Depuratori del futuro: trattamenti a membrana, nanotecnologie e grafene.

In evidenza

Mauro Icardi

Le tecnologie a membrana per i trattamenti di depurazione e potabilizzazione delle acque, sono note e in fase di sviluppo ed applicazione. Ma lo sviluppo tecnologico nel settore è in costante crescita e può trovare un giusto abbinamento con le energie rinnovabili, per ottenere sia una qualità dell’acqua migliore, che la riduzione di consumi energetici ed emissioni.

Il grafene è un materiale che si presta molto bene ad ottenere membrane che siano meno soggette a problemi di intasamento e di incrostazione da accumulo e deposito di organismi viventi, animali e vegetali (bioincrostazione o biofouling).

Due società australiane hanno iniziato un progetto pilota di produzione di membrane in ossido di grafene, in collaborazione con la Monash University di Melbourne.

Secondo i ricercatori impegnati in questo progetto le prospettive dell’utilizzo di questo materiale sono estremamente incoraggianti e si prevede che possano ridurre in maniera significativa i consumi energetici per il processo di filtrazione delle acque.

Altre membrane di nuova progettazione e concezione sono le cosiddette membrane “biomimetiche”.

Il loro funzionamento si ispira al meccanismo con il quale le radici delle piante di mangrovia riescono a utilizzare l’acqua salmastra delle lagune costiere, o dei litorali delle coste marine tropicali. All’interno delle radici ci sono membrane che funzionano grazie a speciali proteine (le acquaporine che sono presenti anche nei reni). Funzionano esattamente come le membrane di osmosi inversa, quindi filtrano l’acqua trattenendo all’esterno i sali. Ma per la loro speciale struttura non richiedono però l’applicazione di alte pressioni di esercizio, e anche in questo caso si ottiene un notevole risparmio energetico ed un maggior vita operativa delle cartucce di filtrazione.

La società danese “Acquaporin” ha già messo in commercio cartucce di filtrazione per uso domestico basate su questo principio. Per il futuro pensa ad una applicazione su scala industriale per la dissalazione a costi concorrenziali delle acque marine, da destinare poi all’utilizzo potabile o industriale.

Altra tecnologia applicata alle membrane, in questo caso destinate alla depurazione delle acque reflue, è quella di costruire membrane costituite da migliaia di tubicini in polimetilsilossano (una resina permeabile appartenente alla categoria dei siliconi). In questo modo si ottiene una maggiore efficienza di diffusione dell’aria alla popolazione batterica che dovrà operare le reazioni di biodegradazione.

In particolare membrane di questo genere riescono ad ottenere un’efficienza di trasferimento di aria pari al 50 – 60%, rispetto al 35% dei diffusori a microbolle presenti negli impianti di depurazione tradizionali.

Se si opera con ossigeno puro l’efficienza può arrivare anche al 100%. Con l’adozione di questo tipo di membrane l’energia necessaria per la depurazione di 1 mc di acqua passa da 0.5-0.6 a 0.2 kWh.

I tempi di trattamento sono ridotti del 40%, e la produzione di fanghi di circa 1/3. La produzione di biofilm risulta limitata dalla maggiore efficacia nella diffusione dell’aria o dell’ossigeno, che produce effetti di cavitazione idrodinamica sui fiocchi di fango biologico, e che riduce quindi la deposizione sulle membrane.

La depurazione, e più in generale il trattamento delle acque sta vivendo un momento di rinnovamento e di implementazione di tecnologie che aiutano nella gestione del bene acqua. E questo è un segnale incoraggiante. Ora l’auspicio è che queste tecniche trovino una diffusione generalizzata sia negli impianti di più antica progettazione e realizzazione, che in quelli di nuova costruzione.

Smaltimento dei fanghi di depurazione. Qualche considerazione conclusiva.

In evidenza

Mauro Icardi

(il precedente articolo di questa serie è qui)

Ritorno sulla vicenda dello smaltimento agricolo dei fanghi di depurazione. Nella letteratura specialistica del settore depurativo, questa tecnica è molto spesso vista come un buon compromesso tra la necessità di trovare una destinazione finale per i fanghi prodotti dai depuratori, e la necessità di compensare la perdita di sostanza organica e fertilità nei terreni agricoli, spesso troppo sfruttati.

