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Trattamento reflui di cantina Claudio Lubello Università di Firenze.

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Presentazione sul tema: "Trattamento reflui di cantina Claudio Lubello Università di Firenze."— Transcript della presentazione:

1 Trattamento reflui di cantina Claudio Lubello Università di Firenze

2  produzione di acque reflue in una cantina vinicola  La produzione di acque reflue cambia molto durante l’arco dell’anno:  circa 1 m 3 di refluo ogni 20 quintali di uva lavorata  volume di refluo pari a volte il volume di vino prodotto  portate maggiori nel periodo della vendemmia (settembre-novembre)  portate minori nel periodo successivo dei travasi (novembre-marzo).  la produzione di acque reflue nel periodo aprile-agosto è pressoché assente Caratteristiche quantitative

3 Caratteristiche qualitative

4  Acque reflue provenienti da 4 cantine della provincia di Trento  confronto con valori di cantine spagnole (Bustamante et al., 2005)  confronto con i valori limite imposti dalla normativa nazionale per lo scarico in fognatura da insediamenti produttivi Contenuto di metalli pesanti

5  Cu e Zn rappresentano i parametri più critici  le concentrazioni di Cu e Zn risultano spesso superiori ai limiti ammessi per lo scarico in fognatura Contenuto di metalli pesanti

6  Alti carichi organici, soprattutto in forma solubile:  estremi valori di pH (80% dei campioni con pH in campo acido)  presenza di metalli pesanti  bassa concentrazione di nutrienti  concentrazione di COD)  il COD solubile rappresenta l’86% del COD totale  concentrazione di SST  si rende sempre necessaria una neutralizzazione del pH prima di uno stadio biologico  N e P costituiscono lo 0.7% e lo 0.1% del COD totale  nel trattamento biologico delle acque di cantina è necessario aggiungere urea e acido fosforico (0.11 g urea/gCOD e g H 3 PO 4 /gCOD)  spesso la concentrazione di Cu e Zn non è compatibile con lo scarico in fognatura o in acque superficiali Caratteristiche salienti

7 Valori misurati nel periodo della vendemmia (settembre-ottobre) Valori misurati nel periodo dei travasi (novembre-marzo) Frazionamento COD acque grezze

8 vendemmia (settembre-ottobre) travasi (novembre-marzo)  Il COD rapidamente biodegradabile (RBCOD) rappresenta il 75.4% del COD totale (media annua).  La frazione di RBCOD è leggermente superiore nel periodo dei travasi (80.7%), rispetto al periodo di vendemmia (71.4%), a causa dello sviluppo dei processi di fermentazione

9 vendemmia (settembre-ottobre) travasi (novembre-marzo)  Il COD lentamente biodegradabile (SBCOD) è pari solo al 3.0% del COD totale (media annua)  il COD solubile non biodegradabile è pari al 12.4% nel periodo di vendemmia e pari al 7.2% nel periodo dei travasi. Tale frazione si ritrova inalterata nell’effluente finale.

10 vendemmia (settembre-ottobre) travasi (novembre-marzo)  La biomassa cellulare (misurata mediante test respirometrico) è decisamente trascurabile (<0.24% del COD totale).  La bassa concentrazione di biomassa batterica nelle acque di cantina può rendere difficoltoso lo start-up di un impianto biologico di trattamento (soprattutto se a biomassa adesa) se non adeguatamente inoculato.

11 4 stoccaggio delle acque reflue presso l’azienda, trasporto e conferimento in un impianto di depurazione adeguato per il trattamento scarico in fognatura delle acque reflue tal quali, se compatibili con la normativa realizzazione di un impianto di pre-trattamento on-site presso l’azienda, prima dello scarico in fognatura, nel caso in cui il refluo tal quale non rispetti le condizioni per lo scarico diretto in fognatura; realizzazione di un trattamento completo on-site presso l’azienda produttrice e scarico in acque superficiali. Alternative di gestione dei reflui

12 stoccaggio delle acque reflue presso l’azienda, trasporto e conferimento in un impianto di depurazione adeguato per il trattamento scarico in fognatura delle acque reflue tal quali, se compatibili con la normativa 1 2  Alternativa 1: costo di trasporto e pagamento per lo smaltimento presso il depuratore in funzione di portata o carico conferito  Alternativa 2: costi per canone di fognatura e canone di depurazione. Alternative di gestione dei reflui

