MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO SCUOLA DI INGEGNERIA

Schematizzando il processo di evoluzione degli obiettivi di qualità: • Rimozione materiali sospesi e

Evoluzione degli obiettivi dei trattamenti biologici delle acque reflue Trattamenti convenzionali Rimozione di C,

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MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” Introduzione al modulo: Depurazione delle Acque Prof. Paolo Pavan Università di Venezia – Ca’Foscari Dipartime nto di Scienze Ambientali, Informatica e Statistica

MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” 1900 - 1970 n Dal 1900 ai primi anni ’ 50 gli obiettivi del trattamento delle acque reflue erano primariamente rivolti alla soluzione di problemi estetici ed igienici: n n n Rimozione dei materiali sospesi e flottanti; Eliminazione degli organismi patogeni Dal 1950 agli anni ’ 60 gli obiettivi vengono implementati con una maggior attenzione all’ambiente, talvolta prevedendo la rimozione delle sostanze biodegradabili n n SI SEPARAVANO DUE FLUSSI, UNO LIQUIDO ED UNO SOLIDO Il trattamento dei fanghi di supero veniva effettuato principalmente tramite aerazione prolungata e in letti di essiccamento

MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” 1970 - 1980 n Dai primi anni ’ 70 gli obiettivi precedentemente perseguiti continuano ad essere validi ma ad un livello superiore, ponendo l’attenzione ai: n n n Ad essi si aggiungono, per quanto riguarda le acque interne, anche i nutrienti: n n n Materiali colloidali Domanda biologica di ossigeno (BOD) Solidi sospesi totali (TSS) Organismi patogeni Azoto Fosforo I fanghi di supero venivano sottoposti a stabilizzazione aerobica o anaerobica in relazione alla taglia degli impianti, e quindi a disidratazione meccanica e smaltimento tramite: n n n Compostaggio Uso in agricoltura Discarica (a seconda del contenuto di inquinanti)

MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” Dal 1980 in poi n Gli obiettivi di miglioramento della qualità delle acque sono andati sviluppandosi progressivamente n L’enfasi si sposta verso l’identificazione e la rimozione di costituenti che possono avere effetti a lungo termine sulla salute umana e sull’ambiente n n Di conseguenza, mentre i primi obiettivi del trattamento delle acque rimangono validi, aumenta significativamente il grado richiesto di trattamento implicando l’aggiunta di elevati obiettivi di qualità Attualmente la tendenza per il trattamento dei fanghi di supero vede nella codigestione una valida soluzione

Schematizzando il processo di evoluzione degli obiettivi di qualità: • Rimozione materiali sospesi e flottanti • Eliminazione organismi patogeni 1900 • Rimozione materiali sospesi e flottanti • Eliminazione organismi patogeni • Trattamento sostanze organiche biodegradabili • Rimozione dell’azoto • Rimozione del fosforo • Rimozione dei microinquinanti oggi

Evoluzione degli obiettivi dei trattamenti biologici delle acque reflue Trattamenti convenzionali Rimozione di C, N, P Trattamenti avanzati Rimozione di microinquinanti

MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” Metodi di trattamento n I metodi di trattamento nei quali la rimozione dei contaminanti è condotta tramite meccanismi fisici, chimici o biologici vengono definiti come operazioni unitarie: n n Fisiche Chimiche Biologiche Le operazioni unitarie sono in genere associate in filiere di processo per dar luogo a vari livelli di trattamento quali: n n n Preliminare Primario avanzato Secondario avanzato (rimozione dei nutrienti) Terziario (riutilizzo; controllo dei microinquinanti)

MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” Processi biologici di trattamento in relazione agli obiettivi: n Linea acque: n n n Processi per la rimozione biologica del solo carbonio e parziale nitrificazione Processi per la rimozione biologica di carbonio e azoto Processi per la rimozione biologica dei nutrienti (BNR) Processi per la rimozione biologica dei microinquinanti (organici e inorganici) Linea fanghi: n n Digestione aerobica Compostaggio Digestione anaerobica Approccio combinato (digestione anaerobica + compostaggio)

MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” Processi di rimozione biologica del solo carbonio e parziale nitrificazione n Processi di trattamento a biomassa sospesa: n n n Processi a fanghi attivi Lagune aerate SBR (Sequencing Batch Reactor) Processi di digestione aerobica Processi di trattamento a biomassa adesa n Filtri percolatori

Plug - flow convenzionale e CSTR

MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” Oxidation ditch

Sequencing batch reactor e stabilizzatore per contatto

MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” Processi per la rimozione biologica di nutrienti (CN; BNR) n n La rimozione biologica dei nutrienti sfrutta l'azione combinata di numerose specie batteriche Esse, nello svolgimento delle proprie funzioni cellulari, utilizzano carbonio, azoto e fosforo o come fonte di energia e come substrati per la formazione di nuove unità cellulari, ottenendo il risultato di sottrarli dalle acque.

MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” Rimozione combinata di carbonio e azoto n Processi aerobici/anossici (post-denitrificazione) n Processi anossici/aerobici (pre-denitrificazione) n Processi a nitrificazione/denitrificazione simultanea

MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” Rimozione combinata di azoto e fosforo n I processi più noti sono: n n n Phoredox 3 o A 2 O Processo Johannesburg Bardenpho 5 o Phoredox 5 UCT modificato Cicli alternati in reattore unico

MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” Nuovi sviluppi n Processi per l’abbattimento di microinquinanti: n n n Organici Inorganici Retrofitting ed upgrading di impianti esistenti n Tra le tecnologie emergenti che potranno essere applicate in impianti nuovi o nell’upgrading di impianti esistenti troviamo: n n Separatori a vortice Chiarificatori “high-rate” Bioreattori a membrana Radiazioni UV

MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” Sviluppi futuri nel trattamento delle acque reflue n Negli Stati Uniti la capacità totale di trattamento è destinata ad aumentare del 15% nei prossimi 20 -30 anni n Durante questo periodo saranno costruiti approssimativamente 2. 300 nuovi impianti n Ci si attende una capacità di progetto per impianti con trattamenti superiori al secondario in crescita del 40%

MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” La depurazione delle acque reflue urbane in Italia (indagine ISTAT – 1999) n Gli impianti di depurazione delle acque reflue urbane presenti complessivamente in Italia sono 15. 162 n L’indagine ha rilevato informazioni su 12. 468 impianti (83%) n Comuni italiani che dispongono di una rete fognaria delle acque reflue urbane: 7. 988 (99%): n n Il 48% depura completamente tutte le acque reflue convogliate Il 39% ne depura solo una parte Il 13% scarica le acque reflue non trattate in un corpo idrico In tutti i comuni con più di 80. 000 abitanti i reflui vengono trattati in modo completo o parziale

MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” Gli impianti di depurazione osservati n Dei 12. 468 impianti: n n n 12. 065 sono esistenti (95% in esercizio) 403 sono in corso di realizzazione Il maggior numero di impianti di depurazione in esercizio si trova nel Nord-ovest (4. 329), mentre nel Meridione sono oltre il 10% quelli non in esercizio (234) e il 7% quelli in corso di realizzazione (152)

MASTER INTERUNIVERSITARIO DI SECONDO LIVELLO: “SCUOLA DI INGEGNERIA CHIMICA AMBIENTALE - GESTIONE E TRATTAMENTI INDUSTRIALI DELLE ACQUE E BIOTECNOLOGIE DELLE RISORSE RINNOVABILI” Impianti di depurazione delle acque reflue urbane in esercizio e abitanti equivalenti serviti (AE) effettivi per tipologia di trattamento (Istat, 1999) Tipologia di trattamento Impianti Numero AE effettivi % Numero % Primario 5. 839 51 4. 540. 762 7 Secondario 4. 855 42 37. 308. 048 58 815 7 22. 186. 696 35 11. 509 100 64. 035. 506 100 Terziario Totale