Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali

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1 CONVEGNO Il biossido di cloro nella disinfezione delle acque destinate al consumo umano Genova - Centro Convegni IRIDE, 26 ottobre Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali

2 Uso di ClO 2 in Publiacqua SpA ACQUA DISTRIBUITA (161 Mmc) 5% FIUME LAGO POZZO SORGENTE 28% 4% 63% Acqua di origine superficiale: mc 86% classificato A3 (Dlgs. 152/06) Trattata con ClO 2 in almeno una fase del processo

3 Uso di ClO 2 in Publiacqua SpA Produzione di acqua potabile che prevede uso di ClO 2 : origine delle acque 11,0 2,2 7,1 Superficiale A3 Superficiale A2 Superficiale A1 Sotterranea Totale acqua trattata con ClO 2 : mc 79, mc provengono da ANCONELLA E MANTIGNANO

4 EVOLUZIONE DELL'IMPIANTO DELL'ANCONELLA PRIMA DEL 1989 ACQUA GREZZA PREOSSIDAZIONE - IPOCLORITO FLOCCULAZIONE-DECANTAZIONE SCHEMA ACQUA GREZZA PREOSSIDAZIONE - BIOSSIDO DI CLORO Controllo ph (CO 2 ) Dosaggio PAC FLOCCULAZIONE-DECANTAZIONE SCHEMA ATTUALE ACQUA GREZZA PREOSSIDAZIONE BIOSSIDO DI CLORO Dosaggio PAC (discontinuo) FLOCCULAZIONE-DECANTAZIONE ClO 2 /NaClO FILTRAZIONE SU SABBIA ClO2/NaClO (in presenza NH4+) FILTRAZIONE SU SABBIA FILTRAZIONE SU SABBIA OZONAZIONE OZONAZIONE OZONAZIONE H 2 O 2 FILTRAZIONE SU GAC DISINFEZIONE FINALE - BIOSSIDO DI CLORO DISINFEZIONE FINALE - BIOSSIDO DI CLORO DISINFEZIONE FINALE BIOSSIDO DI CLORO

5 Vantaggi nell uso di ClO 2 Effetto della sostituzione dell ipoclorito di Sodio con ClO 2 in preossidazione su THM e AOX Impianto Anconella THMs average values (µg/l) THMs (1989 with NaClO preoxidation) THMs ( with ClO 2 preoxidation) Raw water Preoxidation PAC Floccsedimentation ClO 2 Sand filtrationozonation ClO 2 disinfection disinfection AOX average values (µg/l) AOX (1989 with NaClO preoxidation) AOX (1992 with ClO 2 preoxidation) Raw water Preoxidation PAC Floccsedimentation ClO 2 Sand filtrationozonation ClO 2 disinfection disinfection

6 Clorito in uscita impianto Anconella Clorito Uscita impianto - Anconella Clorito (mg/l) Sicurezza microbiologica sempre garantita

7 Ottimizzazione del dosaggio in preox ed ox intermedia Clorito Uscita filtri a sabbia - Anconella clorito (mg/l) Riduzione di circa il 40% del dosaggio di ClO 2 ossidazione intermedia dal 2000 ad oggi. in preossidazione e

8 Riduzione del clorito con FeCl 2 Reazione di riduzione: 4 Fe 2+ + ClO H + 4 Fe 3+ + Cl H 2 O Precipitato Fe(OH) 3 Rimosso in CFS + filtrazione Dosaggio Stechiometrico Reazione quantitativa e veloce a ph < 8 t c prima dell aggiunta di Fe sufficiente a soddisfare clororichiesta prima disinfezione coadiuvare la chiariflocculazione

9 Riduzione del clorito con FeCl 2 Caso di applicazione: Impianto di potabilizzazione di Figline Valdarno portata media di 100 L/sec ClO 2 Chiariflocculazione Filtrazione su Sabbia Filtri GAC Fiume Arno t.c.: 10 min NaClO ClO 2 FeCl 2 Coagulante Regola dosaggio (cautelativo) = 0.8 *Dosaggio stechiometrico Fe 2+ per evitare sovradosaggi

10 Riduzione del clorito con FeCl 2 Impianto di potabilizzazione di Figline Valdarno ClO2 - (mg/l) Concentrazione ClO 2 PRECLORATA DECANTATA USCITA FILTRI SABBIA nella filiera di trattamento USCITA FILTRI GAC PERIODO A PERIODO B USCITA IMPIANTO Fe 2+ (mg/l) Concentrazione Fe 2+ nella filiera di trattamento DECANTATA USCITA FILTRIUSCITA FILTRI SABBIA GAC USCITA IMPIANTO PERIODO A : prima dell uso di Fe 2+ PERIODO B : dopo l uso di Fe 2+

