Nulla si distrugge, tutto si trasforma.

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Mauro Icardi

Nulla si distrugge, tutto si trasforma!Antoine-Laurent de Lavoisier

La vicenda relativa alla chiusura in Lombardia di un impianto destinato al trattamento di fanghi di depurazione destinati al riutilizzo agricolo, è il tipico esempio di una vicenda che, nel suo svolgersi mostra come ancora oggi si ricada nei medesimi errori. Errori di valutazione e di comprensione che riguardano un po’ tutti.

Vediamo di approfondire il problema. Partendo da un dato oggettivo, conosciuto da chi lavora nel settore, ma probabilmente meno da altri.

La depurazione di acque reflue è la chiusura del cerchio del ciclo idrico. Questo significa in poche parole che tutto quello che viene scaricato nelle acque che abbiamo usato deve subire un trattamento. Perché non è pensabile che le acque reflue possano essere scaricate nei fiumi o nei laghi, senza subire nessun tipo di trattamento. Questa perlomeno è la situazione dei paesi economicamente avanzati. Purtroppo non in tutti i paesi a livello mondiale le cose stanno in questo modo. Ma torniamo a concentrare l’attenzione, per comodità sulla situazione italiana.

Nel processo di depurazione di tipo biologico, i fanghi sono un normale ed inevitabile prodotto del trattamento di depurazione. E’ mediamente si può stimare che si producano 0,3 kg di sostanza secca per ogni kg di COD rimosso con umidità che può variare dal 75% all’85% In letteratura i dati possono essere variabili, ma è importante questo concetto.

Ricordo che il termine COD (dall’acronimo inglese Chemical Oxygen Demand) che in italiano può essere reso come domanda chimica di ossigeno, è la quantità di ossigeno( mg O2/lt) necessaria per l’ossidazione completa delle sostanze organiche e inorganiche contenute in un campione di acqua. Si associa al valore del BOD5 che è la misura che esprime la quantità di ossigeno necessaria per l’ossidazione biochimica delle sostanze organiche contenute in un’acqua da parte di microrganismi aerobici, già presenti oppure inoculati nel refluo. Il saggio del BOD5 si esegue in condizioni controllate (alla temperatura di 20°C tenendo il campione al buio, e misurando il consumo di ossigeno (mg O2/lt) dopo 5 giorni. Il rapporto COD/BOD è l’indice che misura la biodegradabilità di un refluo. Un rapporto tra i due parametri che abbia un valore di 1,9-2,5 indica una buona biodegradabilità. Rapporti con valori più alti indicano una minor presenza di sostanze biodegradabili, tipicamente quelle contenenti una maggior componente di scarichi di origine industriale.

Il fango ottenuto dal trattamento acque deve subire un trattamento che lo renda certamente stabilizzato ed igienizzato, un trattamento che sia economicamente sostenibile, e anche accettato socialmente.

Per meglio dire, il concetto che io ho sempre sostenuto personalmente, ma credo di non essere il solo, è che tutto quello che può far funzionare bene un impianto di trattamento acque reflue è la corretta progettazione e gestione della linea di trattamento fanghi. Adottando anche le nuove tecniche di riduzione della produzione degli stessi. Su questo blog ne ho scritto. Trattamenti di lisi termica, aumento della funzionalità dei digestori anaerobici sfruttando la possibilità della codigestione di matrici adatte (per esempio la Forsu che migliorando la funzionalità del digestore anaerobico, contestualmente riduce le quantità di fango da destinare al successivo trattamento di disidratazione.) Le possibilità tecniche esistono. Vanno valutate attentamente caso per caso.

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2015/05/15/trattamento-e-recupero-dei-fanghi-di-depurazione/

I fanghi concentrano i materiali e i composti che possono essere trattati in un trattamento biologico convenzionale. Sappiamo che la diffusione di composti refrattari a questo tipo di trattamento convenzionale può innescare situazioni di criticità. Quindi parallelamente alla gestione e alla progettazione corretta del comparto fanghi, vanno potenziati i sistemi di trattamento terziario. Sistema di solito presente negli impianti di grandi potenzialità e solitamente assenti in quelli di piccoli (potenzialità intorno 5000 abitanti equivalenti). Come si nota i problemi sono sempre collegati in serie. Non aiutano in questo senso molti articoli di stampa generalista che parlano dei fiumi di cocaina o dei metaboliti di farmaci nei fiumi italiani. Occorre fare un ragionamento un po’ più critico sul perché sono finiti lì. Per esempio far notare che su un totale di 75 milioni di abitanti equivalenti effettivi serviti, solo 50 milioni sono quelli che hanno un trattamento terziario (66%). Se ragioniamo sul numero di impianti la percentuale scende addirittura al 19%, cioè 2309 impianti dotati di trattamento terziario su 17897, dato che fa riferimento al territorio nazionale, dati istat 2015. E’ un trattamento terziario potrebbe semplicemente essere, nella realtà una semplice disinfezione finale, anche se dal punto di vista tecnico non sarebbe ovviamente corretto.

Tornando ai fanghi, questi una volta usciti dal depuratore e disidratati diventano rifiuti, a meno che non abbiano caratteristiche tali da renderne idoneo l’utilizzo in agricoltura.

La normativa italiana fa ancora riferimento al decreto legislativo 99 del 1992. Decreto ormai invecchiato e che necessiterebbe di una nuova versione. Il decreto per valutare l’idoneità dei fanghi all’utilizzo agronomico concentra l’attenzione solo sui metalli pesanti dando limiti per la concentrazione dei metalli pesanti. Vista l’attenzione ovviamente doverosa sui nuovi inquinanti la Regione Lombardia ha per esempio introdotto una normativa maggiormente strutturata che prevede i controlli analitici della qualità dei fanghi in funzione della potenzialità in abitanti equivalenti degli impianti che li hanno prodotti, inserendo tra i parametri da determinare anche gli idrocarburi policiclici aromatici, oltre ai più consueti azoto e fosforo totale, che ne caratterizzano la possibilità di utilizzo agronomico. Sulla base di queste caratterizzazioni ha stabilito tre diverse classi di caratterizzazione (fanghi di alta qualità, fanghi idonei, e non idonei). Questo è un primo passo.

