2. Soluzioni tecniche per la minimizzazione della produzione dei fanghi

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2. Soluzioni tecniche per la minimizzazione della

produzione dei fanghi

2.1 Premessa

In questo capitolo sono descritti i principali interventi tecnici realizzabili in impianti di depurazione di acque reflue civili che consentono la riduzione della produzione di fanghi degli stessi impianti.

Tali interventi sono suddivisi, a seconda della loro localizzazione all’interno dell’impianto, in interventi in linea liquami o interventi in linea fanghi. I primi sono ulteriormente classificati in base a quali trattamenti interessano (chimico – fisici o biologici), in funzione del loro grado di “maturità” raggiunto nelle applicazioni (convenzionali o non convenzionali) e, infine, se sfruttano metodi biologici o chimico – fisici. Gli interventi in linea fanghi sono invece suddivisi a seconda del tipo di intervento, biologico o chimico – fisico, e in base al grado di “maturità”. Questo capitolo trae spunto dal corrispondente capitolo del libro di Collivignarelli et al. (2004).

Per rendere chiara ed immediata la comprensione dei possibili interventi per ridurre la produzione dei fanghi, si è scelto un tipo di esposizione schematica così come illustrato di seguito:

Descrizione:

descrizione dell’intervento: principi di funzionamento e effetto. Effetti positivi:

effetti positivi dovuti all’intervento rintracciabili in letteratura tecnica. Si tratta di osservazioni su impianti in scala di laboratorio, su impianti pilota o anche su impianti reali. Quando disponibili, sono riportate le percentuali di riduzione della produzione di fanghi fornite dalle aziende che commercializzano la tecnologia che permette l’intervento in esame.

Effetti negativi:

stesse considerazioni dette per gli effetti positivi, salvo la presenza di informazioni fornite dalle aziende promotrici della tecnologia (solamente nel caso dell’idrolisi enzimatica sono riportati gli svantaggi espressi dall’azienda). Quando non vi sono particolari svantaggi da segnalare, è riportata una barra inclinata (/). In questa voce, inoltre, non compare mai nessun accenno al maggior costo da sostenere per realizzare gli interventi (costi energetici, costruzione di nuovi reattori ecc.) in quanto l’applicazione di un nuovo intervento comporta necessariamente delle spese aggiuntive. La convenienza economica deve essere valutata tenendo conto anche del

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Criticità d’impiego:

alcune considerazioni importanti per l’applicazione dell’intervento. Se non vi è niente da segnalare è riportata una barra inclinata (/).

Tecnologie presenti sul mercato:

sono citate una o più aziende promotrici della tecnologia che permette l’intervento in esame: sono riportate solo quelle aziende che si è riusciti a individuare principalmente grazie ad Internet (con ogni probabilità non sono citate tutte le aziende promotrici della tecnologia trattata operanti sul territorio nazionale). Di seguito al nome dell’azienda è riportato l’indirizzo Internet da cui si possono trarre informazioni specifiche sulla tecnologia in esame. Se non è stata individuata nessuna azienda è riportata una barra inclinata (/).

Campi d’impiego economicamente ottimali:

sono riportati in questa voce il numero di abitanti equivalenti che, secondo l’azienda promotrice della tecnologia che permette l’intervento in esame, permette un impiego economicamente ottimale dell’intervento. E’ questo un dato di particolare rilievo. In mancanza di specifiche informazioni è riportata una barra inclinata (/).

Descrizione tecnologia:

è descritta nei suoi aspetti essenziali una tecnologia di quelle citate alla voce tecnologie presenti sul mercato. Fa eccezione la descrizione delle tecnologie MBR in generale, senza cioè riferimento a nessuna azienda specifica, riportata nel caso dell’intervento di “aumento dell’età del fango”. Se non vi sono tecnologie da descrivere oppure se non vi è materiale a disposizione, è riportata una barra inclinata (/).

Si ritiene più chiaro discutere senza il tipo di esposizione appena illustrato a proposito di alcuni interventi particolarmente noti nell’ambito dell’Ingegneria Sanitaria – Ambientale. Tali interventi includono il dosaggio di reattivi chimici coagulanti - flocculanti o carbone attivo in polvere, le microgriglie finissime, l’ispessimento, la disidratazione meccanica (con condizionamento), l’essiccamento termico e la stabilizzazione aerobica/anaerobica.

2.2 Interventi in linea liquami

2.2.1 Interventi sui trattamenti chimico - fisici

I possibili interventi sui trattamenti chimico – fisici della linea liquami di un impianto di depurazione che maggiormente influiscono sulla produzione di fango sono riportati in Tabella 2.1.

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Tabella 2.1. Interventi sui trattamenti chimico – fisici in linea liquami.

Tipo di intervento Breve descrizione Dosaggio di reattivi chimici coagulanti

-flocculanti o carbone attivo in polvere

Influenza la quantità e la qualità di fango prodotto

Microgriglie finissime Riduzione della produzione di fango ma aumento del materiale grigliato Dosaggio di reattivi chimici coagulanti - flocculanti o carbone attivo in polvere

I reattivi chimici, o il carbone in polvere, sono generalmente utilizzati per far fronte a sovraccarichi (dosaggio in fase primaria), migliorare la sedimentabilità del fango secondario e rimuovere il fosforo.

I reattivi più comunemente usati sono il solfato di alluminio, il cloruro ferrico, il solfato ferrico, il solfato ferroso, la calce, la silice attivata ed i polielettroliti.

Il dosaggio di reattivi, oltre ai vantaggi sopra citati, determina però un aumento della produzione di fango non indifferente: ad esempio, nel caso dalla precipitazione chimica del fosforo, la produzione di fango risultante varia dal 20% del totale fino al 120% in funzione non solo del dosaggio di reagenti, ma anche dell’alcalinità dell’acqua (Nuovo Colombo, 2003). Un altro esempio ancora: in linea di massima, relativamente alla post-precipitazione, si possono assumere valori di 4 - 7 kg SS per kg di fosforo rimosso dosando sali di alluminio, mentre dosando sali di ferro la produzione di fango risulta essere di 7-9 kg SS/kg P rimosso.

Anche nel caso di dosaggio di carbone attivo in polvere (direttamente nella fase biologica ed eventualmente a livello di pre-trattamenti) è opportuno tenere conto dei riflessi sulla produzione di fango: incremento per effetto della presenza del carbone stesso, diminuzione per effetto dell’adsorbimento di composti organici biodegradabili e aumento per effetto dell’incremento dell’attività biologica a seguito dell’eliminazione di sostanze inibenti.

E’ infine importante sottolineare come la scelta dei reattivi possa influenzare anche la qualità dei fanghi, con evidenti riflessi sulla modalità di smaltimento e/o recupero degli stessi: ad esempio l’impiego di reattivi ottenuti come sottoprodotti di altri processi industriali contenenti impurità come i metalli pesanti (rame, zinco, arsenico ecc.) che vengono trasferiti nei fanghi compromettendone potenzialmente la qualità.

