Impianti di depurazione delle acque reflue: Cicli di trattamento

Impianti di depurazione delle acque reflue:
Cicli di trattamento “appropriati” e
criteri di dimensionamento
Dr. Ing. Luigi Petta
ENVIS Srl
Via Fanin, 48
40127 Bologna
Tel. 051 4200324
[email protected]
Bologna, SAIE – 16/10/2003
Definizione del ciclo di trattamento
Dati di input
¾ Caratteristiche, quantitative e qualitative, del refluo da trattare
¾ Caratteristiche richieste per l’effluente depurato (Normativa)
Progettazione impianto di depurazione
impianto
Liquame grezzo
Effluente depurato
Fanghi della depurazione
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Requisiti allo scarico
Normativa vigente
• D.Lgs. 152/99 e sue integrazioni (D.Lgs. 258/2002)
(obiettivi qualità corpi idrici, trattamenti appropriati in base alle
utenze da servire)
• Delibera CITAI del 4/2/1977
Regione Emilia-Romagna
• L.R. n.7 del 29/01/1983 e sue integrazioni
• L.R. n. 1053 del 9/6/2003
(criteri applicativi del D.Lgs. 152/99 per i sistemi di trattamento)
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Definizione del ciclo di trattamento
Il Ciclo di trattamento dell’impianto di depurazione è una successione
di più fasi di trattamento che possono essere di tipo fisico, chimico e
biologico.
Tali fasi si caratterizzano secondo due modalità di svolgimento:
•Separazione (di tipo fisico)
•Trasformazione/degradazione (di tipo biologico/chimico)
La definizione del ciclo di trattamento dipenderà dalla natura e dalle
caratteristiche quali-quantitative del liquame.
Pur non essendo possibile generalizzare (data la varietà della
composizione dei liquami, soprattutto industriali) è comunque possibile
individuare due parti (linee) fondamentali del ciclo di trattamento:
• Linea Acque
• Linea Fanghi
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Definizione del ciclo di trattamento
Linea acque
La linea acque consente la rimozione dei composti inquinanti dal
refluo da trattare a fronte di una produzione di fanghi costituiti
dalla frazione sedimentabile.
In particolare la linea acque si articola nelle seguenti fasi:
• Pre-trattamenti e Trattamenti Primari
• Trattamenti Secondari
• Trattamenti Terziari
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Definizione del ciclo di trattamento
Trattamenti secondari
A valle dei trattamenti preliminari e primari sono presenti nel liquame
sostanze inquinanti disciolte o in sospensione (colloidale) per la cui
rimozione si ricorre ai trattamenti secondari, di tipo chimico-fisico o
biologico.
Per liquami urbani, il 70-80% degli inquinanti disciolti sono di natura
organica biodegradabile.
I trattamenti secondari sono finalizzati alla conversione degli inquinanti
biodegradabili disciolti in materiale cellulare sedimentabile.
A valle di tale conversione si richiede una fase di separazione fisica del
materiale cellulare (fango) dall’effluente depurato (sedimentazione
secondaria).
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Definizione del ciclo di trattamento
Trattamenti terziari
A valle dei trattamenti secondari, si hanno i trattamenti terziari le cui
finalità sono la rimozione dei nutrienti (composti del fosforo e
dell’azoto) con l’obiettivo di contenere l’eventuale fenomeno di
eutrofizzazione del corpo idrico ricettore.
I trattamenti terziari sono solitamente di tipo biologico o chimicofisico e possono avvenire contestualmente ai trattamenti secondari.
In alcuni casi sono anche previsti dei Post-trattamenti (di
affinamento) particolarmente spinti finalizzati al riutilizzo dell’acqua (a
scopi irrigui ed in taluni casi idro-potabili).
A seconda dei casi, a valle dell’ultimo trattamento, è prevista una fase
di Disinfezione per abbattere la carica microbica presente
nell’effluente depurato.
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Definizione del ciclo di trattamento
Linea fanghi
La linea fanghi è finalizzata al trattamento dei fanghi di risulta
dalle fasi di trattamento della linea acque (per reflui urbani sono
l’1-2% del refluo trattato).
Tali fanghi sono caratterizzati da un elevata putrescibilità e da un
notevole contenuto d’acqua, per devono essere sottoposti ad una
serie di fasi di trattamento (di tipo fisico, chimico e biologico).
