DEPURATORE DELLE ACQUE Liceo “Sereni” Laveno Mombello Classe 5A.

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1 DEPURATORE DELLE ACQUE Liceo “Sereni” Laveno Mombello Classe 5A

2 CHE COSA S’INTENDE PER ACQUE REFLUE?  Sono tutte quelle acque la cui qualità è stata pregiudicata dall‘azione antropica dopo il loro utilizzo in attività domestiche, industriali e agricole, diventando quindi inidonee ad un loro uso diretto.‘  In base alla loro origine sono contaminate da diverse sostanze organiche ed inorganiche pericolose per la salute e per l'ambiente. Il tenore di sostanze organiche biodegradabili viene comunemente misurato come BOD o COD.

3 Inquinamento fisico Può essere di tipo termico o radioattivo, collegato, ad esempio, ad acque reflue da centrali termoelettriche o nucleari, ma anche connesso allo scarico nei corpi idrici di solidi grossolani e acque di lavaggio che immettono ghiaie o fanghi, con aumento della torbidità e diminuzione della quantità di luce a disposizione degli organismi fotosintetici.

4 Inquinamento chimico È molto ampio e giunge alle acque da scarichi urbani, agricoli e industriali. Un gruppo particolare d’inquinamenti, presenti nei diversi reflui, sono i composti dell’azoto e del fosforo, in particolare nitrati e fosfati, che essendo dei nutrienti per la componente fotosintetica delle acque ne possono favorire una crescita eccessiva, con conseguenze negative per gli altri organismi. Un ulteriore inquinamento chimico delle acque è determinato dal fenomeno delle piogge acide.

5 Inquinamento biologico È connesso alla presenza di microrganismi patogeni a diffusione oro-fecale, provenienti da scarichi urbani e agricoli, e allo sviluppo di specie che alterano le condizioni dell’ecosistema, come la fioritura algale che conferiscono colorazioni e torbidità alle acque oltre a problemi di deossigenazione e di tossicità.

6 Le acque reflue quindi non possono essere immesse direttamente nell'ambiente perchè i recapiti finali come il terreno, il mare, i fiumi ed i laghi non sono in grado di ricevere una quantità di sostanze inquinanti superiore alla propria capacità autodepurativa senza vedere compromessi i normali equilibri dell´ecosistema..

7 pH Temperatura Residuo fisso Conducibilità elettrica BOD, COD Durezza(Ca 2 ⁺ e Mg 2 ⁺) Cloruri Metalli pesanti(Pb, Zn, Hg, Cd…….) NO₂⁻, NO₃⁻, SO₄ 2 ⁻ e PO₄ 3 ⁻ Solidi sospesi totali(SST) Gas disciolti

8 BOD = Byological Oxygen Demand (richiesta di ossigeno biologico) COD = Chemical Oxygen Demand (richiesta di ossigeno chimico)

9 Il BOD rappresenta la quantità di ossigeno necessaria ai batteri per ossidare sostanze organiche presenti nell’acqua. Il COD rappresenta la quantità di ossidante chimico, necessario per degradare tutte le sostanze organiche e inorganiche, biodegradabili e non, presenti nel campione d’acqua. BOD e COD sono parametri analitici. E’ importante sottolineare che il BOD è un sottoinsieme del COD,infatti tutte le sostanze organiche vengono ossidate da ossidanti chimici ma solo alcune di esse sono biodegradabili (BOD<COD). Più il BOD è vicino al COD più le acque sono potabilizzabili dai batteri.

10 Uno dei metodi utilizzati per misurare il BOD è il METODO RESPIROMETRICO. Il campione viene inserito in un contenitore dotato di manometro differenziale e sigillato ermeticamente per evitare scambi di O 2. Nel corso della degradazione biologica del contenuto organico si ha consumo di O 2, e ciò genera una depressione nel gas, misurata dal manometro. Se preventivamente tarato, il manometro restituisce immediatamente il valore di BOD del campione. In questo test è presente un'interferenza legata alla produzione di anidride carbonica; viene quindi aggiunta alla fase gassosa della potassa caustica che sottrae chimicamente la CO 2. I risultati di questo esame sono attendibili dopo 5 giorni di esperimento.

