Revamping di una sezione dell'impianto di depurazione di reflui civili in Loc. Terrarossa (GR)

SCUOLA DI INGEGNERIA

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL’ENERGIA, DEI

SISTEMI, DEL TERRITORIO E DELLE COSRTUZIONI

Corso di laurea specialistica in Ingegneria delle Infrastrutture Civili e

dell’Ambiente

Tesi di laurea

“Revamping di una sezione dell’impianto di depurazione

di reflui civili in Loc. Terrarossa (GR)”

Relatore: Candidato

Prof. Ing. Renato Iannelli Filippo Bartolini

1) INQUADRAMENTO DELL’IMPIANTO ... 4

1.1) CARATTERISTICHE DEL TERRITORIO ... 4

1.2) STORIA DELL’IMPIANTO ... 6

1.3) CARATTERISTICHE DEI REFLUI IN INGRESSO ... 9

1.4) SCARICHI IDRICI E LIMITI DA RISPETTARE ... 11

2) STATO ATTUALE “ANTE OPERAM” ... 17

2.1) SEZIONE DI PRETRATTAMENTO ... 17

2.2) TRATTAMENTI BIOLOGICI ... 20

2.2.1) Linea UCT modificato ... 21

2.2.2) Linea biorulli ... 26

2.3) SEZIONE DI TRATTAMENTI TERZIARI ... 30

2.3.1) Linea “nuova” ... 32

2.3.2) Linea “vecchia” ... 34

2.4) LINEA FANGHI ... 37

2.5) LINEA DI TRATTAMENTO ARIA ... 41

3) NUOVA CONFIGURAZIONE ... 44

4) CARICHI MASSIMI AMMISSIBILI DELLA NUOVA CONFIGURAZIONE ... 48

5) RELAZIONE DI CALCOLO ... 52

5.1) DIMENSIONAMENTO DELLE VASCHE ... 52

5.1.1) Vasca Anossica ... 53

5.1.2) Vasca di ossidazione ... 59

5.2) VERIFICA DI WASH-OUT DELLA BIOMASSA NITRIFICANTE ... 67

6.3) POMPE ... 78

6.4) VALVOLE ... 80

6.4.1) Valvola a clapet ... 80

6.4.2) Valvola a farfalla biflangiata a doppio eccentrico ... 82

6.5) STRUMENTI DI MISURAZIONE E CONTROLLO ... 84

6.6) PIPING ... 85

6.7) P&I ... 88

7) TIMING DI INTERVENTO ... 90

8) QUADRO ECONOMICO DI INTERVENTO ... 91

9) CONCLUSIONI ... 92

Monte Argentario(GR), con una sezione di nitro-denitro.

Sarà, pertanto, presentato l’impianto nella sua configurazione attuale, indicando anche i problemi presenti e in seguito verranno descritti gli interventi e le loro peculiarità con lo scopo di dare dimostrazione che gli impatti complessivi dell’impianto non vengono mutati.

Verranno, inoltre, forniti i calcoli di processo, una descrizione del progetto, il timing per la realizzazione e il piano economico di intervento.

1) Inquadramento dell’impianto

L’impianto di Terrarossa, via Acquedotto Lepoldino, Monte Argentario (GR) è gestito dallasocietà Integra Concessioni S.r.l. con sede a Vicenza (viale dell’Industria n.42). La società appartiene al gruppo industriale ICM ed è sottoposta al controllo di Integra Srl “Ingegneria, Tecnologia, Gestione Risorse Ambientali” che ne detiene l’intero capitale sociale.

Tale impianto gestisce:

 La depurazione delle acque reflue domestiche e industriali;

 La rete fognaria in pressione che riceve il refluo dalla rete comunale gestita da Acquedotto del Fiora convergente all’impianto di depurazione di Terrarossa;

 La linea dell’acqua depurata fino allo scarico a mare in località Ansedonia.

1.1) Caratteristiche del territorio

Il servizio svolto si riferisce al collettamento fognario ed alla depurazione delle acque reflue, civili ed industriali, provenienti dagli utenti dei comuni di Orbetello e Monte Argentario (GR); tale impianto serve un totale di 60.000 abitanti equivalenti.

Dal punto di vista geomorfologico l’area è caratterizzata dalla presenza della Laguna di Orbetello, la quale costituisce un ambiente di elevato interesse ecologico e si colloca, per le sue caratteristiche peculiari, tra le poche aree umide salmastre ancora presenti in Italia e per questo è definita “area sensibile” dall’art. 18 del D. Lgs. 152/99 (“Disposizioni sulla tutela delle acque dall’inquinamento e recepimento della

Direttiva 91/271/CEE concernente il trattamento delle acque reflue urbane e della Direttiva 91/676/CEE relativa alla protezione delle acque dall’inquinamento provocato dai nitrati provenienti da fonti agricole”).

La Laguna di Orbetello si estende per un’area di circa 27 km2_{; la sua superficie è}

limitata a Sud-Ovest dal promontorio di Monte Argentario, a Nord-Ovest dal Tombolo della Giannella e a Sud-Est dal Tombolo di Feniglia.

La Laguna è divisa in due sottobacini, quello di Ponente (circa 15 km2_{) e quello di}

Levante (circa 12 km2), dal promontorio di Orbetello, che è stato collegato mediante una diga al Monte Argentario (vedi Figura 1.1)

situato in località S. Liberata, e collega la Laguna di Ponente col mare: è lungo 700 m e largo 30 m, per una profondità massima di 2,3 m. Il canale di Fibbia collega la Laguna di Ponente con la foce del Fiume Albegna, è lungo 3.500 m, largo 20 m e profondo al massimo 1,5 m. Il canale di Ansedonia collega la Laguna di Levante col mare, è lungo 1.840 m, largo 20 m e profondo 1,5 m. I canali di Ansedonia, Nassa e Fibbia sono stati dotati di pompe idrovore che permettono di agevolare i ricambi di acqua nell’area lagunare, per evitare fenomeni di eutrofizzazione.

Dal punto di vista dell’utilizzo delle risorse si nota che la Laguna di Orbetello, per la bellezza e ricchezza del paesaggio, è sede di un intenso turismo per tutto il periodo estivo, così come il Monte Argentario, con i due centri turistici di Porto S. Stefano e Porto Ercole.

Le acque lagunari sono inoltre una fonte cospicua di reddito in quanto sede di una fiorente attività di itticoltura.

1.2) Storia dell’impianto

L’intera area, di dimensioni relativamente modeste, presenta un notevole grado di complessità, sia della morfologia che della dinamica dei processi ambientali che la caratterizzano e l’equilibrio naturale del territorio è assai delicato anche per l'ampiezza delle escursioni stagionali di alcuni parametri, come ad esempio la temperatura e la salinità delle acque, inoltre l’impatto antropico su questo territorio ha determinato un’ulteriore erosione delle capacità di mantenere gli equilibri naturali dell'ecosistema lagunare.

Prima della realizzazione del sistema integrato in Loc. Terrarossa, tutta quest’area compresa fra i comuni di Monte Argentario e Orbetello era servita da 4 impianti presenti nelle località di Orbetello-Neghelli, Albinia, Fonteblanda e Terrarossa (quest’ultimo al tempo prevedeva soltanto la sezione con biorulli).

L’insieme di questi fattori ha portato, negli anni ’90, alla manifestazione di frequenti crisi anossiche, caratterizzate da evidenti fenomeni di eutrofizzazione delle acque, che costituiscono il problema principale della Laguna. Le ragioni prevalenti cui possono essere ricondotte queste crisi sono le temperature elevate, la scarsa circolazione idrica e le alte concentrazioni di nutrienti.

Tale situazione nell’ agosto 1996 portò alla dichiarazione dello stato di emergenza ambientale e alla nomina di un Commissario Delegato nella persona di Hubert Corsi, che ebbe il compito di realizzare un sistema integrato di depurazione per l'intera area, prevedendo di:

 disattivare gli impianti di depurazione di Orbetello-Neghelli, Albinia, Fonteblanda;

 realizzare un unico impianto di depurazione in località Terrarossa, nel comune di Monte Argentario, in ampliamento al depuratore già esistente (andando a realizzare anche la sezione UCT modificato);

 addurre a tale impianto i liquami provenienti dalle reti fognarie di tutti i centri abitati dei due comuni;

 scaricare in mare, mediante condotta sottomarina al largo del litorale della Tagliata di Ansedonia in prossimità del confine Sud del comune di Orbetello.

Gli interventi previsti dal piano si proponevano di raggiungere alcuni obiettivi:  evitare sversamenti di liquami non trattati in laguna, in mare, al suolo o in

 evitare la diffusione di cattivi odori;  ridurre i costi di gestione.

Di conseguenza a partire dal 2008, anno di entrata in funzione dell’impianto di depurazione di Terrarossa potenziato, sono venute meno le condizioni di criticità.

