di Michele Cifalinò

Il trattamento di depurazione degli scarichi urbani o industriali consiste in una successione di più fasi (o processi) durante i quali dall’acqua reflua vengono rimosse le sostanze indesiderate, che vengono poi concentrate sotto forma di fanghi, dando luogo ad uno scarto finale che viene successivamente trattato.
Il ciclo depurativo è costituito da una combinazione di più processi di natura chimica, fisica e biologica: i fanghi provenienti dal ciclo di depurazione sono spesso contaminati con sostanze tossiche e pertanto devono subire anch’essi una serie di trattamenti necessari a renderli idonei allo smaltimento in discariche speciali oppure al riutilizzo in agricoltura così come sono o previo compostaggio.

Esistono tecnologie e criticità diverse a seconda del settore; si possono distinguere reflui urbani ed industriali:

• Reflui urbani: contengono, in concentrazione diversa, le stesse sostanze presenti nei reflui domestici, ma possono presentare una serie di microinquinanti quali gli idrocarburi, i pesticidi, i detergenti, i detriti di gomma ecc. Una delle principali caratteristiche dei reflui urbani è la biodegradabilità, che ne rende possibile la depurazione attraverso trattamenti biologici.
• Reflui industriali: negli impianti di depurazioni tradizionali possono essere trattati solo quei reflui industriali che possono ritenersi assimilabili dal punto di vista qualitativo a quelli domestici. Alcuni scarichi industriali possono contenere sostanze tossiche molto pericolose e richiedono trattamenti particolari.

Le criticità nel trattamento dei fanghi

Nella progettazione e nella gestione di impianti industriali per il trattamento delle acque reflue (urbane o industriali) si sottolineano alcune criticità, che hanno spinto a soluzioni progettuali sempre più efficienti con lo scopo di:

• minimizzare le sostanze inquinanti disperse nell’ambiente (con tecnologie sempre più moderne ed innovative che vanno in direzione di impianti integrati);
• minimizzare la produzione di fanghi (per la difficoltà legata al loro smaltimento e all’impatto ambientale);
• ridurre i costi e gli spazi

Molte di queste criticità sono legate ai fanghi, che, separati dal refluo chiarificato, vengono trattati durante le fasi di sedimentazione previste nella linea acque: lo scopo è quello di eliminare l’elevata quantità di acqua contenuta nei fanghi e di ridurne il volume, nonché di stabilizzare il materiale organico e di distruggere gli organismi patogeni presenti, in modo tale da rendere lo smaltimento finale meno costoso e meno dannoso per l’ambiente.
Vediamo di seguito alcune tecnologie innovative che si sono sviluppate negli ultimi anni per contenere al massimo le emissioni e la produzione di fanghi.

Tecnologie innovative per la depurazione dei reflui: i sistemi ibridi

La limitata efficienza degli impianti di trattamento delle acque reflue convenzionali nella rimozione degli inquinanti emergenti ha da sempre stimolato lo sviluppo di tecnologie alternative di trattamento: è il caso degli impianti ibridi MBR, ovvero dei sistemi di trattamento biologico a biomassa sospesa nei quali invece della classica sedimentazione per gravità è presente un sistema di filtrazione a membrane per la chiarificazione.

Questa tecnologia permette di produrre un refluo di qualità superiore rispetto a quello ottenuto con le tecnologie tradizionali, può essere facilmente affiancata ad altri trattamenti (processi di ossidazione avanzata, carboni attivi, resine a scambio ionico).
Può inoltre essere integrata in un impianto a schema tradizionale, sostituendone la fase di sedimentazione e disinfezione, effettuando un retrofit che consente anche di occupare molto meno spazio.
La combinazione dei sistemi a membrana con i sistemi a biomassa ha l’obiettivo finale di migliorare le prestazioni del sistema nel suo complesso, in termini di rimozione degli inquinanti e di performance idrauliche di filtrazione su membrana.
Tipicamente il processo non richiede stadi di sedimentazione primaria né secondaria e nessun trattamento terziario o di sterilizzazione del permeato. Fondamentale in questo tipo di impianti è la progettazione del sistema di movimentazione del fluido, che grazie ad una pompa centrifuga raggiunge la membrana.