Microgriglie finissime

Adottando tali microglie la capacità di rimozione dei solidi sospesi può raggiungere il 5 - 15% in funzione delle caratteristiche del liquame. Ciò può portare a una proporzionale riduzione della produzione di fango, con un incremento però del materiale grigliato fino al 60% (2 - 11 kg grigliato per abitante all’anno) rispetto

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2.2.2 Interventi sul comparto biologico

I possibili interventi effettuabili sul comparto biologico della linea liquami sono suddivisibili in due categorie a seconda che sfruttino una tecnica consolidata dall’esperienza oppure una non convenzionale. Le tecniche convenzionali qui discusse si fondano su soli processi biologici (Tabella 2.2), mentre le tecniche non convenzionali sono a loro volta suddivise in quelle che utilizzano metodi chimico – fisici (Tabella 2.3) oppure processi biologici (Tabella 2.4)

Tabella 2.2. Interventi sul comparto biologico, tecniche consolidate e metodi biologici. Tipo di intervento Breve descrizione

Aumento dell’età del fango La crescita cellulare decresce all’aumentare dell’età del fango

Fornitura di ossigeno in eccesso La biomassa che decade all’interno del fiocco è più facilmente biodegradabile aerobicamente

Tabella 2.3. Interventi sul comparto biologico, tecniche non convenzionali e metodi chimico - fisici.

Tipo di intervento Breve descrizione

Ozonizzazione Idrolisi di una parte del fango di ricircolo Clorazione Idrolisi di una parte del fango di ricircolo Trattamento termo - chimico Idrolisi di una parte del fango di ricircolo Tabella 2.4. Interventi sul comparto biologico, tecniche non convenzionali e metodi biologici.

Tipo di intervento Breve descrizione

Trattamento anaerobico/anossico Consumo delle riserve di energia nell’ATP sul fango di ricircolo

Disaccoppianti metabolici (vasca di ossidazione)

L’energia fornita dalle reazioni cataboliche non viene immagazzinata nell’ATP

Sviluppo di protozoi/metazoi per la predazione batterica (processo a due stadi)

Ecosistema “artificiale” in cui i batteri siano predati da protozoi/metazoi

Utilizzo di nitrato come accettore di elettroni

La crescita di biomassa in condizione anossica è minore di quella in condizione aerobica Idrolisi enzimatica Idrolisi sull’apposito fango estratto dalla vasca

di ossidazione

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0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0 5 10 15 20 25 30

Età del fango [d]

P ro d u zi o n e sp ec if ic a d i fa n go [K g S S / K g B O D5 r im o ss o ] SS/BOD5=0,4 SS/BOD5=0,6 SS/BOD5=0,8 SS/BOD5=1,0 SS/BOD5=1,2 Aumento dell’età del fango

Descrizione:

la crescita cellulare è inversamente proporzionale all’età del fango: mantenendo quindi un elevato valore dell’età del fango, diminuisce la crescita di biomassa e quindi la produzione di fango biologico diminuisce. Effetti positivi:

una stima della riduzione della produzione di fango dovuta dall’aumento dell’età del fango stesso, può essere rappresentata quella proposta in Figura 3.1 (ricavata da dati contenuti in German ATV Standards – A 131E, 1991) dove sono rappresentate le curve interpolatrici di coppie ordinate di valori età del fango – produzione specifica di fango (le curve interpolatrici sono polinomiali di II ordine con coefficiente di determinazione r2_{=0,9981). Tali}

curve sono parametrizzate dal grado di chiarificazione del liquame (espresso mediante il rapporto in peso SS/BOD₅, più è elevato e meno il liquame è chiarificato) che ha immediatamente prima di entrare nel comparto biologico e sono valide per una temperatura di 10°C (per una temperatura di 20°C, la produzione di fango è da diminuire del 10%).

Dal grafico di Figura 2.1, si ricava ad esempio che passando da un’età del fango di 10 d ad una di 25 d, la produzione specifica diminuisce del 19 - Figura 2.1. Curve interpolatrici di coppie ordinate di valori età del fango – produzione specifica di fango, parametrizzate dal grado di chiarificazione del liquame (immediatamente prima di entrare nel comparto biologico) e valide per la temperatura di 10°C (grafico ricavato da dati contenuti in German ATV Standards – A 131E, 1991).

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elevata età del fango, maggiore di 25 d, per ottenere riduzioni di produzione significative. Può quindi rendersi necessario l’utilizzo di un reattore biologico a membrana (MBR, Membrane Biological Reactor ) (Vergine e Canziani, 2007).

Tecnologie presenti sul mercato: /

Campi d’impiego economicamente ottimali: /

Descrizione tecnologia: /

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Figura 2.2. Relazione tra la concentrazione di ossigeno disciolto e la produzione di fango di supero (Abbassi et al.,1999).

Fornitura di ossigeno in eccesso

Descrizione:

mantenendo nel reattore biologico un’elevata concentrazione di ossigeno disciolto si favorisce la sua diffusione all’interno del fiocco di fango con la formazione di maggiori microzone aerobiche anche nella parte più interna. In questo modo la biomassa che decade all’interno della matrice fioccosa è degradata aerobicamente, con conseguente riduzione della quantità di fango prodotta.

Effetti positivi:

in un reattore a fanghi attivi a scala di laboratorio alimentato con del liquame sintetico Abbassi et al. (1999), aumentando la concentrazione di ossigeno disciolto da 1,8 a 6,0 mg O2/L, ottennero una riduzione della

produzione specifica del fango di supero da 0,28 a 0,20 mg SST/mg BOD5

(corrisponde ad una diminuzione del 29%) per un carico del fango pari a 1,7 kg BOD5/(kg MLSS * d) (con MLSS sono indicati i batteri presenti nel

reattore). Con carichi del fango più bassi sono state registrate diminuzioni meno marcate. Il grafo di Figura 2.3 mostra la relazione tra la concentrazione di ossigeno disciolto e la produzione di fango di supero, mentre quello in Figura 2.4 la relazione tra il carico del fango e la produzione del fango di supero (ESP indica la produzione di fango di supero specifica).

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Figura 2.3. Relazione tra il carico del fango e la produzione di fango di supero (Abbassi et al., 1999).

In un impianto reale con sistema a ossigeno puro sono state osservate riduzioni del 50-80% rispetto al sistema ad aria (Albertsson et al., 1970). Altri vantaggi dovuti ad un’alta concentrazione di ossigeno disciolto nel reattore biologico sono il miglioramento delle caratteristiche di sedimentabilità e di disidratabilità del fango, la riduzione della presenza di batteri filamentosi (Abbassi et al., 1999; Benefield e Randall, 1980) ed infine il processo depurativo può soddisfare anche richieste istantanee ed elevate di ossigeno.

Effetti negativi:

Da considerare i costi di gestione nel caso dell’utilizzo dei sistemi ad ossigeno puro. E’ inoltre da valutare se l’eccessiva ossigenazione del fango non influisca negativamente sulla fase di denitrificazione (anossica) eventualmente presente nell’impianto

con l’utilizzo di un sistema a ossigeno puro si raggiungono facilmente concentrazioni di ossigeno disciolto superiori a 6 mg O2/l, mentre con il

sistema ad aria al massimo si hanno 2 - 4 mg O2/l. Alla luce dei vantaggi

riportati alla voce effetti positivi, è quindi auspicabile utilizzare sistemi ad ossigeno puro per ottenere significative diminuzioni di produzione di fango di supero. Da segnalare infine che con l’aumento della concentrazione di ossigeno disciolto nel reattore al di sopra di 2 mg O₂/l, la rimozione del substrato non subisce sensibili miglioramenti.

Tecnologie presenti sul mercato (sistemi a ossigeno puro):

Mixflo® di Siad (http://www.siad.com) Ristelox® di Sespi (http://www.sespi.it).

