Tecnologie a membrana per la potabilizzazione delle acque superficiali: la sperimentazione sull'impianto di Poggibonsi

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U

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Corso di Laurea Specialistica in

Ingegneria Idraulica, dei Trasporti e del Territorio

Tecnologie a membrana per la potabilizzazione

delle acque superficiali: la spe

sull’impianto di Poggibonsi

R

ELATORI

Prof. Ing. Renato Iannelli

Prof. Ing. Valerio Milano

Prof. Alessio Ceccarini

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NNO

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NIVERSITÀ DI

P

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F

ACOLTÀ DI

I

NGEGNERIA

Corso di Laurea Specialistica in

Ingegneria Idraulica, dei Trasporti e del Territorio

(Curriculum Idraulica)

T

ESI DI

L

AUREA

Tecnologie a membrana per la potabilizzazione

delle acque superficiali: la sperimentazione

sull’impianto di Poggibonsi

Prof. Ing. Renato Iannelli

Prof. Ing. Valerio Milano

C

ANDIDATO

Andrea Ceccotti

Ceccarini

NNO

A

CCADEMICO

2010/2011

Ingegneria Idraulica, dei Trasporti e del Territorio

Tecnologie a membrana per la potabilizzazione

rimentazione

ANDIDATO

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3

Sommario

Introduzione ... 5

1. Le risorse idriche in Italia e nel mondo: aspetti qualitativi e quantitativi allo stato attuale ... 6

1.1 Fonti di approvvigionamento idrico in Italia ... 11

1.2 Scenari futuri possibili sui consumi delle risorse idriche ... 17

1.3 Quadro di sintesi della normativa in materia di potabilizzazione delle acque superficiali... 18

2. La potabilizzazione delle acque superficiali ... 22

2.1 Caratteristiche delle acque destinate al consumo umano ... 22

2.2 Caratteristiche delle acque superficiali destinate alla potabilizzazione ... 26

2.3 Aspetti generali dei processi di potabilizzazione di acque superficiali ... 27

2.3.1 Chiariflocculazione ... 28

2.3.2 Filtrazione su sabbia ... 29

2.3.3 Adsorbimento su carboni attivi ... 33

2.3.4 Disinfezione ... 37

2.4 Esempi di impianti per acque superficiali ... 40

3. Aspetti generali dei processi a membrana ... 42

3.1 Principi teorici dei processi a membrana ... 42

3.2 Materiali costituenti le membrane ... 44

3.3 Classificazione delle membrane ... 46

3.4 Tipologie dei processi a membrana ... 52

3.5 Fattori che influenzano le prestazioni delle membrane ... 58

3.6 Problemi dei trattamenti a membrana ... 61

3.7 La potabilizzazione delle acque superficiali tra le possibili applicazioni dei processi a membrana ... 68

4. La rete idrica del comune di Poggibonsi ... 70

4.1 Fonti di approvvigionamento idrico ... 70

4.2 Descrizione della rete di distribuzione ... 72

4.3 Criticità del sistema e ricerca di nuove fonti ... 75

5. L’impianto di potabilizzazione delle acque del fiume Elsa ... 78

5.1 Analisi storica della costruzione e del funzionamento dell’impianto ... 78

5.2 Caratteristiche delle acque del fiume Elsa ... 80

5.2.1 Il fiume Elsa ... 80

(4)

4

5.3 L’impianto di potabilizzazione originale ... 86

5.3.1 Descrizione delle parti costituenti ... 86

5.3.2 Descrizione dello schema di impianto e del processo di potabilizzazione ... 95

6. Problematiche riscontrate durante il funzionamento ... 99

6.1 Inefficacia dei pretrattamenti ... 99

6.2 La calcificazione dei carboni attivi ... 100

6.3 Il fouling nell’osmosi inversa ... 103

6.4 Configurazione attuale dell’impianto di potabilizzazione ... 106

6.5 Qualità delle acque trattate ... 107

7. Lo studio sperimentale ... 117

7.1 Obiettivi dello studio ... 117

7.2 Descrizione della sperimentazione ... 118

7.3 Materiali e metodi ... 118

7.3.1 Progettazione ed installazione dell’impianto pilota ... 118

7.3.2 Metodiche di Campionamento e procedure di analisi ... 124

7.3.3 Lavaggio dei moduli dell’impianto pilota ... 128

7.3.4 Sequenze di avviamento-arresto dell’impianto ... 129

7.3.5 Caratteristiche della sabbia utilizzata per la filtrazione ... 131

7.4 Le prove sperimentali... 133

7.4.1 Calendario delle prove ... 133

7.4.2 Evoluzione della configurazione dell’impianto pilota ... 134

8. Analisi dei risultati ... 170

8.4 Caratteristiche fisico-chimiche e biologiche delle acque analizzate ... 170

8.5 Curve Pressioni/Portate ... 184

9. Proposte di adeguamento ... 189

9.4 Modifiche all’impianto principale ... 189

9.5 Spostamento produzione impianto Cepparello ... 192

10. Conclusioni ... 196

Indice delle figure ... 199

Indice delle tabelle ... 202

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5

Introduzione

Il presente lavoro di tesi si svolge nell’ambito della convenzione quadro n. 99 dal titolo “Individuazione di risorse alternative per l’uso idropotabile in Toscana con

particolare riferimento allo studio e all’analisi del trattamento di acque superficiali mediante l’utilizzo di sistemi a membrana” sottoscritta in data

30/09/2003 da Acque s.p.a. con il Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università di Pisa. Le attività originariamente previste e descritte nella lettera di attivazione della collaborazione erano incentrate sull’utilizzo congiunto di un piccolo impianto pilota di ultrafiltrazione di acque primarie da destinare ad uso idropotabile, completamente autonomo, trasportabile ed automatizzato, messo a disposizione da Acque S.p.A, allo scopo di verificare l’applicabilità di tale trattamento ad acque superficiali prelevate da diversi possibili punti di approvvigionamento nell’ambito del bacino di utenza del servizio idropotabile gestito dalla stessa azienda. Difficoltà successivamente intervenute hanno comportato notevoli ritardi nell’inizio delle attività, in particolare a causa della non disponibilità dell’impianto trasportabile in tempi utili per lo sviluppo della ricerca. Per superare queste difficoltà ed iniziare le attività previste dalla collaborazione, si è successivamente concordato di concentrare l’attenzione sull’impianto Elsa nel comune di Poggibonsi, utilizzando, in luogo dell’impianto trasportabile originariamente previsto, un diverso impianto pilota, messo a disposizione dal Dipartimento di Ingegneria Civile. L’impianto Elsa è stato installato nell’estate del 2007 ed a causa di problematiche impreviste ha interrotto la produzione nei primi mesi dell’anno successivo, la ricerca si è pertanto concentrata sull’obiettivo di indicare la soluzione a tali problematiche. Le attività operative iniziavano il 6 novembre 2009 con il trasporto di un’unità abitativa prefabbricata presso l’impianto di Poggibonsi. Le attività sperimentali vere e proprie iniziavano nel febbraio 2010 e sono proseguite per poco più di un anno; il presente lavoro di tesi riguarda le operazioni eseguite tra il febbraio ed il dicembre 2010.