13 4 realizzazione di un impianto di pre-trattamento on-site presso l’azienda, prima dello scarico in fognatura, nel caso in cui il refluo tal quale non rispetti le condizioni per lo scarico diretto in fognatura; 3 realizzazione di un trattamento completo on-site presso l’azienda produttrice e scarico in acque superficiali.  Alternativa 3 e 4: preferite nel caso di cantine di media dimensione o grandi aziende.  Alternativa 3: necessaria quando non sono rispettate le concentrazioni limite di COD, BOD 5, SST e metalli pesanti per lo scarico in fognatura.  Alternativa 4: rimane la soluzione perseguibile nel caso di aziende medio-grandi per le quali le altre soluzioni non sono economicamente vantaggiose. Alternative di gestione dei reflui

14  TRATTAMENTI BIOLOGICI CONVENZIONALI  TRATTAMENTI BIOLOGICI AVANZATI  TRATTAMENTI CHIMICO-FISICI (in genere pre-trattamento prima dello scarico in fognatura) Sistemi di trattamento

15  I sistemi convenzionali per il trattamento delle acque reflue di cantina sono: fanghi attivi, reattori SBR e biodischi  IMPIANTI A FANGHI ATTIVI: la ricorrenza del fenomeno di bulking è un tipico inconveniente nel caso dei fanghi attivi  IMPIANTI SBR : hanno dimostrato buone potenzialità, potendo modificare la lunghezza dei cicli in funzione del carico organico applicato e mantenendo la medesima qualità dell’effluente. Si applicano carichi volumetrici pari a 0.8 kgCOD m -3 d -1 con efficienza di rimozione > 90%.  BIODISCHI : diminuzione delle prestazioni in presenza di picchi di carico, con riduzione dell’ossigeno o eccessiva crescita di biofilm. Trattamenti convenzionali

16  Permettono di superare alcuni dei limiti dei sistemi biologici convenzionali  I sistemi a biofilm si prestano bene grazie alla elevata concentrazione di COD rapidamente biodegradabile  Per i reflui di cantina sono stati proposti: Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) Fixed Bed Biofilm Reactor (FBBR) Sistema anaerobico UASB - UHD  I sistemi MBBR e FBBR offrono diversi vantaggi quali: riduzione di problemi di bulking assenza di controlavaggio grazie all’elevato grado di vuoto facile gestione dei reattori Trattamenti avanzati

17 V=20 m 3 V FBBR =12.5 x 2 m 3 V FBBR =12.5 m 3 V=3 m 3 V=8 m 3  grigliatura (mesh 3 mm)  equalizzazione/omogeneizzazione aerata + neutralizzazione del pH  1 st stadio FBBR (2 reattori in parallelo) seguito da sedimentazione intermedia  2 nd stadio FBBR, seguito da sedimentazione finale  Il fango sedimentato è inviato ad un ispessitore e quindi trasportato in un altro impianto per la disidratazione V=9 m 3 pH neutralization SISTEMA A BIOMASSA ADESA A LETTO FISSO (FIXED BED BIOFILM REACTOR, FBBR). CASO DI STUDIO: cantina vinicola dell’Istituto Agrario di S. Michele

18 I reattori FBBR sono riempiti con elementi plastici (BIO-ECO) Realizzati in polipropilene (densità  1.05 g cm -3 ) Forma pressoché sferica con dimensioni di circa 11 cm Superficie specifica pari a 140 m 2 m -3 Elevato grado di vuoto pari a 95%  Letto del reattore FBBR è sommerso ed aerato  Aerazione mediante piastre Messner  Avendo funzionamento stagionale (settembre-marzo) ed elevato grado di vuoto non richiede controlavaggio CARATTERISTICHE DEL SISTEMA FBBR

19  I reattori FBBR sono realizzati in acciaio e montati su rotaie  possono essere estratti dall’edificio e trasportati temporaneamente (per alcune settimane) presso un altro impianto per l’acclimatazione nel mese di agosto, prima della vendemmia  immediato start-up all’inizio della vendemmia.

20 Carichi di COD totale applicati e rimossi nell’impianto FBBR  Carico medio applicato = 2.4 kgCOD m -3 d -1 (massimo = 8 kgCOD m -3 d -1 )  Efficienza media = 80% (range 67-97%)  Nel 1° stadio avviene la completa rimozione dell’RBCOD (pari al 71-80% del COD totale) Rimozione del COD nel 1° stadio Rimozione del COD nell’impianto completo  Efficienza media = 91%  Conc. media COD infl mgCOD L -1, effl. 212 mg/L  Questo valore rappresenta un limite per il trattamento biologico: nelle acque reflue di cantina è presente una frazione di COD solubile non biodegradabile uguale al 9.8% in media che non può essere rimossa né mediante trattamento biologico né mediante sedimentazione.