11 Il metodo di misura del COD, che consiste in una retrotitolazione, si basa sull‘ossidazione delle sostanze organiche ed inorganiche, presenti in un campione d'acqua, mediante una soluzione di dicromato di potassio in presenza di acido solforico concentrato e di solfato di argento, come catalizzatore dell'ossidazione. L'eccesso di dicromato viene successivamente titolato con una soluzione a concentrazione nota di solfato di ammonio e ferro II. La concentrazione delle sostanze organiche ed inorganiche ossidabili è proporzionale alla quantità di dicromato di potassio consumato. È consigliabile che l'analisi venga fatta il più presto possibile dopo il campionamento. Se il campione non può essere analizzato subito dopo il prelievo, al fine di evitare eventuali perdite conseguenti ad ossidazione biologica delle sostanze organiche, questi deve essere preservato per acidificazione fino a pH 1-2 con acido solforico.

12 Protezione e gestione delle acque (direttiva quadro sulle acque) L'Unione europea (UE) ha definito un quadro comunitario per la protezione e la gestione dell’acqua. Gli Stati membri devono identificare e analizzare le acque europee, classificate per bacino e per distretto idrografico di appartenenza e, successivamente, adottare piani di gestione e programmi di misure adattati a ciascun corpo idrico. DIRETTIVA QUADRO DELLE ACQUE Direttiva 2000/60/CE del Parlamento europeo e del Consiglio, del 23 ottobre 2000, che istituisce un quadro per l'azione comunitaria in materia di acque. Essa è nota anche come Direttiva Quadro sulle Acque (WFD).2000/60/CE IN ITALIA Le indicazioni della direttiva della CE sono state recepite dalla legislazione italiana in più atti e in particolare nei D.Lgs 152/2006 e 219/2010 e nel D.M.260/2010. Il territorio italiano è stato suddiviso in 8 distretti idrografici. Rientrano nei piani di gestione i PIANI DI TUTELA DELLE ACQUE (D.Lgs 152/1999).

13 SUDDIVISIONE DEL TERRITORIO ITALIANO IN BACINI IDROGRAFICI NORD ITALIA: -Padano -Alpi orientali -Serchio CENTRO ITALIA: -Appennino settentrionale -Appennino Centrale SUD ITALIA: -Appennino Meridionale ISOLE D’ITALIA: -Sicilia -Sardegna

14 UTILITA’ E SCOPO DELLA SUDDIVISIONE I distretti idrografici, aree di terra e di mare che comprendono uno o più bacini idrografici e le rispettiva acque sotterranee e costiere. Per ogni distretto deve esserci un piano di gestione che, tenuto conto delle caratteristiche del distretto dell’impianto delle attività umane e dell’analisi dell’economia dell’utilizzo idrico, preveda le misure da attuare per raggiungere il buono stato delle acque.  Il depuratore di Laveno opera nel distretto Padano bacino regionale

15 ENTRATA IN FUNZIONE: 1997 PROPRIETA’: Società per il risanamento e la salvaguardia dei bacini della sponda orientale del Verbano s.p.a. COMUNI SERVITI: Laveno Mombello, Cittiglio, Brenta e Gemonio POTENZIALITA’: 30000 abitanti equivalenti PORTATA MEDIA IN INGRESSO: 12500 metri cubi /giorno CARICO MEDIO TRATTATO: 1600 Kg COD/ giorno FANGO SMALTITO: 637900 Kg/anno

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17 17 SCHEMA A BLOCCHI DEGLI IMPIANTI DI DEPURAZIONE A FANGHI ATTIVI DI ACQUE REFLUE CIVILI Il processo è costituito da una successione di trattamenti, ognuno dei quali ha lo scopo di rimuovere una determinata frazione di sostanze inquinanti. SEDIMENTAZIONE SECONDARIA AREAZIONE OSSIDATIVA SEDIMENTAZIONE PRIMARIA EVENTUALE CLORAZIONE POST ISPESSIMENTO DIGESTIONE PRE ISPESSIMENTO DISIDRATAZIONE MECCANICA RICICLO FANGHI FANGHI DI SUPERO Letti di essiccamento DESABBIAMENTO GRIGLIATURA DISOLEAZIONE REFLUI DA DEPURARE Effluente depurato