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Tecnologie a membrana per la potabilizzazione delle acque superficiali: la sperimentazione sull’impianto di Poggibonsi

6

1. Le risorse idriche in Italia e nel mondo: aspetti

qualitativi e quantitativi allo stato attuale

Il problema dei consumi sempre crescenti di acqua potabile e per uso irriguo è in costante crescita e ciò va di pari passo con il suo deterioramento qualitativo ad opera dell'uomo (nota ISS – giornata mondiale dell’acqua maggio 2007). Secondo la Relazione Annuale del CoViRi, nel 2015 in Italia si avrà un consumo idrico complessivo di circa 53 Mld m3/annui a fronte di disponibilità di circa 54.3 Mld m3/annui. Per quanto riguarda la qualità delle acque superficiali disponibili al consumo umano, studi recenti a livello mondiale non lasciano ombra di dubbio sulla loro situazione ecologica: la commissione internazionale ILEC (International Lake Environment Committee) ha indicato nel quinquennio 1988 – 1993 che ben il 54% dei laghi presenti in Asia e nelle Regioni del Pacifico presentano gravi problemi di eutrofizzazione; mentre in Europa, Africa e Americhe si è rispettivamente al 53%, 28%, 48% e 41%. Il problema assume aspetti preoccupanti se riportiamo i dati dell’annuario delle Nazioni Unite (2009) in cui si stima che da qui al 2050 circa il 57% della popolazione mondiale sarà presente in Asia. Quindi l’elevato presenza di popolazione in tali zone e la crescente densità abitativa ci fanno capire la gravità del problema delle risorse idriche nel Mondo.

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7 Per quanto riguarda la situazione europea è bene citare le conclusioni a cui è giunta l’EAA (European Environment Agency) nel suo rapporto sullo stato ambientale negli Stati membri nel 2003:

ben il 18% della popolazione europea vive in Paesi soggetti ad uno stress della risorsa idrica

è stato segnalato che in vaste zone lungo la linea costiera mediterranea in Italia, Spagna e Turchia si è verificata un’intrusione di acqua salmastra. La causa principale è un’eccessiva estrazione di acqua sotterranea per fornitura pubblica ed in alcune zone anche per turismo e irrigazione agricola

si è verificato un aumento del consumo idrico nei Paesi sud-occidentali dell’Europa.

Inoltre anche la qualità dei laghi europei e delle risorse idriche sotterranee non ha visto segni di miglioramento come si può osservare dai diagrammi di figura 2 e 3.

Figura 2 - Concentrazione media estiva di fosforo basata sui dati di 369 laghi europei (Fonte Eurowaternet - Lakes 2001)

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Figura 3 - Concentrazione media dei nitrati nelle acque sotterranee in Europa (Fonte Eurowaternet - Groundwater 2002)

L’uso sostenibile della quota rinnovabile della risorsa comporta, quindi, la restituzione delle acque usate a un livello di qualità tale da consentire ai corpi idrici il mantenimento delle loro specifiche funzionalità e la vita degli ecosistemi associati. In particolare l’attenzione deve essere rivolta a limitare:

L’eccessivo sfruttamento quantitativo delle risorse, che altera il ripristino naturale della quantità di acqua disponibile nelle diverse categorie di corpi idrici e tecnicamente utilizzabile, e causa alterazioni della qualità;

L’immissione di inquinanti di origine antropica sia quelli non, o non totalmente, biodegradabili, in particolare nutrienti azotati (nitrati, nitriti e ammoniaca) e fosforici (fosfati), sia quelli degradabili quali ad esempio sostanze organiche, che, singolarmente o in associazione, alterano i cicli di sviluppo della biomassa (eccessivo sviluppo algale, anossie);

L’immissione di microrganismi dannosi;

L’immissione di sostanze inquinanti pericolose, naturali e sintetiche.

Allo stato attuale è in atto un progressivo deterioramento qualitativo e quantitativo delle risorse, che spinge l’uomo a utilizzare sempre di più le acque profonde di miglior qualità. Tali acque devono, invece, essere conservate come riserva strategica, visto anche il lungo periodo di rigenerazione che le caratterizza. L’abuso nella captazione di acque sotterranee è un fenomeno diffuso e crescente, soprattutto nelle aree in cui insistono i grandi insediamenti umani, urbani e industriali, e, tra l’altro, contribuisce anche alla desertificazione e all’intrusione del cuneo salino nelle falde sotterranee delle aree costiere. In questo quadro

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9 complesso, la risorsa idrica sta diventando, a livello geopolitico, un elemento di contrasto all’interno di singoli Stati e di conflitto fra Stati diversi.

Per quanto riguarda lo specifico scenario italiano, purtroppo non sono ancora presenti dati certi sulla disponibilità idrica nazionale, quindi per avere un’idea del problema delle risorse idriche, bisogna ricorrere a dati provenienti da diversi enti di ricerca quali Università, CNR, APAT, ENEL, commissioni parlamentari ecc. E’ proprio nella Relazione annuale presentata al Parlamento italiano sullo stato dei servizi idrici – anno 2005 (predisposta dal Comitato per la Vigilanza sull’uso delle Risorse Idriche, organo indipendente della Pubblica Amministrazione istituito dalla legge n. 36 del 5/01/1994) che vengono messi insieme tutte le varie fonti e si ha un quadro generale della situazione nel nostro Paese. Le precipitazioni medie negli ultimi 30 anni sono state comprese tra i 700 e i 900 mm/anno, per un totale complessivo compreso tra i 220 e 280 miliardi di m3. Sulla base di questi dati si osserva un quantitativo di acque meteoriche ben superiore alla media europea (650 – 700 mm/anno). Naturalmente questi quantitativi non sono quelli effettivamente utilizzabili (risorse potenziali), in quanto all’afflusso meteorico complessivo è necessario sottrarre tutte le varie perdite legate principalmente ai deflussi non recuperabili e all’evapotraspirazione.

La stessa Relazione annuale (anno 2005) quantifica in circa 155 miliardi di m3/anno le risorse idriche potenziali (al netto delle perdite). Da questo valore derivano le risorse idriche totali disponibili superficiali e sotterranee, stimate in circa 50 miliardi di m3/anno. A fronte di questa quantità di acqua disponibile si hanno dei consumi idrici che secondo studi presenti nell’archivio di Enel S.p.A. sono di circa 44 miliardi di m3/annui pari ad oltre 2000 l/giorno/abitante (pari a 750 m3/abitante/anno). Questo dato ci pone ai vertici della classifica europea, dove la media di prelievo per abitante è inferiore ai 1700 l/giorno. La ripartizione dei consumi nel Mondo è assai diversa. Nei Paesi più industrializzati (Europa, USA ecc) si ha la seguente ripartizione: 30% agricoltura, 14% scopi civili, 10% industria e 46% produzione e usi energetici. Nei paesi meno industrializzati, l’aliquota di consumo maggiore riguarda senza dubbio l’agricoltura, seguita dagli usi industriali e civili. L’Italia, sempre secondo lo studio ENEL S.p.A., presenta

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10 una situazione abbastanza lontana dalla media europea, in particolare perché nello sfruttamento della risorsa idrica la parte predominante spetta all’agricoltura; basti pensare che nel bacino del Po, l’80% di tutti i prelievi è destinato all’irrigazione (95% dei prelievi superficiali e il 47% di quelli sotterranei). A fronte di questi valori di risorse idriche utilizzate nel Mondo, vi è una qualità ed una quantità di risorse disponibili sempre più in diminuzione. Ciò è testimoniato dagli studi fatti da Fritzmann et al. (2007), che hanno messo in luce un parametro definito come “indice di stress1” delle risorse idriche mondiali che indica il grado di sfruttamento delle acque e quanto le attività umane vi incidano. Tuttavia è bene ricordare che anche Paesi che hanno un indice di stress molto basso (ad esempio la Gran Bretagna), presentano, nel periodo estivo, problemi di approvvigionamento idrico a causa di particolari condizioni geografiche ed economiche di alcune zone del Paese. Un altro esempio importante è la Germania, in cui l’indice di stress è elevato, pur avendo una buona disponibilità di risorse idriche. Ciò si può spiegare, sempre secondo gli studi di Fritzmann et al. (2007) con il fatto che le attività industriali ed agricole molto sviluppate in quel Paese comportano una maggiore incidenza sulla quantità e qualità di acqua per uso idropotabile. Nel diagramma che segue sono illustrati i vari indici di stress negli Stati europei e in Israele. I valori significativi dell’indice sono: 40%, corrispondente ad uno stato di penuria idrica molto acuta, il 10% che è il limite inferiore sotto cui non si hanno particolari condizioni di rischio, fatto salvo per particolari condizioni locali.

