Trattamenti delle acque Sono dipendenti dalla risorsa e dall’uso finale •Trattamenti per usi municipali •Prive di batteri e con contenuto salino •Per boiler acque non dure •Trattamenti per usi industriali specifici •Trattamenti di acque di scarico per il rilascio ambientale o il riutilizzo Prive di inquinanti ambientali per fauna o flora Non corrosive 1 Trattamento per uso municipale Trattamento base per acque dure contenenti elevate concentrazioni di ferro Aggiunta di calce (CaO2 o Ca(OH)2) Per precipitazione di Ca2+ e Mg2+ Eliminazione di composti volatili (H2S, CO2, CH4, CH3SH, metaboliti di batteri) Ossidazione Fe(II) a Fe (III) insolubile Coagulante (solfati di Fe (III) e Al) aggiunta di elettroliti 2 Rimozione di solidi •La sedimentazione e la filtrazione per eliminare solidi di grandi dimensioni •Griglie di acciaio di 60-70 µm per piccole particelle La coagulazione per precipitare colloidi: •Si usano sali di Fe e Al •Silicati di sodio aiutano la coagulazione Al idrolizza in acqua •Fe (II) solfato deve essere ossidato con O2 a pH>8.5 •Fe (III) anidro meccanismo simile con range di utilizzo tra pH 411 •Gli ioni metallici distruggono i virus presenti •Sono utilizzati elettroliti naturali (amidi, polisaccaridi, materiale proteico) e sintetici (polimeri anionici e cationici) 3 Rimozione dei solidi_2 La coagulazione-filtrazione è un processo più efficiente •Per la filtrazione si utilizzaziono sabbia e carbone •Si usano particelle progressivamente più piccole Es., filtro rapido su sabbia (sabbia più ghiaia), si pulisce in “backflushing” Vasca di sedimentazione 4 Impianti di trattamento chiariflocculatore 5 Trattamento per usi industriali •Può essere usata per raffreddamneto •Acqua usata per boiler (addolcimento ed eliminazione di sotanze corrosive) •Per usi alimentari (priva di patogeni e composti tossici) È importante la sequenza di utilizzo per l’uso razionale (necessità di acque qualitativamente inferiori nel processo) 1. Trattamento esterno (aerazione, chiarificazione e filtrazione) 2. Trattamento interno: •Eliminazione eccesso ossigeno disciolto( idrazina o solfito) •Eliminazione di Ca per durezza (agenti chelanti, fosfato) •Modifica del pH •Disinfezione per uso alimentare 6 Addolcimento dell’acqua_calce soda Metalli rimossi per evitare precipitati con saponi o calcare che limita le prestazioni di boiler Impianti grandi usano il processo calce-soda (Ca(OH)2 + Na2CO3 ) per precipitare Ca (CaCO3) e Mg (Mg(OH)2 Ca presente come bicarbonato→ sola calce Eliminazione di sali Elevato pH e soda→ Aggiunta di sali Conseguenze: soluzione sovrassatura e alto pH →ricarbonatazione I precipitati devono essere rimossi per sedimentazione Il processo è applicato anche a metalli pesanti in acque di scarico che precipitano come idrossidi o coprecipitano 7 Addolcimento dell’acqua_scambiatori Scambiatore cationico Scambiatore anionico Non vengono rimossi tutti gli ioni, solo quelli responsabili della durezza dell’acqua (scambiatore cationici). Si usano gli zeoliti naturali e scambiatori sintetici forti. Svantaggio→ produzione di NaCl Scambiatori deboli si usano per ridurre l’alcalinità Possono essere usati agenti chelanti 8 Rimozione di Metalli Ferro e Manganese Presenti in condizioni riducenti come sali solubili (II) Sono ossidati a Fe (III) e Mn (IV) per aerazione a pH >8.5 (se presenti come carbonati) Si usa cloro o permanganato di potassio Cloro ossida la sostanza organica che complessa i metalli Rame, cadmio, mercurio e piombo sono precipitati come solfuri Altre tecniche usate: •Elettrodeposizione •Osmosi inversa •Scambio ionico •Cementazione •Carbone attivo (drogato con chelanti) 9 Rimozione