza delle condizioni di esercizio sul processo di digestione anaerobica a fasi separate 5. La co-digestione anaerobica 5.1. Livello di ricerca e sviluppo 5.2. Esperienze su scala reale» 76» 76» 77» 80» 81» 86» 90» 94» 95» 101 6

6 6. Fermentazione anaerobica 6.1. Integrazione dei processi di digestione anaerobica della FORSU e di rimozione biologica dei nutrienti dalle acque di scarico 7. Elementi di progettazione 7.1. Dimensionamento di un digestore per soli fanghi di supero Criterio del tempo di residenza medio dei microorgamsm Criterio dei fattori di carico Criterio della popolazione servita 7. l.4. Influenza del sistema di agitazione del reattore 7.2. Dimensionamento di un digestore per co-digestione Esempio di dimensionamento di un digestore per co-digestione di fanghi di supero e FORSU 7.3. Dimensionamento di un fermentatore acidogenico 7.4 Monitoraggio del processo di digestione anaerobica 8. Nomenclatura 9. Bibliografia 5. La rimozione del fosforo e dell'azoto dai surnatanti, di Paolo Battistoni 1. Descrizione del processo di rilascio dei nutrienti in impianti convenzionali ed avanzati 1.1. Il rilascio di azoto 1.2. Il rilascio di fosforo Rilascio del fosforo nell'ispessimento (flottazione, centrifugazione) di fanghi di supero biologici Rilascio del fosforo nella digestione anaerobica dei fanghi Rilascio del fosforo in disidratazione fanghi 2. Rimozione del fosforo (stato della ricerca e realizzazioni in piena scala) 2.1. Rimozione del fosforo congiuntamente alla stabilizzazione del fango 2.2. Rimozione del fosforo durante il condizionamento del fango digerito anaerobicamente 2.3. Trattamento dei surnatanti 2.3. l. Precipitazione Cristallizzazione pag. 106» 110» 112» 112» 112» 114» 115» 115» 116» 117» 119» 120» 125» 126» 130» 130» 130» 131» 133» 134» 138» 138» 139» 139» 141» 142» 142 7

7 r '! 3. Rimozione dell'azoto (stato della ricerca e re.ilizzazioni in piena scala) 3.1. Rimozione dell'azoto attraverso equalizzazione ericircolo in testa impianto 3.2. Rimozione dell'azoto per nitrificazione e denitrifo:~azione separata 3.3. Rimozione dell'azoto nel caso di impianti centralizzati di trattamento fanghi 4. Rimozione combinata di azoto e fosforo 5. Considerazioni economiche 5.1. La rimozione del Fosforo 5.2. Nitrificazione e denitrificazione separata 5.3. Impianti di trattamento centralizzato dei fanghi 6. Nomenclatura 7. Bibliografia 6. La progettazione di impianti di depurazione a cicli integrati acque reflue-rifiuti solidi. Analisi tecnico economica, di Paolo Battistoni 1. Premessa 2. Caratteristiche dell'influente 2.1. Indagine nazionale Federgasacqua 2.2. Indagine su impianti marchigiani 2.3. Sintesi delle indagini 3. Gli strumenti di calcolo 3.1. Linea acque 3.2. Linea fanghi 4. Schemi depurativi 4.1. Linea acque 4.2. Linea fanghi 5. Il trattamento a cicli separati 5.1. Volumetrie specifiche totali 5.2. Processo BNR 5.3. Processo C-N 5.4. Effetto del SRT operativo 5.5. Effetto della temperatura 5.6. Conclusioni 6. Integrazione dei cicli acque rifiuti 6.1. Strategia 6.2. Schemi di processo pag. 144» 146» 148» 149» 151» 153» 154» 154» 156» 156» 157» 160» 160» 161» 161» 162» 162» 165» 165» 167» 168» 168» 170» 171» 171» 172» 173» 175» 178» 180» 182» 182» 183 8

8 Processo BNR pag Sistema 40350» Sistemi e 35350» Processo C-N» Sistema 40350» Sistemi e 35350» Effetto della temperatura sull'integrazione dei cicli» Conclusioni» Analisi dei costi» Nomenclatura» Bibliografia» 196 Appendice - L'impianto di Treviso» Premesse al progetto» Descrizione dell'impianto» Simulazione delle rese di funzionamento della linea nuova» Area dimostrativa fermentazione FORSU» Area dimostrativa "Struvite"» Bibliografia» 211 Gli autori» 213 9

9 I trattamenti delle acque reflue dovranno modificare il loro ruolo originario di processi-impianti tesi alla riduzione dell'impatto ambientale delle acque restituite all'ambiente dopo il loro uso, per dare spazio al ruolo di purificazione della risorsa idrica e permetterne il riutilizzo. Ciò, e l'evoluzione della normativa ambientale impongono alle società dei servizi idrici integrati un'attenta attività oltre che nel campo della gestione aziendale, in quello tecnico. Infatti, è soltanto attraverso una profonda conoscenza delle migliori tecnologie disponibili su scala reale che esse potranno fornire con continuità le dovute qualificate risposte ai propri utenti/clienti. Un tale scenario non può certamente essere perseguito adottando semplificazioni del sistema e tantomeno senza una adeguata, profonda revisione dell'odierna ingegneria per l'ambiente. Il presente volume, voluto da Proaqua in attuazione del proprio compito istituzionale di ente di trasferimento, si colloca in questo scenario, rappresentando un esempio di dialogo tra il mondo scientifico accademico e quello delle imprese che si occupano della gestione dell'ambiente in generale e del ciclo dell'acqua in particolare. In esso è illustrato quanto in questi ultimi anni si è fatto entro la logica della premessa a queste parole, a livello di ricerca e sviluppo e senza trascurare l'aspetto operativo, nella direzione tracciata dal legislatore. Sono evidenziati limiti e validità di alcuni approcci, registrati in modo rigoroso dal punto di vista metodologico secondo il linguaggio tipico dell'ingegneria di processo. Il libro affronta gli aspetti fondamentali dell'evoluzione generazionale degli impianti di depurazione, con riferimento alla linea acque e alla linea fanghi, e gli aspetti connessi con l'integrazione del ciclo dell'acqua e dei rifiuti solidi in una logica che guarda al futuro. In maniera innovativa è affrontato altresì il problema dei ricircoli interni e con rigoroso approccio, ma senza perdere di vista l'aspetto applicativo, sono evidenziati i limiti dei processi di rimozione dei nutrienti, attraverso strumenti di calcolo avanzati ed accreditati. L'appendice, non meno importante, illustra una applicazione (prima al mondo) su scala reale dei concetti più avanzati presentati nel libro ' ]lt_uoq l 17,56J cui ISBN Il