Il depuratore di Terrarossa è situato in via dell’Acquedotto Leopoldino nel comune di Monte Argentario e interessa un’area pari a circa 14.270 m2_{, che si sviluppa verso}

valle con pendenza media del 3,33%. La rete fognaria è suddivisa in tratte:

 Rete nord: è la rete fognaria che colletta i reflui degli abitati di Fonteblanda, Talamone, Albinia e quelli situati lungo il Tombolo di Giannella;

 Rete Sud: è la rete che colletta l’acqua depurata dall’impianto di Terrarossa fino allo scarico a mare sito in località Ansedonia;

 Rete di Monte Argentario: è la rete fognaria che colletta i reflui degli abitati di Porto Santo Stefano e Porto Ercole;

 Rete di Orbetello: è la rete fognaria che colletta i reflui degli abitati di Orbetello e Orbetello Scalo.

Il sistema è completato con circa 60 stazioni di sollevamento e rilancio del refluo e/o dell’acqua depurata.

1.3) Caratteristiche dei reflui in ingresso

Nelle tabelle 1.1, 1.2 e1. 3 vengono riportate le caratteristiche dei reflui in ingresso all’impianto registrate negli ultimi 2 anni e mezzo.

Tabella 1.1: Concentrazioni in ingresso anno 2017

Data Prelievo mg/l mg/l mg/l µS/cm mg/l mg/l - mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 10/01/17 177 392 400 2150 < 5 4,3 7,6 124 156 45 1,2 0,2 25/01/17 206 464 436 2460 < 5 4,6 7,4 110 150 45 0,6 0,3 08/02/17 166 448 305 2300 < 5 3,8 7,6 138 110 37 1,2 0,7 23/02/17 216 488 403 2460 < 5 3,5 6,8 119 125 48 1,1 0,4 09/03/17 189 478 379 2390 < 5 4 7,4 94 125 39 1,2 0,2 24/03/17 112 394 367 2240 < 5 5,1 7,4 < 100 125 43 1,3 0,4 07/04/17 199 472 492 2500 < 5 6 7,3 78 135 51 1,1 0,5 20/04/17 189 478 465 2620 < 5 5,8 7,5 168 215 48 1,7 0,4 08/05/17 186 421 375 2400 < 5 5,1 7,2 146 115 48 6,8 0,6 23/05/17 163 454 373 2440 < 5 5 7,3 96 190 48 0,8 0,5 06/06/17 183 492 413 2660 5,4 4 7,5 158 122 50 2,1 0,8 19/06/17 167 580 405 2960 < 5 4,3 7,4 108 80 48 1,3 1 05/07/17 188 1232 350 4960 < 5 5,8 7,4 57 60 50 1,5 0,9 19/07/17 143 911 418 3880 8,3 5,9 7,4 121 135 53 0,8 0,9 10/08/17 216 1791 474 5600 30 6 7,5 73 130 53 1,4 0,9 24/08/17 199 971 460 4450 < 5 5,7 7,4 25 125 58 1,3 0,6 08/09/17 132 923 353 4090 < 5 5,6 7,4 97 80 49 0,7 0,8 19/09/17 168 488 409 2320 < 5 7 7,3 28 210 43 3,6 0,3 10/10/17 106 650 377 3010 < 5 4,5 7,3 187 125 40 1,5 1,2 25/10/17 306 491 782 2440 < 5 6 6,3 149 185 41 0,9 0,5 08/11/17 154 2007 410 6760 < 5 4,7 7,1 261 120 36 11 0,9 20/11/17 98 550 336 2820 < 5 5,1 7,4 127 135 46 0,7 0,5 04/12/17 106 823 367 3530 < 5 5 7,4 217 150 43 1,8 0,6 14/12/17 109 784 319 3250 < 5 4,3 7,4 189 112 39 1,2 0,4 Solidi sospesi totali (SST) Azoto totale (TKN)

Cloruri Ferro Boro

ANNO 2017 COD Conducibilità a 25 °C Azoto nitrico Fosforo totale pH Solfati (SO4) Parametro BOD5

Tabella 1.2: Concentrazioni in ingresso anno 2018

Tabella 1.3: Concentrazioni in ingresso anno 2019

Data Prelievo mg/l mg/l mg/l µS/cm mg/l mg/l - mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 09/01/18 110 1406 314 5050 < 5 4,7 7,3 284 290 38 0,8 0,6 24/01/18 96 511 286 2500 < 5 4,5 7,4 144 148 38 0,6 0,4 08/02/18 79 489 206 2280 < 5 4 7 111 140 30 2,7 0,3 21/02/18 50 580 177 2750 < 5 5,3 6,9 148 160 43 5,9 0,3 09/03/18 61 1977 162 6840 < 5 3,6 7,4 347 145 32 1,1 0,6 19/03/18 118 2678 368 8130 < 5 2,6 7,3 417 65 28 1,3 0,7 10/04/18 88 520 296 2350 8,7 4 7,2 149 120 21 1 0,4 18/04/18 201 653 601 3030 < 5 6,4 7 86 225 26 1,6 0,4 08/05/18 91 332 325 1857 11 4,8 7,3 117 130 34 1,7 0,5 23/05/18 253 450 672 2410 < 5 9 7,2 38 334 59 3,2 0,6 06/06/18 169 495 407 2650 < 5 5,8 7,4 121 127 50 1,1 0,3 25/06/18 109 924 322 2106 < 5 4,5 7,4 201 100 45 15 1,1 04/07/18 199 1406 465 2032 < 5 6,3 7,3 179 180 48 2,4 2 25/07/18 206 1583 448 5640 < 5 7,3 7,2 181 194 56 4,4 1,2 02/08/18 196 1176 375 4700 < 5 5,3 7,3 193 160 48 0,9 0,9 29/08/18 196 1076 425 4440 < 5 6,5 7,4 132 118 53 2 2,9 07/09/18 201 1718 373 6330 < 5 4,5 7,2 318 145 45 10,6 0,7 25/09/18 126 906 259 3880 < 5 4 7,1 130 74 42 1 0,5 08/10/18 103 1958 261 6870 < 5 3 7,1 368 136 31 1,1 0,7 24/10/18 106 763 311 3300 < 5 4,4 7,4 64 75 39 0,4 0,4 07/11/18 67 1295 282 4520 < 5 3,7 7,3 213 125 25 1 0,3 22/11/18 101 3183 268 9530 < 5 4,5 7,2 418 100 32 1,4 0,7 05/12/18 112 987 321 4040 < 5 5 7,2 124 92 45 1 0,8 12/12/18 118 658 520 3020 < 5 7 7,1 83 226 57 0,9 0,4 Boro ANNO 2018 Fosforo totale pH Solfati (SO4) Solidi sospesi totali (SST) Azoto totale (TKN) Ferro

Parametro BOD5 Cloruri COD Conducibilità a 25 °C Azoto nitrico Data Prelievo mg/l mg/l mg/l µS/cm mg/l mg/l - mg/l mg/l mg/l 09/01/19 148 454 525 2370 < 5 5,3 7,6 104 225 47 24/01/19 54 745 195 3210 < 5 3,8 7,2 142 105 35 08/02/19 99 622 289 2770 28 3,8 7,6 148 140 38 21/02/19 96 487 377 2410 5,4 4,5 7,5 102 114 42 11/03/19 100 640 341 2890 < 5 5,2 7,2 188 185 41 19/03/19 561 398 1222 1974 5,5 10,8 7,4 98 760 70 03/04/19 116 4979 379 14510 < 5 5 7,4 747 180 40 19/04/19 100 585 276 2750 < 5 5 7,5 227 140 48 06/05/19 188 1396 576 5150 < 5 6,6 7 269 440 56 21/05/19 69 968 256 3960 < 5 4,1 7,1 244 130 42 06/06/19 69 884 201 3700 < 5 5,5 7,2 250 96 50 24/06/19 122 361 4050 < 5 9,2 7,5 136 165 76 Azoto totale (TKN) ANNO 2019 Conducibilità a 25 °C Azoto nitrico Fosforo totale pH Solfati (SO4) Solidi sospesi totali (SST) Parametro BOD5 Cloruri COD

1.4) Scarichi idrici e limiti da rispettare

L’acqua depurata, non inviata a riutilizzo in impianto o alla rete di acqua di servizio interna all’impianto di depurazione, viene inviata mediante la rete di collettamento fognario SUD allo scarico in mare, come è bene schematizzato nella figura 1.2.