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in merito ai sistemi ad ossigeno puro, viene descritto il sistema Mixflo® di Siad (descrizione ricavata dal sito http://www.siad.com) che risulta essere così articolato:

pompa centrifuga che preleva del mixed liquor, o più in generale del

liquame, dalla vasca di reazione e lo pressurizza a pressioni comprese tra 2 e 3 bar;

dissolutore tubolare nel quale l’ossigeno gassoso si discioglie

completamente sino ad ottenere una monofase (l’ossigeno gassoso è generato da un impianto in situ di rettifica dell’aria liquida o di filtrazione, a mezzo di zeoliti, dell’aria);

una serie di eiettori liquido-liquido per reimmettere nella vasca di

ossidazione, in modo omogeneo, ossigeno ed energia a tutto il bacino. La scelta di pressurizzare il refluo da ricircolare, è connessa alla maggiore capacità di solubilizzazione di un gas in un liquido all’aumento della sua pressione (legge di Henry). Questo permette di realizzare un flusso liquido ad alta concentrazione di ossigeno disciolto e quindi di disporre di una “soluzione ricca” da miscelare poi con un liquido “più povero”.

Segue la descrizione delle tecniche non convenzionali con metodi chimico - fisici elencate in Tabella 2.3.

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Ozonizzazione

Descrizione:

una frazione del fango attivo del flusso di ricircolo viene sottoposta a ossidazione chimica con ozono così che la biomassa attiva viene inattivata e convertita in substrato organico (si ha una significativa lisi cellulare) ed inoltre, durante l’ozonizzazione si verifica la mineralizzazione diretta del fango che contribuisce ulteriormente alla riduzione del fango. Il substrato organico così prodotto viene avviato nel reattore biologico in cui è ossidato biologicamente e in parte mineralizzato; ciò comporta la riduzione netta di una parte della biomassa attiva sintetizzata e quindi di una corrispondente aliquota di fango di supero.

Effetti positivi:

Sakai et al. (1997),studiando un impianto di trattamento di reflui urbani in scala reale, osservarono che con un dosaggio di ozono di 0,02 e 0,04 g O₃/g SS (riferito alla portata di fango introdotta nel reattore di ozonizzazione che era rispettivamente pari al 3,1% e al 7,7% rispetto alla portata influente all’impianto) il fango veniva ridotto rispettivamente del 36% e del 100%. Secondo quanto riportato per la tecnologia Biolysis O® di Ondeo Degrémont (Pojaghi, 2003), è possibile ridurre la produzione di fanghi dal 30% al 80%.

Infine, sembra che i fanghi sottoposti ad ozonizzazione siano caratterizzati da una migliore sedimentabilità (Kamiya e Hirotsuji, 1998).

Effetti negativi:

possibile riduzione dell’attività della biomassa, soprattutto quella nitrificante, che in alcuni casi, sommata al rilascio di azoto e substrato organico da parte delle cellule distrutte, può portare ad una riduzione dell’efficienza complessiva di rimozione di COD e N. Inoltre vi è il rilascio di fosforo cellulare che può eccedere i limiti autorizzati allo scarico (Vergine e Canziani, 2007). Infine vi sono da considerare i costi di gestione. Criticità d’impiego:

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Biolysis O® di Ondeo Degrémont (http://www.degremont.com); Aspal Sludge di Air Liquid Italia Service (http://www.airliquid.it);

si segnala anche l’impianto pilota di Rivoira S.p.A. installato

nell’impianto di acque reflue urbane ubicato nel comune di Bulgarograsso (CO).

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Figura 2.4. Tecnologia Biolysis O®_{di Ondeo Degrémont (Pojaghi, 2003)}

secondo quanto riportato per la tecnologia Biolysis O®_{di Ondeo}

Degrémont (Pojaghi, 2003), è generalmente adatta a impianti con potenzialità da 50.000 a 400.000 abitanti equivalenti.

viene descritta la tecnologia Biolysis O® di Ondeo Degrémont (Pojaghi, 2003) (Figura 2.5).

L’ozono, ottenuto per attivazione elettronica dell’ossigeno sotto l’azione di una scarica elettrica, è prodotto sul luogo da generatori che utilizzano l’ossigeno puro. Nel miscelatore avviene il contatto fra i fanghi estratti dai bacini biologici e l’ozono: parallelamente all’ossidazione chimica, vi agisce anche l’azione meccanica effettuata da un dispositivo di mescolamento e dispersione che, oltre a favorire il contatto fra ozono e batteri, stressa anch’essa la biomassa.

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Clorazione

Descrizione:

stessi principi ed effetti provocati dall’ozonizzazione: il cloro, al pari dell’ozono, è un forte ossidante.

Effetti positivi:

Saby et al. (2002), operando in scala di laboratorio con un sistema MBR alimentato con un liquame sintetico e trattando il fango di supero con un dosaggio di 0,133 g Cl2/(g MLSS*d), per poi reinserirlo nel reattore

biologico, hanno ottenuto una riduzione del fango di supero del 65%. Sono quindi risultati comparabili con l’ozonizzazione, ma, rispetto a quest’ultima, la clorazione prevede costi minori.

Effetti negativi:

peggioramento delle caratteristiche di sedimentabilità del fango, formazione di trialometani (presenti nell’effluente) e altri sottoprodotti e incremento del COD solubile nell’effluente (Saby et al., 2002). Dati questi aspetti, è difficile prevederne l’uso in scala reale.

Criticità d’impiego: /

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Trattamento termo - chimico

Descrizione:

grazie all’effetto combinato di temperatura e reattivi chimici (il più utilizzato è l’idrossido di sodio, Rocher et al., 2001), si ottiene la lisi cellulare della biomassa e la degradazione di sostanze organiche con la conseguente riduzione della produzione di fanghi di supero. Questo trattamento si realizza in un reattore di limitate dimensioni disposto sulla linea di ricircolo dei fanghi dal sedimentatore finale.

Effetti positivi:

l’applicazione del trattamento termo – chimico ad un reattore pilota a fanghi attivi ha permesso di ridurre la produzione di fanghi di supero del 37% a 60°C e con pH 10 generato dall’idrossido di sodio (Rocher et al., 2001). Analoghi risultati sono stati ottenuti da Mason e Hamer (1987) (riduzione del 52% ad una temperatura di 60°C).

Effetti negativi: / Criticità d’impiego:

da considerare le limitazioni nella scelta dei materiali costruttivi nel circuito di ricircolo al fine di evitare problemi di corrosione (Liu, 2003). Inoltre, se si opera con valori di pH > 10 per ottenere maggiori riduzione della produzione di fango di supero, si rende necessario neutralizzare il fango trattato prima di rimetterlo nel reattore biologico.

Segue la descrizione delle tecniche non convenzionali con metodi biologici elencate in Tabella 2.4).

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Trattamento anaerobico/anossico

Descrizione:

con l’inserimento di un reattore anaerobico o anossico sulla linea di ricircolo fanghi, la biomassa è sottoposta a un’ alternanza di fasi di “feasting” (ricca di nutrienti) nel reattore aerobico e di “fasting” (povera di substrato) nel reattore anaerobico o anossico: tale alternanza spinge i microorganismi a consumare le proprie riserve di energia contenute nell’ATP per le esigenze di mantenimento 1. Quando la biomassa si trova quindi nel reattore aerobico ricco di substrato organico, deve necessariamente ricostruire le riserve di energia prima di sintetizzare nuova biomassa, in quanto la sintesi cellulare non può procedere senza un minimo di quantitativo di ATP. In sostanza viene dissociata l’attività anabolica da quella catabolica e quest’ultima viene stimolata.