1_{Uno studio svolto dal SEE (Spazio economico europeo) nel 2007 ha messo in luce che circa un}

terzo della popolazione europea viva in zone soggette a stress idrico, ove cioè la risorsa richiesta

supera quella disponibile(SEE, 2007), inoltre alcuni recenti studi indicano che seguendo gli attuali

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Figura 4 - Indice di stress delle risorse idriche in Europa e Israele ( Friztmann et al. 2007)

1.1 Fonti di approvvigionamento idrico in Italia

Analizziamo nel dettaglio, per meglio comprendere i problemi futuri della risorsa idrica in Italia, qual è lo stato attuale dell’approvvigionamento idrico per scopi civili. Secondo l’Annuario dei dati ambientali pubblicato da APAT (Agenzia per la protezione dell’ambiente e dei servizi tecnici) nel 2007, la quantità di acqua potabile prelevata in Italia è di circa 11032.84 miliardi di m3/annui di cui il 59.59% (pari a 6565.59 miliardi di m3/annui) da falde sotterranee e il 18.60% da acque superficiali.

Figura 5 - Percentuale regionale dei prelievi di acqua per uso idropotabile rispetto al totale prelevato (Fonte ISPRA, 2007)

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12 Per quanto riguarda le fonti di approvvigionamento, sempre secondo i dati presenti nell’Annuario APAT 2007 si hanno i seguenti dati distribuiti tra Nord – Centro – Sud – Isole:

Figura 6 - Prelievi acqua potabile da risorsa idrica superficiale (Fonte ISPRA, 2007)

Figura 7 - Prelievo di acqua da risorsa idrica sotterranea (Fonte ISPRA, 2007)

Figura 8 - Prelievi complessivi di acqua per usi idropotabili nelle varie zone geografiche italiane (Fonte ISPRA, 2007)

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13 Quindi dai dati fin qui elencati, possiamo concludere che la fonte prevalente di approvvigionamento per l’acqua potabile, rimane ancora la risorsa sotterranea; infatti ben il 77% della risorsa idrica per scopi civili è prelevata dal sottosuolo (nelle Regioni del Nord Italia), mentre tale percentuale raggiunge addirittura il 90% nelle Regioni del Centro Italia.

La qualità delle acque sotterranee in Italia è regolamentata dal D.Lgs 152/2006 che ha abrogato il vecchio D.Lgs 152/1999. Secondo la vigente normativa esistono 5 classi di qualità delle acque.

Tabella 1 Classificazione dello stato chimico dei corpi idrici sotterranei - SCAS (Fonte Allegato 1 D.Lgs.152/06)

Classe di qualità Giudizio di qualità

Classe 1 Impatto antropico nullo o trascurabile con pregiate caratteristiche idrodinamiche

Classe 2 Impatto antropico ridotto o sostenibile sul lungo periodo e con buone caratteristiche idrodinamiche

Classe 3 Impatto antropico significativo e con caratteristiche

idrodinamiche generalmente buone, ma con alcuni segnali di compromissione

Classe 4 Impatto antropico rilevante con caratteristiche idrodinamiche scadenti

Classe 0 Impatto antropico nullo o trascurabile ma con particolari facies idrochimiche naturali in concentrazioni al di sopra del valore della classe

Studi fatti da APAT nel 2006 in diverse Regioni (Piemonte, Valle d’Aosta, Lombardia, Veneto, Emilia Romagna, Toscana, Umbria, Marche e Campania) e nella provincia autonoma di Trento su ben 2863 acquiferi ha messo in luce dati che testimoniano in diverse realtà del Paese un progressivo deterioramento della qualità e della quantità della risorsa idrica sotterranea. Basti pensare che i dati del biennio 2005 – 2006 mostrano che ben 269 acquiferi su 464 (pari al 58%) analizzati in Toscana appartengono alla classe 4, cioè quella delle risorse idriche che subiscono un impatto antropico molto elevato a tal punto da renderle di qualità molto scadente. Inoltre sempre in Toscana ben il 13% degli acquiferi è

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14 inutilizzabile per contaminazioni di origine naturale. A livello nazionale il trend negativo è confermato, infatti ben il 28.3% degli acquiferi analizzati presenta caratteristiche scadenti, mentre il 24% è inserito nella classe 0.

Se riferiamo i dati dal biennio 2000 fino al 2006 possiamo osservare, appunto, che la qualità delle acque sotterranee è peggiorata sensibilmente; si è passati da un 21% di punti di campionamento in classe 4 (2000-2001) al 28,3% nell’anno 2006.

Tabella 2 Punti di prelievo per classi di qualità (Fonte ISPRA - ARPA Emilia Romagna – 2007)

Qualità 2000 – 2001 2002 2003 2004 2005 2006 n. % n. % n % n % n % n % Classe 1 171 8.5 200 6.4 188 6.8 167 6.1 148 5.7 174 6.1 Classe 2 833 41.2 1249 39.8 836 30.2 895 32.6 790 30.2 792 27.7 Classe 3 256 12.7 376 12.0 364 13.2 400 14.5 384 14.7 400 14.0 Classe 4 424 21.0 735 23.4 594 21.5 649 23.6 646 24.7 809 28.3 Classe 0 338 16.7 581 18.5 786 28.4 637 23.2 647 24.7 688 24.0 Totale 2022 100 3141 100 2768 100 2748 100 2615 100 2863 100

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Tabella 3 Classi di qualità nei vari punti di prelievo delle acque sotterranee suddivisi per Regione (Fonte ISPRA - ARPA Emilia Romagna – dati 2006)

I dati presentati in tabella 3 sono riportati nella figura seguente, dove immediatamente si osserva come la qualità dell’acqua di falda sia un problema crescente nel nostro Paese, in particolare in quelle zone densamente popolate come il centro – nord (Emilia Romagna, Toscana, Umbria, Lombardia).

Regione/ Provincia autonoma Classi di qualità TOTALE 1 2 3 4 0 Valle d’Aosta 2 24 0 9 8 43 Piemonte 21 188 96 152 143 600 Lombardia 38 129 75 113 116 471 Trento 12 16 1 29 Veneto 1 87 40 33 68 229 Emilia Romagna - 56 70 58 236 420 Toscana 4 125 5 269 61 464 Umbria 5 55 43 85 20 208 Marche 62 59 57 64 0 242 Campania 29 53 14 26 35 157 TOTALE 174 792 400 809 688 2863 % 6.1 27.7 14.0 28.3 24.0 100

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Figura 9 - Stato qualitativo dei corpi idrici sotterranei (Fonte APAT - ARPA Emilia Romagna – dati 2006)

Le principali fonti di contaminazione, secondo lo stesso studio APAT 2007, sono derivanti dalle attività agricole e industriali, quindi sono legate a sostanze come il cromo esavalente (Cr VI), il manganese (Mn), il ferro (Fe), i nitrati, lo ione ammonio, i solfati, metalli pesanti quali piombo, zinco, nichel, mercurio ecc.

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1.2 Scenari futuri possibili sui consumi delle risorse idriche

Fin qui abbiamo analizzato la situazione allo stato attuale per quanto riguarda le risorse idriche disponibili e sui consumi nei vari settori di utilizzo. La carenza di dati organici e completi su tutto il territorio nazionale comporta una difficoltà ulteriore per la valutazione di possibili scenari di crescita della domanda idrica. Secondo la Relazione annuale al Parlamento sullo stato dei servizi idrici – 2005 i dati sul fabbisogno futuro di acqua più attendibili sono quelli presenti nel documento della Conferenza Nazionale delle acque (1989), il quale indica per l’anno 2015 un fabbisogno complessivo nazionale di 53,5 miliardi di m3/anno (+21%) così suddiviso:

• usi civili (14%) pari a 7.6 miliardi di m3/anno • usi agricoli (49%) pari a 26.2 miliardi di m3/anno • usi industriali (25%) pari a 13.3 miliardi di m3/anno • usi energetici (10%) pari a 5,4 miliardi di m3/anno

Se consideriamo poi, che ad oggi lo sfruttamento delle falde sotterranee, da cui proviene ben l’80% dell’acqua per uso idropotabile (fonte ISPRA – 2007), ha raggiunto già livelli molto spinti e, come dimostrato dai dati fin qui esposti, con il progressivo aumento dello stress delle risorse idriche, ci rendiamo conto che nel prossimo futuro il problema del reperimento delle risorse idriche sarà un tema sempre di più scottante attualità in Italia e nel resto del Mondo industrializzato.