Figura 1.2: Scarico idrico in condizioni normali

Per quanto riguarda lo scarico a mare, in condizioni normali di esercizio, il gestore deve:

 Per il monitoraggio dei parametri BOD5 e COD, rispettare i limiti di emissione

in acque superficiali di cui Linee Guida emanate con Decreto del Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare del 29/01/2007. Per tali parametri devono essere rispettati i limiti di emissione:

 COD = 120 mg/L  BOD5 = 20 mg/L

 Per il monitoraggio di tutti gli altri parametri non riportati nei punti precedenti, rispettare i limiti di emissione in acque superficiali presenti nella Tab.3 All.5 alla Parte III del D. Lgs. 152/06

Nella figura 1.3 che segue vengono riportati tutti i limiti da rispettare:

Però l’impianto prevede quattro scarichi in emergenza, oltre allo scarico in condizioni normali, in caso di guasti e/o malfunzionamenti:

a) Fuori servizio della condotta di scarico a mare delle acque trattate, schematizzato in figura 1.4

Figura 1.4: Scarico idrico- Fuori servizio scarico a mare (condizione A)

In queste condizioni di emergenza e conseguente scarico in laguna, il gestore deve:  Informare tempestivamente la Provincia e l’Arpat delle condizioni di

emergenza;

 Interrompere il conferimento di rifiuti liquidi all’impianto fino al ripristinarsi delle normali condizioni di esercizio;

 Per il monitoraggio dei parametri di fosforo totale e azoto totale, rispettare il limite di emissione in acque superficiali nella Tab.2 All.5 alla Parte III del D. Lgs. 152/06

Nella figura 1.5 che segue vengono riportati tutti i limiti da rispettare:

Figura 1.5: Limiti di scarico in laguna in caso di emergenza

Come è possibile notare il limite di fosforo totale in questo caso è molto più restrittivo, per cui, in fase di depurazione, se viene superato tale limite sarà necessario effettuare anche una defosfatazione chimica.

b) Fuori servizio dell’impianto di depurazione di Terrarossa, schematizzato in figura 1.6

c) Contemporaneo fuori servizio della condotta di scarico a mare e dell’impianto di depurazione, schematizzato in figura 1.7

Figura 1.7: Scarico idrico- Fuori servizio scarico a mare ed impianto (condizione C)

d) Elevata portata di ingresso all’impianto di depurazione a causa di precipitazioni meteoriche, schematizzato in figura 1.8

In condizioni di emergenza (condizioni B, C o D), il gestore deve:

 Informare tempestivamente la Provincia e l’Arpat delle condizioni di emergenza;

 Interrompere il conferimento di rifiuti liquidi all’impianto fino al ripristinarsi delle normali condizioni di esercizio;

 Sottoporre a monitoraggio i parametri riportati nella figura 1.3

Per quanto riguarda il riutilizzo dell’acqua, esso deve avvenire in condizioni di sicurezza ambientale, evitando alterazioni agli ecosistemi, al suolo ed alle colture, nonché rischi igienico-sanitari per la popolazione esposta e comunque nel rispetto delle vigenti disposizioni in materia di sanità e sicurezza e delle regole di buona prassi industriale e agricola, per questo deve essere rispettato quanto prescritto dal D.M. 12-06-2003 n. 185 “Regolamento recante norme tecniche per il riutilizzo delle acque reflue in attenuazione dell’articolo 26, comma 2, del D. Lgs 11 maggio 1999, n. 152”

2) Stato attuale “ante operam”

Nella sua attuale configurazione, è stato definito il seguente schema d’impianto, suddiviso in linea liquami e linea fanghi.

La linea liquami è composta da: una sezione di pretrattamento, una sezione di depurazione biologica e una sezione di trattamenti terziari.

2.1) Sezione di pretrattamento

La funzione principale di questi trattamenti è quella di ridurre il trasporto verso l’impianto di materiali grossolani come sabbie, corpi plastici, oli e grassi per evitare problemi di funzionamento negli organi meccanici dovuti a sedimentazioni nei reattori con conseguente riduzione dell’efficienza dei processi di trattamento. Tale sezione è stata realizzata per 60.000 tonnellate/annue con un massimo di 27 tonn/giorno, ed è costituita da:

 Grigliatura: è un’operazione di filtrazione che serve a trattenere le particelle sospese aventi dimensioni superiori a 15-25 millimetri. Per tale trattamento è stata utilizzata una sezione composta da due griglie a tamburo rotante autopulenti.

Il materiale grigliato è raccolto da una coclea compattatrice, la quale scarica il materiale in un apposito cassone; la compattazione del materiale permette la riduzione del volume e l’espulsione di acqua che torna nel canale. In questo modo si ottiene un materiale meno umido che evita la proliferazione batterica (minore rischio igienico) e un migliore smaltimento.

intasamenti alle tubazioni e perdita alla capacità utile delle vasche dovuta a depositi di materiale sul fondo; in particolare, nella vasca di aerazione, i diffusori posti sul fondo sarebbero a rischio intasamento e non riuscirebbero a sollevare l’accumulo di sabbia, comportando un malfunzionamento di essi e facendo diminuire il rendimento di rimozione degli inquinanti.

La disoleatura serve a rimuovere i materiali più leggeri, oli e grassi, che possono provocare problemi nei trattamenti biologici: infatti tendono a rivestire con un sottile velo le materie biologiche, impedendo il contatto con l’ossigeno e limitando, quindi, l’ossidazione.

Il dissabbiatore utilizzato è di tipo aerato di forma rettangolare e permette di ottenere una buona separazione di sabbia sul fondo e di oli in superficie, i quali verranno smaltiti fuori dalla linea biologica.

La separazione dei materiali leggeri da quelli pesanti è ottenuta mediante diffusori posizionati sul fondo della vasca di dissabbiatura. Le bolle di aria innescano un movimento convettivo alleggerendo il liquame, che, essendo pesante, sedimenta sul fondo.

La vasca è stata calcolata in funzione di un tempo minimo di detenzione idraulica pari a 8 minuti e con un carico idraulico di circa 34 m3_/h*m2_{; essa è}

dotata di un carroponte del tipo va e vieni con movimento di traslazione su rotaie con travata mobile, per il convogliamento delle sabbie depositate verso l’apposita zona di raccolta, nella corsa di ritorno raccoglie gli olii ed i grassi galleggianti.

L’allontanamento delle sabbie avviene tramite elettropompa sommersa. Il sistema di aerazione interno alla vasca è costituito da aeratori a scatola appositamente progettati per questo impiego (sono inostruibili e di facile rimozione senza fermare il funzionamento della vasca o svuotarla), alimentati dai due compressori uno di riserva all’altro. Il quantitativo specifico di aria insufflata è pari a 2,5 Nm3_/m3_h.

I compressori di aerazione della vasca saranno completi di supporti antivibranti, raccordo elastico, raccordo a tre vie con relative valvole di sicurezza, valvole di non ritorno e valvole a farfalla di intercettazione.

Gli olii ed i grassi sono raccolti da una cassetta schiumatrice regolabile e sono avviati a pozzetto di raccolta per il loro smaltimento finale.

 Vasca di equalizzazione: realizzata perché sono presenti delle punte di portata e posizionata a valle dei pretrattamenti, perché questi non risentono della variabilità sia del carico idraulico e di carico organico.

Nella vasca sono installati anche un misuratore di pH ed un sensore per la misura della conducibilità.

Per quanto riguarda la presenza di idrogeno solforato è da rilevare come questo sia ad oggi costantemente presente nelle fognature attualmente in esercizio, a causa della presenza di acque termali nelle zone di interesse. Nelle linee di fognatura mista di Porto S. Stefano e di Porto Ercole sono stati rilevati valori con punte di 35 mg/L.

Tale valore, tenendo conto della miscelazione di tutti gli apporti, probabilmente diminuirà, ma è comunque buona regola abbattere concentrazioni di idrogeno solforato superiori ai 5 ppm prima del trattamento biologico, che potrebbero determinare strippaggio di idrogeno solforato con creazioni di maleodoranze ambientali.

Pertanto è stato previsto di dimensionare una apposita sezione da ubicare nelle fasi iniziali di trattamento a valle delle fasi di dissabbiatura e disoleatura, equipaggiata con delle unità di insufflaggio e distribuzione di ossigeno. In particolare viene effettuata l’ossidazione catalitica dei solfuri con ossigeno utilizzando come catalizzatore il manganese: tale reazione avviene in condizioni ottimali quando il pH è superiore a 9 (nel caso in esame il pH si

solforato contenute, per cui se in condizioni ottimali il consumo specifico di ossigeno è pari a 2,2 kg per kg di S-- _{sarà da aspettarsi un valore superiore nel}

caso in questione, ma comunque in linea con detto valore.

La configurazione della vasca permette di poter effettuare il trattamento in continuo, mediante la presenza di una paratoia in uscita, oppure, se sono presenti quantità di acqua da trattare con valore inferiore alla capacità della vasca, con configurazione in discontinuo, in tal caso l’estrazione avviene con pompa.

Il quantitativo di ossigeno da utilizzare è pari a circa 150 kg/giorno, per la distribuzione si prevede di installare un’apparecchiatura con capacità fino a 30 kg/h, permettendo ove necessario di effettuare il trattamento anche in discontinuo in tempi ridotti.