La linea fanghi è solitamente articolata nelle seguenti fasi:
- Digestione finalizzata alla stabilizzazione del fango (esso non
deve essere soggetto ad attività di trasformazione);
- Disidratazione per la riduzione del volume di smaltimento.
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Partizione delle portate di trattamento
Q > 6 x Q24
Q > 3 x Q24
Corpo idrico
Liquame grezzo
Trattamenti
Primari
Trattamenti
Secondari
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Cicli di trattamento “appropriati”
Il D.Lgs. 152/99 definisce come trattamento appropriato il
“trattamento delle acque reflue urbane mediante un sistema di
smaltimento che dopo lo scarico garantisca la conformità dei corpi
idrici ricettori ai relativi obiettivi di qualità”.
Secondo il suddetto decreto, la soluzione depurativa da adottare va
scelta in base ai seguenti fattori:
¾ Dimensione dell’utenza (espressa in AE)
¾ Matrice ambientale di scarico (suolo, sottosuolo, acque dolci
superficiali, acque marino-costiere, acque di transizione, ecc.)
¾ Caratteristiche qualitative del punto di scarico prescelto
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Cicli di trattamento “appropriati”
La dimensione dell’utenza consente di determinare le matrici
ambientali su cui non è consentito lo scarico.
La scelta della matrice ambientale più vantaggiosa dal punto di
vista economico/ambientale andrà effettuata a seguito di un’analisi
delle caratteristiche qualitative del territorio circostante
l’insediamento (per il suolo occorre valutare il rischio di inquinamento
delle falde sotterranee, per i corpi idrici superficiali va considerata il
suo effettivo livello di qualità ambientale).
L’utenza soggetta a trattamento appropriato può essere suddivisa in
tre fasce dimensionali:
• < 50 AE
• Compresa tra 50 e 2.000 AE
• Compresa tra 2.000 e 10.000 AE
in presenza di reflui industriali va sempre rispettata la Tab.3 All.5
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Cicli di trattamento “appropriati”
• Scarichi fino a 50 AE
Tali scarichi sono sempre soggetti a trattamento appropriato. Tra questi
viene contemplato anche lo smaltimento sul suolo in accordo a quanto
previsto dalla Delibera CITAI 4/2/1977 purché non siano presenti componenti
di cui al Par.2.1 dell’All.5.
• Scarichi da 50 a 2.000 AE
Tali scarichi necessitano di trattamento appropriato se recapitano in corpo
idrico superficiale o, se recapitano al suolo, devono rispettare il Par.2.1
dell’All.5 e la Tab.4.
Per la strategia di depurazione più idonea, è opportuno distinguere tra
scarichi inferiori/superiori a 1000 AE quale soglia di applicabilità di
trattamenti estensivi di tipo naturale.
•
Scarichi da 2.000 a 10.000 AE
Tali scarichi necessitano di trattamento appropriato se recapitano in acque
marino-costiere, sono soggetti a trattamento secondario con i limiti della
Tab.1 All.5 se recapitano in acque dolci, devono rispettare il Par.2.1 dell’All.5
e la Tab.4. se desiderano scaricare sul suolo.
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Cicli di trattamento “appropriati”
2
4
6
8
Fossa settica + Pozzo assorbente
Fossa settica + Sub-irrigazione
Fossa settica + Sub-irrigazione fitoprotetta
Fossa settica + Filtro a sabbia + Sub-irrigazione
Fossa settica + Filtro a sabbia + Sub-irr. Fitopr.
Fossa settica + Fitodep. Combinata + Sub-irr..
Fossa settica + Fitodep. Combinata + Sub-irr.
fitopr.