Ma non basta. Tornando alla vicenda dell’azienda incriminata per traffico illecito di rifiuti, è doveroso ricordare come in Italia troppo spesso il caos normativo porti alla tentazione di utilizzare e smaltire rifiuti illegalmente. Triste pensare che spesso il business del fango sia più redditizio di quello degli stupefacenti. E che dove le istituzioni sono distratte o assenti prospera la criminalità, che riempie un vuoto.

Tornando a temi meno tristi e più tecnici, occorrerebbe che gli investimenti da destinare al ciclo idrico nel complesso non fossero ulteriormente procrastinati o rimandati. Investimenti che dovrebbero comprendere anche una quota destinata alla ricerca. Sugli inquinanti persistenti, sui loro effetti su salute ed ecosistema. Ricerca che dovrebbe necessariamente interfacciarsi in maniera imprescindibile con i gestori degli impianti. Non ultima la necessità di inserire l’educazione idrica anche nelle scuole elementari. Educazione che non dovrebbe limitare i suoi temi soltanto nel doveroso intento di insegnare come si possa e si debba risparmiare l’acqua. Ma che dovrebbe anche insegnare i concetti di base della depurazione delle acque.

Un piccolo aiuto potrebbe venire anche dall’informazione. Che dovrebbe cercare meno il sensazionalismo e più la correttezza informativa tecnico scientifica. Viviamo nel periodo di dissipazione della realtà oggettiva, delle fake news, problema ritenuto critico anche dal World Economic Forum.

E’ doveroso segnalare i problemi, ma anche indicare le soluzioni possibili e le scelte che si prospettano. I fanghi non possono sparire per magia, come vuol suggerire il titolo. Possono essere ridotti, gestiti con attenzione e rigorosità. Ma se non destinati all’uso agricolo, che può effettivamente far storcere il naso a molti, le alternative sono discarica, riutilizzo per laterizi o incenerimento. E francamente non so quante persone di un pubblico generalista gradirebbero una qualunque di queste soluzioni.

E a volte mi piacerebbe che la parola fosse maggiormente lasciata a ricercatori o tecnici. Che possano ricordare ccome tutto si trasformi e non si distrugga, magari ricordandolo ai distratti, o a chi lo aveva studiato ed ora lo ha dimenticato.

Si veda anche:

http://www.de-gustare.it/fanghi-agricoltura-solito-caos-allitaliana/

https://www.ilgiorno.it/lodi/cronaca/fanghi-agricoltura-1.3505437

https://www.ilcittadino.it/cronaca/2017/03/17/inchiesta-fanghi-chiesto-il-processo-per-12-persone/UF2ldivngd1z4rjeRP9ix3/index.html

Il rifiuto di tutti i rifiuti

In evidenza

Mauro Icardi

Il rapporto annuale sullo stato dell’ambiente in Italia , redatto dall’Ispra e presentato lo scorso mese di marzo, relativamente ai rifiuti mostra dati solo parzialmente incoraggianti. In crescita la produzione dei rifiuti urbani (+2%), in linea con l’andamento degli indicatori socio-economici. La produzione pro capite aumenta, passando da 487 kg/abitante nel 2015 a 497 kg/abitante nel 2016.

Il dato incoraggiante riguarda la diminuzione , rispetto al 2014, delle quantità totali di rifiuti smaltiti in discarica pari al 8,3%. Tale diminuzione si deve principalmente ai rifiuti urbani , che diminuiscono di circa il 16,2%, mentre i rifiuti speciali diminuiscono dell’1,8%. La percentuale di raccolta differenziata dei rifiuti a livello nazionale arriva al 52,6% nel 2016 e cresce del 5% rispetto al 2014. Il dlgs 152/2006 (Norme in materia ambientale) prevedeva che si dovesse raggiungere il valore percentuale del 65% di rifiuti destinati alla raccolta differenziata nel 2012. Il dato invece decisamente negativo riguarda la produzione di rifiuti speciali. Diminuiti del 4% nel biennio 2011-2013 principalmente nel segmento dei rifiuti speciali non pericolosi derivanti da attività di demolizione e scavo. Fenomeno da attribuire alla crisi del settore edile.

Nel triennio 2012-2015 la produzione di rifiuti speciali torna ad aumentare (+ 6,8%).

Questa la situazione attuale. Nel passato però, ed in particolare negli anni in del cosiddetto boom economico i consumi crescono, quasi che il consumo stesso si identifichi come l’elemento unificante dell’Italia, insieme alla visione di Carosello. Io non voglio ovviamente scrivere nulla dell’aspetto sociologico di quegli anni. Voglio solo far notare come consumando di più, si producano ovviamente più rifiuti e scarti.

Oggi in qualche modo siamo più attenti al problema. Ma in passato io ricordo perfettamente che nel piccolo paese di montagna dove soggiornavo in estate con i miei genitori non esisteva un servizio di raccolta rifiuti. Ci venne detto di portare i rifiuti in una depressione a lato del torrente che attraversava la valle. Una discarica a cielo aperto bonificata successivamente, quando i rifiuti vennero poi depositati in una discarica nelle vicinanze di Pinerolo, località poco distante. E quindi la passeggiata serale consisteva in questo. Portare una sacchetto di plastica di rifiuti (ovviamente indifferenziati) pochi metri prima di un parco giochi per bambini. Ho ripensato molte volte negli anni a questo episodio, che allora era purtroppo la normalità. In quegli anni la forma corrente di smaltimento dei rifiuti era la discarica. Il problema che questo tipo di atteggiamento ci ha lasciato in eredità è la gestione del percolato che si forma. Ovvero il rifiuto di tutti i rifiuti.Negli anni le caratteristiche del percolato tendono a variare, e ogni discarica produce percolati qualitativamente e quantitativamente diversi. I trattamenti devono essere valutati attentamente, e possono richiedere nel tempo anche variazioni all’impianto di trattamento originale, oppure la necessità di dover trasportare il percolato fuori dal sito, per destinarlo ad altri impianti di trattamento. I trattamenti biologici aerobici possono essere efficaci nel ridurre i composti organici biodegradabili (BOD) e la maggior parte di quelli totali (COD). Anche nel caso di basse concentrazioni di sostanza organica e BOD5/COD < 0,2 si ha una riduzione del COD fino al 50%. Come per tutti i processi di depurazione occorre porre attenzione a pH, temperatura, e a valutare con attenzione lo stato di salute della biomassa attraverso verifiche di respirometria del fango biologico, per valutarne l’eventuale intossicazione.