Il trattamento viene anche chiamato con l’acronimo OSA (oxic – settling – anaerobic).

Effetti positivi:

l’inserimento di uno stadio anaerobico all’interno del processo a fanghi attivi ha ridotto la produzione specifica di fango tra il 20 e il 65% rispetto ad uno schema convenzionale a fanghi attivi (Chudoba e Capdeville, 1991; Chudoba et al., 1991; Chudoba et al., 1992). Saby et al. (2003) allestendo il processo OSA in scala pilota ed alimentandolo con un fluido sintetico, hanno verificato che la riduzione del potenziale di ossidoriduzione nel reattore anossico da +100 mV a –250 mV determina una riduzione della produzione di fango di supero dal 23 al 58%.

Secondo quanto riportato per la tecnologia Cannibal®_{di Siemens Water}

Technologies S.p.A. Sernagiotto Products, la riduzione della produzione di fanghi è superiore al 50%.

Infine il processo OSA determina una migliore sedimentabilità dei fanghi (Chudoba e Capdeville, 1991; Chudoba et al., 1991) e riduce la crescita dei batteri filamentosi (Liu e Tay, 2001).

Effetti negativi: / Criticità d’impiego:

/

1_{L’energia prodotta dal processo catabolico dei batteri viene sfruttata in parte per il processo anabolico, in cui}

dalla sintesi dei nutrienti all’interno della cellula produce nuova biomassa. L’energia del processo catabolico viene temporaneamente conservata mediante il trasferimento ad una varietà di composti del fosforo, nella forma di legami ad alta energia: l’ATP, adenosintrifosfato è il composto ad alta energia richiesto dalla stragrande maggioranza delle reazioni metaboliche.

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Figura 2.5. Tecnologia Cannibal®_{di Siemens Water Technologies S.p.A.}

Sernagiotto Products (http://www.sernagiottto.it) Tecnologie presenti sul mercato:

Cannibal®_{di Siemens Water Technologies S.p.A. Sernagiotto Products}

(http://www.sernagiottto.it). Campi d’impiego economicamente ottimali:

/

viene descritta la tecnologia Cannibal®_{di Siemens Water Technologies}

S.p.A. Sernagiotto Products (descrizione ricavata dal sito http://www.sernagiottto.it ) (Figura 2.6).

Il cuore della tecnologia Cannibal® è un reattore biologico detto “di interscambio”, realizzato a lato della tradizionale vasca di ossidazione, che può operare parallelamente a impianti a fanghi attivi municipale o industriale. In questo bacino di interscambio vengono create e opportunamente mantenute le condizioni ambientali di anaerobiosi che comportano quanto già descritto alla voce descrizione. Grazie al continuo ricircolo tra le due vasche, si crea un regime di equilibrio tra distruzione e sviluppo batterico.

Il materiale di scarto, il grigliato fine e gli inerti sono rimossi dal processo grazie ad una specifica sezione di trattamento, detta unità di separazione dei solidi, inserita sulla linea di ricircolo del fango in uscita dalla sedimentazione secondaria. Le principali apparecchiature costituenti la sezione separazione solidi sono: griglia a tamburo con sistema di lavaggio integrato, idro -

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Disaccoppianti metabolici

Descrizione:

i disaccoppianti metabolici sono composti che non permettono all’energia fornita dalle reazioni cataboliche di venire immagazzinata nell’ATP (vedere la voce descrizione del processo OSA per informazioni sull’ATP) e quindi viene inibita la crescita della biomassa con conseguente riduzione della produzione di fango. L’energia prodotta dalle reazioni cataboliche viene dissipata in calore.

Tra i composti capaci di agire come disaccoppianti metabolici, si possono citare i seguenti: clorofenolo; paranitrofenolo (pNP); 3,3’,4’,5-tetraclorosalicilanilide (TCS); 2,4,5-triclorofenolo (TCP); aminofenolo. Da segnalare che questo intervento è stato fino ad ora sperimentato solo a scala di laboratorio e spesso solo su culture pure.

Effetti positivi:

il dosaggio di 100 mg/L di pNP in un reattore a fanghi attivi a scala di laboratorio alimentato con liquame sintetico ha determinato una riduzione del 49% ad una temperatura di 20°C (Low et al., 2000), mentre Low e Chase (1998) hanno ottenuto una riduzione del 62% operando con lo stesso dosaggio , ma con temperatura di 30°C. Chen et al. (2002) hanno sperimentato l’utilizzo di TCS con una concentrazione di 0,8 mg/L osservando una riduzione della crescita cellulare del 78% rispetto alla coltura di controllo senza TCS. Strand et al. (1999) hanno rilevato una diminuzione de4lla produzione di fango del 50% utilizzando TCP in concentrazioni di 5 mg/L. Infine, Xie (2002) con un dosaggio di 20 mg/L di aminofenolo non ha registrato produzione di fango di supero, ma l’efficienza nella rimozione del COD si è ridotta anche del 56%.

Effetti negativi:

la maggior parte dei disaccoppianti metabolici è potenzialmente pericolosa per l’ambiente, l’unico a non esserlo è il TCS che viene anche utilizzato per la produzione di saponi. Altri svantaggi sono la formazione di batteri filamentosi (Low et al., 2000) e la possibile diminuzione delle rese di rimozione del substrato (Low et al., 2000; Xie, 2002).

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Sviluppo di protozoi/metazoi per la predazione batterica

Descrizione:

i protozoi e i metazoi sono microorganismi presenti nei fango attivi e il loro ruolo è quello di predatori di batteri controllandone quindi la crescita. L’idea alla base del trattamento in esame è quella di operare con un processo biologico a due stadi: nel primo reattore si favorisce la crescita della biomassa batterica dispersa (bassa età del fango), mentre nel secondo si creano le condizioni per la crescita dei predatori (processo a biomassa adesa o a fanghi attivi con elevata età del fango) che con la loro attività consumano i batteri cresciuti nello stadio precedente.

Effetti positivi:

Resink e Rulkens (1997) hanno condotto un’esperienza su un sistema in scala pilota alimentato da reflui urbani sedimentati con un basso carico del fango e hanno osservato una riduzione della produzione del fango di supero del 60% rispetto a un convenzionale processo a fanghi attivi. Ghyooy e Verstraete (1999) hanno adottato un bireattore a membrana a due stadi (con membrana filtrante sommersa posta nel secondo stadio) riducendo la produzione di fango del 20 – 30%.

Inoltre i fanghi sottoposti a tale trattamento avrebbero una migliore sedimentabilità e disidratabilità (Resink e Rulkens, 1997).

Effetti negativi:

possibile decremento della capacità nitrificante per effetto dei predatori sulla biomassa autotrofa (Ghyooy e Verstraete, 1999; Lee e Welander, 1996). Questo trattamento necessita di ulteriori approfondimenti vista la difficile applicabilità in grande scala (Liu, 2003).

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Utilizzo di nitrato come accettare di elettroni

Descrizione:

in assenza di ossigeno disciolto, una frazione significativa dei batteri eterotrofi è in grado di utilizzare il nitrato come accettore terminale di elettroni (respirazione anossica o denitrificazione). Il coefficiente di resa specifica cellulare eterotrofa risulta abbastanza diverso a seconda che vi siano condizioni anossiche o aerobiche. Questa tecnica potrebbe essere impiegato per la rimozione del carbonio.

Effetti positivi:

Copp e Dold (1998) riportano una riduzione del coefficiente di crescita cellulare del 38% rispetto al valore misurato in condizioni aerobiche.