Fossa settica + Sub-irrigazione e drenaggio
Fossa settica + Sub-irrigazione fitopr. E drenaggio
Fossa settica + Trincea drenante
Fossa settica + Fitodepurazione HF
Fossa settica + Fitodepurazione VF
Fossa settica + Stagno
Stagni in serie
Stagno facoltativo + Fitodepurazione
Fossa Imhoff + Fitodepurazione combinata
Fossa tricamerale + Fitodepurazione combinata +
Filtro a sabbia
Stagno anaerobico + Fitodepurazione combinata
Letto ad evapotraspirazione completa
Fossa settica + Filtro a sabbia intermittente
A B C D E F G H I J K
X
X X
X X
X
X
X
X
X
X
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X X
X
X X X
X
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X
X
X
X
X
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X X
X
Cicli di trattamento “appropriati”
Tricamerale + Stagno
Fossa Imhoff + Filtro percolatore
Fossa Imhoff + biodischi
Fossa settica + Impianto aerazione prolungata
Tratt. Primario + Impianto ANOX-OX
Impianto SBR
Chiariflocculazione
Impianto biologico + Fitodepurazione
Impianto biologico + Stagni di finissaggio
Impianto biologico + chiariflocculazione
A B C D E F G H I J K
X
X
X
X
X
X
X
X
X X
X
X
X X
X
X X
X
X
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Cicli di trattamento “appropriati”
Colonna A
Tratt. appr. per scarichi fino a 50 AE su suolo
Colonna B
Tratt. appr. per scarichi fino a 50 AE su suolo a falda vulnerabile
Colonna C
Tratt. appr. per scarichi fino a 50 AE in acque superficiali generiche
Colonna D
Tratt. appr. per scarichi fino a 50 AE in acque di buona o elevata qualità
Colonna E
Tratt. appr. per scarichi da 50 a 500 AE in acque superficiali generiche
Colonna F
Tratt. appr. per scarichi da 50 a 500 AE in acque di elevata qualità o aree
sensibili
Colonna G
Tratt. appr. per scarichi da 500 a 2000 AE in acque superficiali generiche
Colonna H
Tratt. appr. per scarichi da 500 a 2000 AE in acque di elevata qualità o aree
sensibili
Colonna I
Tratt. appr. per scarichi da 2000 a 10000 AE in acque marino-costiere
Colonna J
Tratt. appr. per scarichi fino da 2000 a 10000 AE in acque marino-costiere di
aree sensibili
Colonna K
Trattamenti specifici per scarichi oltre i 50 AE su suolo (Tab.4 All.5)
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Cenni sulle metodologie di dimensionamento
Fosse settiche
Caratteristiche: “rusticità”, semplicità di funzionamento
Costruttivamente sono costituite da una o più vasche disposte in parallelo in cui i
liquami subiscono una fermentazione anaerobica con sedimentazione dei SS.
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Cenni sulle metodologie di dimensionamento
Fosse settiche
Accorgimenti realizzativi
• Presenza di deflettori piani in corrispondenza delle zone di ingresso/uscita
per dissipare la velocità all’ingresso, distribuire uniformemente il flusso liquido,
evitare la fuoriuscita di crosta, schiume e grassi.
• Le vasche possono avere le più svariate forme.
• Compartimentazione in due o più camere (nella prima avviene
sedimentazione, riducendo la fuga dei SS dalla seconda) con V1 = 2/3 VTOT
la
• Pianta rettangolare con 2a < b < 4a e con h compreso tra 1,20 e 1,70 m.
• Ventilazione esterna necessaria per sfiatare CH4 e H2S
• Convogliamento delle sole acque nere
Occorre sempre prevedere una periodica pulizia della fossa per evitare future
ostruzioni
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Cenni sulle metodologie di dimensionamento
Fosse settiche
Criteri di dimensionamento
Norme Francesi (1953)
(viene previsto, per ogni
utente in più, un volume di
300 l)
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Cenni sulle metodologie di dimensionamento
Fosse Imhoff
Caratteristiche: impianti compatti combinati
Costruttivamente sono costituite da una vasca in cui sono nettamente distinti
due comparti uno superiore di sedimentazione, uno inferiore di accumulo e di
digestione anaerobica dei fanghi sedimentati.
I SS sedimentabili precipitano
nel sottostante comparto di
accumulo e di digestione, ove
le sostanze organiche
subiscono una fermentazione
anaerobica, con conseguente
stabilizzazione, che consente
poi ai fanghi di poter essere
sottoposti agevolmente e
senza inconvenienti ai
successivi trattamenti.