21 PRINCIPALI OSSERVAZIONI SUL SISTEMA FBBR  Rapido start-up (circa ore dall’inizio della vendemmia) grazie alla preventiva colonizzazione dei supporti plastici;  I reattori FBBR non richiedono controlavaggio durante il periodo stagionale operativo (Settembre-Marzo). Non si sono riscontrati intasamenti.  L’efficienza di rimozione è stata pari al 90%, che rappresenta un valore limite a causa della frazione solubile non biodegradabile del COD pari a circa il 10% → possono presentarsi difficoltà a rispettare il limite allo scarico pari a 500 mgCOD/L  Vantaggi gestionali:  Semplice gestione  Elevata efficienza anche nel caso di forti fluttuazioni di portata e di carico  Buona sedimentabilità dei fanghi senza problemi di bulking

22  grigliatura  equalizzazione e neutralizzazione del pH  reattore aerobico MBBR  sedimentazione finale SISTEMA A BIOMASSA ADESA A LETTO MOBILE (MOVING BED BIOFILM REACTOR, MBBR). CASO DI STUDIO presso cantina vinicola Rotary, Mezzocorona  Nei reattori MBBR gli elementi plastici sono in sospensione nel bulk liquido realizzando una configurazione a completa miscelazione.  Sono stati impiegati supporti KMT  in polietilene con densità pari a 0.96 g cm -3  dimensioni di 7-10 mm  grado di riempimento = 67%  superficie specifica nel reattore = 300 m 2 m -3 1 cm

23 Carichi di COD totale applicati e rimossi nell’impianto MBBR  carichi volumetrici fino a 9.6 kgCOD m -3 d -1  carichi superficiali fino a 32 gCOD m -2 d -1  efficienza di rimozione del COD = 95% in media (range 85-99%)  concentrazioni medieCOD: infl mg L -1, effl. 105 mg L -1  buona sedimentabilità dei fanghi (SVI < 100 mL gSST -1 ).

24 Reattori anaerobici di tipo UHD (Upflow Hybrid Digester) combinano un reattore UASB con un filtro anaerobico Configurazione dell’impianto: equalizzazione e neutralizzazione del pH reattore anaerobico tipo UHD (altezza pari a 4.5 m): - parte bassa costituita da un letto UASB in cui si svolge gran parte della rimozione del COD - parte alta costituita da un filtro anaerobico con elementi Flocor-R (cilindri in PVC, con superficie specifica = 230 m 2 m -3 ) temperatura di processo = 35°C. tempo di ritenzione nel reattore pari a h. REATTORE ANAROBICO CON CONFIGURAZIONE IBRIDA (UASB + FILTRO ANAEROBICO) CASO DI STUDIO presso cantina vinicola Rotary, Mezzocorona UASB FILTRO ANAEROBICO

25 Performance dell’impianto UHD carichi volumetrici applicati = 6 kgCOD m -3 d -1 in media (range 2-15 kgCOD m -3 d -1 ) efficienza di rimozione del COD > 93% riduzione dell’efficienza in presenza di forti fluttuazioni di carico: necessità di una vasca di omogeneizzazione/equalizzazione a monte del reattore biologico produzione specifica di biogas = 0.5 m 3 kgCOD -1 rimosso. Il reattore UHD, dopo un fermo impianto di 4 mesi (maggio-settembre) ha ristabilito una efficienza di rimozione del COD pari al 96% entro 7 giorni.

26 TRATTAMENTI CHIMICO-FISICI PER LA RIMOZIONE DEI METALLI  In molti casi il trattamento delle acque reflue di cantina si limita alla rimozione della sostanza organica  nel caso di normative molto restrittive per i metalli pesanti le concentrazioni di alcuni metalli, specialmente Cu e Zn, superano i limiti ammessi allo scarico  Per la rimozione dei metalli pesanti si può ricorrere a un pre-trattamento on-site di tipo chimico-fisico, prima dello scarico in fognatura:  Cu < 0.4 mg L -1  Zn < 1.0 mg L -1 Normativa italiana Facile gestione e controllo di processo Flessibilità al variare dei carichi applicati e delle portate Riduzione degli spazi occupati e contenuti costi di realizzazione Costi aggiuntivi per i reattivi e per lo smaltimento dei fanghi


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