La sostanza organica dei fanghi di depurazione contiene una percentuale di sostanza organica molto simile a quella del terreno. Normalmente i fanghi hanno una percentuale di circa il 40% in glucidi. Questa frazione è quella immediatamente disponibile per i microrganismi del terreno, rappresentando la fonte energetica ed alimentare per essi. E’ piuttosto elevato anche il contenuto di sostanze a struttura ligninica, che possono favorire la formazione di humus. Queste sono condizioni che di solito caratterizzano ( o per meglio dire caratterizzavano) i fanghi provenienti da impianti di depurazione con una preponderante componente di acque residue urbane, rispetto a quelle industriali. Col passare degli anni però, la distinzione netta tra uno scarico definito “civile” rispetto ad uno industriale è risultata meno evidente e più sfumata. Questo per una serie di ragioni legate alla diffusione di inquinanti emergenti, che provengono non solo dagli insediamenti industriali, ma anche dalle mutate condizioni dei costumi della popolazione. Il contenuto elevato di metaboliti di farmaci e droghe d’abuso riscontrato nei depuratori consortili ne è un esempio piuttosto evidente.

E giova ricordare che questa situazione è responsabile non solo dell’accumularsi di tali metaboliti nei fanghi di depurazione, ma anche dell’instaurarsi di fenomeni di antibiotico resistenza che sono stati recentemente studiati.

In Italia l’ente nazionale risi ha pubblicato uno studio relativo all’utilizzo dei fanghi di depurazione in    agricoltura che mostrava risultati piuttosto incoraggianti, relativi al periodo 2006-2012.

http://www.enterisi.it/upload/enterisi/pubblicazioni/Miniottietal.4feb2015comp_16405_122.pdf

In effetti un fango di buona qualità può svolgere una serie di azioni positive: fornire dopo la sua mineralizzazione elementi di fertilità, mobilizzare elementi nutritivi già presenti nel terreno, offrire microambienti favorevoli per lo sviluppo dei semi e delle radici.

La vicenda del sequestro di impianti di trattamento dei fanghi di depurazione per uso agricolo ha però modificato profondamente l’accettazione sociale di queste pratiche da parte della pubblica opinione.

Questo per un serie di motivi, alcuni comprensibili, altri meno. Per esempio molti servizi su questa vicenda, sia televisivi che giornalistici avevano un tono sensazionalistico che non giova ad una corretta comprensione del problema. Non ho la pretesa che un giornalista conosca perfettamente la materia, ma che utilizzi quantomeno un atteggiamento più equilibrato.

La normativa nazionale e quelle regionali forniscono precise indicazioni di comportamento per l’utilizzo di queste biomasse di risulta. Per esempio disciplinano la caratterizzazione analitica preventiva. I fanghi destinati all’impiego in agricoltura devono essere caratterizzati preventivamente in modo dettagliato. Tale obbligo spetta al produttore del fango e deve svolgersi per un periodo di almeno sei mesi, con frequenza di campionamento e numero di campioni variabile in ragione della potenzialità dell’impianto espressa in abitanti equivalenti (AE).

Viene definito il grado di stabilizzazione dei fanghi per consentirne l’utilizzo agronomico. Gli indicatori previsti sono: la percentuale di riduzione dei solidi sospesi volatili (SSV),che deve essere compresa nell’intervallo 35-45% o l’età del fango, che deve essere superiore a 30 giorni.

Tutto questo però non basterà probabilmente a rendere questa pratica accettabile, per diverse ragioni, non ultima una sindrome nimby ormai piuttosto diffusa. L’effetto di questa sentenza del Tar della Lombardia è un’incognita attualmente per questo tipo di destinazione d’uso.

Credo che per uscire da questo impiccio sia necessario uno sforzo piuttosto importante e coordinato, a vari livelli. Lo sforzo di razionalizzazione e ammodernamento della gestione del ciclo idrico, il potenziamento degli istituti di ricerca nello stesso settore, e lo sblocco di finanziamenti per mettere in opera l’ammodernamento degli impianti più obsoleti.

Compatibilmente con l’equilibrio economico-finanziario occorre potenziare la dotazione strumentale dei laboratori dei gestori del ciclo idrico. Oltre a questo concentrare ulteriormente l’attenzione sulla gestione del trattamento dei fanghi, già a livello della fase depurativa. Ed essere molto attenti e rigorosi nella gestione di questa sezione. Questa è una mia propensione personale, dedico molto tempo e molto impegno a questo. E’ il punto critico, ma allo stesso tempo quello che più può dare soddisfazioni a livello personale e professionale. Oltre ad essere quello più importante e complesso, ma ricco di sfide tecniche e analitiche da affrontare. Solo in questo modo i depuratori diventeranno le cosiddette “bioraffinerie”.