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Cenni sulle metodologie di dimensionamento
Fosse Imhoff
Criteri di dimensionamento (applicabilità per > 50 AE)
Popolazione al di sopra di 50 abitanti:
Comparto di sedimentazione
Comparto di digestione
65 l/ab
100 l/ab
Popolazione al di sopra di 300 abitanti:
Comparto di sedimentazione
da 10 a 15 l/ab
Comparto di digestione
da 10 a 15 l/ab
Accorgimenti realizzativi
• Necessaria grigliatura/triturazione a monte (per evitare intasamenti della
fessura di comunicazione tra i due comparti)
• H digestione > 4m
• Franco adeguato (almeno 1m) tra il pelo libero e la sommità delle pareti
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Cenni sulle metodologie di dimensionamento
Sistemi di fitodepurazione
Caratteristiche:
Sistemi costituiti da vasche o canali a bassa profondità (circa 50 cm) al cui
interno sono fatte crescere piante galleggianti oppure radicate emergenti o
sommerse.
Esistono due principali tipologie in base alla tipologia del flusso idrico: Sistemi a
flusso orizzontale (HF) e a flusso verticale (VF)
Le specie vegetate maggiormente impiegate per i processi di fitodepurazione
sono: Scirpus, Phragmites, Typha.
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Cenni sulle metodologie di dimensionamento
Sistemi di fitodepurazione
Accorgimenti realizzativi
• Necessità di un pre-trattamento per evitare possibili intasamenti del mezzo
di supporto da parte di solidi grossolani o sedimentabili: < 100 mgTSS/l e
comunque < 5 gTSS /(m2 g)
• Nel caso di sistemi VF, è opportuno l’impiego di almeno due vasche
disposte in parallelo per garantire continuità di caricamento (in ciascuna
vasca ha carattere discontinuo)
• Il materiale di supporto deve essere caratterizzato da d60/d10 < 5 con d10 >
0,2 mm (sabbia grossolana)
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Cenni sulle metodologie di dimensionamento
Sistemi di fitodepurazione
Criteri di dimensionamento
• Tempo di Ritenzione Idraulica
pari a 4–15 giorni per entrambe le tipologie di sistema
• Carico Idraulico Massimo
40 mm/g per sistemi HF e 80 mm/g per sistemi VF
• Carico Organico Massimo
16 gBOD5/(m2 g) per sistemi HF e 20 gBOD5/(m2 g) per sistemi VF
• Superficie Specifica Minima
5 m2/AE per sistemi HF e 2,5 m2/AE per sistemi VF
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Cenni sulle metodologie di dimensionamento
Sistemi SBR (Sequencing Batch Reactors)
• Sistemi di trattamento biologici operanti a flusso discontinuo
• SBR è costituito da un bacino unico in cui si sviluppano i processi di
ossidazione biologica e di sedimentazione e dal quale si provvede altresì
all’estrazione sia dell’effluente depurato che dei fanghi di supero
• Le diverse fasi di processo si susseguono in sequenza temporale piuttosto
che spaziale il che conferisce flessibilità al sistema
influ e nte
In un impianto SBR si possono
distinguere cinque diverse
fasi di processo:
a lim e n ta z io n e
1.
2.
3.
4.
5.
Alimentazione
Reazione
Sedimentazione
Scarico
Attesa.
a tte s a
re a zio n e
sc a ric o
e fflue nte
sc a ric o
fa ng o
s c a rico
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s e d im e n ta z io n e
Cenni sulle metodologie di dimensionamento
Sistemi SBR
Parametri di riferimento per il dimensionamento
Fill Time Ratio (FTR)
 tf 
 
 tc 
Volumetric Exchange Ratio (VER)
 VF 
 
 VT 
Tempo di detenzione idraulica (HRT)
tc ×VER −1
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Cenni sulle metodologie di dimensionamento
Accorgimenti impiantistici tipici degli SBR
• Necessità di una vasca di equalizzazione a monte del reattore biologico per
la regolarizzazione delle portate influenti.
• Opportunità di realizzare più reattori in parallelo (minimo 2, massimo 4).
• Possibilità per i reattori di una pianta squadarata o circolare.
• Sistemi di miscelazione (Mixer orizzontali fissi a quota costante, Mixer
verticali fissi a quota costante; Mixer galleggianti; Pompe; Areatori
funzionanti ad intermittenza).
• Sistemi di aerazione [Diffusori d’aria; Sistemi a getto d’aria; Aerazione
superficiale; Aeratori sommersi]
• Sistemi di scarico [Stramazzi fissi; Scarichi galleggianti con tubo flessibile;
Scarichi a quota fissa]
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