Effetti negativi: /

è un processo delicato per l’aggiunta di nitrati in modo pressoché stechiometrico (per evitare il superamento dei limiti allo scarico) e, inoltre, deve essere tenuta in considerazione l’eventuale necessità di un comparto di nitrificazione (obbligatoriamente di tipo aerobico).

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Idrolisi enzimatica

Descrizione:

i fanghi sono estratti dal bacino biologico e introdotti in un reattore aerobico termofilo (50 – 80°C): in tali condizioni si attiva un battere normalmente presente nelle acque residue urbane che produce un cocktail di enzimi che aggrediscono la sostanza organica comprese le popolazioni batteriche mesofile (quelle che normalmente si sviluppano in un processo a fanghi attivi a temperatura ambiente). I batteri mesofili subiscono quindi la lisi cellulare che danneggia la loro struttura cellulare fino anche ad ucciderli. In ogni caso, il risultato è la diminuzione della crescita di biomassa batterica mesofila e quindi una minor produzione di fango (anche nel caso in cui i batteri mesofili subiscono danni non mortali, le reazioni di ossidazione successive saranno finalizzate alla loro ricostruzione e non alla formazione di nuova biomassa).

Effetti positivi:

secondo quanto riportato per la tecnologia Biolysis E® di Ondeo Degrémont (Pojaghi, 2003) è possibile ridurre la produzione di fanghi dal 30% al 80%.

Effetti negativi:

secondo quanto riportato per la tecnologia Biolysis E®_{di Ondeo}

Degrémont (Pojaghi, 2003) vi è un aumento del carbonio organico colloidale solubile, ma non biodegradabile, che si ritrova quindi allo scarico (circa + 5%) e aumento dell’azoto e del fosforo da trattare a causa della minor crescita batterica (non più sintetizzato). Sono da considerare i costi di gestione.

Biolysis E® di Ondeo Degrémont (http://www.degremont.com). Campi d’impiego economicamente ottimali:

secondo quanto riportato per la tecnologia Biolysis E®_{di Ondeo}

Degrémont (Pojaghi, 2003) è generalmente adatto a impianti con potenzialità da 50.000 a 400.000 abitanti equivalenti. Descrizione tecnologia:

viene descritta la tecnologia Biolysis E® di Ondeo Degrémont (Pojaghi, 2003) (Figura 2.7).

(20)

Figura 2.6. Tecnologia Biolysis E®_{di Ondeo Degrémont (Pojaghi, 2003).}

Il fango attivo prelevato dal bacino di aerazione, è stacciato, ispessito e portato alla temperatura di processo mediante uno scambiatore fango / fango e relativo circuito di riscaldamento. la quantità di energia termica introdotta, mediante il suddetto circuito di riscaldamento, compensa le perdite di calore e fornisce quelle di riscaldamento dei nuovi fanghi.

Il reattore termofilo è omogeneizzato e miscelato attraverso un opportuno sistema di aerazione.

2.3 Interventi in linea fanghi

2.3.1 Interventi di tipo chimico - fisico

I possibili tipi di intervento chimico – fisici effettuabili in linea fanghi sono suddivisibili in due categorie a seconda che sfruttino una tecnica consolidata dall’esperienza (Tabella 2.5) oppure una non convenzionale (Tabella 2.6).

Tabella 2.5. Interventi di tipo chimico – fisici, tecniche consolidate (linea fanghi). Tipo di intervento Breve descrizione Ispessimento Riduzione dell’umidità del fango Condizionamento e disidratazione meccanica Riduzione dell’umidità del fango Essiccamento termico Riduzione dell’umidità del fango

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Tabella 2.6. Interventi di tipo chimico - fisici, tecniche non convenzionali. Tipo di intervento Breve descrizione Idrolisi termo-acida/alcalina Idrolisi del fango

Disgregazione meccanica Disgregazione del fango Ultrasonicazione Disgregazione del fango

Ossidazione a umido Fango trasformato in gas di combustione, in residui minerali inerti e in liquido Ossidazione chimica con

perossido di idrogeno

Ossidazione della sostanza organica sospesa e migliore disidratabilità del fango

Segue la descrizione delle tecniche convenzionali di Tabella 2.5.

Ispessimento

La riduzione di volume ottenibile con l’ispessimento porta notevoli vantaggi ai trattamenti successivi, come la digestione, la disidratazione, l’essiccamento o l’incenerimento, in quanto diminuiscono i seguenti fattori:

la dimensione delle vasche e delle apparecchiature (pompe, tubi ecc.); il quantitativo di reagenti per il condizionamento dei fanghi;

il quantitativo di calore richiesto per il digestore anaerobico o l’energia per

l’essiccamento e per l’incenerimento.

A titolo di esempio, se un fango attivo di spurgo da un processo biologico a biomassa sospesa, in genere caratterizzato da una concentrazione di secco dell’ordine dello 0,8%, viene sottoposto a ispessimento fino a raggiungere una concentrazione del 4%, ciò significa che è stata conseguita una riduzione della portata volumetrica iniziale di fango pari a cinque volte.

Il sistema di ispessimento comunemente impiegato nel trattamento delle acque reflue urbane è quello a gravità che ispessisce i fanghi tramite la sedimentazione di massa. E’ il processo più semplice e meno costoso anche se comporta una significativa occupazione di area. Può essere utilizzato sia con fango primario che con fango misto, con il solo fango attivo si ottengono valori di secco in uscita modesti. La concentrazione di solidi in uscita varia tra 1,5 e 10% in dipendenza del tipo di fango alimentato (Nuovo Colombo, 2003).

Esiste anche il sistema di ispessimento per flottazione, ma è raramente utilizzato nell’ambito della depurazione delle acque reflue urbane. Consiste nell’introdurre aria disciolta in pressione nel refluo entrante nel sistema di ispessimento: quando il refluo si diffonde nella vasca di ispessimento, l’aria, grazie alla pressione, risale in

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Da segnalare gli importanti e recenti sviluppi tecnologici nell’ambito dell’ispessimento che, in particolare, riguardano l’ispessimento dinamico. Quest’ultimo processo deriva dall’adozione di macchine precedentemente utilizzate per la disidratazione meccanica. Alcuni esempi (Lotito, 2000):

centrifuga decantatrice: si tratta di un’apparecchiatura analoga alla centrifuga

utilizzata per la disidratazione, ma con alcuni accorgimenti tecnici che ne consentono l’impiego per l’addensamento del fango sedimentato;

tavola gravitazionale: consiste in una nastropressa semplificata alla sola

sezione iniziale di drenaggio;

setacci cilindrici: questo sistema è costituito da una serie progressiva di

setacci cilindrici rotanti. La maglia dei setacci diviene sempre più grossolana man mano che si procede dall’alimentazione verso l’uscita della macchina e quindi man mano che aumenta la concentrazione di sostanza secca nel fango. Il fango rimane nei cilindri, mentre l’acqua viene eliminata attraverso fori.

Condizionamento e disidratazione meccanica

La disidratazione meccanica riduce generalmente il contenuto di acqua nei fanghi fino al valori di 75 – 80% rendendoli palabili (movimentabili con una pala). I sistemi oggi in uso sono principalmente le nastropresse, le filtropresse e le centrifughe.

Nelle nastropresse il fango è alimentato in continuo in una prima zona di drenaggio cui segue la fase di compressione tra due tele filtranti. La percentuale di sostanza secca del fango disidratato è compresa tra il 15 e il 30%.