18 I Trattamenti di depurazione  Trattamenti primari ( fisici ) : grigliatura, la sabbiatura, la disoleatura, la sedimentazione primaria;  Trattameneti secondari (biologici) : sfruttano processoi di tipo biologico utilizzato per la rimozione delle sostanze organiche ( ossidazione biologica ad opera di fanghi attivi)  Trattamenti terziari (chimici) : sono tutti quei trattamenti,realizzati a monte o a valle dell'ossidazione biologica, che permettono utilizzando opportuni reagenti chimici di ottenere un ulteriore affinamento del grado di depurazione.

19 Trattamenti primari I reflui giunti al depuratore vengono sottoposti a trattamenti preliminari aventi lo scopo di eliminare parti grossolane abrasive,oleose etc, che non possono essere ammesse ai trattamenti successivi. Essi sono: GRIGLIATURA DISSABBIATURA DISOLEATURA

20 GRIGLIATURA Nei liquami si trovano corpi grossolani di ogni genere che è necessario allontanare allo scopo di evitare di introdurli negli impianti, evitando danni alle successive fasi di trattamento. Negli impianti, la raccolta del materiale grigliato è spesso eseguita manualmente, dato che una meccanizzazione comporta sempre un onere di costo non indifferente. Il materiale grigliato viene raccolto in appositi contenitori che vanno dai normali sacchi ai container. Impianto di Laveno (Va)

21 DISSABBIATURA La presenza nelle acque di rifiuto di sabbia può comportare notevoli inconvenienti nell’impianto di depurazione o,in tutti i sistemi di smaltimento delle acque di rifiuto in cui sono presenti tubazioni e macchinari che possono essere erosi o intasati nonché vasche che possono venire riempite da materiale inerte. Assieme alle sabbie vengono eliminate tutte quelle particelle e corpi che hanno caratteristiche di peso specifico e idrodinamiche analoghe a quello delle sabbie. Impianto di Laveno (Va)

22 DISOLEATURA Questo trattamento si rende necessario laddove gli scarichi provenienti al depuratore contengono elevate concentrazione di oli e grassi. Il loro abbattimento si rende necessario al fine di evitare gravi inconvenienti in tutte le varie fasi di trattamento biologico aerobico, con relativa diminuzione del rendimento depurativo dell’ impianto. In particolare, oli e grassi, aderendo ai fiocchi di fango, ostacolano la sedimentazione del fango nonché l’assorbimento nutritivo e gli scambi di ossigeno.

23 SEDIMENTAZIONE PER GRAVITA’ E’ un metodo meccanico di separazione delle fasi che compongono un‘emulsione o una sospensione basato sul processo della sedimentazione spontanea (o decantazione).. Si esegue generalmente utilizzando vasche circolari a flusso verticale

24 Vasche circolari a flusso verticale Sezione di una vasca circolare a flusso verticale con fondo conico.

25 SEDIMENTAZIONE Primaria Impianto di Laveno (Va) Sono presenti 3 vasche di sedimentazione in corrispondenza delle due linee dell’impianto attive subito dopo le vasche di ossidazione. Vengono separati i fanghi che vengono, dopo essiccazione e ispessimento, portati ad altri impianti. L’acqua priva di sedimenti viene poi sottoposta a sterilizzazione prima della sua uscita dall’impianto

26 OSSIDAZIONE BIOLOGICA Uso dei fanghi attivi : è il sistema più diffuso del trattamento dei reflui. Si svolge in vasche di areazione in cui viene convogliato il liquame che ha subito la sedimentazione primaria e in cui l’ossigenazione puo essere ottenuta mediante l’agitazione meccanica della massa d’acqua o per insufflazione d’aria compressa dal fondo della vasca.