Per far fronte a queste sfide future, il documento conclusivo della giornata mondiale dell’acqua del 22 marzo 2007 redatto dall’ISS ha individuato le seguenti soluzioni al crescente problema della carenza idrica:

• favorire un risparmio idrico a livello di utenze civili

• favorire un riuso delle acque utilizzate nelle lavorazioni industriali • introdurre tecniche di irrigazione più virtuose per quanto riguarda il

consumo di acqua

• ricerca di fonti di approvvigionamento alternative rispetto alle falde sotterranee.

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18 In quest’ottica risulteranno di sicuro interesse le acque superficiali che ad oggi sono fonte di approvvigionamento di acqua solo in minima parte rispetto alla domanda della collettività. Non è quindi irrazionale pensare che nei prossimi 5- 10 anni si ricorrerà sempre di più anche ad acque superficiali (laghi, fiumi ecc) per far fronte alla crescente domanda di acqua. Questo aspetto comporta dei problemi aggiuntivi rispetto alle acque di falda, infatti mentre queste ultime sono solitamente più protette dai contaminanti di origine antropica (almeno per quanto riguarda le falde più profonde); le acque superficiali sono più esposte a contaminazioni di vario tipo.

1.3 Quadro di sintesi della normativa in materia di potabilizzazione

delle acque superficiali

Numerose sono le norme, a livello internazionale, nazionale e regionale, di riferimento in materia di acque. Volendone tracciare un sintetico quadro bisogna senz’altro ricordare alcune di esse che hanno caratterizzato il panorama legislativo degli ultimi anni e che maggiori cambiamenti hanno apportato nel settore. Tra le principali norme di settore un posto particolare lo occupano il D.Lgs. 152/99, la Dir 2000/60/CE ed il D.Lgs. 152/06. Ponendo l’attenzione sugli aspetti normativi riguardanti la potabilizzazione delle acque superficiali e la qualità delle acque destinate al consumo umano, le specifiche norme da considerare per il presente studio risultano essere:

• D.lgs. 152/06 Testo unico ambiente

- Parte III “Norme in materia di difesa del suolo e lotta alla desertificazione, di tutela delle acque dall’inquinamento e di gestione delle risorse idriche” – Sezione 2 “Tutele delle acque dell’inquinamento”

– Titolo II “Obiettivo di qualità”

– Capo I “Obiettivo di qualità ambientale e obiettivo di qualità per specifica destinazione” – Art. 79 (Obiettivo di qualità per specifica destinazione)

– Capo II “Acque a specifica destinazione” – Art.80 (Acque superficiali destinate alla produzione di acqua potabile), Art.81 (Deroghe), Art.82 (Acque utilizzate per l'estrazione di acqua potabile);

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19 • Allegati D.lgs. 152/06 - allegato 2 alla parte III;

• Delibera della Giunta regionale toscana n. 64/2011 - “Delibera regione Toscana per acque superficiali destinate al consumo umano”;

• D.lgs 2 febbraio 2001, n. 31 (attuazione della direttiva 98/83/CE) - “Qualità delle acque destinate al consumo umano”;

• Decreto 30 giugno 2006 Ministero della Salute. Disciplina concernente le deroghe alle caratteristiche di qualita' delle acque destinate al consumo umano che possono essere disposte dalla regione Toscana.

Per analizzare le disposizioni di legge ci muoviamo andando a considerare due macroargomenti:

• La disciplina delle acque destinate al consumo umano;

• La disciplina delle acque superficiali destinate alla potabilizzazione per consumo umano.

Riguardo la disciplina delle acque destinate al consumo umano il testo di riferimento risulta il D.lgs 2 febbraio 2001, n.31 emanato in attuazione della direttiva 98/83/CE, composto da 20 aticoli e 3 allegati tratta in maniera organica la materia delle acque potabili. Definisce in maniera precisa le "acque destinate al consumo umano" come:

1) le acque trattate o non trattate, destinate ad uso potabile, per la preparazione di cibi e bevande, o per altri usi domestici, a prescindere dalla loro origine, siano esse fomite tramite una rete di distribuzione, mediante cisterne, in bottiglie o in contenitori;

2) le acque utilizzate in un'impresa alimentare per la fabbricazione, il trattamento, la conservazione o l'immissione sul mercato di prodotti o di sostanze destinate al consumo umano, escluse quelle, individuate ai sensi dell'articolo 11, comma 1, lettera e), la cui qualità non può avere conseguenze sulla salubrità del prodotto alimentare finale;

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20 In allegato stabilisce poi limiti quantitativi sulle concentrazioni massime di vari elementi disciolti che saranno analizzate in capitoli successivi.

Il decreto fornisce inoltre le seguenti disposizioni:

• Definisce il “gestore” il gestore del servizio idrico integrato definendone obblighi e competenze;

• Norma i controlli suddividendoli in “controlli interni” effettuati dallo stesso gestore e “controlli esterni” effettuati dalla A.S.L. competente; • Definisce le competenze di stato e regioni;

• Norma le deroghe e ne definisce i limiti; • Fissa le sanzioni.

Nel 2006 il ministero della salute emana poi la “Disciplina concerneente le deroghe alle caratteristiche di qualita' delle acque destinate al consumo umano che possono essere disposte dalla regione Toscana” nella quale il governo autorizza la regione Toscana ad operare in deroga per alcune situazioni particolari tra cui rientra anche il comune di Poggibonsi per quanto riguarda la concentrazione di solfati.

Riguardo la disciplina delle acque superficiali destinate alla potabilizzazione per consumo umano il primo riferimento risultano essere gli articoli sopra citati del D.lgs 152/06. In particolare L’articolo 80 del D.Lgs. 152/06 stabilisce che le regioni classifichino le acque dolci superficiali destinate alla produzione di acqua potabile in categorie A1, A2 e A3 in base alle caratteristiche fisiche, chimiche e microbiologiche secondo la tabella 1/A dell’All. 2 alla parte terza dello stesso decreto. A seconda della categoria di appartenenza le stesse acque sono poi sottoposte a trattamenti diversi che le rendono poi idonee all’uso potabile. In via eccezionale, ovvero, solo quando non è possibile ricorrere ad altre fonti di approvvigionamento e sempre che con un opportuno trattamento rispettino le norme di qualità delle acque destinate al consumo umano, le acque dolci superficiali che sono qualitativamente inferiori a quelle di categoria A3 possono essere utilizzate a scopo idropotabile. In base a ciò la regione Toscana con la delibera n. 64 del 14/02/11 della Giunta Regionale, autorizza, ai sensi degli artt.

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Tecnologie a membrana per la potabilizzazione sull’impianto di Poggibonsi

80 e 81 del D.Lgs.152/2006, in via transitoria e comunque fino al 31.3 l'utilizzo per scopo idropotabile delle acque dei corsi superficiali, presenti in tabella A, che presentano caratteristiche qualitativamente inferiori agli standard minimi previsti per la categoria A3 in deroga al parametro temperatura, e autorizza, in via transitoria e comunque fino al 31.3.2014, l'utilizzo per scopo idropotabile delle acque dei corsi superficiali, presenti in tabella B, che presentano caratteristiche qualitativamente inferiori agli standard minim

categoria A3. I corsi d'acqua interessati da questa delibera ricadono sotto diverse province (Arezzo, Siena, Firenze, Grosseto, Pistoia) e fanno capo ai bacini di Arno e Tevere. Naturalmente tali acque

necessario e idoneo al fine di rientrar

relativo alle Acque destinate al consumo umano e saranno controllate dalla Azienda Usl competente per territorio con una frequenza maggiore di quella prevista dallo stesso decreto, mentre l’Arpat, con il Dipartime

l’incarico di eseguire gli ulteriori accertamenti che si rendessero necessari per una diversa e aggiornata classificazione delle acque e di procedere ad una verifica annuale della classe di appartenenza da effettuare con le frequenza p

corpi idrici da classificare.