11 Riduzione del clorito su GAC Meccanismo di rimozione: adsorbimento fisico seguito da riduzione da ClO 2- a Cl - sui siti attivi del GAC Rimozione dipendente da: Tipo di carbone EBCT (Empty Bed Contact Time) Concentrazione del DOC (effetto di competizione) Attività biologica Fonti dei dati: - Impianti pilota - Impianti reali: Impianto Anconella (2500 L/s)

12 Riduzione del clorito su GAC: Tipo di carbone Impianto pilota 100 Rimozione Clorito-DOC (%) Clorito-GAC A Clorito-GAC B DOC-GAC A DOC-GAC B Giorni GAC A: Bituminoso Attivazione fisica GAC B: Torba Attivazione fisica rimozione ClO 2- dipendente dal tipo di GAC (A = 91mg ClO 2- / ggac; B = 119mg ClO 2- / ggac dopo 259 gg). foratura più rapida per DOC

13 Riduzione del clorito su GAC: EBCT Impianto pilota Rimozione Clorito (%) EBCT = 4.2 min EBCT = 7.4 min 20 EBCT = 10.7 min EBCT = 12.4 min Giorni GAC B: Torba Attivazione fisica (analoghi risultati con GAC bituminoso) La rimozione di ClO 2- dipende in modo evidente dall EBCT

14 Riduzione del clorito su GAC: concentrazione del DOC IMPIANTO PILOTA effetto del precaricamento con acqua naturale sulla capacità di rimozione del Clorito (GAC B; EBCT=10 ; 259gg di esercizio) Carbone precaricato 85 mg ClO 2- / ggac Carbone vergine 117 mg ClO 2- / ggac Bassa capacità del carbone precaricato : DOC e anioni già adsorbiti riducono fortemente i siti di reattivi nei confronti del Clorito.

15 Riduzione del clorito su GAC: attività biologica Impianto pilota Rimozione Clorito (%) Temperatura ( C) Giorni Giorni GAC B GAC C GAC D GAC E Biolite L azione biologica si deduce da: - rimozione di ClO 2- su Biolite, che non possiede capacità adsorbente - correlazione fra rimozione e temperatura

16 Riduzione del clorito su GAC: Impianto Anconella Clorito (mg/l) Clorito Uscita impianto - Anconella Inserimento GAC (Aprile 2003) L introduzione del GAC ha provocato una netta riduzione della concentrazione di ClO 2- : 1) Clorito uscita GAC sempre inferiore al l.d.r. ad oggi si stima una capacità di rimozione di ClO 2 - di circa 50 mg / g GAC

17 Riduzione della richiesta di ossidante su GAC: Impianto Anconella 3,5 3 3ppm O3 2ppm GAC 3ppm GAC mg/l ClO 2 residuo 2,5 1, Tempo (min) L introduzione del GAC ha provocato una netta riduzione della concentrazione di ClO 2- : 2) Riduzione della richiesta di ossidante finale. Diminuzione del 30% del dosaggio di ClO 2 e del residuo nell acqua in uscita dall impianto a vantaggio delle caratteristiche organolettiche dell acqua specialmente per le utenze più vicine all impianto

18 Applicazione di miscele ClO 2 /NaClO Ossidazione di parte dei precursori organici dei THMs ad opera di ClO 2 Azione sinergica dei due ossidanti sul substrato ossidabile dell acqua Sperimentazione scala-banco Miscele ClO 2 /NaClO su acqua grezza Fiume Arno Miscela ClO 2 /NaClO su acqua filtrata su GAC Risultati positivi in termini di - Riduzione sottoprodotti - Stabilità del disinfettante in acqua Applicazione su impianto reale Impianto Anconella (2500 L/s) Impianto Mantignano (500 L/s)

19 Applicazione di miscele ClO 2 /NaClO Impianti di potabilizzazione: Anconella Mantignano ClO 2 - (mg/l) ClO 2 - in acqua filtrata a sabbia PERIODO A PERIODO B PERIODO A: ClO 2 - in ogni fase di trattamento NaClO - solo in presenza di Ammonio PERIODO B: Miscele ClO 2 /NaClO - in pre-ossidazione ed in ossidazione intermedia Anconella Mantignano ClO 2 - in disinfezione finale THMs in acqua filtrata a sabbia e finale THMs (mg/l) PERIODO B filtrata a sabbia finale Riduzione della concentrazione di ClO 2- : % Concentrazione di THMs in finale ampiamente entro i limiti Dlgs 31/2001 Anconella Mantignano