L’ossigeno necessario viene reso disponibile da uno stoccaggio di ossigeno liquido, provvisto di apposito evaporatore e riduttore di pressione.

Per mantenere in sospensione nel liquame i solidi sospesi, le vasche sono tutte provviste di mixer e sono coperte per evitare la possibile diffusione di odori molesti.

2.2) Trattamenti biologici

Il processo biologico è tale da consentire la rimozione del BOD, inoltre consente la rimozione di fosforo e dell’azoto.

Nell’impianto in esame la sezione di trattamenti biologici sono divisi in due linee:  Una sezione “vecchia” (oggetto di intervento) della capacità

nominale in Abitanti Equivalenti (nel seguito AE) di 20.000, realizzata con un sistema a biodischi e due sedimentatori rettangolari dotati di carroponte del tipo “va e vieni”;

soddisfare non meno di 40.000 AE, realizzata con uno schema UCT modificato, il quale prevede l’utilizzo di tre reattori biologici (anaerobico, anossico ed aerobico) in serie, nei quali si instaurano diverse condizioni ambientali, resi dipendenti l’uno dall’altro con specifiche correnti di ricircolo e due sedimentatori circolari con diametro interno di 24 m.

La portata massima in ingresso all’impianto è stata calcolata in 1177 m3/h, dopo i pretrattamenti e la fase di equalizzazione si divide nelle due linee di trattamento biologico situate a valle.

2.2.1) Linea UCT modificato

Tale linea è stata realizzata con il seguente schema progettuale:

Figura 2.1: Schema UTC modificato

Nella pagina successiva si osserva la tabella 2.1 in cui vengono riportati i dati di progetto Vasca anaerobica Vasca anossica 1° stadio Vasca anossica 2° stadio Vasca aerobica Sedim. r a s Processo UCT modificato

Linea UCT modificato Estate Inverno Portata idraulica Q=400 m3/h Q=600 m3/h BOD5 (mgO2/l) 353.0 221.0 COD (mgO2/l) 945.0 603.3 P tot (mgP/l) 14.1 12.0 N tot (mgN/l) 72.3 52.9 N ammoniacale (mgNH4/l) 74.7 58.7

Tabella 2.1: Dati di progetto

Dalla vasca di equalizzazione il liquame è alimentato alla sezione biologica della nuova linea per mezzo di una tubazione a gravità, sulla quale è montato un misuratore di portata, il quale fornisce al sistema di controllo i valori di tale flusso, cosicché esso possa intervenire agendo sulla regolazione della valvola modulante: nel caso in cui il valore di portata desiderato non sia raggiunto dallo scarico a gravità (ad esempio per un insufficiente battente idrostatico in vasca), il sistema di controllo interviene agendo sulle due pompe ed eventualmente sul loro inverter per ristabilire il valore di portata desiderato.

Il refluo arriva per mezzo della suddetta tubazione in testa alla vasca di reazione anaerobica, avente un volume di circa 2.500 m3_{, suddivisa in due scomparti e con una}

lunghezza di 23,6 m, una larghezza di 22,9 m ed una profondità media di 5,0 m. Con questo tipo di manufatto è possibile operare con la vasca a pieno carico o con solo uno dei due scomparti in cui è divisa, chiudendo e aprendo opportunamente le paratoie presenti.

All’interno della vasca sono installati otto mixer per la movimentazione del liquame, quattro per ogni scomparto; l’intera vasca presenta una copertura a tenuta per evitare la fuoriuscita di odori.

Dal pozzetto di uscita della vasca anaerobica il liquame scende a gravità verso la vasca di reazione anossica, la quale presenta un volume pari a 3.030 m3_{: per}

suddivisa in due stadi di diversa volumetria, il primo da 1.370 m3 _{ed il secondo da}

1.660 m3_{. La vasca presenta una lunghezza di 27,5 m, una larghezza di 24,0 m ed una}

profondità media di 5,0 m.

Con un opportuno sistema di paratoie è possibile operare con l’intera volumetria della vasca oppure con parte di essa (è possibile permette l’esclusione della stazione di ricircolo del refluo verso la vasca di reazione anaerobica, oppure è possibile bypassare il primo o il secondo stadio di reazione anossica) in base alle esigenze di processo del momento.

Nel caso in cui il processo di trattamento eseguito sia quello dato dallo schema UCT modificato, il ricircolo della miscela aerata in arrivo dalla successiva sezione di reazione aerobica entrerà nel pozzetto di ingresso del secondo stadio anossico, mentre il ricircolo dei fanghi provenienti dalla sezione di sedimentazione a valle entrerà nel pozzetto di ingresso del primo stadio di reazione anossico insieme ai liquami in arrivo dalla precedente sezione di reazione anaerobica.

Se invece lo schema di processo da seguire fosse l’UCT (figura 2.2), allora il ricircolo della miscela aerata farebbe il suo ingresso nel pozzetto del primo stadio di reazione anossica insieme al ricircolo fanghi dai sedimentatori ed al liquame proveniente dalla vasca anaerobica, nel caso in cui lo schema da seguire fosse il Phoredox a tre stadi (figura 2.3), allora il ricircolo tra lo stadio anossico e l’anaerobico scomparirebbe, mentre il ricircolo di miscela aerata entrerebbe nel pozzetto di ingresso del primo stadio di reazione anossica insieme al liquame proveniente dalla vasca anaerobica, con il ricircolo dei fanghi dei sedimentatori dirottato nel pozzetto in testa alla stessa vasca di reazione anaerobica.

Figura 2.2: Schema UCT

Figura 2.3: Schema Phoredox a tre stadi

Nelle due vasche sono presenti otto mixer, (quattro per vasca) per l’agitazione del liquame. La vasca è provvista di copertura per la creazione di un ambiente anossico. Il liquame in uscita dalla vasca di reazione anossica arriva, tramite due tubazioni a gravità in parallelo al pozzetto di alimentazione della vasca aerobica, dal volume complessivo di 8.450 m3_{, suddivisa in tre vasche parallele, di lunghezza pari a 39 m,}

larghezza di 13 m e profondità di 6,0 m.

Vasca anaerobica

Vasca

anossica aerobicaVasca

Sedim.

r

a

s

Processo

UCT

anossica aerobicaVasca

Sedim.

a

s

Phoredox

a tre stadi

L’uscita del liquame dalle vasche avviene attraverso una canaletta di collettamento, nella cui parte terminale il refluo segue due direzioni, una verso la successiva fase di sedimentazione (regolata attraverso due paratoie manuali), l’altra verso la stazione di sollevamento di ricircolo.

La portata in eccedenza procede verso la stazione di sollevamento, dalla quale viene inviata, per mezzo di tre idrovore in un sovrastante canale di ripartizione di portata, da questo canale l’acqua è inviata al ricircolo nel secondo o nel primo stadio della vasca anossica.

L’agitazione e l’aerazione delle tre vasche di reazione aerobiche sono garantite dalla presenza di un sistema di diffusione dell’aria, con dischi diffusori installati sul fondo vasca, dai quali viene insufflata l’aria, fornita a due compressori, uno di riserva all’altro, necessaria a garantire il giusto fabbisogno di ossigeno per la biomassa. Nei tre scomparti della vasca sono installati gli strumenti per la misurazione dell’ossigeno disciolto, che inviano i dati raccolti ad apposito quadro di controllo, dal quale dipendono il funzionamento dei compressori e la regolazione dell’aria insufflata mediante valvole a farfalla di regolazione.

Il liquame in uscita dalla sezione di reazione aerobica perviene alla successiva fase di sedimentazione biologica, suddivisa su due linee parallele, composta da due sedimentatori a vasca circolare, di diametro 24 m, con altezza della parte cilindrica di 2,85 m.

Il carroponte convoglia i fanghi sedimentati nel fondo centrale conico della vasca, dal quale giungono nel pozzetto laterale di raccolta, in cui sono installate le relative pompe che consentono sia di ricircolare i fanghi, che ad inviare i fanghi verso le successive fasi di trattamento.

A pagina successiva, in figura 2.4, viene riportata la planimetria relativa alla linea di trattamento biologico appena trattato.

Figura 2.4: Planimetria trattamento biologico a fanghi attivi

2.2.2) Linea biorulli

La linea di trattamento biologica con biorulli fu progettata con una portata massima di 430 m3_{/h (215 m}3_{/h per singola linea).}

Il flusso di liquame, dedicato al trattamento nella sezione esaminata, in arrivo dall’equalizzazione giunge in testa al trattamento biologico, suddiviso su due distinte linee di alimentazione. In testa alle due linee possono essere alimentati i liquami in arrivo direttamente dalla stazione di sollevamento ed il ricircolo della miscela aerata.

Sotto, in figura 2.5, si riporta lo schema della sezione a biorulli.