Tabella 4 Allegato I alla delibera n. 64 del 14/02/11 della Giunta Regionale tabella B: Corsi SUB A3

.152/2006, in via transitoria e comunque fino al 31.3 l'utilizzo per scopo idropotabile delle acque dei corsi superficiali, presenti in tabella A, che presentano caratteristiche qualitativamente inferiori agli standard minimi previsti per la categoria A3 in deroga al parametro temperatura, e in via transitoria e comunque fino al 31.3.2014, l'utilizzo per scopo idropotabile delle acque dei corsi superficiali, presenti in tabella B, che presentano caratteristiche qualitativamente inferiori agli standard minimi previsti per la si d'acqua interessati da questa delibera ricadono sotto diverse province (Arezzo, Siena, Firenze, Grosseto, Pistoia) e fanno capo ai bacini di Naturalmente tali acque saranno sottoposte a trattamento necessario e idoneo al fine di rientrare nei requisiti richiesti dal D.Lgs. 31/01 relativo alle Acque destinate al consumo umano e saranno controllate dalla Azienda Usl competente per territorio con una frequenza maggiore di quella prevista dallo stesso decreto, mentre l’Arpat, con il Dipartimento di Firenze, avrà l’incarico di eseguire gli ulteriori accertamenti che si rendessero necessari per una diversa e aggiornata classificazione delle acque e di procedere ad una verifica annuale della classe di appartenenza da effettuare con le frequenza p

corpi idrici da classificare.

Allegato I alla delibera n. 64 del 14/02/11 della Giunta Regionale tabella B: Corsi

delle acque superficiali: la sperimentazione

21 .152/2006, in via transitoria e comunque fino al 31.3.2012 l'utilizzo per scopo idropotabile delle acque dei corsi superficiali, presenti in tabella A, che presentano caratteristiche qualitativamente inferiori agli standard minimi previsti per la categoria A3 in deroga al parametro temperatura, e in via transitoria e comunque fino al 31.3.2014, l'utilizzo per scopo idropotabile delle acque dei corsi superficiali, presenti in tabella B, che presentano i previsti per la si d'acqua interessati da questa delibera ricadono sotto diverse province (Arezzo, Siena, Firenze, Grosseto, Pistoia) e fanno capo ai bacini di saranno sottoposte a trattamento e nei requisiti richiesti dal D.Lgs. 31/01 relativo alle Acque destinate al consumo umano e saranno controllate dalla Azienda Usl competente per territorio con una frequenza maggiore di quella nto di Firenze, avrà l’incarico di eseguire gli ulteriori accertamenti che si rendessero necessari per una diversa e aggiornata classificazione delle acque e di procedere ad una verifica annuale della classe di appartenenza da effettuare con le frequenza prevista per i

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22

2. La potabilizzazione delle acque superficiali

2.1 Caratteristiche delle acque destinate al consumo umano

L’Organizzazione mondiale della sanità (WHO) ha il compito di monitorare l’evoluzione delle conoscenze scientifiche sull’impatto delle varie sostanze chimiche sulla salute umana. Ciò prescinde da qualsiasi valutazione sulle tecnologie di trattamento e sulle relative efficienze, e prevede una strategia comune per ogni tipo di inquinante basata sul livello di rischio che si deve assumere. Gli standard WHO2 risultano pertanto spesso meno severi di quelli applicati in Europa. Essi sono in genere considerati i valori di riferimento nei paesi in via di sviluppo. L’ultima edizione attualmente in vigore è del 2004. L’USEPA (United States Environmental Protection Agency) parte dal presupposto che l’obbiettivo di un sistema acquedotti stico pubblico sia fornire acqua sicura dal punto di vista sanitario ed accettabile dal punto di vista organolettico ai consumi senza interruzioni ed ad un costo ragionevole, pertanto fa spesso riferimento ai principi della “miglior tecnologia disponibile” (Best Available Tecnique) e dell’”efficacia del trattamento” (rimozione), inoltre ha promulgato regole specifiche per il trattamento delle acque superficiali e sotterranee, per la disinfezione, la filtrazione e la coagulazione continuamente aggiornate in base al progresso scientifico. L’Unione Europea ha emanato nel 1998 la direttiva n.83 (per brevità DWD, Drinking Water Directive) con nuovi standard di qualità per l’acqua destinata al consumo umano, entrati in vigore in Europa nel 2003. Il numero di parametri è stato ridotto ripetto alla precedente normativa da più di 60 a 48 lasciando ad ogni stato la facoltà di introdurre nupve sostanze non regolamentate o prevedere limiti più severi. In alcuni casi i limiti fissati dalla Direttiva sono più severi di quelli derivanti da criteri statistici sul rischio per la salute (valori WHO) e possono essere considerati limiti politici. La direttiva è stata recepita in italia con il sopra descritto D.lgs n.31 del 2001.

(23)

Nelle figure riportate in seguito troviamo dalle varie organizzazioni

legge italiana.

Figura 10 - Confronto tra i valori dei metalli indicati da diverse organizzazioni

Figura 11 - Confronto tra i valori dei parametri indicati da diverse organizzazioni

riportate in seguito troviamo un confronto tra i valori indi dalle varie organizzazioni ed in seguito le tabelle contenenti i limiti imposto dalla

Confronto tra i valori dei metalli indicati da diverse organizzazioni

Confronto tra i valori dei parametri indicati da diverse organizzazioni

23 a i valori indicati le tabelle contenenti i limiti imposto dalla

Confronto tra i valori dei metalli indicati da diverse organizzazioni

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Figura 12 - Allegati D.lgs. 152/06

Figura 13 - Allegati D.lgs

Allegati D.lgs. 152/06 - allegato 2 alla parte III, parametri microbiologici

Allegati D.lgs. 152/06 - allegato 2 alla parte III, parametri

24

parametri microbiologici

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Figura 14 - Allegati D.lgs. 152/06

Allegati D.lgs. 152/06 - allegato 2 alla parte III, parametri

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2.2 Caratteristiche delle acque superficiali destinate alla

potabilizzazione

Abbiamo visto

dall’art. 80 del D.Lgs. 152/06 le regioni classificano le acque dolci superficiali destinate alla produzione di acqua potabile in categorie A1, A2 e A3 in base alle caratteristiche fisiche, chimiche

2 alla parte terza dello stesso decreto

categoria di appartenenza le stesse acque sono poi sottoposte a trattamenti diversi che le rendono poi idonee all’uso potabil

Caratteristiche delle acque superficiali destinate alla

potabilizzazione

Abbiamo visto in un precedente paragrafo che in Italia

dall’art. 80 del D.Lgs. 152/06 le regioni classificano le acque dolci superficiali destinate alla produzione di acqua potabile in categorie A1, A2 e A3 in base alle caratteristiche fisiche, chimiche e microbiologiche secondo la tabella 1/A dell’All. 2 alla parte terza dello stesso decreto, di seguito riportata. A seconda della categoria di appartenenza le stesse acque sono poi sottoposte a trattamenti diversi

no poi idonee all’uso potabile.