I trattamenti chimico fisici invece vanno scelti con attenzione e in generale non esiste un solo trattamento che sia efficace. I trattamenti principali possono andare dall’adsorbimento, all’ossidazione chimica, all’evaporazione, allo stripping. Ognuno di essi ha i suoi vantaggi e le sue problematiche. In generale un pretrattamento chimico fisico può diminuire le percentuali di sostanza organica biorefrattaria per i successivi eventuali trattamenti di tipo biologico. E’ importante ovviamente valutare anche quelli che sono i consumi energetici. Un impianto di evaporazione può arrivare a richiedere da 40 a 70 kWh elettrici e tra i 18 e i 40 kWh termici per metro cubo di percolato trattato.

Il problema del trattamento del percolato si lega ovviamente a quello della salvaguardia delle acque di falda. E se si digita su un qualunque motore di ricerca “percolato e falde acquifere” si potrà vedere come questo problema sia tutt’ora uno di quelli su cui occorre porre molto impegno ed attenzione.

In provincia di Varese proprio in questi giorni è tornato alla ribalta quello della discarica di Gerenzano. E’ una discarica che si trova al confine con la provincia di Varese, situata in una zona fortemente urbanizzata.

La storia di questo sito probabilmente è simile a quella di molti altri. Dal 1960 al 1984 vengono scaricati rifiuti speciali e urbani in maniera indifferenziata. Dal 1985 al 1990 (anno di chiusura della discarica) vengono scaricati i soli rifiuti urbani, fino alla chiusura avvenuta nel 1990. Quello che rimane adesso è un sito di circa 30 ettari con 11 milioni di mc di rifiuti depositati. Con le variazioni di livello della falda, spesso questi rifiuti sono venuti e vengono tutt’ora a contatto con la falda poggiando su strati di ghiaia, non essendo impermeabilizzato il fondo della discarica.

Nel 1981 venne prescritta la costruzione di una barriera idraulica realizzata nel 1987 che aveva lo scopo di abbassare il livello della falda e contenere il deflusso degli inquinanti a valle. Nel 1996 viene realizzato un impianto di depurazione sul sito della discarica. Prima il percolato veniva scaricato direttamente nel torrente Bozzente. Durante gli anni sono stati impermeabilizzati gli strati superiori di rifiuti, si è recuperato all’incirca il 10% di biogas prodotto dalla discarica, questo per mitigare i costi di gestione di un sito che ai sensi della normativa del decreto legislativo 152/206 risulta essere in stato di messa in sicurezza operativa.

Rimane l’incognita dell’inquinamento della falda freatica. Al momento i pozzi di captazione di acqua potabile sono posti al di fuori del flusso di acqua che percola dalla discarica.

Ma la parte di falda contaminata è ormai esclusa dalla possibilità di essere utilizzata per un successivo utilizzo a scopo idropotabile.

La discarica di Gerenzano risulta essere censita da Regione Lombardia nell’elenco dei siti contaminati.

La storia di questo sito è probabilmente uguale a quello di molti altri siti simili presenti in tutta Italia. Ma non solo. Per rendersene conto basterebbe andare a vedere (o rivedere) un film emblematico. Il documentario “Trashed” con Jeremy Irons.Stiamo già vedendo, abbiamo notizia della diffusione ambientale di plastica nell’ambiente, le ormai conosciute isole di rifiuti che galleggiano negli oceani. Ma forse non abbiamo coscienza del fatto che in futuro potremmo trovarci in difficoltà con le acque di falda che dovessero contaminarsi.

Le tecniche per il trattamento abbiamo visto esistono. Ma allo stesso modo occorre adottare atteggiamenti diversi, diminuire per quanto più possibile la produzione di rifiuti, e differenziarli.

E considerando le eredità che ci vengono da un passato spensieratamente consumistico, e le situazioni che invece ancora oggi non sono gestite correttamente nei paesi non meno sviluppati, ma con minori risorse economiche, e meno attenzione tecnico-legislativa al problema la gestione corretta di percolato e rifiuti è un ulteriore anello di una catena di impegni da assumere nei confronti dell’ambiente. E di noi stessi.

https://www.slideshare.net/PierAngeloGianni/indagine-sullo-stato-dellinquinamento-della-falda-a-valle-della-discarica-di-gerenzano

https://www.slideshare.net/PierAngeloGianni/discarica-di-gerenzano-per-non-dimenticare-regione-lombardia-09062014

http://www.varesenews.it/2018/04/ex-discarica-linquinamento-della-falda-freatica-non-si-ferma/704544/

Attualmente non risultano compromesse le falde dalle quali si prelevano acque destinate all’uso potabile, perché poste al di fuori della direzione di flu

Ciclo idrico integrato: la situazione della depurazione.

Mauro Icardi

In questi anni il cambiamento climatico, logiche di sfruttamento intensivo delle risorse idriche e scarsa attenzione all’ecosistema stanno determinando condizioni di vera e propria crisi globale dell’acqua.
L’Italia per altro è in emergenza nel settore fognatura e depurazione dal 2005, e rischia forti multe dopo aver subito già due condanne dalla Corte di Giustizia Europea per depurazione incompleta o non sufficiente a raggiungere standard qualitativi adeguati. La tendenza negli anni è quella di ottenere acque reflue che raggiungano standard di qualità sempre maggiori, e per questa ragione gradualmente si rendono più restrittivi i limiti tabellari per alcuni inquinanti. Questo anche in funzione di un possibile riuso per utilizzo irriguo delle stesse.
Per ottemperare a tali obblighi che per quanto riguarda gli impianti con potenzialità superiori a 100.000 ae (abitanti equivalenti) diventano molto restrittivi sarà necessario intervenire sugli impianti esistenti .
Peraltro, un impianto in condizioni normali di funzionamento riesce a garantire il rispetto dei limiti su BOD, COD e solidi sospesi senza particolari difficoltà. Diverso è invece il caso dei nutrienti per scarichi in aree sensibili. Le quali non rappresentano più solo i laghi, ma per esempio anche l’area del bacino del Po e che quindi vanno ad interessare impianti che precedentemente non sottostavano a limiti così riduttivi (per esempio per quanto riguarda il fosforo totale).
In generale, quindi, si prospetta la necessità di intervenire su un gran numero di impianti di depurazione per far fronte a due ordini di esigenze: incrementarne la potenzialità (come carico trattabile) migliorare le rese depurative (abbattimento in particolare dei nutrienti).