Gli obiettivi che l’istituto superiore di ricerca sulle acque elenca per il settore trattamento rifiuti e residui di depurazione, devono diventare anche quelli dei gestori:

  • Incrementare il trattamento anaerobico di biomasse, reflui e fanghi tramite la messa a punto e lo sviluppo di tecnologie innovative per massimizzare il recupero di biometano e/o bioidrogeno e di nutrienti
  • Valorizzare sia la componente lipidica (dove significativamente presente) che la componente ligno-cellulosica di biomasse e rifiuti tramite l’ottimizzazione di trattamenti chimici per la produzione di prodotti ad elevato valore aggiunto, con potenziale applicativo in molti settori
  • Sviluppare modelli di simulazione per la valutazione dei potenziali recuperi in termini di energia e/o risorse dal trattamento di fanghi, reflui e rifiuti
  • Minimizzare il rischio per la salute umana in processi di riuso delle acque reflue trattate attraverso un’attenta valutazione del destino dell’antibiotico resistenza e della carica patogena.

Oltre a questo è necessaria la solita opera di informazione capillare. Nel settore idrico è più complesso coinvolgere l’utente in un impegno simile a quello della raccolta differenziata dei rifiuti, magari invitandolo non solo a risparmiare l’acqua, ma anche a contaminarla di meno, ad utilizzare detergenti e materiali di pulizia con oculatezza. Perché si possono produrre rifiuti tossici anche in ambito domestico, anche se probabilmente molti non lo sanno. Le informazioni elementari sul trattamento delle acque, ma in generale l’educazione ambientale deve essere insegnata già ai ragazzi degli ultimi anni delle scuole elementari.

In futuro serviranno cittadini consapevoli, non cittadini impauriti, o ostinati e con poca conoscenza dell’impatto sull’ambiente delle loro scelte personali. Anche di quello che poi si concentra nei fanghi che nessuno vuole, e di cui nemmeno vuol sentir parlare. La politica dovrebbe avere tutti questi temi come prioritari nella propria azione.

Nel 1976, con la promulgazione della legge 319/76, la legge Merli, si aprì un importante capitolo della storia della legislazione ambientale italiana. Oggi serve una nuova normativa per la gestione dei fanghi, possibilmente condivisa tra addetti, ricercatori e fruitori del servizio idrico, se si vuole ipotizzare di continuare ad utilizzare fanghi destinandoli ad uso agronomico in futuro. E allo stesso modo occorrono controlli molto rigorosi sul loro utilizzo. Perché l’ambiente, la chiusura del ciclo delle acque non sia sempre risolta a colpi di sentenze. Non è questa la via da praticare, e che porta risultati concreti. Come si può vedere i controlli si effettuano, gli operatori disonesti vengono perseguiti. Ma poi occorre lavorare seriamente per trovare le soluzioni ai diversi problemi emergenti nel settore depurativo.

Una gestione corretta e rigorosa, una normativa chiara e non controversa, investimenti mirati ed oculati. Tutto questo non può che avere riscontri positivi, sia ambientali, che occupazionali, in un futuro che però dovrebbe essere prossimo, e non lontano nel tempo.

Per dare un’idea di cosa sta accadendo dopo la sentenza lombarda pubblico una breve rassegna stampa.

https://www.toscanamedianews.it/firenze-guerra-dei-fanghi-quattro-discariche-tar-lombardia-ordinanza.htm

http://www.arezzonotizie.it/attualita/smaltimento-fanghi-da-depurazione-civile-1-800-tonnellate-in-arrivo-a-podere-rota/

E’ non fa male ricordare sempre che ““Nulla si distrugge, tutto si trasforma!Antoine-Laurent de Lavoisier

Aggiornamento: come era ampiamente prevedibile, pena il blocco o la messa in grave difficoltà del sistema depurativo, la conferenza Stato Regioni riunita in seduta straordinaria ha trovato l’accordo su un limite di 1000 mg/Kg per il parametro idrocarburi totali, contro il precedente di 10.000 mg/Kg che la delibera della giunta regionale lombarda del Settembre 2017 aveva invece previsto.

http://laprovinciapavese.gelocal.it/pavia/cronaca/2018/08/02/news/intesa-sui-fanghi-e-adesso-il-decreto-limiti-piu-severi-sugli-idrocarburi-1.17117716

Tutto questo tira e molla nasce come sempre da vuoti normativi, difficoltà di interpretazioni legislative, spesso incoerenti o complicate. Non so se questa soluzione soddisferà i comuni pavesi che erano ricorsi al Tar e l’opinione pubblica. Temo che questo sia solo un’altra puntata di una presumibile lunga telenovela.