27 Uso dei fanghi attivi Il processo a fanghi attivi è il sistema più diffuso del trattamento dei reflui. Si svolge in vasche di areazione in cui viene convogliato il liquame che ha subito la sedimentazione primaria e in cui l’ossigenazione puo essere ottenuta mediante l’agitazione meccanica della massa d’acqua o per insufflazione d’aria compressa dal fondo della vasca

28 Composizione dei fanghi attivi Decompositori: Sono responsabili della degradazione delle sostanze inquinanti nei reflui: batteri, funghi, protozoi. metazoi microscopici. I batteri possono essere agglomerati in fiocchi di fango oppure liberi nel liquidoi nterflocculare. Esistono inoltre batteri, denominati batteri filamentosi, le cui cellule rimanendo vicine dopo la divisione cellulare, danno luogo alla formazione di una catena ofilamento. Tra i microrganismi filamentosi dei fanghi attivi si possono trovare anche funghi e attiomiceti. Consumatori: Utilizzano batteri e altre cellule microbiche come substrati.Questo gruppo appartiene alla microfauna del fango attivo ed è costituito da protozoifagotrofici (flagellati eterotrofi, ciliati, rizopodi) e metazoi microscopici. I microrganismi dei fanghi attivi si possono dividere in due gruppi principali:

29 Ruolo dei fanghi attivi Il ruolo di questa biomassa (presente soprattutto sotto forma di fiocchi sedimentabili costituiti da materia organica e dalle colonie di batteri che di essa si nutrono) nel processo depurativo è quello di utilizzare le sostanze organiche biodegradabili presenti nel refluo, degradandole a composti più piccoli e meno pericolosi che in parte vengono utilizzati dai microrganismi stessi per il proprio nutrimento e la riproduzione. C 5 H 7 O 2 N (sostanze organiche) +O 2 --> NH 3 (ammoniaca) + CO 2 + H 2 O NH 3 (ammoniaca) + O 2 --> NO 2 - (nitriti) + H 2 O NO 2 (nitriti) + O 2 --> NO 3 - (nitrati)

30 I rischi di questa tecnica Gli impianti a fango possono portare ad uncomportamento patologico dei fanghi: Crescita dispersa: i batteri non aderiscono più gli uni agli altri e la bioflocculazione è impedita; Bulking viscoso: i batteri producono elevate quantità di materiale extracellulare e danno origine a fiocchi che trattengono l’acqua Fiocchi pinpoint: i fiocchi sono di dimensioni molto ridotte e producono un effluente morbido; Rising: risalita e galleggiamento del fango dovuto alla Foaming: schiume biologiche che si formano sia sulla superficie del sedimentatore sia nei bacini di aerazione. Foaming

31 ABBATTIMENTO DELL’AZOTO TOTALE L’azoto nelle acque di scarico può essere presente in diverse forme: Azoto organico Azoto ammoniacale Azoto nitroso Azoto nitrico L’eliminazione dei composti azotati dai reflui avviene mediante una serie di reazioni ad opera di microrganismi che formano i fanghi attivi ; tali reazione avvengono in vasche di denitrificazione. Nel depuratore di Laveno abbiamo due vasche di denitrificazione.

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33 Nitrificazione La nitrificazione avviene principalmente nelle vasche di aereazione in presenza di ossigeno e consiste nell’ossidazione biologica dello ione ammonio NH₄⁺a NO⁻₂ e di NO₂⁻ a NO₃⁻. 1. si ha nitrosazione ad opera di Nitrosomonas sp. che può ossidare l’ammonio a nitrito NH₄⁺ + 3/2O₂  NO₂⁻ + 2H⁺ + H₂O 2. Segue la nitrificazione ad opera di Nitrobacter sp. che ossida il nitrito a nitrato NO₂⁻ +1/2O₂  NO₃⁻ La velocità di nitrificazione dipende dall’ossigeno sciolto.La temperatura ottimale della nitrificazione varia tra 25-32°C.