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Caratteristiche delle acque superficiali destinate alla

in un precedente paragrafo che in Italia come prescritto dall’art. 80 del D.Lgs. 152/06 le regioni classificano le acque dolci superficiali destinate alla produzione di acqua potabile in categorie A1, A2 e A3 in base alle e microbiologiche secondo la tabella 1/A dell’All. di seguito riportata. A seconda della categoria di appartenenza le stesse acque sono poi sottoposte a trattamenti diversi

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Figura 15 – Tabella 1/A Allegati D.lgs. 152/06 evidenziati i trattamenti minimi per ogni categoria

2.3 Aspetti generali dei processi di potabilizzazione

superficiali

Gli impianti di potabilizzazione delle acque superficiali costituiti da una serie di operazioni unitarie

flusso definito con la successione dei vari trattamenti risulta invece cambiando a seconda

disposizione. I principali trattamenti ed i loro obbiettivi di rimozi riassunti in tabella 5.

Tabella 1/A Allegati D.lgs. 152/06 - allegato 2 alla parte III evidenziati i trattamenti minimi per ogni categoria

Aspetti generali dei processi di potabilizzazione di acque

pianti di potabilizzazione delle acque superficiali sono generalmente costituiti da una serie di operazioni unitarie abbastanza classiche. Lo schema di flusso definito con la successione dei vari trattamenti risulta invece

cambiando a seconda delle caratteristiche delle acque e della tecnologia a I principali trattamenti ed i loro obbiettivi di rimozi

27

allegato 2 alla parte III in rosso sono

di acque

sono generalmente abbastanza classiche. Lo schema di flusso definito con la successione dei vari trattamenti risulta invece molto vario, delle caratteristiche delle acque e della tecnologia a I principali trattamenti ed i loro obbiettivi di rimozione sono

(28)

28

Tabella 5 Obietttivi dei processi di trattamento

Obiettivo del trattamento Principali unità di processo Rimozione solidi sospesi e colloidi Chiariflocculazione, filtrazione,

sedimentazione, stacciatura Rimozione microrganismi Disinfezione

Rimozione microinquinanti organici Adsorbimento su carbone attivo Rimozione di composti dell’azoto Trattamenti biologici, membrane,

scambio ionico

Rimozione Fe, Mn, H2S Aereazione, ossidazione, strippaggio

Rimozione durezza Precipitazione chimica, resine a scambio ionico

Rimozione salinità Scambio ionico, distillazione, osmosi inversa

Di seguito analizziamo singolarmente i principali processi classici.

2.3.1 Chiariflocculazione

La chiariflocculazione è usata in campo industriale e negli acquedotti per sedimentare i solidi finissimi e colloidali. Questo processo unisce in se tre processi diversi, la coagulazione, la flocculazione e la sedimentazione. I materiali in sospensione sono troppo piccoli per precipitare, ed hanno una carica il più delle volte negativa, il che fa in modo che si respingano, a causa di questo né la diminuizione della turbolenza, né la filtrazione riusciranno ad eliminare queste particelle. La coagulazione serve appunto ad eliminare le repulsioni elettroniche in modo da formare delle particelle più grandi che possono precipitare. Per ottenere questo effetto coagulante si usano degli appositi prodotti detti agenti coagulanti, come vari sali di Fe3+_{, Al}3+_{e l’alpoclar o policloruro basico di} alluminio che attualmente è uno dei più usati. Gli agenti coagulanti vengono aggiunti al liquido in apposite vasche dotate di agitatore, o di moto vorticoso, in modo da permettere una buona dispersione del prodotto. A questo punto i fiocchi

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29 che si sono formati si ingrandiscono attraverso un processo che si chiama flocculazione. Per far si che ciò avvenga, all’acqua vengono aggiunti degli appositi agenti flocculanti: i più usati oggi sono i polielettroliti. In questa fase l’acqua è agitata in modo sensibilmente minore rispetto alla coagulazione, perché si deve impedire che i fiocchi formati si rompano. I fiocchi così formati si possono poi far precipitare in una apposita vasca decantatrice, in cui il tempo di permanenza è di 3 - 4 ore. In questi processi un ruolo fondamentale è svolto dal pH, questo infatti è adeguatamente regolato in base alle caratteristiche dei vari agenti coagulanti e flocculanti. Questi tre processi in passato venivano eseguiti in apparecchi diversi; oggi invece sono disponibili degli apparecchi che eseguono tutte e tre queste operazioni insieme. Come già detto gli agenti coagulanti più usati sono dei sali di Fe3+_{, Al}3+_{, essi trovano impiego oltre che nel campo delle} acque destinate ad uso potabile, anche nel campo di quelle per uso industriale e

nel trattamento delle acque reflue urbane ed industriali.

2.3.2 Filtrazione su sabbia

La filtrazione su sabbia rappresenta uno dei trattamenti più consolidati in fatto di potabilizzazione delle acque, ciò che si compie è simulare la percolazione dell’acqua in falda accelerando il processo di filtrazione attraverso uno o più strati di materiali diversi, in condizioni controllate. L’ampia letteratura disponibile permette di riassumere i tratti salienti del trattamento mediante l’uso di poche ma esaustive tabelle. I meccanismi di rimozione esplicati dal mezzo filtrante, per mezzo dei quali si ottiene un’efficace rimozione dei SST, sono riassunti in tabella 6.

(30)

Tabella 6 meccanismi di rimozione esplicati dal mezzo filtrante

Esistono svariate tipologie di filtro classificabili in diverse categorie considerando i seguenti fattori:

• Tipo di letto filtrante • Tipo di operazioni • Forza motrice

• Direzione flusso durante filtrazione • Processo di lavaggio

• Metodo di controllo del flusso

Ogni categoria di filtro possiede dunque caratteristiche peculiari sia riguardo al funzionamento che alla

caratteristiche operative ed il funzionamento delle varie categor disponibili (Tabelle 7 ed 8

strato.

meccanismi di rimozione esplicati dal mezzo filtrante

Esistono svariate tipologie di filtro classificabili in diverse categorie considerando

Tipo di letto filtrante e configurazione del letto Tipo di operazioni

Forza motrice

Direzione flusso durante filtrazione Processo di lavaggio

Metodo di controllo del flusso

Ogni categoria di filtro possiede dunque caratteristiche peculiari sia riguardo al funzionamento che alla forma vera e propria, troviamo quindi di seguito le caratteristiche operative ed il funzionamento delle varie categor

disponibili (Tabelle 7 ed 8 ) e le immagini del filtro convenzionale mono e bi delle acque superficiali: la sperimentazione

30 Esistono svariate tipologie di filtro classificabili in diverse categorie considerando

Ogni categoria di filtro possiede dunque caratteristiche peculiari sia riguardo al forma vera e propria, troviamo quindi di seguito le caratteristiche operative ed il funzionamento delle varie categorie di filtro ) e le immagini del filtro convenzionale mono e

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bi-Tecnologie a membrana per la potabilizzazione sull’impianto di Poggibonsi

Figura 16 –

Tabella 7 Dettagli sul letto filtrante

– Filtro convenzionale bi-strato (sinistra) e mono-strato (destra)

Dettagli sul letto filtrante

31

(32)

Tabella 8 Funzionamento dei più comuni tipi di filtro

Funzionamento dei più comuni tipi di filtro

(33)

33

2.3.3 Adsorbimento su carboni attivi

3_{L'adsorbimento è un processo dove un solido è usato per la rimozione di}

una sostanza solubile dall'acqua. In tale processo il carbone attivo è il solido. Esso è prodotto specificamente in modo da avere una superficie interna molto grande (500 - 1500 m2/g). Questa elevata superficie interna rende il carbone attivo ideale per l'adsorbimento. Il carbone attivo esiste in due varianti: Carbone Attivo in Polvere (PAC) e Carbone Attivo Granulare (GAC). La versione GAC è usata principalmente nel trattamento delle acque, può adsorbire le seguenti sostanze solubili:

• Adsorbimento di sostanze organiche non polari come: o Oli minerali

o BTEX

o Idrocarboni poliaromatici (PACs) o Fenocloridi

• Adsorbimento di sostanze alogenate: I, Br, Cl, H e F • Odore

• Sapore • Lieviti

• Vari prodotti di fermantazione

• Sostanze non polari (sostanze non solubili in acqua)