Figura 2.5: Schema sezione a biorulli

Il trattamento biologico avviene tramite un rullo parzialmente immerso su cui si forma la biomassa dovuta alla crescita dei microrganismi, che si nutrono delle sostanze colloidali e disciolte, presenti nelle acque reflue. La fase di depurazione biologica avviene con un biodisco, realizzato con dischi paralleli in polipropilene, montati su un asse centrale; i dischi sono immersi per il 40% della propria superficie nelle acque da depurare e rappresentano un supporto ideale per la flora batterica.

Alla flora biologica, attrice principale del processo di depurazione viene offerto un supporto inerte sul quale essa possa svilupparsi. Il supporto porta la flora stessa, alternativamente, a contatto con la materia organica contenuta nel liquame da depurare e con l’ossigeno atmosferico.

I microrganismi costituenti la flora biologica, posti a contatto diretto con i due elementi determinanti per il loro sviluppo e la loro attività, assorbono direttamente la maggior quantità possibile di materia organica durante la

Praticamente questo principio è stato realizzato costruendo dei rulli costituiti da dischi in polipropilene calettati su di un albero ruotante a bassa velocità (qualche giro al 1’).

Lo strato di flora batterica che aderisce ai dischi, quando raggiunge lo spessore di 4 o 5 mm, si stacca in pellicole di spoglio velocemente sedimentabili.

Gli interstizi tra i dischi non si intasano mai e consentono di rifornire con continuità la flora di materia organica e di ossigeno.

Il tappeto biologico, formato dai più diversi microorganismi, assorbe, durante l’immersione nell’acqua da depurare, le sostanze organiche decomponibili in essa contenute e durante l’emersione, direttamente dall’aria, l’ossigeno.

La contemporanea presenza di questi due elementi determina la crescita e l’azione depuratrice delle colonie di microorganismi.

La tecnologia ha il suo massimo rendimento per:

 Portate e Concentrazioni influenti costanti che permettono lo

sviluppo di ceppi “stabili” di flora batterica

 Assenza di oligoelementi metallici con oscillazioni di

concentrazione

 Temperature costanti

 Conducibilità costante

In uscita dalle due linee di trattamento il liquame è inviato ai due successivi bacini di sedimentazione, a pianta rettangolare, dotati di carroponte del tipo “va e vieni”; il fango sedimentato viene raccolto nei due appositi pozzetti per essere destinati al rilancio verso la sezione di trattamento fanghi,

mediante le rispettive pompe.

In figura 2.6 si riporta la sezione di trattamento biologico con biorulli e i sedimentatori rettangolari.

Figura 2.5: Planimetria trattamento biologico a biorulli

Tale sezione è l’oggetto dell’intervento in esame, ossia dell’up grading tecnologico perché come verrà indicato nel paragrafo 3) presenta diverse criticità.

2.3) Sezione di trattamenti terziari

Tale sezione è stata realizzata per la capacità complessiva di 60.000 AE, e permette di:

 Abbassare la concentrazione di solidi sospesi con un trattamento di filtrazione, che consiste nell’intercettare tramite impatto e adesione le particelle dei solidi sospesi restanti e sostanze colloidali;

 Rimuovere il fosforo residuo in uscita dalla linea biologica attraverso la somministrazione di cloruro ferrico in soluzione. Tale processo si basa su una reazione di precipitazione di forme disciolte di fosforo inorganico presente nel liquame per mezzo di sali di ferro; è facile ottenere una buona precipitazione operando in condizioni di pH che garantiscono l’insolubilità di questi composti contenenti anche fosforo.

 Eliminare i microrganismi patogeni tramite il processo di disinfezione, nei mesi estivi viene effettuata sia una disinfezione a raggi UV, che una disinfezione ad acido peracetico.

La prima è un trattamento che viene effettuato tramite installazione di lampade aventi caratteristiche tecniche prestabilite in termini di lunghezza, potenza e sezione d’influenza. Le lampade sono completamente immerse nell’effluente da disinfettare e disposte parallelamente al flusso. I raggi emessi dalle lampade a mercurio hanno un'energica azione battericida e viricida e vengono rapidamente assorbiti dalle soluzioni. Non si possono trattare soluzioni opache dovute a solidi sospesi poiché la radiazione elettromagnetica verrebbe deviata provocando una disinfezione parziale, quindi tale trattamento va sempre preceduto da una microfiltrazione. Dal punto di vista ambientale i raggi UV non danno luogo alla formazione di prodotti indesiderati e tossici, a differenza di trattamenti di clorazione, essendo un trattamento fisico.

La seconda, invece, è un trattamento che avviene con l’aggiunta di un reagente chimico, l’acido peracetico, che viene prodotto dalla reazione fra acqua ossigenata ed acido acetico; la soluzione disinfettante contiene il 10 - 15 % di prodotto chimico.

Le reazioni di equilibrio e di decomposizione sono le seguenti: 1) CH3COOH + H2O2 → CH3COOOH + H2O

2) CH3COOOH + H2O → CH3COOH + ½ O2 3) H2O2 → H2O + ½ O2

Le reazioni del PAA non danno origine a sottoprodotti tossici.

Vengono effettuate entrambe le disinfezioni soltanto nei mesi estivi (da maggio a settembre) perché è stato appurato che in questi mesi più critici con la sola disinfezione a raggi UV il tenore di carica batterica in uscita dall’ impianto rispetta i limiti di normativa, ma poi aumenta durante il percorso nella rete di collettamento fognario SUD, invece con l’utilizzo dell’acido peracetico tali limiti vengono rispettati anche in fondo allo scarico.

Inoltre, come già detto poc’anzi questi trattamenti vengono distinti in due linee:

 La linea derivante dal sistema UCT modificato, chiamata linea “nuova”;

 La linea derivante dal sistema a biorulli, chiamata linea “vecchia”.

2.3.1) Linea “nuova”

L’acqua chiarificata in uscita dai sedimentatori circolari procede verso la sezione di filtrazione su tela a gravità, composta da due macchine filtranti della potenzialità di 300 m3_{/h trattabili ciascuna.}

I filtri a dischi da 10 micron si basano sull'utilizzo di dischi multipli ognuno costituito da una serie di pannelli filtranti: tale schema impiantistico determina un incremento nell'area di filtrazione riducendo al contempo la superficie occupata.

L'acqua da trattare fluisce per gravità all'interno del tamburo centrale e filtra quindi attraverso i pannelli, i solidi sono separati dall'acqua per mezzo dei pannelli filtranti montati su ambo i lati dei segmenti del disco. I solidi sono trattenuti all'interno dei dischi filtranti mentre l'acqua depurata fluisce all'esterno del disco in un serbatoio di raccolta.

Durante il normale funzionamento, i dischi rimangono fermi fino a che, a causa dell'intasamento dei filtri per l'accumulo di solidi, il livello dell'acqua nel canale interno raggiunge un valore prefissato; a questo punto, il ciclo di controlavaggio è avviato automaticamente ed i solidi sono controlavati all'interno della tramoggia di raccolta mentre il disco è posto in rotazione. Il flusso controcorrente e gli ugelli in movimento oscillante assicurano una continua pulizia del mezzo filtrante con un consumo minimo d'acqua.

La sezione, completa di strumentazione per la misura della concentrazione di COD e di ortofosfati, presenta un elevato grado di automazione, garantita dalla presenza di numerose paratoie motorizzate che consentono di far compiere al flusso percorsi alternativi a seconda degli scenari che si potranno avere:

a) Concentrazioni di COD ed ortofosfati minori di un dato set-point; b) Concentrazione di COD superiore rispetto al set-point;

Nel caso a) il refluo in ingresso al pozzetto di arrivo è ripartito sulle due macchine di filtrazione, poi l’acqua filtrata esce ed entra nel pozzetto a valle contenente i misuratori di ortofosfati e di COD.

Nel caso in cui il valore dei due parametri considerati siano minori dei rispettivi set-point, l’acqua esce e fa il suo ingresso nella sezione successiva di disinfezione a raggi UV.

Se ad un certo punto il sensore per COD rivela una concentrazione superiore a quella di set-point (caso b), il sistema di controllo attiva automaticamente le pompe di sollevamento ed attiva la linea di filtrazione a carboni attivi mediante l’apertura della relativa valvola di intercettazione on-off.

Le acque così trattate rientrano nel pozzetto a valle della vasca di prelievo, nel quale un secondo misuratore rileva il COD in uscita dalla sezione di filtrazione, l’acqua procede come nel caso precedente verso la fase di disinfezione.

Se dal controllo sugli ortofosfati emerge un valore più alto rispetto a quello impostato come set-point (caso c), il sistema di controllo avvia il sollevamento, inviando le acque verso il sistema di abbattimento chimico del fosforo.

Occorre comunque considerare che tale eventualità si verificherà solo nei casi di emergenza (paragrafo 1.3) in cui il sistema biologico di rimozione dei nutrienti non riesca a garantire i limiti di concentrazione del fosforo.