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Nel caso in cui le caratteristiche del liquame influente non rappresentino un fattore inibente (ad esempio in termini di pH, rapporto BOD/TKN (TKN=total Kjeldahl nitrogen), presenza di sostanze tossiche, ecc.), le condizioni richieste, per conseguire la nitrificazione, sono essenzialmente un adeguato contenuto di ossigeno nel comparto di ossidazione e un’età del fango sufficientemente elevata anche in relazione alla temperatura del liquame.
Gli interventi che possono essere attuati a livello dei pretrattamenti e trattamenti primari hanno l’obiettivo di ridurre il carico in ingresso al reattore biologico e/o il rapporto Carbonio/Azoto, così da favorire la nitrificazione.
Anche l’aggiunta di un sistema di coltura a biomassa adesa permette di migliorare la fase di nitrificazione.
Vi sono due distinte possibilità: un sistema ibrido che viene inserito nel preesistente bacino di ossidazione a fanghi attivi, ed un sistema separato che viene di solito inserito a valle della fase di sedimentazione finale per incrementare le rese di nitrificazione e quindi di abbattimento dell’ammonio.
Si tratta in pratica di fissare la biomassa nitrificante su supporti fissi aventi elevata superfice specifica (per esempio supporti in polietilene o in matrici di gel).

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In questo modo viene fatto passare attraverso questo stadio di trattamento un liquame caratterizzato da un rapporto BOD/TKN molto basso, favorevole allo sviluppo di una biomassa nitrificante, in quanto la maggior parte della sostanza organica è stata rimossa nella fase precedente del trattamento.
La separazione del processo biologico in queste due fasi permette maggiori rese singole nei due comparti (ossidazione biologica della sostanza organica e nitrificazione) risolvendo anche problemi gestionali e di conduzione.
Una semplice operazione che può migliorare la resa di nitrificazione è quella di realizzare un bacino di riaerazione della corrente di ricircolo dei fanghi prima del rilancio nel bacino di ossidazione biologica.
Altro problema che si può presentare è dovuto al sovraccarico della fase di ossidazione biologica con un maggior contributo di azoto derivante dal ricircolo dei surnatanti che può variare dal 5 al 25% rispetto all’azoto proveniente dalle acque reflue in ingresso impianto. I sovraccarichi però possono anche raggiungere il 65% dell’azoto entrante, dal momento che i ricircoli sono discontinui nel tempo. Un primo provvedimento da adottare può quindi essere quello di distribuire nell’arco delle 24 ore (eventualmente equalizzandoli) i carichi derivanti dai surnatanti delle fasi di trattamento fanghi, o, meglio ancora, rinviarli all’impianto durante le ore notturne, a basso carico. L’azoto presente nei surnatanti (prevalentemente in forma disciolta) è ammoniacale, nel caso degli ispessitori e dei digestori anerobici, nitroso o nitrico nel caso della stabilizzazione aerobica.

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Per quanto riguarda la sezione di denitrificazione una possibilità per gli impianti che ricevono reflui speciali, consiste nel dosaggio di rifiuti caratterizzati da elevata concentrazione di carbonio velocemente biodegradabile e trascurabile contenuto di nutrienti, come substrato organico per incrementare le velocità di denitrificazione negli appositi comparti. Occorre però preventivamente verificare ed escludere la presenza di fattori inibenti.
Questi sono alcuni esempi di possibilità di diversa conduzione di impianti, o di modifiche strutturali che non richiedano il completo rifacimento di un impianto non più adeguato a conseguire standard di abbattimento elevati.
Per inquadrare il problema anche dal punto di vista economico credo valga la pena di ricordare che per la riconversione dell’impianto di depurazione di Santa Margherita Ligure, ubicato nel territorio del Parco Naturale Regionale di Portofino, che originariamente era dotato solo di un trattamento primario, è stato dotato di trattamento terziario con filtri a membrana che permettono l’utilizzo dell’acqua depurata come acqua di riuso. Data la particolare ubicazione dell’impianto, adiacente ad un territorio che, pur inserito in un area protetta vede la presenza di stabilimenti balneari e di alberghi, lo si è collocato all’interno di una parete rocciosa per mimetizzarlo e si e costruita una tubazione di 1200 metri che convoglia le acque depurate al largo della costa. Un impianto decisamente all’avanguardia il cui rifacimento è costato venti milioni di euro ed ha una potenzialità tutto sommato media, visto che tratta reflui pari a 36000 abitanti equivalenti, sia pure con le oscillazioni di portata e di carico legate alla fluttuazione stagionale tra stagione turistica estiva e stagione invernale.
Ultima considerazione legata al settore depurazione è quella legata alla necessità di strutturare adeguati laboratori analitici. La normativa vigente (dlgs 152/2006) prevede che il gestore si serva di laboratori interni, o che in alternativa stabilisca convenzioni con altri gestori che ne siano dotati.
E’ prevedibile che in futuro la necessità di ricerca di nuovi parametri (inquinanti emergenti di varia natura) preveda non solo l’utilizzo di nuove tecniche analitiche in maniera generalizzata (spettrometria di massa a plasma con accoppiamento induttivo e gascromatografia-spettrometria di massa), ma che richieda come prescrizione normativa l’accreditamento dei laboratori dei gestori del ciclo idrico. Questa per lo meno è la tendenza che sembra ispirare le scelte in Regione Lombardia.

Energia dagli scarichi della macinazione del caffè.

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

In Sudamerica a partire dal 2010 è stato dato l’avvio al progetto “Energy from coffee Wastewater”.