L'acqua è pompata in una colonna contenente carbone attivo e lascia la colonna attraverso un sistema di scarico. L'attività di una colonna attiva di carbone dipende dalla temperatura e dalla natura delle sostanze. L'acqua passa costantemente attraverso la colonna, ciò produce un'accumulazione delle sostanze nel filtro. Per tale motivo il filtro deve essere periodicamente sostituito. Un filtro utilizzato può essere rigenerato in diversi modi, il carbone granulare può essere rigenerato facilmente ossidando la materia organica. L'efficienza del carbone attivo diminuisce da 5 - 10%. Una piccola parte del carbone attivo viene distrutta

(34)

34 durante il processo di rigenerazione e deve essere sostituita. Se si lavora con piu' colonne in serie, sicuramente non si avrà mai un esaurimento totale del sistema di depurazione. Nel meccanismo di adsorbimento le molecole dalla fase liquida o gassosa sono fissate in modo fisico ad una superficie, in questo caso la superficie appartiene al carbone attivo. Il processo di adsorbimento avviene in tre fasi:

• Macro-trasporto: movimento di materiale organico attraverso il sistema di macro-pori del carbone attivo (macro-poro > 50nm);

• Micro-trasporto: movimento di materiale organico attraverso il sistema di micro-pori e meso-pori del carbone attivo (micro-oro < 2nm; meso-poro 2-50nm);

• Assorbimento: attaccamento fisico di materiale organico sulla superficie del carbone attivo nei suoi meso-pori e micro-pori.

Il livello di attività dell'adsorbimento è basato sulla concentrazione della sostanza nell'acqua, la temperatura e la polarità della sostanza. Una sostanza polare (= una sostanza che è ben solubile in acqua) non può essere rimossa dal carbone attivo o e' rimossa male, una sostanza non polare può essere completamente rimossa dal carbone attivo.

Ogni tipo di carbone ha propria isoterma di adsorbimento (vedi figura 17) e nel settore di trattamento delle acque tale isoterma è definita dalla funzione di Freundlich:

x/m = sostanza adsorbita per grammo di carbone attivo Ce = differenza di concentrazione (prima e dopo) Kf, n = costanti specifiche

La seconda curva del carbone attivo (vedi figura 18) mostra l'esaurimento di un filtro. Normalmente si mette una unita' di disinfezione UV dopo la colonna di carbone attivo.

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35

Figura 17 Isoterma specifica di adsorbimento per il carbone attivo. Sull'asse orizzontale si trova la concentrazione e sull'asse verticale la quantità di carbone necessaria. (fonte

http://www.aapspharmscitech.org/scientificjournals/pharmscitech/volume2issue1/056/manuscri pt.htm )

Figura 18 Esaurimento di una colonna durante l'uso. nel punto C3 la colonna inizia a rompersi e vicino al punto C4 la colonna non e' piu' pura. Tra il punto C3 e C4 bisogna rigenerarla (fonte http://www.activated-carbon.com)

Fattori che influenzano le prestazioni del carbone attivo in acqua:

• Tipo di composto da rimuovere. Sono meglio assorbiti composti aventi elevato peso molecolare e bassa solubilità.

• Concentrazione del composto da rimuovere. Maggiore e' la concentrazione, maggiore e' il consumo di carbone.

(36)

36 • Presenza di altri composti organici che competono per i siti di

adsorbimento disponibili.

• Il pH del flusso refluo. Per esempio, composti acidi sono rimossi più facilmente con pH più bassi.

Secondo tali fatti possiamo classificare alcune sostanze chimiche secondo la loro probabilità di essere efficacemente assorbiti da carbone attivo in acqua: Sostanze chimiche a molto elevata probabilità di assorbimento da carbone attivo:

Tabella 9 - Sostanze chimiche a molto elevata probabilità di assorbimento da carbone attivo.

2,4-D Deisopropilatrazina Linurone

Alacloro Desetilatrazina Malatione

Aldrina Demeton-O MCPA

Antracene Di-n-butilftalato Mecoprop

Atrazina 1,2-Diclorobenzene Metazacloro

Azinfos-etile 1,3-Diclorobenzene 2-Metil benzenammina

Bentazone 1,4-Diclorobenzene Metil naftalina

Bifenile 2,4-Diclorocresol 2-Metilbutano

2,2-Bipiridina 2,5-Diclorofenolo Monurone

Bis(2-Etilessil)Ftalato 3,6-Diclorofenolo Naftalina

Bromacil 2,4-Diclorofenossi Nitrobenzene

Bromodiclorometano Dieldrina m-Nitrofenolo

p-Bromofenolo Dietilftalato o-Nitrofenolo

Butilbenzene 2,4-Dinitrocresolo p-Nitrofenolo

Calcio Ipoclorito 2,4-Dinitrotoluene Ozono

Carbofurano 2,6-Dinitrotoluene Paratione

Cloro Diurone Pentaclorofenolo

Diossido di cloro Endosulfano Propazina

Clorobenzene Endrina Simazina

4-Cloro-2-nitrotoluene Etilbenzene Terbutryn

2-Clorofenolo Ezaclorobenzene Tetracloroetilene

Clorotoluene Ezaclorobutadiene Triclopyr

Crisene Exano 1,3,5-Trimetilbenzene

m-Cresolo Isodrina m-Xilene

Cianazina Isoottano o-Xilene

Cicloexano Isoproturone p-Xilene

DDT Lindano 2,4-Xilenolo

Tabella 10 Sostanze chimiche a elevata probabilita' di assorbimento da carbone attivo.

Aniline Dibromo-3-chloropropane 1-Pentanol

Benzene Dibromochloromethane Phenol

Benzyl alcohol 1,1-Dichloroethylene Phenylalanine

Benzoic acid cis-1,2- Dichloroethylene o-Phthalic acid

Bis(2-chloroethyl) ether trans-1,2- Dichloroethylene Styrene

Bromodichloromethane 1,2-Dichloropropane 1,1,2,2-Tetrachloroethane

Bromoform Ethylene Toluene

Carbon tetrachloride Hydroquinone 1,1,1-Trichloroethane

1-Chloropropane Methyl Isobutyl Ketone Trichloroethylene

(37)

37

Tabella 11 Sostanze chimiche a moderata probabilita' di assorbimento da carbone attivo*.

Acido acetico Dimetoato Metionina

Acrilamido Etil acetato Metil-tert-butil estere

Cloroetano Etil estere Metil etil chetone

Cloroformio Freon 11 Piridina

1,1-Dicloroetano Freon 113 1,1,2-Tricloroetano

1,2-Dicloroetano Freon 12 Vinil cloruro

1,3-Dicloropropene Glifosato

Dikegulac Imazipur

*(For this chemicals active carbon is only effective in certain cases).

Tabella 12 Sostanze chimiche a bassa probabilita' di adsorbimento da carbone attivo. Potrebbe comunque essere un'alternativa efficace in certi casi, come per concentrazioni o flussi ridotti.

Acetone Cloruro Metilene

Acetonitrile 1-Propanolo

Acrilonitrile Propionitrile

Dimetilformaldeide Propilene

1,4-Dioxano Tetraidrofurano

Isopropil alcohol Urea

Metil coluro

2.3.4 Disinfezione

Tutte le regolamentazioni riguardanti la qualità e il trattamento dell’acqua hanno come scopo quello di proteggere la salute pubblica attraverso l’eliminazione di malattie di cui l’acqua può essere portatrice. Per questo, gli impianti di trattamento di potabilizzazione pubblica prevedono sistemi di disinfezione dell’acqua al fine di diminuire e prevenire lo sviluppo di batteri, virus e protozoi. La disinfezione dell’acqua è molto comune anche in alcuni processi di trattamento dove la presenza di contaminazioni batteriche può causare sia effetti negativi indesiderabili all’attrezzatura dell’impianto che allo stesso processo di trattamento. Sono presenti oggi diversi metodi di disinfezione, riportati ed illustrati nei paragrafi successivi.