20 Applicazione di miscele ClO 2 /NaClO Prove scala-banco Esempio di sinergia degli ossidanti: Effetto sull ossidazione ione NO 2 - Ossidazione con ClO 2 : 2ClO2 NO + + NO2 + H 2O 2ClO2 + 2H ppm NO ppm ClO ppm CLORITO Ossidazione con NaClO: Cl2 NO NO2 + H2O 2Cl + 2H ppm NO ppm Cl ppm Cl - THM CLORITO 1 mg/l IPO 9.2 Nitrito (mg/l) Ossidazione del Nitrito t (min) 1,6 mg/l BIO 1mg/L IPO+ 1,6 mg/l BIO ,6 mg/l ClO 2 1mg/L NaClO + 1,6 mg/l ClO 2 1 mg/l NaClO

21 CONCLUSIONI L uso del ClO 2 è ad oggi insostituibile come agente disinfettante negli impianti che trattano acque superficiali. Il controllo dei DBPs deve passare attraverso un complesso di azioni: Ottimizzazione del dosaggio/generazione Rimozione del clorito (Fe 2+ /GAC) Riduzione della richiesta di ossidante (tecniche tradizionali) Possibile uso congiunto NaClO/ClO 2 Gestione della rete di distribuzione Possibili sviluppi: Ricerca di ossidanti alternativi Tecniche avanzate per la riduzione della richiesta di ossidante (membrane, resine, etc.)

22 Riduzione del clorito su GAC: Impianto Pontassieve (60 L/s) 3 Impianto "Pontassieve" - Clorito Clorito (mg/l) Inserimento GAC (2004) 0 13/02/ /06/ /11/ /03/ /08/2007 Filtrata Sabbia Filtrata GAC Uscita impianto L inserimento del GAC nella filiera di trattamento ha permesso una netta riduzione della concentrazione di ClO2- nell acqua in uscita dall impianto Ad oggi si stima una capacità di rimozione di ClO 2 - di circa 125 mg/ggac

23 Clorito (mg/l) Strategie di controllo dei DBPs del ClO 2 Applicazione di miscele ClO 2 /NaClO DISINFEZIONE FINALE 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 1 ppm ClO 2 1 ppm ClO ppm NaClO 1 ppm ClO ppm NaClO 1 ppm ClO ppm NaClO 1 ppm NaClO RIDUZIONE CLORITO : 20-30% Sperimentazione scala banco su acqua uscita GAC t (min) t (min) Cl2 (mg/l) 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 CLORO RESIDUO: STABILE t (min) 50 RIDUZIONE 40 THM : 50% 30 THM (mg/l)

24 Uso degli di ClO 2 in Publiacqua SpA Acqua di origine superficiale: mc mc provengono da ANCONELLA E MANTIGNANO Consumo dei prodotti chimici: Clorito di sodio 25% Acido cloridrico 33% kg/anno PRODUZIONE MEDIA (considerata una resa di generazione del 90%) kgclo2/anno DOSAGGIO MEDIO SU ANCONELLA E MANTIGNANO: 2.4 mg/l

25 SOMMARIO Uso di ClO 2 : esperienza di Publiacqua SpA Vantaggi con l uso di ClO 2 Svantaggi: problema dei DBPs del ClO 2 Strategie di controllo dei DBPs del ClO 2 Ottimizzazione nel dosaggio di ClO 2 Riduzione del Clorito con FeCl 2 Adsorbimento/riduzione su GAC Rimozione della richiesta di ossidante su GAC Applicazioni di miscele ClO 2 /NaClO

26 Riduzione del clorito con FeCl 2 Impianto di potabilizzazione di Figline Valdarno Parametri microbiologici - Uscita decantatore PERIODO A PERIODO B E. coli Clostr. perf. Coliformi totali Enterococchi (MPN/100 ml) (UFC/100ml) (MPN/100ml) (MPN/100ml) Eliminazione del residuo di ClO 2 dopo 10 min t.c.: non peggiorano i parametri microbiologici Gestione del dosaggio flocculante invariato nei periodi A e B