L’obiettivo e quello di affrontare il cambiamento climatico e proteggere le risorse idriche trattando gli scarichi prodotti dalle piantagioni di caffè, e di affrontare i problemi ambientali e sanitari che le acque reflue di questo settore possono provocare. Il progetto ha coinvolto in una prima fase otto piantagioni di caffè del Nicaragua e dieci dell’Honduras.

Il progetto è poi stato esteso ad altri paesi. L’America latina produce circa il 70% del caffè mondiale ed è il continente dove si trova circa il 30% delle risorse di acqua dolce del pianeta.

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La produzione di caffè però genera una grande quantità di acque reflue che viene scaricata nei fiumi senza alcun tipo di trattamento prima dello scarico, causando problemi alla fauna e alla flora acquatiche e alle comunità situate a valle di questi scarichi. L’acqua di questi fiumi viene utilizzata per lavare il bucato, o per uso potabile, ma le popolazioni di questi paesi lamentavano l’insorgere di dermatiti e infestazione da parassiti.

Oltre a questo problema relativo al rilascio incontrollato di acque reflue si sommavano tonnellate di rifiuti organici ad elevata tossicità, che danneggiavano il suolo e generavano una considerevole emissione di gas serra (principalmente metano).

La tecnologia impiegata prevede l’utilizzo di semplici digestori in materiale plastico dotati di una camera stagna e interrati, che di solito trovano largo impiego nelle comunità rurali di paesi come la Cina per esempio. Lo schema è decisamente molto semplice.

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In questo modo si sono riuscite a trattare praticamente tutte le acque reflue, e nello stesso tempo si è ridotta del 50% la percentuale dell’acqua utilizzata per il lavaggio dei chicchi di caffè da inviare alla successiva tostatura e macinazione.

Il biogas prodotto è stato utilizzato sia nelle abitazioni per uso di riscaldamento e cucina, sia per alimentare gli impianti di macinazione del caffè.

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Donna in Nicaragua che cucina con biogas

Questo progetto che è fondamentalmente molto semplice ha permesso di rendere sostenibile la coltivazione del caffe, e allo stesso tempo di salvaguardare gli ecosistemi di queste zone del centro America che sarebbero stati irrimediabilmente compromessi.

Il progetto sta per essere introdotto in Brasile dove la contaminazione e l’inquinamento idrico di vaste zone del paese è un problema noto da tempo, in Perù e si pensa di estendere l’iniziativa in Africa e in Asia.

Gli scarti di lavorazione del caffè sono da considerarsi con caratteristiche simili a quelli “tipici” dell’industria alimentare. In particolare con concentrazioni di sostanza organica (COD,BOD) da 10 a 100 volte quelli degli scarichi civili. Potrebbero contenere in tracce pesticidi, sostanze organiche di difficile degradabilità e alcaloidi.

Il trattamento anaerobico ha rendimenti elevati ma tende a produrre un BOD residuo con valori superiori a quello aerobico. Vista però la situazione di assoluta deregolamentazione degli scarichi in questi paesi, si tratta in ogni caso di un miglioramento notevole.

La produzione di fanghi è minore rispetto al trattamento aerobico (fino a cinque volte inferiore). A questo va aggiunta la relativa semplicità di installazione e di conduzione e il minor costo energetico (niente impianti di ossigenazione che sono quelli che arrivano ad assorbire circa il 50% o più dell’energia elettrica in un impianto di depurazione tradizionale.)

Impianti di questo tipo possono essere anche mantenuti in fase di ridotto carico o di fermata per lungo tempo senza che il processo ne risulti compromesso. Il successivo riavvio è rapido (alcuni giorni) e questa caratteristica può essere sfruttata non solo per l’industria del caffè, ma per tutte le lavorazioni agricole stagionali.

La produzione di metano e di circa 0,35 N m3/Kg COD rimosso. La convenienza e la possibilità di adottare il trattamento anaerobico è da prendere in considerazione a partire da concentrazioni di COD pari a 1500/3000 mg/lt. Nel caso dei reflui delle piantagioni sudamericane questo valore varia dai 18000 mg/lt fino ai 30000 mg/lt.

Un esempio di recupero di biomasse e acque reflue in paesi dove è possibile il verificarsi di problemi sanitari e di compromissione grave degli ecosistemi che non può che essere incoraggiato.

E anche un modo semplice ed efficace di ridurre gas serra come il metano, e produrre energia a scala locale preservando foreste di alberi nativi che prima venivano tagliati per essere utilizzati nelle stufe a legna ora sostituite da quelle a biogas.

Un impianto pilota situato Diriamba in Nicaragua ha prodotto 200.000 kWh di energia con un risparmio di 40000 dollari. Nel contempo un utilizzo più attento dell’acqua per il lavaggio dei chicchi di caffè ha ridotto il quantitativo di acqua per il lavaggio del caffè a meno di 250 m3/anno.

www.utizcertified.org

Quella inspiegabile magia

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

Venticinque anni di lavoro in Laboratorio possono sembrare noiosi. Quasi la rappresentazione della ripetitività. Eppure non è cosi, almeno per me. E quando capita di dover tornare ad eseguire analisi utilizzando tecniche che possono sembrare antiquate, sorpassate dalle tecnologie recenti, è proprio in quel momento che si rinnova quella che io definirei l’inspiegabile magia del rapporto personale con le analisi di un tempo.

Nel settore del trattamento delle acque l’analisi del BOD5 è fondamentale. Il consumo di ossigeno che i microrganismi aerobi utilizzano per decomporre le sostanze organiche. E il consumo di ossigeno deve essere misurato e riferito al campione di acqua in esame.

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In commercio si trovano kit di semplice utilizzo, sistemi manometrici che misurano il consumo di ossigeno misurando la depressione nello spazio di testa di una bottiglia. Si può misurare l’ossigeno consumato dopo cinque giorni con un ossimetro portatile.