Le filtropresse hanno un funzionamento a batch che si svolge secondo il seguente ciclo: alimentazione dei fanghi nelle camere di filtrazione, compressione e apertura delle camere per lo scarico dei pannelli di fango disidratato. Questo sistema di disidratazione può portare la percentuale di sostanza secca nel fango fino a valori del 45%, di negativo è il funzionamento in discontinuo e l’alto costo di installazione.

Nelle centrifughe si ottiene la separazione solido – liquido con l’ausilio della forza centrifuga impressa al fango in appositi cilindri rotanti. Sono macchine dal funzionamento in continuo, occupano poco spazio, ma le concentrazioni di secco nel fango conseguibili sono leggermente inferiori a quelle delle nastropresse.

Per migliorare l’efficienza della disidratazione, in tutti i tipi di macchine, è necessario aggiungere al fango opportuni condizionanti che riescono ad aumentare la velocità ed il grado di rimozione dell’acqua. I condizionanti più diffusi sono i sali di alluminio (solfato/policloruro/cloruro di alluminio), la calce, i sali di ferro (solfato/cloruro ferrico) e i polielettroliti. I dosaggi e i tipi di condizionanti dipendono dal tipo di fango e dal tipo di macchina utilizzata per la disidratazione. Gli sviluppi tecnologici che hanno interessato negli ultimi anni i sistemi di disidratazione meccanica dei fanghi sono stati rivolti al conseguimento dei seguenti obbiettivi (Lotito, 2000):

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lo sviluppo di apparecchiature funzionanti in continuo e capaci di ottenere

livelli di disidratazione caratteristici delle filtropresse a camere;

il miglioramento dei rendimenti di disidratazione raggiungibili con macchine

centrifughe: le centrifughe ad alta concentrazione consentono un incremento del tenore di secco rispetto a queste ultime di 5-8 punti percentuali, ma anche un costo maggiore del 50 – 100%;

la messa a punto di apparecchiature in grado di ottenere elevate percentuali

di secco grazie ad una particolare efficienza della fase di compressione finale.

Essiccamento termico

L’essiccamento termico, posto a valle della disidratazione meccanica, consente la drastica riduzione del quantitativo di acqua contenuta nel fango, mediante evaporazione. Il fango essiccato presenta un grado di umidità molto basso (minore del 20%), il che determina una riduzione di peso da 3 a 6 volte rispetto a un fango disidratato meccanicamente.

Gli essiccatori termici in commercio vengono usualmente classificati in base alle modalità di trasmissione del calore al fango nelle seguenti categorie:

a contatto o indiretti: il fango ed il fluido riscaldante sono separati da un

setto con il compito di trasmettere, per conduzione, il calore;

convettivi o diretti: il calore necessario all’essiccamento viene trasmesso al

fango mediante un flusso d’aria calda;

di tipo misto: il calore viene trasmesso sia per contatto che mediante un

flusso d’aria calda.

Per quanto riguarda lo sviluppo tecnologico di tale processo, l’indirizzo generale degli ultimi anni sembra essere quello di apportare migliorie, intervenendo su specifiche fasi del trattamento, ma senza discostarsi dagli schemi convenzionali (Collevignarelli et al., 2000). In particolare, vengono adottati nuovi accorgimenti per migliorare il sistema di movimentazione dei fanghi (in passato questa fase ha procurato problemi di occlusioni, intasamenti, cedimenti degli organi in movimento, usura per abrasione ecc.), si diffondono sempre più i sistemi che prevedono il ricircolo dei gas esausti e il recupero energetico, con il vantaggio di semplificare la linea di depurazione dell’aria (almeno la fase di deodorizzazione) e ridurre i consumi di energia. Infine, un altro obbiettivo dei costruttori di impianti di essiccamento è quello di migliorare il contatto fango - mezzo riscaldante (in particolare in quelli indiretti) attraverso particolari conformazioni degli organi interni.

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Idrolisi termo - acida/alcalina

Descrizione:

il principio di funzionamento è lo stesso del trattamento termico – chimico descritto al paragrafo 2.2.2: grazie all’effetto combinato di temperatura e reattivi chimici si ottiene la lisi cellulare della biomassa e la degradazione di sostanze organiche. I reattivi chimici possono essere alcalini o acidi, quest’ultimi creano però maggiori problemi (corrosione, post – neutralizzazione, solubilizzazione di metalli pesanti e fosfati). Il trattamento può essere applicato prima o integrato alla digestione anaerobica (Saiki et al., 1999), oppure sui fanghi ispessiti a monte della disidratazione (Neyens et al., 2003).

Effetti positivi:

Neyens et al. (2003) operando in scala di laboratorio con un sistema alimentato con fango proveniente da un impianto di trattamento di reflui urbani e dosando Ca(OH)2 hanno ottenuto riduzioni dei solidi sospesi nei

fanghi fino al 60%. Le condizioni operative ottimali sono state individuate in una temperatura pari a 120°C, pH uguale a 10 (dosando 0,068 g/g SS di Ca(OH)2) ed un tempo di reazione di 60 min. In tali condizione si è anche

ottenuto l’abbattimento della carica patogena. Anche la disidratabilità ha avuto ripercussioni positive: contenuto di secco nei fanghi pari al 46%, contro il 28% per il fango non trattata da idrolisi termo – alcalina.

Effetti negativi:

Da considerare i costi di gestione. Criticità d’impiego:

/

(25)

Disgregazione meccanica

Descrizione:

la disintegrazione del fango può essere ottenuta sia agendo sul fiocco che sui microorganismi presenti. Alcune tecnologie utilizzate per la disintegrazione:

Stirred Ball Mill: mulino realizzato con un cilindro contenente palle

tenute in rotazione;

High Pressure Homogenizer: pompa ad alta pressione;

Ultrasonic Homogenizer: generatore elettrico ad alta frequenza con

trasformatore degli impulsi elettrici in impulsi meccanici che vengono trasmessi al fluido trattato;

Mechanical Jet Smash Technique: il fluido, prima compresso ad elevata

pressione, viene lanciato ad alta velocità contro un piatto dove per l’urto avviene la disintegrazione;

High Performance Pulse Technique. al fluidi è sottoposto ad alta

tensione (10 kV);

Lysat – Centrifugal – Technique: utilizza un decanter modificato con

l’aggiunta di un disintegratore in uscita sul flusso di fango addensato. Le diverse tecniche sono ancora oggetto di ricerche e sperimentazioni. Effetti positivi:

la rottura dei fiocchi filamentosi migliora la sedimentabilità del fango, mentre la disintegrazione dei microorganismi comporta il rilascio di sostanze organiche che possono essere facilmente biodegradate: il fango trattato può costituire un valido substrato per il processo di denitrificazione, migliorare la resa della digestione anaerobica o consentire il recupero i prodotti quali azoto e fosforo.

Kopp et al. (1997) operando in scala di laboratorio con un omogeneizzatore ad alta pressione hanno raggiunto, con un’energia specifica di 2000 kJ/kg SS e un contenuto di SST fino al 5%, un grado di disintegrazione del 60%. Inoltre si è evidenziato come la maggior concentrazione di solidi sospesi aumenti l’efficienza energetica del processo a parità di tecnologia utilizzata.