Raggi U.V.

La luce ultravioletta prodotta dalle lampade UV è risultata essere un efficiente battericida per l’aria così come per l’acqua. Nella disinfezione dell’acqua, la quantità di radiazione richiesta dipende da diversi fattori, quali la torbidità, il colore e i sali ferrosi disciolti. Ognuno di questi elementi può incidere negativamente sull’efficienza dell’UV, tanto che questo non viene applicato su acque ad alta torbidità. L’intensità della luce dovrebbe essere controllata

(38)

38

frequentemente e la fascia attorno alla lampada pulita periodicamente. Le unità più grandi, infatti, sono già dotate di un apparato meccanico azionato esternamente, simile ad uno stantuffo, al fine di garantire una pulizia costante della struttura. Lo svantaggio principale della luce UV, oltre alla continua richiesta energetica per il funzionamento, è quello di non conferire all’acqua un potere disinfettante residuo come avviene invece nella clorazione. Nel caso in cui l’acqua venga ricontaminata dopo il trattamento UV, non esiste nessuna barriera che riesca a far fronte a tale contaminazione: questo ha fatto sì che la luce UV non venisse approvata dall’Agenzia di Protezione Ambientale come metodo esclusivo di disinfezione per i sistemi di potabilizzazione pubblica.

Ozono

Se l’ozono è ampiamente usato per la disinfezione in molte parti del mondo, in Europa il suo impiego è relativamente nuovo. La sua instabilità alle temperature ambientali e alle pressioni fanno sì che l’ozono debba essere prodotto sul posto e usato velocemente. La sua produzione avviene attraverso l’applicazione di un campo ad alta energia elettrica sia ad ossigeno puro o ad aria secca e la disinfezione ha luogo nel momento in cui esso è aggiunto all’acqua corrente. La vita dell’ozono in acqua è relativamente breve, in quanto tende velocemente a decomporsi in ossigeno. Per questo motivo, un secondo trattamento è richiesto, come per la luce UV, al fine di garantire un certo potere disinfettante residuo che sia costante ed efficiente lungo tutto il sistema di distribuzione. Se da una parte l’ozono ha il vantaggio di formare alcuni sottoprodotti disinfettanti come il trialometani (THMs), dall’altra ha senza dubbio alcuni svantaggi quali i suoi costi relativamente alti e la complessità inerente la sua generazione sul luogo.

Clorazione

La clorazione è un processo di ossidazione che permette di rimuovere, dalle acque inquinate, le sostanze ossidabili, organiche ed inorganiche, utilizzando sostanze a base di cloro. Il trattamento ha il fine principale di distruggere i batteri ed i virus patogeni presenti nelle acque; ha, inoltre, altri ruoli non meno importanti:

(39)

39 - L’ossidazione del ferro, del manganese e del solfuro di idrogeno;

- La distruzione di alcuni composti responsabilidi odori e sapori sgradevoli; - La protezione contro le alghe ed i fanghi nelle apparecchiature di

trattamento;

- Il miglioramento della coagulazione.

I vantaggi principali del sistema di disinfezione con cloro riguardano la sua economicità e praticità, che lo rendono utile quando in condizioni di emergenza si debba operare rapidamente e senza speciali impianti e la possibilità di dosarlo in modo che una certa quantità residua rimanga disciolta nell’acqua fino al momento dell’uso, disponibile come ulteriore disinfettante e come prova di un trattamento efficace.

Le sostanze utilizzate per la clorazione sono:

- Cloro gassoso. Adatto per clorazioni di grandi quantità di acqua, è energico ossidante anche a piccole dosi ma è pericoloso per il personale addetto alla manipolazione.

- Ipocloriti. Adatti alla clorazione di modeste quantità di acqua o per clorazioni massive temporanee. Tra gli ipocloriti, il più usato è l’ipoclorito di sodio, in commercio con concentrazione di cloro attivo del 10-13% deve essere conservato al fresco ed all’asciutto al fine di non diminuire la concentrazione di cloro attivo. L’uso dell’ipoclorito di sodio è consigliabile rispetto a quello del cloruro di calcio, infatti, quest’ultimo, pur presentando una concentrazione di cloro attivo di circa 40% e pur essendo facilmente trasportabile, ha l’inconveniente che, una volta sciolto nell’acqua ed in presenza di aria, può formare carbonato di calcio che ostruisce i rubinetti e le sottili tubazioni di erogazione. In assenza dei suddetti ipocloriti, può essere usata la varechina da bucato che è costituita da una soluzione di ipoclorito di sodio o calcio con concentrazione di cloro attivo dell’1%. Le varechine sono generalmente indicate per uso domestico.

- Cloramine e composti organici del cloro, quali la cloramina T e lo steridrolo. Sono adatti per l’uso domestico.

(40)

l’uso del biossido di cloro CLO

finale, non forma composti organoalogenati nell’acqua potabile come, invece, può verificarsi per il cloro. Il biossido di cloro secondo l’OCSE, deve essere utiliz

concentrazioni (da 0.1 a0.3 mg/l).

2.4 Esempi di impianti per acque superficiali

Come introdotto in precedenza gli impianti di potabilizzazione per acque superficiali presentano peculiarità legate alle proble

specifica fonte di approvvigionamento e sono in molti casi oggetto di ripensamento e sottoposti a modifiche che interessano spesso più di una fase di trattamento; sono riportati in seguito diversi esempi di schemi classici e di impianti realmente realizzati per fornire un’indicazione di massima sulle

trattamento.

Figura 19 – Linee di trattamento classiche per acque di classe A1, A2 ed A3

l’uso del biossido di cloro CLO2 in quanto, utilizzato come disinfettante

finale, non forma composti organoalogenati nell’acqua potabile come, invece, può verificarsi per il cloro. Il biossido di cloro secondo l’OCSE, deve essere utilizzato solo come disinfettante finale ed in deboli concentrazioni (da 0.1 a0.3 mg/l).

di impianti per acque superficiali

Come introdotto in precedenza gli impianti di potabilizzazione per acque superficiali presentano peculiarità legate alle problematiche relative ad ogni specifica fonte di approvvigionamento e sono in molti casi oggetto di ripensamento e sottoposti a modifiche che interessano spesso più di una fase di trattamento; sono riportati in seguito diversi esempi di schemi classici e di

ianti realmente realizzati per fornire un’indicazione di massima sulle

Linee di trattamento classiche per acque di classe A1, A2 ed A3

40 in quanto, utilizzato come disinfettante finale, non forma composti organoalogenati nell’acqua potabile come, invece, può verificarsi per il cloro. Il biossido di cloro secondo l’OCSE, zato solo come disinfettante finale ed in deboli

Come introdotto in precedenza gli impianti di potabilizzazione per acque matiche relative ad ogni specifica fonte di approvvigionamento e sono in molti casi oggetto di ripensamento e sottoposti a modifiche che interessano spesso più di una fase di trattamento; sono riportati in seguito diversi esempi di schemi classici e di ianti realmente realizzati per fornire un’indicazione di massima sulle linee di

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Figura 20 – L’impianto per il

(fonte SMAT, Società Metropolitana Acque Torino)

Figura 21 – L’impianto per il trattamento delle acque superficiali di Almese (fonte SMAT, Società Metropolitana Acque Torino)

Figura 22 –

(fonte SMAT, Società Metropolitana Acque Torino)

L’impianto per il trattamento delle acque superficiali di Porio (fonte SMAT, Società Metropolitana Acque Torino)

L’impianto per il trattamento delle acque superficiali di Almese (fonte SMAT, Società Metropolitana Acque Torino)

– L’impianto per il trattamento delle acque del fiume Po (fonte SMAT, Società Metropolitana Acque Torino)

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trattamento delle acque superficiali di Porio

L’impianto per il trattamento delle acque superficiali di Almese