Ma può accadere che si decida di ricorrere all’analisi volumetrica per determinare l’ossigeno disciolto all’inizio ed alla fine dei cinque giorni necessari per questo test. Il metodo per determinare l’ossigeno disciolto è una titolazione iodometrica. Tornano alla mente con un pizzico di nostalgia ricordi che non sono mai passati. Conviene però ripassare la teoria. Dunque vediamo: lo ione Mn2+ in soluzione alcalina è ossidato dall’ossigeno disciolto nell’acqua, secondo la reazione:

O2 + 2 Mn2++ 4 OH → 2 MnO(OH)2

Il composto formatosi, trattato con un acido forte in presenza di ioduro, libera una quantità equivalente di iodio:

MnO(OH)2 + 4 H+ + 2 I – → Mn2+ + I2 + 3 H2O

Lo iodio liberatosi è titolato con tiosolfato di sodio:

I2 + 2 S2O32- → 2 I – + S4O62-

Il punto finale della titolazione si determina con la salda d’amido.

Questa è la teoria. Nel frattempo si preparano le soluzioni, il solfato di manganese, la soluzione alcalina di ioduro di sodio-sodio azide.

Si pesano i reattivi, si sciolgono. Si usano le dovute precauzioni (la soda sviluppa calore quando la sciogli in un matraccio). Si aspetta che si raffreddi la soluzione prima di portare a volume. Ci si ricorda di una frase che torna alla mente dai vecchi libri ormai consumati e macchiati per l’uso. Cioè che è “il menisco inferiore che deve traguardare la linea di fede”. Ci si ricorda delle raccomandazioni ricevute durante le prime esperienze in laboratorio. Osservare il menisco alla stessa altezza degli occhi per evitare gli errori di parallasse.

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Quando si è terminata la preparazione dei reattivi arriva poi il momento di eseguire l’analisi. Pronte le bottiglie con tappo a smeriglio. Riempite completamente. Devi ricordarti di introdurre i reattivi al di sotto del livello del campione. Se si formano bolle d’aria ricordati di eliminarle battendo con il tappo a smeriglio sul collo della bottiglia. Capovolgi le bottiglie e fai formare il precipitato. Poi lasci che depositi una volta. Ripeti l’operazione una seconda volta e poi aggiungi l’acido solforico . Così hai liberato lo iodio. Il procedimento ti dice di scartare i primi 100 cc dalla bottiglia, e poi di titolare. Il tuo campione nella bottiglia si è colorato di arancione. Inizi a titolare. Naturalmente prima hai avvinato la buretta con la tua soluzione di tiosolfato. Poi al riempimento hai verificato che non vi fossero bolle d’aria. Tutto a posto? Si.

Procedi con la titolazione fino a quando non vedi il giallo paglierino. E ora di aggiungere l’indicatore. Il tuo campione si colora di un bell’azzurro intenso. Continui a titolare. Goccia dopo goccia. Il colore sbiadisce pian piano. Un’ultima goccia ed è completamente incolore. Stop. Chiudi il rubinetto e prendi nota con attenzione del valore.

Poi eseguirai i calcoli ed esprimerai il risultato.

Tutto questo non è altro che la cronaca di quanto accaduto solo la scorsa settimana in Laboratorio. Analizzare uno standard in BOD confrontando metodo potenziometrico e metodo per titolazione.

Questo secondo metodo sembra laborioso. E certamente in parte lo è. Lasciare che tutto il lavoro di misurazione dell’ossigeno consumato lo faccia il manometro differenziale oppure una sonda potenziometrica è comodo. Indubbiamente. Ma riscoprire certe nozioni pratiche, sapere di non avere perso la manualità nelle operazioni di laboratorio è una bella sensazione.

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E questo fascino non è una sensazione riservata solo alla nostra categoria. Qualche mese insieme alla collega abbiamo regalato una buretta di pellet ad un amico che lavora in uno studio dentistico. Francamente non ricordo a cosa gli servisse. Non per fare analisi. Solo per dosare una quantità prefissata di un certo prodotto. Bene questa buretta è stata vista quasi con stupore dai colleghi di questo nostro amico.

L’immaginario collettivo dei non chimici. Ma credo anche il nostro. Che è legato a mio parere più che ad una sala piena di gascromatografi, ad un laboratorio con burette, distillatori, matracci. Con la vetreria. Con le bottiglie di Ranvier.

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Si è proprio un inspiegabile magia.

La depurazione delle acque come arte (parte 3)

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.

precedenti puntate di questo post qui e qui

a cura di Mauro Icardi (siricaro@tiscali.it)

Questo articolo tratterà della gestione e del trattamento della linea dei fanghi,nel trattamento delle acque reflue.

La descrizione della fase di trattamento e di origine della linea dei fanghi che segue, è riferita ad un impianto di grandi dimensioni, tipicamente quelli delle grandi città. Per gli impianti al servizio di piccoli paesi, si possono trovare schemi impiantistici  diversi.

I fanghi residui negli impianti di depurazione si originano in due punti diversi dell’impianto.  Il primo è il fango proveniente dalla sedimentazione primaria. Questo tipo di fango si riesce a separare nelle acque reflue grezze senza necessità di nessuna trasformazione di tipo biologico. Il fango che viene estratto dai decantatori primari è una miscela costituita in prevalenza da:

sostanze organiche facilmente degradabili (cellulosa,zuccheri,lipidi).

sostanze inorganiche inerti (ossidi metallici e carbonati)

sostanze organiche non facilmente degradabili (semi e fibre).

Eliminando questi solidi sedimentabili per sola decantazione si ottiene nel refluo in ingresso un abbattimento di circa il 20-25% del BOD, e del 10% del fosforo e dell’azoto. Il liquame chiarificato viene inviato successivamente alla vasca di ossidazione dove subisce il trattamento di ossidazione biologica.

Questo è quello che si legge di solito nei testi di depurazione. Ma non sempre le cose vanno così bene. Spesso può capitare che all’uscita della fase di sedimentazione primaria, ci si trovi di fronte ad un dato anomalo. In particolare che la concentrazione dell’ammonio (NH4+) sia addirittura maggiore di quella che viene riscontrata all’ingresso dell’impianto. A questo punto iniziano delle discussioni piuttosto accanite, e spesso il povero chimico viene accusato di essere quasi un visionario. Il problema si risolve con molta pazienza e l’esperienza acquisita. L’aumento della concentrazione di ammonio all’uscita di un sedimentatore primario deriva quasi sempre dal fatto che all’ingresso di questa sezione vengono fatte confluire tutte le acque di risulta e di lavaggio della sezione di trattamento dei fanghi. Che sono ricche di ammonio che proviene dalla fase di digestione anaerobica. Per quanto riguarda la questione delle sostanze non degradabili, ricordo che qualche anno fa un sedimentatore primario venne praticamente intasato da una quantità piuttosto elevata di semi di colore nero, di cui non riuscimmo mai ad identificare ne l’origine ne la provenienza.