Dati significativi derivanti da esperienza di lunga durata su scala industriale si hanno solo per il sistema Lysat – Centrifugal – Technique. In questi casi il sistema è stato applicato prima della digestione anaerobica. Il livello di disintegrazione delle cellule ottenuto è del 10 – 20%, con un incremento del consumo di energia del decanter di circa il 20%. L’incremento della

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Effetti negativi:

aumento della quantità delle particelle colloidali con conseguente peggioramento delle caratteristiche di disidratabilità: aumentando la superficie totale delle particelle aumentano anche le cariche superficiali e quindi il fango richiede una maggior quantità di coagulanti/flocculanti per il condizionamento chimico. La digestione anaerobica permette però di recuperare le caratteristiche di disidratabilità.

L’ acqua separata dal fango nelle operazioni di digestione anaerobica e di disidratazione risulta avere un maggior carico di ammoniaca (Kopp et al., 1997; Müller et al., 1998). Sono da considerare i costi di gestione

può essere vantaggioso associare alla disgregazione meccanica la digestione anaerobica: l’energia ricavata dalla produzione aggiuntiva di biogas è dello stesso ordine di grandezza di quella utilizzata per realizzare la disgregazione meccanica (Müller et al., 1998).

Considerando il consumo energetico, la disgregazione realizzata mediante omogeneizzazione ad alta pressione o con mulino a sfere risultano più economici rispetto all’uso si sistemi quali l’ultrasonicazione.

L’applicazione del sistema Lysat – Centrifugal – Technique risulta conveniente con impianti di potenzialità maggiore di 100.000 abitanti equivalenti nell’ipotesi che sia presente la digestione anaerobica.

/

(27)

Ultrasonicazione

Descrizione:

analogamente alla disgregazione meccanica, con il sistema ad ultrasuoni si ha la disintegrazione dei fiocchi di fango e dei microorganismi presenti. Gli ultrasuoni (onde sonore con frequenza maggiore di 20 kHz) generano all’interno della massa di fango bolle che, in corrispondenza di un determinato stato critico, implodono determinando nel loro centro temperature e pressioni elevate: nel fango si generano notevoli forze di taglio che lo disgregano.

Effetti positivi:

migliora la sedimentabilità dei fanghi e il fango così trattato può costituire un valido substrato per il processo di denitrificazione e migliorare la resa di digestione anaerobica.

Effetti negativi:

generalmente viene peggiorata la disidratabilità del fango: l’elevata superficie specifica delle piccole particelle di fango prodotte dalla sonicazione può comportare un aumento dell’acqua adsorbita. Sono inoltre da considerare i costi di gestione.

Ultrawaves di Siemens Water Technologies S.p.A. Sernagiotto Products (http://www.sernagiottto.it)

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Ossidazione a umido

Descrizione:

il fango liquido è messo in contato con un gas ossidante (ossigeno o aria) in ambiente umido, ad una temperatura di circa 250°C e da alta pressione (da 70 a 150 bar), in condizioni di processo continue (tempo di residenza 15 – 120 min.). Il fango si trasforma in tre prodotti principali:

parte liquida con presenza di sostanza organica facilmente

biodegradabile da rinviare in testa all’impianto di depurazione;

gas di combustione che possono essere immessi in atmosfera senza

alcun trattamento in quanto esenti da polveri e perché, date le basse temperature di processo, non si ha la formazione di prodotti pericolosi;

residui minerali inerti in fase liquida che possono essere trattati e

smaltititi in discarica. Contengono i metalli pesanti eventualmente presenti nel fango ad eccezione del mercurio che in parte può anche essere presente nei gas di combustione.

L’ossidazione ad umido segue l’ispessimento dei fanghi. Effetti positivi:

con questa tecnica si riduce al minimo il quantitativo di materia uscente dall’impianto di depurazione.

Effetti negativi:

il processo non può ancora essere ritenuto pienamente affidabile e non si hanno elementi per valutarne i costi complessivi. Il processo di ossidazione ad umido non è un processo nuovo: le prime applicazioni sul fango hanno presentato numerosi problemi quali l’elevato carico organico ricircolato in testa all’impianto di depurazione e la corrosione del reattore.

Athos® di Siba(http://www.veoliawaterst.com). Campi d’impiego economicamente ottimali:

secondo quanto riportato per la tecnologia Athos®_{di Siba}_{(Collivignarelli et}

al., 2004), il processo Athos® è adatto per impianti con capacità superiore a 30.000 abitanti equivalenti.

(29)

Nel reattore di ossidazione le condizioni operative di temperatura e di pressione sono, rispettivamente, di 250°C e 54 bar: la pressione è quindi più bassa quindi dei normali processi di ossidazione ad umido.

I fanghi trattati possono essere di qualsiasi tipo: primari, biologici, misti, digeriti, urbani o industriali. Il calore liberato dall’ossidazione delle materie organiche consente di raggiungere l’equilibrio termico del sistema con fanghi ispessiti al 4 – 7% di secco. I fanghi ispessiti vengono inseriti nel reattore a mezzo di una pompa ad alta pressione; la loro introduzione avviene assieme a quella dell’ossigeno e ad una parte dei fanghi ricircolati dal reattore. Prima del loro inserimento, i fanghi ispessiti vengono riscaldati con il calore recuperato con degli scambiatori termici dalla quota di fanghi di ricircolo avviata alla decantazione e alla disidratazione: in tal modo, oltre a raffreddare i fanghi inviati alla disidratazione, si contribuisce a rendere il processo autarchico da un punto di vista energetico. L’introduzione dei fanghi ispessiti assieme a quelli di ricircolo è anche progettata per assicurare la miscelazione all’interno del reattore: al suo interno non ha quindi organi in movimento e ciò è un vantaggio poiché semplifica la manutenzione. Da segnalare infine che il materiale solido risultante dalla tecnologia Athos®, comprensivo di opportuna disidratazione, è detto tecnosabbia e risulta avere un’umidità minore del 50%. Inoltre la tecnosabbia può essere valorizzabile nell’industria del cemento, nell’ambito dei ripristini ambientali di cave, scarpate stradali, ecc. I metalli pesanti che possono essere contenuti inizialmente nei fanghi sono fissati nella tecnosabbia in una forma non lisciviabile.

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Ossidazione chimica con perossido di idrogeno

Descrizione:

ossidazione della sostanza organica sospesa e migliore disidratabilità del fango.

Effetti positivi:

Neyens et al. (2002) operando in scala di laboratorio con fango ispessito generato da liquami urbani, osservarono che all’aumentare della concentrazione di perossido di idrogeno la concentrazione di sostanza secca si riduce di anche l’80% in ambiente acido (pH pari a 3).

Ancora i soliti autori, hanno rilevato una maggiore biodegradabilità della fase liquida del fango e inoltre sono stati osservati sia un rilascio di metalli pesanti in fase liquida (possono quindi essere successivamente precipitati) sia una diminuzione di ortofosfati a causa della precipitazione di FePO4.

Effetti negativi:

Da considerare i costi di gestione. Criticità d’impiego:

/

2.3.2 Interventi di tipo biologico

Gli unici interventi di tipo biologico presenti in linea fanghi sono la stabilizzazione, aerobica o anaerobica, e la fitomineralizzazione. Entrambi possono considerarsi convenzionali e sono riportati in Tabella 2.7 assieme ad una breve descrizione.

Tabella 2.7. Interventi di tipo biologico.

Tipo di intervento Breve descrizione Stabilizzazione aerobica o anaerobica

Grazie alla prevalenza dei processi di morte nella biomassa, diminuzione delle sostanze biodegradabili.

Fitodisidratazione

Diminuzione dell’umidità grazie all’evaporazione e all’assorbimento dell’acqua da parte delle piante.