di sostanza organica Contribuisce alla presenza di sottoprodotti di disinfezione –byproductsLa sostanza organica è costituita di sostanze umiche, detersivi, tannini, composti idrofobici (estraibili in etere), proteine Si usano principalmente filtri a carbone attivo GAC (Granular Activated Carbon) diametro particelle 0.1-1 mm PAC (Powdered Activated Carbon) diametro particelle 50-100 µm 500m2/g •Elevata porosità e sviluppo superficiale •Lavaggio in back-flushing •Rigenerazione a 950°C in vapor acqueo economica (ossidazione di sostanze adsorbite con minime perdite) Si usano anche: •resine sintetiche come l’amberlite XAD-4 (850m2/g) •ossidazione con cloro, ozono , acqua ossigenata, permanganato 10 Rimozione di sostanza inorganica Principalmente nitrati, fosfati e metalli pesanti tramite: •Scambio ionico •Osmosi inversa (membrana di acetato e poliammide di cellulosa) •Elettrodialisi •Microfiltrazione, ultrafiltrazione, nanofiltrazione, dialisi 11 Rimozione di sostanza inorganica Principalmente nitrati, fosfati e metalli pesanti tramite: •Scambio ionico •Osmosi inversa (membrana di acetato e poliammide di cellulosa) •Elettrodialisi •Microfiltrazione, ultrafiltrazione, nanofiltrazione, dialisi 12 Rimozione del fosforo Fosforo è fattore limitante per gli autotrofi –crescita a conc. <0.5 mg/L Presente in acque municipali a livelli di 25 mg/L (ortofosfati, polifosfati e fosfati insolubili) e in forma organica (p.es fosfolipidi) Rimosso per trattamento nei: 1. Bacini primari 2. Camera di aerazione di impianto a fanghi attivi 3. Dopo trattamenti secondari Fosforo è rimosso chimicamente per adsorbimento su allumina attiva o precipitazione Esiste anche un sistema biologico con Phosphorus Accumulating Organisms – (PAOs) 13 Rimozione dell’azoto Presente in acque municipali come ammoniaca o azoto organico Prodotto dai processi di trattamento biologici, forma gassosa, non ossidata •Si può eliminare per “stripping” dall’acqua resa basica a pH>11 •Scambio ionico selettivo •Si può procedere per ossidazione (nitrificazione), aerando i fanghi seguita da denitrificazione 12- 14 Rimozione dell’azoto Presente in acque municipali come ammoniaca o azoto organico Prodotto dai processi di trattamento biologici, forma gassosa, non ossidata •Si può eliminare per “stripping” dall’acqua resa basica a pH>11 •Scambio ionico selettivo •Si può procedere per ossidazione (nitrificazione), aerando i fanghi seguita da denitrificazione 12- 15 Trattamenti reflui Scarichi municipali sono costituiti da reflui domestici e acque di ruscellamento (possono essere contaminate da traffico veicolare) Scarichi industriali possono prevedere un trattamento interno precedente o un trattamento alternativo specifico (per contaminanti refrattari) Le acque di scarico devono essere trattate per una varietà di componenti •Biologici: patogeni e composti con richiesta di ossigeno (BOD) •Solidi: schiume, oli, grassi, materiale in sospensione •Chimici: organici e inorganici I trattamenti si dividono in primari, secondari e terziari e coinvolgono processi biologici Bisogna tenere in considerazione: • Carico idraulico • Carico organico (valutato con BOD) • Carico di nutrienti • Carico di microinquinanti • Parametri chimico fisici ambientali 16 Wastewater Treatment Plants (WWTPs) DL n° 152 del 11/05/1999: Disposizioni sulla tutela delle acque dall'inquinamento e recepimento della Dir 91/271/CEE concernente il trattamento delle acque reflue urbane e della Dir 91/676/CEE relativa alla protezione delle acque dall'inquinamento provocato dai nitrati provenienti da fonti agricole 17 Wastewater Treatment Plants (WWTPs) Trattamento primario Trattamento secondario (fanghi attivi) Trattamento terziario (Contemporaneo o aggiuntivo) Linea dei fanghi 18 Trattamenti primari Rimozione del materiale solido (p.es. sabbie) e insolubile (p.es. oli, schiume) che può limitare l’efficienza del trattamento biologico 1. 