Il secondo tipo di fango con cui si ha a che fare è quello secondario. Dopo che nella vasca di ossidazione sono avvenute le reazioni biochimiche, il fango che era nella vasca di ossidazione viene separato dal liquame depurato nel sedimentatore secondario.

Il liquame depurato può subire ancora un trattamento chimico-fisico di chiariflocculazione  per abbattere il fosforo inorganico, nel caso che il recapito finale dell’acqua depurata sia un lago che ha limiti più restrittivi per quanto riguarda i nutrienti quali azoto e fosforo, responsabili del processo di eutrofizzazione.

Il fango secondario è costituito principalmente da biomassa batterica, dalla frazione dei solidi sedimentabili che non sono stati trattenuti nelle fase di sedimentazione primaria (che non ha mai un rendimento del 100%), dalle sostanze attaccate dai batteri, ma rimaste incorporate nella biomassa.

A questo punto si deve procedere al trattamento di questi flussi di fanghi. La parte solida contiene sostanze organiche putrescibili, ragione per cui si devono effettuare una serie di trattamenti che consentano il successivo smaltimento senza inconvenienti per la salute umana e l’ambiente.

Di solito i fanghi (primari e secondari) si mescolano dando origine al fango misto. Questa operazione permette in seguito di disidratare piu’ facilmente il fango. Il fango misto ha un tenore di acqua pari al 98%. Occorre diminuire questo tenore di acqua con trattamenti a gravità in ispessitori dinamici, per flottazione, o tramite un tamburo rotante. Al termine di queste operazioni il tenore di acqua si riduce al 95%. In queste condizioni il fango si comporta ancora come un liquido ed è pompabile con pompe resistenti all’abrasione (solitamente pompe a membrana). La riduzione seppur modesta del tenore di umidità comporta una notevole riduzione del volume di materiale da trattare, e quindi una riduzione del dimensionamento delle successive fasi, e quindi dei costi di investimento, di esercizio e di smaltimento dei fanghi.

Al termine di questa fase, il fango viene inviato al trattamento successivo di stabilizzazione e mineralizzazione. La stabilizzazione è anche chiamata digestione dei fanghi. Un fango misto si può convenientemente trattare per digestione anaerobica.

Qui parlerò della digestione anaerobica dei fanghi di depurazione. La controversa questione dei digestori anaerobici per biomassa, di quelli delle aziende agricole meritano una trattazione a parte. Così come può essere interessante parlare della possibilità di codigestione di frazioni organiche biodegradabili come la frazione umida dei rifiuti urbani negli impianti di depurazione municipali, per aumentarne la resa in biogas e migliorarne il funzionamento.

In assenza di ossigeno microrganismi anaerobici trasformano le sostanze organiche tramite vari stadi in metano ed anidride carbonica.

In una prima fase il fango subisce una fermentazione di tipo acido. Molecole quali carboidrati, proteine e grassi vengono scisse ad opera di batteri idrolitici in monosaccaridi, acidi grassi, glicerolo.  Contestualmente avviene l’ulteriore scissione in molecole ancora più semplici come gli alcoli e acidi grassi volatili (acetico, propionico, butirrico). Questa fase produce come sottoprodotti ammoniaca, anidride carbonica, acido solfidrico.

Le molecole che sono state precedentemente prodotte vengono ulteriormente digerite producendo anidride carbonica, idrogeno ed acido acetico.

L’ultima fase del trattamento porta alla produzione di metano per azione dei batteri metanigeni, con formazione di metano, anidride carbonica ed acqua.

Con questa tecnica i fanghi derivanti dal trattamento risultano parzialmente igienizzati. La riduzione percentuale della sostanza organica inizialmente presente (che se la digestione anaerobica è soddisfacente e ben gestita è maggiore del 40%) rende più agevole il successivo processo di disidratazione.

Generalmente negli impianti di depurazione si effettua una digestione anaerobica di tipo mesofilo (condotta nell’intervallo di temperatura 16-38°C con temperatura ottimale di 35° C per i batteri mesofili).

I batteri metanigeni  sono a crescita più lenta, e possono lavorare in un range di pH abbastanza ristretto (tra 6,8 e 7,5) . Costituiscono perciò il fattore limitante del processo. Per lo stesso motivo, visto che i batteri acidificanti crescono più velocemente, nella fase di avviamento del digestore anaerobico, ed in tutti i casi in cui si verifichi un accumulo di acidi volatili con abbassamento del pH  che causa inibizione dei metanigeni, possono essere dosate nel digestore quantità idonee di idrossido di calcio, che servono a ripristinare le condizioni ottimali per la fermentazione alcalina.

Il biogas prodotto ha di solito una percentuale di metano che va dal 60 al 75%. Il resto è costituito da anidride carbonica e da acido solfidrico. Ha mediamente un potere calorifico di 5000 kcal/Nm3. Viene quindi utilizzato per il riscaldamento dei digestori dopo essere stato sottoposto a trattamenti di deumidificazione e desolforazione.

Nella gestione di un digestore anaerobico i principali parametri di processo che il laboratorio chimico al servizio dell’impianto di depurazione deve controllare sono il pH, la quantità di acidi volatili ed il loro rapporto con l’alcalinità. Questi tre parametri servono a verificare che le condizioni all’interno del digestore siano favorevoli per lo sviluppo dei batteri metanigeni, che la produzione di biogas sia costante. Si eseguono poi semplici analisi gravimetriche sui fanghi. Si determina la percentuale di umidità dei fanghi, e successivamente gli stessi vengono calcinati in muffola per determinarne la frazione inerte. Per differenza da questa si determina la percentuale di sostanza organica volatile. Le verifiche vengono effettuate sul fango che viene alimentato al digestore, e su quello che dopo aver subito il processo di digestione viene inviato al trattamento di stabilizzazione. Come detto precedentemente, se la riduzione percentuale della sostanza organica tra il fango in alimentazione, e quello digerito è maggiore del 40% significa che il processo sta funzionando in maniera soddisfacente.

