TRATTAMENTI CONVENZIONALI DI RIMOZIONE DEL FOSFORO

L’esigenza di interventi per la rimozione del fosforo si è notevolmente estesa negli ultimi decenni per il consistente ampliamento dei corpi idrici ritenuti suscettibili di fenomeni di eutrofizzazione, un tempo limitati alla acque lacustri o lagunari, ma ormai comprendenti ampie porzioni di mari costieri e di corsi d’acqua caratterizzati da un debole ricambio. Il controllo del contenuto di fosforo negli scarichi viene di conseguenza oggi richiesto in ampie porzioni de territorio europeo.

Tutti i processi biologici comportano una certa rimozione di fosforo contenuto nelle cellule batteriche estratte con i fanghi di supero, ma l’entità di tale rimozione è comunque limitata per i processi aerobici e insignificante per quelli anaerobici.

In molte situazioni, si rende quindi necessario un trattamento specifico per la rimozione del fosforo. Sono al riguardo possibili due alternative: la precipitazione chimica e la rimozione biologica.

3.7.1.1 RIMOZIONE CHIMICA DEL FOSFORO

Il trattamento chimico dei liquami domestici per la rimozione del fosforo si basa su una reazione di precipitazione delle forme disciolte di fosforo presente nel liquame realizzata per mezzo di sali di ferro, di alluminio oppure di calce idrata. Accanto alla reazione di precipitazione, agiscono anche meccanismi di rimozione di tipo chimico-fisico, quali adsorbimento, coagulazione e flocculazione con funzione integrativa della rimozione dovuta alla sola reazione di precipitazione. Il fosforo può essere rimosso per reazione con cationi bi- e tri- valenti e formazione di fosfati insolubili separabili per sedimentazione (o per filtrazione).

In fase applicativa si possono individuare tre fondamentali schemi operativi riportati schematicamente in Figura 14:

a) pre-trattamento: l’immissione di reagenti chimici negli impianti biologici convenzionali viene effettuata a monte della sedimentazione primaria. Impiantisticamente è necessaria un’unità per il contatto chimico tra reagenti e liquame, oltre ovviamente alle apparecchiature per la preparazione, stoccaggio e dosaggio dei reattivi;

b) trattamento simultaneo: i reagenti vengono immessi direttamente nello stadio biologico, che deve essere del tipo a fanghi attivi. In questo caso non è necessaria un’unità operativa supplementare;

c) post-trattamento: l’immissione dei reagenti avviene dopo la sedimentazione secondaria e riguarda quindi il fosforo contenuto nell’effluente trattato biologicamente. In questo caso occorre prevedere un’apposita unità operativa anche per la sedimentazione del precipitato.

Con il processo di pre-trattamento e di post-trattamento oltre alla rimozione del fosforo si ha anche la rimozione di una parte di BOD e dei solidi sospesi.

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Figura 14 Schematizzazione delle possibilità di trattamento chimico dei liquami di fognatura, per la rimozione del fosforo

3.7.1.2 RIMOZIONE BIOLOGICA DEL FOSFORO

Molte sperimentazioni hanno evidenziato la possibilità di una rimozione spinta del fosforo dai liquami domestici con il solo trattamento biologico a fanghi attivi. Tuttavia non appare tutt’oggi completamente chiarito il meccanismo di rimozione, per il quale esistono varie ipotesi spesso contrastanti tra loro, e la cui esatta comprensione risulta fondamentale per la definizione di un processo che porti a risultati facilmente controllabili e ripetibili e che, quindi, possa essere la base di una progettazione di sicura affidabilità.

La rimozione spinta del fosforo, rilevata casualmente in alcuni impianti di trattamento biologico o raggiunta attraverso apposite esperienze, viene variamente riferita, sulla base delle informazioni reperibili in letteratura, alle seguenti cause:

a) normale metabolismo batterico; b) surplus metabolico;

c) precipitazione chimica.

Delle tre cause individuate, si focalizza l’attenzione sul surplus metabolico, in quanto il fenomeno del normale metabolismo batterico non si verifica con i normali liquami domestici e la precipitazione chimica rappresenta un metodo chimico di rimozione del fosforo, già affrontato in precedenza.

Il meccanismo di assimilazione biologica in surplus del fosforo viene spiegato con la capacità di alcuni batteri di immagazzinare il fosforo in eccesso rispetto alle esigenze metaboliche sotto forma di granuli di polifosfato.

In condizioni anaerobiche, o in conseguenza di una depressione del pH, si verifica un rilascio del fosforo dalla cellula batterica, catalizzato dall’enzima polifosfatasi, che determina uno squilibrio interno di fosforo. Esponendo i batteri, così “affamati, a condizioni aerobiche in presenza di adeguate forme di energia e di fosforo, si ha un rapido riaccumulo del fosforo, sempre sotto forma di granuli di polifosfato, in una quantità superiore a quella di normale equilibrio.

49 Il meccanismo di rimozione del fosforo illustrato, è stato oggetto di esperienze condotte in Sud Africa, sia su impianti pilota che su impianti a scala reale, con processi operativi che prevedevano anche la denitrificazione biologica. Lo schema adottato in queste indagini è riportato in Figura 15. In esso, a monte degli stadi anossici e aerobici richiesti dal processo di pre-denitrificazione – nitrificazione – post-denitrificazione, è stato inserito uno stadio anaerobico, in cui cioè si ha assenza di ossigeno disciolto e di nitrati. E’ stato infatti accertato che la presenza di nitrati inibisce l’assimilazione in surplus del fosforo. Nello stadio anaerobico, in cui viene alimentato il liquame grezzo e il fango di ricircolo, avviene il rilascio di fosforo cui segue il successivo riaccumulo in surplus quando il fango si viene a trovare nell’ambiente aerobico dello stadio di nitrificazione e ossidazione della sostanza organica. Con questo schema operativo sono stati raggiunti rendimenti di rimozione compresi tra il 90 e il 99% (su impianto pilota) e dell’80-85% (impianto in scala reale a Olifantsveli, Johannesburg), in via comunque sperimentale.

Figura 15 Schematizzazione dei trattamento a fanghi attivi con rimozione biologica di fosforo (P=stadio anaerobico per il rilascio del fosforo)

Un altro processo realizzativo per la rimozione biologica del fosforo, associata a una precipitazione chimica, denominato Phostrip, è stato adottato con successo presso l’impianto di Seneca Lake (New York), del Greater Manassas Sanitary Districts e di Reno-Sparks (Nevada). Lo schema di processo, riportato in Figura 16, prevede uno stadio in cui il fango di ricircolo viene mantenuto in condizioni anaerobiche, con tempi di ritenzione di 18 ore. In questa fase avviene il rilascio del fosforo. Successivamente il fango, impoverito in fosforo, viene ricircolato allo stadio biologico di ossidazione, mentre il surnatante viene trattato chimicamente con calce al fine di precipitare il fosforo. In entrambi gli impianti sono raggiunte nell’effluente concentrazioni di fosforo inferiori a 1 mg/l.

Figura 16 Schema del processo Phostrip per la rimozione con processo combinato biologico-chimico del fosforo

Questi processi, chimico e biologico sono efficienti, nel senso che riducono le concentrazioni di fosforo nelle acque trattate fino a valori inferiori a 1 mg/l, ma presentano degli svantaggi, tra cui:

- l’accumulo di fosforo nel fango prodotto; - l’aumento dei volumi di fango;

- l’accumulo spontaneo di struvite nelle condotte e in altre parti delle strutture di trattamento.

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