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36 SEDIMENTAZIONE SECONDARIA Formazione fanghi che si possono riutilizzare nella vasca di ossidazione biologica. Fanghi di supero, che vengono trattati per lo smaltimento in discarica o il riutilizzo in agricoltura. Il liquame depurato subisce trattamenti terziari

37 TRATTAMENTI TERZIARI I trattamenti terziari, conosciuti anche come trattamenti chimici, sono trattamenti che coinvolgono l’acqua proveniente dai trattamenti secondari, dal momenti in cui, prima di essere scaricati in natura, dove,per rispettare i limiti normativi, devono subire ulteriori trattamenti per la disinfezione da organi patogeni, da ioni disciolti o solidi sospesi.

38 I principali trattamenti terziari sono:  Adsorbimento  Neutralizzazione  Addolcimento per precipitazione  Chiarificazione e coagulazione (flocculazione)  Clorazione e sterilizzazione

39 TRATTAMENTI TERZIARI I trattamenti terziari presenti nell’impianto di depurazione lavenese sono:  DEFOSFATAZIONE  DISINFEZIONE MEDIANTE CLORAZIONE

40 DEFOSFATAZIONE Impianto di Laveno (Va) Il processo di defosfatazione consiste nella rimozione del fosforo inorganico sotto forma di fosfati (PO 4 -3 ), formatosi in seguito all’ossidazione batterica, tramite precipitazione chimica. Rientra in una delle applicazioni della chiariflocculazione. Attraverso l'utilizzo di cloruro ferrico (o ferroso) FeCl 3 ∙ 6H 2 O si formano “fiocchi” contenenti fosfato di ferro insolubile in ambiente acquoso. L’aggiunta del flocculante avviene Direttamente nella vasca di areazione mentre la rimozione dei fosfati avviene nella sedimentazione finale.

41 CLORAZIONE Impianto di Cerro di Laveno (Va) IL cloro (sottoforma di ipoclorito di sodio) viene iniettato per mezzo di una pompa di dosaggio. La quantità viene graduata da un regolatore posto sopra la pompa.

42 CLORAZIONE Il cloro sciogliendosi in acqua da origine ai seguenti equilibri: Cl 2 + H 2 O -> HClO + H + + Cl - (1) HOCl + H 2 O -> H 3 O + + ClO - (2) Si formano acido ipocloroso (1) e ioni ipoclorito (2) L’azione sterilizzante è dovuta : aall’attività ossidante dell’acido ipocloroso che decomponendosi libera ossigeno HClO -> HC l + O ddall’attività degli ioni ipoclorito sulle proteine delle membrane e del nucleo della cellula. DDall’azione degli stessi ioni ipoclorito che penetrano nella cellula e ne alterano i processi nutritivi e riproduttivi Impianto di Cerro di Laveno (Va)

43 CONTA IN PIASTRA PER FILTRAZIONE 5^A 6.06.2013 H ₂ O in uscita depuratore 1° QUADRANTE: Rosse: 89 Blu: 46 2° QUADRANTE: Rosse: 129 Blu: 48 3°QUADRANTE: Rosse: 114 Blu: 38 4°QUADRANTE: Rosse: 99 Blu: 48 MEDIA Rosse: 107,75 x 4 (numero quadranti) = 431 UFC (unità formanti colonie) / 100 mL MEDIA Blu: 45 x 4 (numero quadranti) = 180 UFC (unità formanti colonie) / 100 mL Numero di colonie presenti nel campione rispettano perfettamente i limiti previsti dal decreto legislativo 152/2006. Limite fissato in sede di autorizzazione dello scarico, consigliato: non > 5000 UFC/ 100 mL.

44 44 TRATTAMENTO DEI FANGHI Il fango di supero sia primario che secondario è materiale altamente putrescibile e va trattato in più stadi. Ispessimento Stabilizzazione Postispessimento Disidratazione Smaltimento finale in Discarica o utilizzo come fertilizzante in Agricoltura Smaltimento finale in Discarica o utilizzo come fertilizzante in Agricoltura Disinfezione

45 € 140.000 ca. energia elettrica € 60.000 ca. smaltimento fanghi € 10.000 ca. analisi di controllo € 10.000 ca. reagenti di processo + costo personale 3 addetti TOTALE: € 220.000 ca. + costo addetti