Ma ritornando a quanto avevo scritto nei precedenti articoli, può essere utile una sommaria analisi sensoriale. Il fango prima del trattamento di digestione ha ovviamente odore sgradevole ed è solitamente di colore grigiastro. Un fango che ha subito un processo corretto di digestione anaerobica è di colore nero, e il parziale trattamento di igienizzazione lo ha reso meno sgradevole e quindi emana meno cattivo odore.

L’ultimo trattamento che il fango deve subire prima dello smaltimento finale è quello di disidratazione. Ridurre il tenore di acqua, rendere il fango palabile cioè con una percentuale di sostanza secca almeno del 20%.

Prima di subire un trattamento di centrifugazione, o di nastropressatura il fango viene condizionato con il dosaggio di un flocculante (polielettrolita) che facilita l’addensamento del fango, ed il successivo rilascio  dell’acqua.

Le macchine maggiormente usate per ottenere una buona disidratazione del fango sono principalmente le centrifughe e le nastropresse.

Il processo di centrifugazione permette di separare l’acqua dal fango mediante l’applicazione della forza centrifuga. Il fango viene immesso nella centrifuga attraverso un tubo centrale che corre al centro di un tamburo cilindrico in rotazione ad un elevato numero di giri. I solidi si addensano contro la parete interna del tamburo. All’interno del tamburo cilindrico è posizionata una coclea che ruota nello stesso senso del tamburo ma a velocità inferiore e trascina il fango disidratato verso l’estremità del tamburo dove è situato lo scarico dei fanghi. L’acqua che si elimina dal fango viene convogliata all’esterno attraverso un disco sfioratore, e viene sempre rimandata in testa all’impianto di trattamento delle acque per ripetere il ciclo depurativo.

Schema di centrifuga per fanghi.

Schema di centrifuga per fanghi.

La nastropressa per fanghi è  una macchina in cui il fango viene caricato da un tramoggia e viene fatto passare attraverso dei teli coniugati, e sottoposti alla pressione di rulli che pressano il fango. Il fango viene a contatto con il rullo di drenaggio che essendo di grande diametro permette una prima leggera pressione del fango. Il fango subisce quindi pressioni sempre più elevate fino alla zona di alta pressione. Dopo l’evacuazione dei fanghi i due teli subiscono un lavaggio per l’allontanamento del materiale residuo.

Schema di nastropressa per fanghi

Schema di nastropressa per fanghi

 

Il trattamento dei fanghi residui è la fase più importante a mio parere del trattamento depurativo. Se non si allontanano correttamente i fanghi prodotti dal processo di depurazione, e si accumula troppo fango, il depuratore non può più garantire adeguati livelli di abbattimenti sulla linea acqua. La sezione dei fanghi è anche il collo di bottiglia. La maggior parte degli sforzi, e dei costi che si devono sostenere sono proprio quelli di trattamento e smaltimento dei fanghi. La linea fanghi è anche quella che spesse volte provoca qualche ripensamento sugli studi scelti da qualche studente universitario particolarmente sensibile o schizzinoso. In diversi casi qualche rappresentante del gentil sesso in visita all’impianto si è sentita per così dire un po’ spaesata. E molti anni fa una professoressa inglese che insegnava alla scuola europea di Varese mi disse in italiano ma con un inconfondibile e delizioso accento british che “le sembrava impossibile che una struttura così strana potesse davvero servire a qualcosa”.

In effetti parlare di acqua di fogna, e del suo trattamento può sembrare quasi un tabù.

Eppure qualche anno fa, precisamente nel 2010 è uscito per Bompiani un libro (che io ho molto apprezzato) dall’inequivocabile titolo “Il grande bisogno. Perché non dobbiamo sottovalutare l’ultimo tabù: la nostra ca**a”.

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Questa è la nota di copertina : ““Due terzi della popolazione mondiale sono privi di misure sanitarie. Oltre un miliardo di persone bevono quotidianamente acqua inquinata. Se il mondo può parlare di cibo, allora non è il momento  di parlare anche di come smaltire questo cibo?  “Un viaggio intrepido, erudito, appassionante, attraverso le conseguenze pubbliche dei nostri più privati comportamenti.”

Depurare l’acqua, e occuparsi di restituirla all’ambiente pulita, dopo che è stata sporcata dai gesti che consideriamo normali, come lavarci ed utilizzare i servizi igienici, credo sia un mestiere particolare, ma che i chimici possono fare bene. Perché i chimici sanno che “la materia è materia, ne nobile ne vile, infinitamente trasformabile” (Primo Levi  Azoto “Il sistema periodico”

E per chiudere questa parte direi che è giusto tornare a citare il libro che mi ha ispirato a voler scrivere questi articoli sulla depurazione come arte. Dove descrivendo la linea dei fanghi Piero Bianucci in “Benvenuti a bordo”, dopo avere parlato di gestione anaerobica e di metano, scrive questo brano, punteggiato di ironia.

 “I tecnici hanno calcolato con soddisfazione che un impianto di depurazione può cavare la potenza di due cavalli vapore ogni mille abitanti serviti. Nel caso di Torino, poiché l’impianto serve un comprensorio di un milione e quattrocentomila abitanti, ciò significa che tali cittadini con le loro deiezioni sviluppano la considerevole potenza di  duemilaottocento  cavalli vapore. La cosa è poco risaputa, minoranza esigua sono i torinesi consapevoli del contributo energetico dei propri escrementi.”

Spero che questa trattazione non abbia disgustato ne annoiato. Per un chimico la materia è materia. Per un chimico che si occupa di depurazione, può essere una materia particolare, ma pur sempre materia è…

Per completare queste chiacchierate rimane da scrivere ancora un ultimo articoletto. Varie ed eventuali, nuove tecnologie, e le leggende e bufale sui depuratori, e qualche caso davvero curioso a cui ho personalmente assistito.