2. 3. 4. Grigliatura per rimuovere solidi (Grosse e fini) Grigliatura dissabbiatura (0.2-2 mm) sgrassatura sedimentazione primaria Dissabbiatura per sedimentazione naturale (velocità controllata) Rimozione di oli sulla superficie tramite aria insufflata e scrematura19 Vasca di sedimentazione primaria Negli impianti di trattamento dei reflui ci sono due linee: •Linea delle acque •Linea dei fanghi Rimozione dei solidi decantabili e flottabili •Si aggiungono coagulanti •Tempo di permanenza 1-3 h •I fanghi vengono raschiati dal fondo e trasportati verso i successivi trattamenti •Si valuta efficienza attraverso misura di BOD (p.es. ridotto a 1/3) 20 Trattamento secondario Si utilizzano microorganismi per degradare la sostanza organica> diminuzione del BOD Ci sono diversi tipi di processo, a film biologico fissato o fanghi attivi: Conoscere la sorgente (p.es. Me tossici) •Filtri percolatori senza bisogno di aerazione •Biodischi (Dischi di plastica immersi nel liquame su asta rotante) •Vasche a fanghi attivi 21 Vasca a fanghi attivi È un meccanismo naturale controllato, con alta densità di popolazione batterica aerobica Si formano fiocchi di batteri poi eliminabili per sedimentazione Abbattimento del BOD Ossidazione del materiale organico Sintesi nella biomassa (60%) (produzione di CO2 ) (N, P incorporati) Nelle vasche di aerazione si procede alla nitrificazione Se segue la denitrificazione può Nitrosomonas esserci il bulking Nitrobacter I fanghi sono parzialmente ri-immessi nel sistema dopo un’acclimatazione 22 Trattamenti terziari Si usano per abbattere: •Solidi sospesi (filtri a sabbia, chiariflocculazione) •Organici disciolti (p.es su Carbone attivo) •Inorganici disciolti (denitrificazione, defosfatazione) •Batteri (Disinfezione) Biologica in ambiente anaerobo (Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas denitrifcans, Paracoccus denitrificans, Thiobacillus denitrifcans) 23 Smaltimento dei fanghi Presenti nelle acque di scarico come fanghi organici (da impianti a fanghi attivi) e inorganici (da trattamenti chimici per la rimozione di elementi indesiderati). La fase più importante è la riduzione del liquido del fango I diversi tipi di fanghi sono: •Fanghi primari •Fanghi secondari (biologici) •Fanghi chimici I processi principali sono : •Ispessimento •Condizionamento •Stabilizzazione biologica •Disitratazione 24 Smaltimento dei fanghi_2 •Ispessimento (per gravità, flottazione, centrifugazione) •Condizionamento Condizionato e compresso per gravità o con sali, calce e polimeri o termicamente •Trattamento biologico: Digestione aerobica Digestione anaerobica Azione batterica che riduce massa e volume, abbattendo i patogeni Si può ottenere biogas •Disidratazione Naturale: su letti essiccanti di sabbia e ghiaia Meccanica: filtrazione (filtropressatura, nastropressatura, filtrazione sottovuoto) e centrifugazione Può eventualmente seguire essiccamento o incenerimento Lo smaltimento prevede: •Incenerimento •Sversamento in oceani •Interramento (discariche) •Riutilizzo in agricoltura Controindicazioni: •Metalli pesanti •Patogeni •Elementi nutritivi 25 Smaltimento dei fanghi_3 Smaltimento anche delle acque laterali dei fanghi che vengono riimmesse nelle condotte con aumento del BOD e solidi sospesi Per abbattere i patogeni si usa la digestione aerobica, l’essiccamento con aria, compostaggio, calce 26 Rapporto ispettivo 27 WWTPs 28