Le acque di scarico dei controlavaggi dei filtri a tela ed a carboni attivi sono convogliati in una vasca di accumulo, essa è suddivisa in due scomparti,

intercomunicanti tramite apposita finestra di sfioro, uno dedicato a raccogliere le acque di pioggia, l’altro per l’accumulo delle acque dei lavaggi. Entrambi gli scomparti sono dotati di analoghi sistemi di sollevamento, costituiti da 2 pompe sommerse.

Per quanto riguarda sezione di disinfezione l’acqua da trattare passa attraverso i due banchi di lampade ad UV, disposte orizzontalmente nel senso di percorrenza del flusso.

Il sistema completo di disinfezione UV è dimensionato per il raggiungimento dei limiti di scarico previsti per il riutilizzo; esso è del tipo a canale, provvisto di sistema di pulizia automatica degli involucri delle lampade, di sistema di regolazione dosaggio UV e di sensore per la misura di portata.

La paratoia motorizzata, subordinata al misuratore di livello in canale, regola l’altezza dell’acqua, in modo che i banchi di lampade siano totalmente immerse nel liquido. Dopodichè l’acqua depurata viene inviata nella successiva vasca per la disinfezione con acido peracetico, tale trattamento è attivabile in caso di necessità (mesi estivi), mediante l’utilizzo di apparecchiature già installate (stoccaggio acido peracetico, pompe dosatrici).

L’acqua depurata si avvia verso una vasca di accumulo, avente un volume utile di 650 m3 circa e preceduta da un pozzetto di analisi, nel quale sono installati i misuratori di pH, di conducibilità, di azoto nitrico e di azoto ammoniacale.

Nella sezione di uscita della vasca trovano alloggiamento le tre pompe per il sollevamento adibito all’invio dell’acqua nella rete del riutilizzo e le due pompe per il sollevamento adibito all’invio delle acque nella rete di servizio dell’impianto.

2.3.2) Linea “vecchia”

Il liquido chiarificato in uscita dai due sedimentatori rettangolari prosegue verso un apposito strumento per la misurazione degli ortofosfati, tale misurazione si rende necessaria per attivare o meno il trattamento chimico – fisico di rimozione del fosforo a seconda del recettore finale in cui saranno recapitate le acque trattate (laguna o mare).

Nel caso in cui sia superato il limite di fosforo per lo scarico (per il recapito in laguna il limite è pari a 2 mg/L mentre per il mare è di 10 mg/L), l’acqua viene sollevata per mezzo di tre pompe ad asse verticale, per essere inviata in testa alla sezione di trattamento chimico – fisico prevista.

L’alimentazione a detta sezione avviene per mezzo di 3 tubazioni recapitanti l’acqua da trattare nelle tre vasche di miscelazione, dotate di agitatore ad elica ad asse verticale nelle quali viene dosato il cloruro ferrico come agente flocculante, per la rimozione del fosforo; l’aggiunta del reattivo avviene mediante la stazione comprendente il serbatoio di stoccaggio e le tre pompe di dosaggio.

La miscela flocculata in uscita dalle tre vasche in parallelo raggiunge la sezione di filtrazione a tela situata a valle per la rimozione dei solidi sospesi; essa è composta da due filtri a tela per linea per un numero totale di filtri pari a 6. Essi sono dotati di pompa per la raccolta dei fanghi e per il controlavaggio delle tele.

All’uscita della sezione l’acqua trattata è convogliata su tre linee parallele per la disinfezione con raggi UV.

L’uscita dalla sezione di disinfezione a raggi UV avviene con tre tubazioni, le quali si riuniscono in un tubo che entra nella successiva vasca per la disinfezione con acido peracetico, come per la linea “nuova” tale trattamento è attivabile in caso di necessità, mediante l’utilizzo di apparecchiature già installate (stoccaggio acido peracetico, pompe dosatrici).

Avendo appena descritto l’intera linea liquami si evince che lo stadio a cui è stata fatta più attenzione in fase di progetto è quello di defosfatazione, poiché andando ad esaminare le caratteristiche dei reflui in ingresso alle pagine 9 e 10, si nota che il livello di fosforo in questa area non crea eccessivi problemi per lo scarico a mare dal

Di conseguenza, dopo una prima analisi, verrebbe da pensare che la scelta dello schema UCT modificato, il quale consente un trattamento spinto del fosforo, sia sbagliata e inutile. L’impianto integrato di Terrarossa, però, prevede, in caso di fuori servizio della condotta di scarico a mare delle acque trattate, uno scarico in laguna, che, essendo area sensibile, ha un limite di fosforo molto più restrittivo (2mg/L). Quindi è in queste evenienze che è necessaria una defosfatazione spinta.

Analizzando le concentrazioni in ingresso è facile osservare che, per quanto riguarda il fosforo, esse sono sempre maggiori del valore da rispettare in uscita per lo scarico d’emergenza: quindi sarà necessario un intervento, durante la depurazione, che vada ad abbassare questo indice.

Siccome l’impianto, come già ampliamente descritto, è composto da due linee parallele, nella linea realizzata nel periodo 2006-2008 il trattamento del fosforo avviene nella vasca anaerobica: in essa avviene il processo di defosfatazione biologica, che sfrutta l'intervento di batteri eterotrofi fosfo-accumulanti (Phosphorus Accumulating Organisms - PAO) come Acinetobacter, che tendono naturalmente ad accumulare fosforo (sotto forma di polifosfati), ma che, se sottoposti a stati alternati di stress aerobico-anaerobico, accumulano molto più fosforo del necessario.

L'abbattimento biologico dei fosfati organici avviene in due fasi distinte: una anaerobica e l'altra aerobica.

Nella prima fase i PAO, in assenza di ossigeno disciolto in vasca, per sopravvivere assorbono substrato carbonioso (RBCOD) dal liquame, rilasciando il fosforo contenuto nei batteri sotto forma di ortofosfati.

Nella seconda fase i PAO accumulano fosforo sotto forma di polifosfati che verrà ricircolato in vasca anaerobica dopo aver attraversato la sedimentazione finale. Nel caso in cui il valore del fosforo sia sempre elevato, nonostante il suddetto processo, è prevista una defosfatazione chimico-fisica.

Nella linea “ex biorulli”, soggetta all’intervento descritto, l’abbattimento del fosforo avviene grazie all’attivazione automatica del dosaggio di cloruro ferrico sui

sedimentatori, modificando i rapporti di ricircolo. Tale trattamento chimico-fisico entra in funzione soltanto nei casi di emergenza per lo scarico in laguna.

2.4) Linea fanghi

Tale sezione serve a trattare i fanghi di supero estratti dal sedimentatore finale, ossia l’eccedenza di fango non necessaria al ricircolo in linea biologica. Dal momento che i fanghi presentano un alto contenuto d’acqua, risulta difficile il loro smaltimento per cui occorreranno dei processi di disidratazione che lo renderanno palabile (consistenza terrosa).

Inoltre, tali fanghi presentano il problema di essere altamente putrescibili e

maleodoranti, dovuti alla alta concentrazione di sostanza organica biologicamente degradabile, con conseguente rischio igienico sanitario che può provocare

diffusione di malattie. Perciò è necessario inserire processi di stabilizzazione che permettono l’inertizzazione del fango riducendo i batteri vivi.

Di seguito viene descritto il funzionamento della linea fanghi.

I fanghi derivanti dalla sedimentazione biologica delle due linee vengono inviati alla vasca di stabilizzazione aerobica, in quest’ultima fanghi il processo di ossidazione deve essere spinto fino alla fase di respirazione endogena e cioè fino a quella fase nella quale, risultando assente o scarsa la riserva di materiale organico da demolire, si determina la distruzione del materiale cellulare degli stessi microrganismi. Ciò viene ottenuto, in pratica, sottoponendo il fango ad un'aerazione prolungata in bacini aperti mediante insufflazione di aria compressa o mediante l'uso di aeratori meccanici; tutti gli aeratori hanno anche la funzione di miscelatori e il valore di ossigeno da dosare è subordinato alla lettura dell’ossigeno disciolto in vasca tramite

La vasca di stabilizzazione dei fanghi consentirà di ridurre ulteriormente la frazione dei solidi sospesi volatili ed è stata dimensionata in modo da garantire un’età del fango di sei giorni, è dotata di due mixer, di un sensore per il controllo della temperatura in vasca e presenta un volume complessivo di circa 1000 m3_{, una}

lunghezza di 26 m circa, una larghezza di 10 m circa. La copertura della vasca, realizzata in PRFV, presenta un isolamento interno di spessore di 50 mm, per diminuire al massimo le dispersioni di calore, le quali porterebbero ad un rallentamento delle cinetiche in gioco.