Nel frattempo la regione Lombardia prepara il ricorso al Consiglio di Stato contro la sentenza per rivendicare la legittimità a deliberare in campo ambientale.

Aspettando che il decreto legislativo diventi operativo la situazione è ovviamente ancora critica.

http://laprovinciapavese.gelocal.it/pavia/cronaca/2018/08/02/news/miasmi-depuratori-al-limite-resisteremo-venti-giorni-1.17117722

Non dovrebbe essere più il tempo dei litigi. Il ciclo idrico deve essere profondamente riformato, e bisogna passare a fatti concreti. Acque reflue e fanghi non possono essere visti come un problema emergenziale, ma necessitano, lo ripeto di investimenti, di opere di ammodernamento. L’Arera (autorità di regolazione per energia, reti e ambiente) ha varato il ‘metodo tariffario’, che consente di calcolare gli effetti economici delle scelte industriali. La multa dell’UE all’Italia, da 25 milioni di euro forfettari, più di 164 mila euro al giorno per ogni semestre di ritardo fino all’adeguamento – riguarda la mancata messa a norma di reti fognarie e sistemi di trattamento delle acque reflue in alcune aree del nostro Paese.

L’adeguamento deve essere una priorità. Senza ulteriori incertezze e tentennamenti. Si è perso già troppo tempo.

La depurazione delle acque reflue e il problema dell’antibiotico resistenza

Mauro Icardi

Gli impianti di depurazione tradizionali a fanghi attivi sono stati sviluppati negli anni che vanno dalla fine dell’ottocento, fino ai primi anni del novecento. L’invenzione del processo a fanghi attivi è collegato con gli sforzi degli ingegneri inglesi e americani per migliorare la depurazione biologica che fino a quel momento avveniva tramite sistemi a biomassa adesa (filtri percolatori).

Partendo dalla necessità iniziale di diminuire i problemi di odori nelle reti fognarie Arden & Locket notarono che ricircolando il fango formatosi durante il periodo di aerazione dei liquami ,si migliorava l’efficienza di trattamento e di intensità del processo depurativo. Questo sistema tradizionale adesso mostra qualche limite, relativamente alla diffusione di inquinanti emergenti di difficile o, in qualche caso, impossibile degradazione per via biologica. L’altro limite del sistema a fanghi attivi tradizionale è quello legato alla produzione di fanghi, e al loro corretto smaltimento o riutilizzo.

Posto che i fanghi sono il prodotto inevitabile di questa tecnica depurativa in essi si concentrano gli inquinanti rimossi dal liquame depurato, ma anche parte dei nuovi inquinanti.

Studi recenti hanno dimostrato che negli impianti di depurazione, ma anche nei fanghi prodotti dal trattamento possono avvenire processi nei quali aumenta la resistenza antibiotica. Il meccanismo è quello del trasferimento di geni tra batteri non patogeni e batteri patogeni.

La resistenza agli antibiotici da parte dei microrganismi può diventare uno dei principali problemi di salute pubblica. Si stima un aumento di decessi legati a problemi di resistenza antibiotica che potrebbe arrivare a causare 10 milioni di decessi causati da infezioni che i normali antibiotici in commercio non sarebbero più in grado di debellare. Quanto maggiore è il numero di antibiotici utilizzati, tanto più veloce sarà la diffusione della resistenza agli stessi. Quindi ottimizzare l’utilizzo degli antibiotici in ambito agricolo e clinico è il primo passo da compiere.

Contestualmente all’estensione di sistemi di trattamento adeguati delle acque reflue nei paesi che ne sono ancora privi.

Laddove invece i depuratori siano presenti è necessario implementare il trattamento terziario di ultima generazione (sistemi MBR o filtri in nanotubi di carbonio)

Per quanto attiene al trattamento dei fanghi prodotti negli impianti di depurazione occorre implementare sistemi efficienti di trattamento, che igienizzino i fanghi, e ne riducano il potenziale patogeno.

