National Research Council Water Research Institute QUALIT DELLAMBIENTE
National Research Council Water Research Institute QUALITÀ DELL’AMBIENTE MARINO-COSTIERO E LACUSTRE E RISCHIO SANITARIO Tecnologie per la rimozione ed il controllo degli inquinanti R. Ramadori – Istituto di ricerca sulle Acque CNR
1° FASE OBIETTIVO (fino agli anni ’ 70) RIMOZIONE COD Dopo un primo breve periodo di tentativi con il chimico-fisico e l’anaerobico, si è imposto il processo aerobico a fanghi attivi SP Reattore Biologico aria SS
2°FASE (anni’ 70 ad oggi) Cresce la sensibilità ambientale OBIETTIVO Ø Rimozione COD Ø Rimozione N, P Anche in questa fase il trattamento a fanghi attivi, opportunamente modificato, è stato la soluzione al problema La rimozione del fosforo per via biologica ha però complicato notevolmente gli schemi di trattamento
3° FASE (attuale) OBIETTIVO Ø Rimozione COD Ø Rimozione N Ø Rimozione patogeni Ø Microinquinanti organici ? Crescente preoccupazione sanitaria destano i patogeni e una nuova categoria di inquinanti organici presenti a bassa concentrazione
PRINCIPALI PATOGENI NELLE ACQUE DI SCARICO Batteri Virus Protozoi Campylobacter Escherichia coli Salmonella Yersinia Vibrio Legionella Aeromonas Mycobacterium Shigella Pseudomonas Epatite A Reovirus Calicivirus Enterovirus Coxsackievirus Adenovirus Echovirus Poliovirus Giarda Cryptosporidium Entameoba Microsporidium
PROCESSI DI DISINFEZIONE Ø Cloro e suoi composti Ø Ozono Ø Radiazioni con raggi ultravioletti Ø Acido peracetico Ø Membrane
PRINCIPALI CATEGORIE DI MICROINQUINANTI ORGANICI NEGLI SCARICHI URBANI Ø Ø Ø Glicol-eteri (etilen e propilen glicoli) Ftalati* Nonilfenoli Farmaci e ormoni ^ Prodotti per la cura personale° Detergenti ed addittivi (LAS, NTA, EDTA) * molti di questi composti sono considerati “endocrine disruptors” ^ nicotina, caffeina, derivati dell’estradiolo ° composti terpenici (terpinolo, canfora, 2 -idrossi 4 -metossibenzofenone)
3° FASE (attuale) OBIETTIVO Ø Rimozione COD Ø Rimozione N Ø Rimozione patogeni Ø Microinquinanti organici Il processo biologico dovrà essere integrato da trattamenti chimicofisici ?
REATTORI A MEMBRANA Elevate concentrazioni di biomassa nel reattore (fino a 30 g SS/L) Non necessitano del sedimentatore secondario Bassa produzione di fango biologico Elevate caratteristiche di qualità dell’effluente (specialmente per i SS e i patogeni) Stabilità delle prestazioni che non risentono delle caratteristiche di sedimentabilità del fango e del dilavamento dello stesso in seguito ad aumento del carico idraulico
L’elevata velocità di ricircolazione (3 -6 m/sec) diminuisce il fouling delle membrane Elevati consumi energetici (2 -10 k. Wh/m 3 eff. ) P = 6 Bar
Membrane sommerse P = -0, 2 -0, 6 Bar Consumo energetico 0, 2 -0, 4 k. Wh/m 3 eff. Carichi più bassi
MEMBRANE CAPILLARI diametro 0, 03 -0, 1 mm
Reattore Biologico SP SS aria BILANCIO COD 100* ~70 SP ~ 40 (CO 2) RB+SS ~ 30 (fango primario) *di cui il 30 -35% sedimentabile ~ 30 (fango biologico)
RIPARTIZIONE DEL COD NELLE ACQUE REFLUE IN FUNZIONE DELLE DIMENSIONI DELLE PARTICELLE Dimensioni (mm) COD (% sul totale) Frazione solubile Frazione colloidale Frazione Sovracolloidale Frazione Sedimentabile <0, 08 -1 1 -100 >100 25 15 25 35 Frazione particolata
solubile colloidale sovracolloidale sedimentabile mm 0. 0001 0. 1 batteri e virus 1 10 100 protozoi elminti
RIMOZIONE DEL COD Processo tradizionale Sedimentazione primaria assistita
VANTAGGI DELLA CHIARIFLOCCULAZIONE Ø elevate efficienze di rimozione del carbonio organico particolato, cioè di quella frazione che, per la sua natura fisica, presenta una cinetica di biodegradazione più lenta, migliorando così la funzionalità del reattore biologico a valle della sedimentazione primaria Ø aumenta la resa energetica dell’intero processo se, come accade spesso, la stabilizzazione dei fanghi prodotti avviene per via anaerobica Ø rimuove significativamente composti di futura rilevante preoccupazione ambientale (metalli pesanti, sostanze organiche biopersistenti, patogeni)
“PERDITA” DI NUTRIENTI NEGLI ATTUALI SISTEMI DI DEPURAZIONE ü AZOTO ü FOSFORO ü POTASSIO Per N e K la destinazione finale di queste perdite è il loro accumulo nel mare 20% 5% 90% Le risorse naturali di P e di K sono destinate ad esaurirsi
CICLO DEL CARBONIO riscaldamento del pianeta CICLO DELL’AZOTO fertilizzazione del pianeta • riscaldamento del pianeta • piogge acide • diminuzione dello strato di ozono nella troposfera
RISERVE DI AZOTO 5· 1015 t Øazoto molecolare nella atmosfera (ca. 80%) Øazoto legato alle rocce sedimentarie (ca. 20%)
CICLO DELL’AZOTO: SITUAZIONE PREINDUSTRIALE ATMOSFERA N 2 FISSIONE NATURALE 90 -130· 106 t/y BIOSFERA Composti azotati DENITRIFICAZIONE BIOLOGICA 90 -130· 106 t/y
INTERFERENZA DELL’ATTIVITA’ UMANA SUL CICLO DELL’AZOTO Produzione di fertilizzanti 80 -90· 106 t Incremento della coltivazione di piante leguminose 27 -44· 106 t Combustione del combustibile fossile 30· 106 t TOT 137 -164 · 106 t
A fine anni ‘ 90 la produzione è intorno a 90 milioni di ton. per anno (circa il 30% della fissione naturale) 80 60 4 2 1910 1930 1950 6 8 40 20 1970 1990 Popolazione (miliardi) Produzione (tonnellate 106/anno) PRODUZIONE FERTILIZZANTI AZOTATI
FERTILIZZAZIONE GLOBALE Fissione naturale Fissione industriale N 2 90 -130· 106 t/Y BIOSFERA Composti azotati 137 -164· 106 t/Y Denitrificazione biologica ATMOSFERA Tale sbilanciamento deve essere controllato agendo prevalentemente nella direzione di diminuire la quantità di azoto fissato per sintesi industriale, questo implica: • un uso più corretto di questa risorsa • esplorare tutte le possibilità di riutilizzo
IL PROCESSO BIOLOGICO DI NITRIFICAZIONE/DENITRIFICAZIONE E’ INEFFICIENTE SIA IN TERMINI DI ENERGIA CHE DI UTILIZZO DELLE RISORSE “NON E’ UN PROCESSO SOSTENIBILE”
Acque di pioggia Ricarica delle falde Acque nere Acque grigie Imp. Depurazione (riutilizzo acqua) • Trattam. anaerobico • Compostaggio (riutilizzo nutrienti)
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