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Stabilizzazione

Il processo di stabilizzazione dei fanghi ha in genere i seguenti obbiettivi:

diminuzione delle sostanze biodegradabili e quindi della putrescibilità;

diminuzione della quantità di fango (come solidi sospesi totali), dovuta alla

prevalenza dei processi di morte cellulare;

diminuzione della carica batterica e quindi della patogenità;

miglioramento della separabilità tra acqua e fango grazie alla rimozione delle

sostanze colloidali.

Alcuni criteri quantitativi per quantificare l’avvenuta digestione del fango (Masotti, 1996):

riduzione del 30-40% dei solidi sospesi totali nel fango;

riduzione del 40% (stabilizzazione aerobica) o 50% (digestione anaerobica)

dei solidi volatili nel fango.

Tuttavia nelle applicazioni reali si conseguono spesso rendimenti inferiori.

Il processo di digestione aerobica è simile al trattamento aerobico della linea acque; un aspetto importante che li differenzia è la concentrazione di ossigeno disciolto: nel caso della stabilizzazione è ritenuto sufficiente una quantità di ossigeno inferiore, pari ad un valore di 1 – 1,5 mg/L. Rispetto alla digestione anaerobica, quella aerobica ha un rendimento di rimozione dei solidi volatili minore, principalmente per due motivi (Masotti, 1996):

minor contenuto di solidi volatili in ingresso alla stabilizzazione, a causa

delle maggiori età del fango abitualmente utilizzate in impianti di questo tipo;

nella digestione aerobica parte delle sostanze organiche è trasformata in

polisaccaridi non ulteriormente ossidabili per via biologica.

I parametri rilevanti per la digestione aerobica sono essenzialmente tre: l’età del fango, il contenuto di solidi sospesi totali e volatili. L’età del fango va considerata come somma dell’età in ossidazione più quella in stabilizzazione.

La stabilizzazione anaerobica, oltre alle differenze già dette col processo di stabilizzazione aerobica, consente la produzione di biogas e l’abbattimento di eventuali microrganismi patogeni presenti nella biomassa. La composizione del biogas è caratterizzata principalmente dalla presenza di metano (65-70%) e anidride carbonica (25-30%), in quantità minori vi sono l’azoto (2-5%), l’idrogeno solforato e l’idrogeno. Il potere calorifico varia fra 4000 e 5000 kcal/Nm3_{e può essere}

convenientemente bruciato e convertito attraverso processi di co-generazione in calore ed elettricità.

(32)

Il processo biochimico che trasforma la sostanza organica in biogas avviene per mezzo di più consorzi microbici, che utilizzano in modo sequenziale i substrati prodotti dalla reazione precedente. Più in particolare, il processo di biodegradazione dei substrati organici procede secondo le seguenti fasi (Polettini e Pomi, 2007):

idrolisi di molecole complesse (proteine, grassi, carboidrati) con formazione

di composti semplici in soluzione (amminoacidi, acidi grassi, monosaccaridi) e contestuale fermentazione di questi con formazione di acidi grassi volatili (principalmente a catena corta, quali acidi propionico e butirrico), alcoli e chetoni, cui si accompagna un’acidificazione della fase liquida. La fase di idrolisi vera e propria può risultare inibita per effetto dell’accumulo di amminoacidi e zuccheri, i quali sono in grado di interferire con la produzione e l’attività enzimatica. In tale fase si ha altresì la produzione di ammoniaca;

fase acetogena, nella quale gli acidi grassi prodotti nella fase precedente

vengono convertiti dai batteri acetogeni in acido acetico, acido formico, biossido di carbonio ed idrogeno molecolare;

fase metanigena, in cui ha luogo la formazione di metano a partire da acido

acetico e in misura minore da acido formico (via acetoclastica), nonché per cometabolizzazione di biossido di carbonio e idrogeno ad opera di microrganismi idrogenotrofici. Per effetto delle reazioni acetoclastiche si ha la rimozione degli acidi grassi dal sistema, il che consente il ristabilimento del pH a valori idonei per la fase metanigena.

Le specie matanogene sono caratterizzate da una cinetica di crescita più lenta rispetto agli acidogeni e sono più sensibili alla presenza di molecole tossiche e alle variazioni operative come temperatura e pH. Della temperatura già si è detto, il pH ottimale per i batteri metanigeni oscilla tra 7 e 7,2, valori esterni all’intervallo 6,6 – 7,6 inibiscono fortemente la loro attività.

Fitodisidratazione

La fitodisidratazione dei fanghi consente di distruggere circa il 75-80% dei solidi sospesi volatili durante la lunga permanenza del fango nei letti vegetati. Il risultato di questa perdita, unita a quella dell’acqua contenuta, fa sì che dello spessore di 3 metri di fango applicati annualmente, ne rimangano meno di 10 centimetri, per cui l’intervallo temporale tra uno svuotamento e l’altro dell’area interessata dalla fitodisidratazione è in media di circa 10 anni.

Tuttavia, a causa della degradazione della sostanza organica durante la permanenza nei letti, la concentrazione dei metalli pesanti nei fanghi può salire fino a livelli tali da vietarne lo spandimento sui terreni o, in casi particolari, anche lo stoccaggio stesso. Volendo porre rimedio a questo possibile inconveniente, è buona norma provvedere con scadenze annuali ad un’analisi dei metalli per verificarne la

(33)

concentrazione e decidere, eventualmente, di provvedere ad uno svuotamento anticipato qualora le concentrazioni si avvicinassero ai livelli limite.

I letti di fitodisidratazione, di cui di seguito si riportano i principali parametri di gestione, sono letti impermeabilizzati provvisti di sistema di drenaggio:

la superficie necessaria di spandimento dipende dal carico di solidi che può

essere apportato e che è pari a 20 KgSS/m2 all’anno per fanghi anaerobici al 2% di secco e 40 KgSS/m2 _{all’anno per fanghi anaerobici al 2% di secco;} la concentrazione di solidi nei fanghi può essere teoricamente superiore

anche al 4%, tuttavia per ottenere buoni risultati l’ideale è mantenere valori attorno al 1,5-2%, in quanto un contenuto di solidi troppo elevato non permette una distribuzione uniforme del fango tra la vegetazione (i fanghi non devono essere disidratati meccanicamente);

il numero dei letti deve essere superiore ad uno, per due motivazioni

principali. La prima consiste nel fatto che, ai fini di una miglior disidratazione, è possibile soltanto lo spandimento di uno strato massimo di fango di circa 10 cm/giorno, il quale deve inoltre essere distribuito il più uniformemente possibile. La seconda è che, durante le operazioni di svuotamento di un letto, è necessaria la presenza di un letto alternativo, salvo diversa gestione nei periodi in cui è impossibile conferire il fango;

è necessario sospendere l’applicazione del fango sul letto circa 6 mesi prima

dello svuotamento (normalmente si procede alla fermata del carico nel periodo primaverile ed alla rimozione del fango nel periodo autunnale), al fine di avere una drastica riduzione dei batteri presenti nello strato superficiale.

Alcune esperienze di fitodisidratazione sono riportate in Garuti. E’ evidente che a causa della notevole superficie occupata dai letti, la fitodisidratazione è da prendere in considerazione soltanto per le necessità di piccoli impianti. Ai fini dell’applicabilità della tecnica discussa è sicuramente da valutare la presenza, la consistenza e la localizzazione di letti di essiccamento inutilizzati che possono essere convertiti in letti per la fitodisidratazione. Tuttavia, sono spesso preferibili impianti più automatizzati che richiedono la presenza di un numero inferiore di operatori.