Dopodichè i fanghi vengono inviati alla sezione di post-ispessimento. L’ispessitore (figura 2.5) è dimensionato in modo da garantire un tempo di permanenza al fango pari a 2.5 giorni ed un valore di carico superficiale di solidi sospesi pari a 45 kgSS/m2_{*d. Lo stesso}

presenta un volume di circa 380 m3_,

un diametro di 10 m ed un’altezza media della parte cilindrica di 4.50 m.

Figura 2.5: Ispessitore

Il fango estratto dall’ispessitore è inviato alla centrifuga (figura 2.6), ossia il sistema di disidratazione meccanica costituito da un cilindro ad asse orizzontale con albero centrale che permette di separare l'acqua dal fango mediante l'applicazione di una forza centrifuga. All'interno del cilindro c'è una coclea, che ruota nello stesso senso del tamburo ma a una velocità inferiore.

Figura 2.6: Sistema di disidratazione meccanica

In figura 2.7 e 2.8 sono riportati la planimetria (vedere tavola 1 allegata per maggior dettaglio) e il render dell’impianto attuale, che riassumono tutto quello detto nelle pagine precedenti.

Figura 2.7: Planimetria Attuale

2.5) Linea di trattamento aria

Siccome quella di evitare l’emissione di cattivi odori era un obbiettivo che doveva essere garantito dall’impianto di Terrarossa fin dalla fase di progetto, per ovviare alla potenziale diffusione di maleodoranze è stato previsto un sistema articolato di captazione degli odori nei punti più importanti dell’intero impianto, la rete di aspirazione è formata da una serie di condotti che convogliano l’aria verso particolari unità di trattamento di tipo biologico (biofiltri).

Per il dimensionamento dei ricambi per vasca e delle relative tubazioni di aspirazione e dei sistemi di trattamento aria si prendano a riferimento i seguenti valori:

sezione di grigliatura: 100 m3_/h

sezione di dissabbiatura/disoleatura: 500 m3_/h

sezione di sollevamento: 150 m3_/h

sezione di equalizzazione: 5000 m3/h sezione di trattamento biorulli: 315 m3_/h

sezione di trattamento anaerobico: 550 m3_/h

sezione di trattamento anossico: 660 m3/h sezione di stabilizzazione fanghi: 560 m3_/h

sezione di ispessimento fanghi: 165 m3_/h

Lo schema di processo prevede l’utilizzo di tre unità di biofiltrazione dislocate nei seguenti punti dell’impianto e facenti capo alle linee di aspirazione degli odori provenienti dalle diverse sezioni di trattamento:

 Il biofiltro 1 è situato nella zona dei trattamenti preliminari, al quale fanno capo le linee di aspirazione dell’aria proveniente dalla sezione di grigliatura, dalla vasca di dissabbiatura/disoleatura, dalla sezione di sollevamento dei liquami, dalle tre vasche di equalizzazione e i biorulli.

Le vasche di dissabbiatura, di sollevamento dei liquami, di equalizzazione e dei biorulli, a differenza della griglia per la quale è prevista l’aspirazione diretta mediante apposito bocchello, sono provviste di copertura per il confinamento degli odori.

 Il biofiltro 2 è adiacente alla vasca di reazione anaerobica: ad esso è convogliata l’aria aspirata dalla vasca di reazione anaerobica e dalla vasca di reazione anossica. Tali vasche sono dotate di apposita copertura per la creazione di ambienti in assenza di ossigeno e di tubazioni di aspirazione degli odori.

 Il biofiltro 3 è situato nella zona di trattamento dei fanghi, al quale fanno capo le linee di aspirazione dell’aria proveniente dall’ispessitore e dalla vasca di stabilizzazione aerobica del fango: anche tali vasche sono complete di apposita copertura.

Identificativo del sistema di

assorbimento - lavaggio Sezioni di trattamento servite

Portata aspirata (m3_/h) Biofiltro 1 Sezione di grigliatura 100 Vasca di dissabbiatura/disoleatura 500 Sezione di sollevamento 150 Vasche di equalizzazione 5.000

Linea di trattamento biologico con biorulli 315

Totale 6.065

Biofiltro 2

Vasca di reazione anaerobica 550

Vasca di reazione anossica 660

Totale 1.210

Biofiltro 3

Vasca di stabilizzazione aerobica fanghi 560

Vasca di ispessimento fanghi 165

Totale 725

Tabella 2.2: Schema processo di filtrazione aria

I tre biofiltri saranno realizzati con pannelli di contenimento modulari in alluminio, con pareti di 1,80 m di altezza e con uno spessore del letto filtrante di 1,30 m.

La costruzione prevede elementi componibili e modulari in alluminio estruso: ad intervalli regolari, saranno presenti dei puntoni di sostegno e rinforzo, anch’essi in alluminio. La pavimentazione su cui appoggeranno i biofiltri non presenta asperità, garantisce l’opportuna portanza e ha pendenza del 1% per il convogliamento delle acque di percolazione.

Il biofiltro, composto da apposito materiale di riempimento e di supporto, è irrorato con acqua, per garantire lo sviluppo e la crescita della biomassa: esso è suddiviso in

3) Nuova configurazione

La nuova configurazione risulta opportuna per diversi aspetti:

 Lo stato di vetustà (tecnologia con più di 20 anni dalla sua

installazione) che la pone a fine ciclo;

 Le difficoltà nell’effettuazione della manutenzione stante la grave difficoltà nel reperimento dei pezzi e dei componenti di ricambio;

 L’esigenza di disporre di una tecnologia più efficace e moderna e in grado di garantire ottimi rendimenti di processo e, nel complesso, la potenzialità dell’impianto di Terrarossa.

Occorre evidenziare, altresì, che questa sezione è attivabile saltuariamente o temporaneamente in funzione dei periodi di massimo carico afferente all’impianto (per esempio nel periodo estivo).

Tale peculiarità di funzionamento “on/off” mal si adatta alla tecnologia “a biomassa adesa” dei biorulli e ne ha ulteriormente aggravato le problematiche di funzionamento.

L’utilizzo dei biorulli, inoltre, non risulta più una tecnologia adeguata agli standard richiesti dalla vigente normativa oltre che dai restrittivi obiettivi imposti dal rispetto della vigente Autorizzazione Integrata Ambientale in termini di conservatività delle performace di abbattimento.

Il sistema a biomassa adesa è efficace ed efficiente per impianti senza particolare oscillazione idraulica e di carico influente.

Laddove, come nel caso in specie, esigenza è quella di sopperire a punte di carico ed a picchi idraulici la tecnologia presenta alcune criticità.

A distanza di quasi 10 anni, e per le motivazioni supposte, si rende necessaria la modificazione della sezione con una nuova tecnologia.

Per individuare la tecnologia più opportuna è stato tenuto prioritariamente conto dei seguenti aspetti:

A. Mantenimento dei volumi dei manufatti in calcestruzzo armato; B. Mantenimento dei presidi per la riduzione dell’impatto (copertura

vasche)

ed è stato quindi optato per la tecnologia depurativa basata sulla Ossinitrificazione (con sezione di predenitrificazione) del tipo a fanghi attivi in reattori CSTR a completo mescolamento.

Si verranno così a determinare due analoghe linee di trattamento (una da 20.000 AE e una da 40.000 AE) delle quali quella oggetto del presente lavoro sarà attrezzata come di seguito:

a) Una sezione di predenitrificazione realizzata utilizzando il volume geometrico disponibile di 794 m3_{, e integrata con l’istallazione dei mixer}

di miscelazione previa eliminazione delle porzioni di cls interni alle vasche non più funzionali;

b) Una sezione di Ossinitrificazione a fanghi attivi realizzata istallando un sistema di microdiffusione dell’aria (ossigeno) mediante diffusori tipo “sanitarie gold” della Xylem (volume disponibile 1668 m3₎

c) Una stazione di produzione aria per l’esigenza di ossidazione supplementare a quella in uso al momento per garantire continuità al sistema ed una regolazione finalizzata agli scopi di trattamento.

La tecnologia individuata, che, come già detto ribadisce quella già in funzione in impianto, permette di:

1. Massimizzare i rendimenti di processo in termini di abbattimento del carico organico influente

2. Ridurre le criticità in relazione alle oscillazioni idrauliche, di temperatura, di carico influente e di presenza di oligoelementi “critici” per la flora batterica

3. Ridurre al minimo i tempi di avviamento ed acclimatazione della flora batterica potendo attingere dalla sezione ossidativa sempre in marcia e annullando di fatto i periodi transitori

4. Ridurre al minimo le regolazioni di marcia e di lavoro della successiva sezione di trattamento fanghi (disidratazione) data la natura perfettamente analoga dei sottoprodotti nelle due sezioni di impianto.

Dal punto di vista realizzativo la configurazione di impianto resta immutata ad eccezione di un piccolo edificio ove trovano allocazione le soffianti di areazione (due più una di riserva attiva) e relativo quadro elettrico, come si può vedere in figura 3.2 e 3.3.