I parametri da tenere in considerazione per garantire efficienza ed affidabilità sono:

• Tasso di carico organico, o rapporto F/M: questo rapporto solitamente indicato come F/M è detto anche “carico di fango”. Un basso valore di F/M (ad es. inferiore a 0,1) favorisce il processo endogeno (cioè minor produzione di fango e un fango più digerito e mineralizzato), mentre un alto valore (ad es. superiore a 1) favorisce quello di sintesi (maggiore produzione di fango e un fango fresco con un elevato contenuto di sostanza organica).
• Tempo di ritenzione idraulica MBR (HRT). Questo è definito come la somma di tutti i volumi del reattore diviso per il flusso influente.
  Gli impianti MBR funzionano efficacemente in un tempo più breve rispetto ai sistemi aerobici convenzionali, dovrebbe variare da 3 a 6 ore (ovvero da 2 a 4 ore nei serbatoi di aerazione più 1 o 2 ore nel serbatoio a membrana), rispetto a circa 4-8 ore con i sistemi a fanghi attivi convenzionali.
• Tempo di ritenzione dei solidi (SRT): è il tempo medio di permanenza dei solidi a fanghi attivi nel sistema. L’SRT dovrebbe variare da 12 a 20 giorni, tenendo conto dell’estremità inferiore a causa della maggiore possibilità di intasamento della membrana associata a valori di SRT inferiori. La concentrazione media di solidi sospesi di liquori misti (MLSS) dovrebbe essere in genere compresa tra 8.000 e 10.000 mg/L.

Un sistema di trattamento acque integrato: il complesso di Lake Charles

Nell’impianto di Lake Charles [2] (Westlake) è stato selezionato un sistema di trattamento delle acque reflue multi- stadio completamente integrato (vedi figura), con l’obiettivo di ottenere un effluente trattato che soddisfi tutte le normative locali. Particolare attenzione è stata rivolta all’abbattimento dei composti oleosi e alla riduzione dei fanghi.
Lo schema a blocchi mostra la successione delle varie fasi: dopo una fase iniziale di equalizzazione è stata selezionata un’unità di flottazione ad azoto disciolto (DNF) come soluzione di pretrattamento per la separazione fra oli e solidi.

La tecnologia MBR integra la separazione dei solidi a membrana con un processo biologico in un bioreattore: in questo modo le particelle solide sospese nei reflui sono trattenute dalla membrana. Dopo l’avvio e la messa in servizio dell’impianto di trattamento delle acque reflue nell’Ottobre 2018, il funzionamento stabile è stato raggiunto a circa due mesi dall’inizio del progetto. I vantaggi ottenuti con questo tipo di soluzione integrata sono stati differenti:

• Bassa sensibilità alle variazioni dell’alimentazione: buona elasticità di funzionamento anche in caso di aumento di torbidità e di solidi sospesi;
• Manutenzione: sostituzione rapida delle membrane per effetto della loro modularità;
• Riduzione della produzione di fango, con ridimensionamento della sezione di ispessimento e disidratazione fango e notevole diminuzione dei costi di smaltimento;
• Miglioramento della qualità dell’effluente: i solidi sospesi non attraversano le membrane, perciò non si verifica trascinamento di fango nell’effluente e di conseguenza vengono più facilmente raggiunti i valori normativi richiesti rispetto ai processi tradizionali;
• Ingombri limitati: lo spazio richiesto è inferiore a quello di un impianto tradizionale, poiché non è necessario un bacino di sedimentazione; la modularità del sistema richiede minimi spazi aggiuntivi nel caso sia richiesto un aumento della portataPer garantire inoltre una gestione ottimale, questi impianti sono totalmente automatizzati mediante l’utilizzo di microprocessore PLC e PC industriale che, oltre a gestire le normali operazioni di routine, è in grado di segnalare eventuali anomalie o guasti e garantire una manutenzione ottimale. Per migliorare l’efficienza esistono anche in commercio software dedicati con funzionalità di monitoraggio remoto, visualizzazione, analisi e raccolta dati. Il sistema può essere implementato rapidamente per connettere una varietà di dispositivi per ridurre i costi, migliorare l’efficienza e il controllo

FONTI:[1] L. García, j.Leyva, S.Ordóñez, “A review of the adsorption-biological hybrid processes for the abatement of emerging pollutants: Removal efficiencies, physicochemical analysis, and economic evaluation”[2] B. Arntsen, “Designing as integrated wastewater-treatment system” Suez Water Technologies & Solutions September 1, 2020