Depurazione delle acque: processi innovativi.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Mauro Icardi

Il trattamento delle acque di rifiuto è un argomento abbastanza particolare. Ovviamente ben conosciuto dagli addetti del settore (operatori e ricercatori) e meno dal pubblico generico.
Ma come da sempre sostengo anche gli addetti credo debbano sentire l’impegno (perché tale è) di restare continuamente aggiornati sulle novità che si sviluppano da processi di ricerca, e che possono essere poi sperimentati e successivamente utilizzati nei processi di trattamento.
L’università Carlo Cattaneo di Castellanza (Va) organizza ormai da qualche anno incontri di questo tipo, aperti al pubblico, agli operatori ed agli studenti.
Nell’ultimo che si è svolto la scorsa primavera ho potuto conoscere due processi di trattamento riguardanti uno la linea di trattamento delle acque, ed uno la linea fanghi che mi hanno molto interessato.

Processo anammox

Si tratta di un processo di ossidazione dell’azoto ammoniacale effettuato da batteri che in condizioni anossiche (carenza di ossigeno disciolto) ossidano l’azoto ammoniacale usando il nitrito come accettore di elettroni.
La scoperta di questo tipo di batteri avvenne nel 1988 in un depuratore in Olanda.

anammox

Questo tipo di batteri vive spontaneamente in ambienti quali i fondali oceanici e contribuisce per circa il 70% al ciclo dell’azoto negli oceani.
La reazione, condotta in assenza di ossigeno, dei nitriti con lo ione ammonio

NO2+ NH4+(aq) –> N2(g) + 2 H2O

si differenzia da quella classica di denitrificazione (l’azoto nella forma di nitrati viene convertito per via biologica ad azoto gassoso: NO3 –> N2(g)).
Per il processo anammox la fonte è carbonio inorganico e le condizioni sono anaerobiche, mentre per la denitrificazione il carbonio è organico e le condizioni anossiche.
Questo tipo di processo dal punto di vista dell’applicazione impiantistica si può fare avvenire in due stadi separati o in un unico stadio.
Nel primo caso nel primo stadio di trattamento si conduce una normale reazione di nitritazione parziale nella quale si trasforma circa la metà dell’ammonio presente a nitrito.

NH4+ + 3/2 O2 –> NO2 + 2H+ + H2O

Nel secondo stadio avviene il processo anammox.
Se il processo viene fatto avvenire in un solo stadio dove i batteri nitrificanti e gli anammox convivono per esempio in un biofilm si ottiene il doppio vantaggio di avere costi di investimento inferiori e facilitare il controllo di processo.
Questo tipo di trattamento si presta molto bene al trattamento di reflui con alte concentrazioni di azoto (200mg/lt).
Tipicamente quindi reflui quali il percolato di discarica, oppure i digestati liquidi del trattamento fanghi e i reflui derivanti da processi agroindustriali, cioè quelli che da sempre danno più problemi con un trattamento di tipo convenzionale a fanghi attivi.
Questo tipo di processo ben si adatta a costruire sistemi modulari e compatti dal momento che questi batteri formano biofilm adesi e stabili, ma possono anche aggregarsi in forme adatte ai sistemi di biomassa sospesa molto compatta riducendo i problemi di bulking e sfaldamento del fiocco di fango, piuttosto comuni negli impianti tradizionali.
Le criticità del processo sono legate al range di temperatura ottimale (25-38°C) e al rapporto COD/N che è preferibile sia inferiore a 2. Nel caso contrario è preferibile effettuare un pretrattamento aerobico.
La tecnologia è già applicata in un centinaio di impianti (108 a tutto il 2015) e con fornitori commerciali già presenti sul mercato .
In Italia l’applicazione risulta ancora limitata, e spiace dirlo per le solite carenze che riguardano in molti casi il ritardo negli adeguamenti strutturali degli impianti e negli investimenti, una frammentazione ancora troppo elevata delle gestioni, e quindi in ultima analisi un problema culturale.

Disidratazione elettro-assistita.

La seconda tecnica che ha suscitato la mia curiosità (dote che ritengo utile e fondamentale) è questa. Il trattamento dei fanghi è di fatto quello che da sempre impegna molto chi lavora nel settore della depurazione. I problemi del corretto trattamento dei fanghi di risulta sono diversi, e variano dai costi di smaltimento fino a quelli di avere trattamenti di facile uso ed esecuzione per il personale addetto.
La disidratazione elettroassistita consiste nell’applicazione di un campo elettrico per sfruttare il fenomeno della elettroosmosi. Utilizzando corrente elettrica continua si può effettuare la migrazione dell’acqua contenuta nel fango da disidratare (la cosiddetta acqua del fango). In particolare si migliora il drenaggio dell’acqua interstiziale e capillare. Con questa tecnica si possono ottenere tenori di secco del fango che possono arrivare al 40-45% da valori del 18-30% ottenuti con la sola disidratazione meccanica con pressa a nastro o centrifuga.

becker

Il limite di questa tecnica rispetto a quelle tradizionali è la portata inferiore di fango trattabile a cui si può ovviare con l’installazione di più macchine operanti in parallelo.

nastro

L’altro problema a cui si sta lavorando è quello dell’accumulo del fango più secco all’anodo della elettropressa con conseguenti problemi di corrosione e di perdita di conducibilità nel fango. Per questa ragione si sta lavorando alla messa a punto di anodi rotanti. Il vantaggio consiste nel migliorare la fluidità del fango e la sua conduttività migliorando il drenaggio dell’acqua separata.
L’impianto di depurazione di domani sarà profondamente diverso da quello che abbiamo visto fino ad oggi. Saranno fondamentali per il suo miglior funzionamento le tecnologie oggi emergenti. E da esso si potranno recuperare sia energia che materia. Non solo biogas come già oggi avviene, ma anche biopolimeri e soprattutto fosforo.

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