4) Carichi massimi ammissibili della nuova

configurazione

Prima di iniziare la fase di dimensionamento è opportuno evidenziare che la conversione in esame non porta a nessun peggioramento dal punto di vista degli impatti ambientali, anzi come si vedrà avremo un miglioramento sotto questo aspetto.

I volumi di cui disponiamo sono Wden= 794 m³ per la vasca di denitrificazione e Wox= 1668 m³ per la vasca di ossidazione.

Fissata la portata max di progetto Q= 430 m³/h= 10320 m³/d e avendo una temperatura di 13.5 °C (condizioni più sfavorevoli), segue la verifica dei carichi massimi ammissibili.

Tenendo conto delle seguenti definizioni:  In: entrante in fase biologica;  Out: uscente in fase biologica;

 Den: all’interno della vasca di denitrificazione;  Nit: all’interno della vasca di nitrificazione;  Bat: rimosso per sintesi batterica.

Partendo dal seguente sistema di equazioni determino il BOD e il TKN espressi in mg/L.

𝑊𝑑𝑒𝑛 =Q ∗ Nden Vden =

Q ∗ ( Nnit + NOin + NOout)

= Q ∗ (TKN − 2 − 0.05(BOD − 5) − 13 ) 232.42 ∗ (1 − ( 1 1 +0.5(𝐵𝑂𝐷 − 5 − 4.5(𝑇𝐾𝑁 − 2 − 13 − 0.05(𝐵𝑂𝐷 − 5)))_{0.166(TKN − 2 − 0.05(BOD − 5))} ) 𝑊𝑜𝑥 =Q ∗ Nnit Vnit =

Q ∗ ( TKNin − TKNout − TKNbat) μeff ∗ 𝑀𝐿𝑉𝑆𝑆 ∗ 𝐹𝑛𝑖𝑡 = = Q ∗ (TKN − 2 − 0.05(BOD − 5)) 1511.25 ∗ ( 1 1 +0.5(𝐵𝑂𝐷 − 5 − 4.5(𝑇𝐾𝑁 − 2 − 13 − 0.05(𝐵𝑂𝐷 − 5)))_{0.166(TKN − 2 − 0.05(BOD − 5))} ) Si ottiene:  BOD= 147.5 mg/L  TKN= 37.9 mg/L

A questo punto sottraendo ai risultati ottenuti le concentrazioni limite effluenti ricavo il BOD e il TKN trattati:

ΔBOD= BOD-20=127.5 mg/L= 1316091 g/d ΔTKN= TKN-15=22.9 mg/L= 236341,6 g/d

Sapendo che un abitante equivalente è il carico organico biodegradabile avente una richiesta di 60g/d di BOD e 12g/d di TKN, si trovano gli abitanti equivalenti:

Come si può osservare si hanno delle criticità:  BOD< 335.8 mg/L

 TKN< 62 mg/L

 Abitanti (TKN) < 20000 AE

Dobbiamo a questo punto aggiungere che il caso di portata di progetto max si ha in pochi casi in impianto, quindi si può fare la stessa verifica scegliendo la portata basandosi sui dati della portata degli ultimi 30 mesi (2 anni e mezzo), riportati nella tabella 4.1 che segue.

Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Sett Ott Nov Dic

Portate 2017 6346 7160 6080 7120 6920 8811 9124 9950 9178 7260 6200 7720 Portate 2018 6480 11110 11529 9120 10530 10909 12040 11900 8530 10530 12580 8360 Portate 2019 9010 8840 6060 9125 7904 9350      

Tabella 4.1: Portate registrate negli ultimi 30 mesi

La portata maggiore è Q = 12580 m³/d, la quale verrà poi divisa per 3 considerando che nella sezione “ex biorulli” arriverà 1/3 della portata totale:

Q= Qmax 30 mesi₃ = 4193 m³/d.

Così facendo si ottengono i seguenti risultati:  BOD= 367.5 mg/L > 335.8 mg/L  TKN= 73.3 mg/L > 62 mg/L

 Abitanti (BOD)= 24286 AE > 20000 AE  Abitanti (TKN)= 20354 AE > 20000 AE

Si nota facilmente che le concentrazioni in ingresso sono maggiori rispetto a quelle che potevano essere trattate con la sezione a biorulli e anche gli abitanti serviti aumentano.

Quindi, tale verifica dimostra che l’up grading tecnologico della sezione di ossinitrificazione non porta ad un peggioramento dell’impatto ambientale.

5) Relazione di calcolo

Per la depurazione biologica è stato optato per un sistema a fanghi attivi, composto da una vasca di nitrificazione e una di ossidazione (vedi figura 5.1), nelle quali avviene la depurazione, e da un sedimentatore, il quale è dotato di due uscite, una posta in alto, da cui esce acqua chiarificata e l’altra in basso, che rimanda indietro l’acqua ricca di batteri. Questo tipo di impianto seleziona i batteri che sono in grado di flocculare, ossia che riescono ad aggregarsi in fiocchi.

Figura 5.1: Vasche sistema a fanghi attivi

5.1) Dimensionamento delle vasche

Di fondamentale importanza è la rimozione dell’azoto in modo tale da avere 15 mg/L durante lo scarico.

I batteri autotrofi presenti nelle vasche faranno sì che lo ione ammonio si trasformi in nitrato NO3- con un processo chiamato nitrificazione. In una prima fase, la

nitritazione, i batteri nitrosomonas ossidano lo ione ammonio formando il nitrito, poi avviene la nitratazione nella quale i batteri nitrobacter lo trasformano in nitrato. Bisogna precisare che la nitratazione risulta più rapida della nitritazione.

Però lo ione nitrato è una forma stabile che non può essere ossidata, quindi è necessario attuare una denitrificazione in modo da rendere l’azoto gassoso, per poterlo espellere.

Di conseguenza la realizzazione di un sistema a fanghi attivi deve far sì che si creino i contesti idonei per il verificarsi di tali condizioni: nella vasca d’ossidazione avviene la nitrificazione, invece in quella anossica avviene la denitrificazione.

Vediamo nel dettaglio le due vasche.

5.1.1) Vasca Anossica

In questa vasca si ottiene la riduzione successiva di nitrati e nitriti ad azoto gassoso N2, infatti, nella vasca di ossidazione lo ione l’ammonio NH4+ viene ridotto in nitriti

e nitrati che devono essere trasformati in azoto gassoso che si libera in atmosfera; perciò è necessario un ricircolo in ingresso alla vasca di denitrificazione, dove, non essendo presente l’ossigeno, i batteri eterotrofi ossidano la sostanza organica utilizzando l’ossigeno presente nei nitrati come accettore di elettroni, permettendo lo svolgersi del processo.

La denitrificazione biologica comporta quindi una serie di stadi successivi, i quali, a partire dai nitrati, portano alla formazione di azoto gassoso come mostrato di seguito:

NO3- → NO2- → NO → N2O → N2(gas)

Inoltre, una parte della sostanza organica biodegradabile viene abbattuta e si aumenta la velocità di denitrificazione grazie al corretto apporto di BOD proveniente dal liquame in ingresso.

Il volume necessario per denitrificare il refluo in ingresso è ricavato in funzione della portata (Q), della velocità di denitrificazione (Vden) e della quantità di azoto da

𝑊𝑑𝑒𝑛 =

𝑄 · 𝑁_𝑑𝑒𝑛 𝑉_𝑑𝑒𝑛

Per quanto riguarda la velocità di denitrificazione essa è ottenuta dalla velocità standard a 20 °C, corretta attraverso un coefficiente che tiene conto della temperatura in impianto (viene presa la temperatura minima, ossia il caso più gravoso), la frazione di batteri nitrificanti e la concentrazione di solidi sospesi volatili:

𝑉_𝑑𝑒𝑛 = 𝑉_{𝑑𝑒𝑛,20} · 1,123(𝑇−20)_{· 𝑀𝐿𝑉𝑆𝑆 · (1 − 𝐹} 𝑛𝑖𝑡)

Dove:

 𝑉_{𝑑𝑒𝑛,20}= velocità di denitrificazione alla temperatura standard di 20°C 𝑉𝑑𝑒𝑛,20 = 0,2

𝑔𝑁𝑂 𝑔𝑀𝐿𝑉𝑆𝑆𝑑

 𝐾 = 1,123(𝑇−20) _{fattore di correzione della temperatura}

 MLVSS = concentrazione solidi sospesi volatili, presa pari al 65% dei solidi sospesi (MLVSS= 0.65*3800= 2470 mg/L)

 𝐹𝑛𝑖𝑡= frazione della biomassa nitrificata

Per vedere la distribuzione della biomassa nell’ impianto si confronta la crescita della massa autotrofa con quella eterotrofa, individuando quale frazione di biomassa totale sarà nitrificante