Il trattamento di digestione anaerobica può essere già parzialmente efficace nel ridurre il fenomeno dell’antibiotico resistenza. Per migliorare ulteriormente l’efficacia sarebbe opportuno intervenire sulla gestione di processo dei digestori.

I digestori anaerobici che normalmente lavorano in un range di temperatura favorevole al metabolismo dei batteri mesofili (valori ottimali di temperatura di esercizio 30-35°C), dovrebbero passare al trattamento termofilo (valori ottimali 55-60° C) . Questo favorirebbe una maggior igienizzazione del fango.

Il processo termofilo se associato alla codigestione di matrici organiche esterne, quali frazione umida di rifiuti organici (FORSU) avrebbe anche benefici consistenti nella maggior produzione di biogas . Un circolo virtuoso che in alcuni paesi europei quali Francia e Norvegia è già stato diffusamente sviluppato.

Ma il fenomeno della resistenza antibiotica si verifica anche sui fanghi che sono stati sottoposti al trattamento di disidratazione. Un recente studio pubblicato su “Environmental Science Water & research technology” lo scorso Aprile ha confermato questa ipotesi. Ed ha proposto di estendere al trattamento di disidratazione, ed eventuale essicamento dei fanghi, quello termochimico di pirolisi.

Per verificarne l’efficacia si sono utilizzati come indicatori sia il gene rRNA16s, sia gli integroni di classe 1.

I secondi sono già normalmente utilizzati come indicatori di contaminazione e stress ambientale dovute alla diffusione dell’antibiotico resistenza nell’ambiente.

Le prove di pirolisi eseguite in laboratorio su fanghi provenienti da depuratori municipali hanno rivelato che per esempio il gene del rRNA 16S è stato significativamente ridotto operando con temperature di pirolisi tra i 300 e i 700°C.

Lo studio suggerisce quindi di utilizzare il trattamento di pirolisi come tecnica per ridurre l’antibiotico resistenza nei fanghi da destinare a smaltimento finale, o a utilizzo agricolo. I prodotti ottenuti dal trattamento pirolitico, cioè syngas e biochair, sarebbero riutilizzabili. Il primo come combustibile, il secondo come concime o ammendante per terreni. Il trattamento di pirolisi ridurrebbe nel biochair prodotto in primo luogo la contaminazione da antibiotico resistenza, ma anche la presenza di altri inquinanti indesiderati, quali il PCB e le diossine tra gli altri. Mantenendo solo gli elementi essenziali quali azoto e fosforo. Un modo per contrastare anche lo sbilanciamento dei cicli biogeochimici di questi due elementi.

Come si può vedere dalle premesse, il settore del trattamento delle acque reflue si trova davanti ad alcune sfide primarie. La prima fra tutte è quella di una profonda evoluzione delle tecniche da applicare per trattamenti spinti di depurazione delle acque reflue, che sempre più si caricano di inquinanti emergenti. Ma anche di riutilizzo e corretta gestione dei fanghi prodotti dai trattamenti tradizionali, così da renderli riutilizzabili ed ecocompatibili. La diffusione generalizzata ed ubiquitaria di nuovi inquinanti non può più essere sottovalutata. E il problema dell’antibiotico resistenza è una emergenza in qualche modo sottovalutata. Occorre pensare in termini di lungo periodo. E destinare risorse economiche ed umane a questa rivoluzione del settore. Una rivoluzione tecnica che si collegherebbe idealmente con quella del secolo scorso, che diede il via allo sviluppo e alla maturità tecnica della depurazione delle acque reflue. E a cui, almeno noi abitanti dei paesi occidentali dobbiamo anche una buona parte del nostro benessere e della nostra salute.

Link di approfondimento.

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ew/c8ew00141c#!divAbstract

https://www.laboratoriol2a.it/inquinamento-da-antibiotici/

http://verbanonews.it/index.php/categorie/primo-piano/8580-antibiotici-e-metalli-pesanti-nelle-acque-reflue-lo-studio-del-cnr-di-pallanza-pubblicato-da-una-prestigiosa-rivista-scientifica

Interferenti endocrini: possibili interventi tecnologici per la rimozione

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

Gli interferenti endocrini sono sostanze organiche generalmente ma non necessariamente di sintesi, che quando vengono introdotte nel nostro organismo possono comportarsi come ormoni endocrini, oppure possono bloccare una attività ormonale endocrina.

Da molti anni sono entrate nel novero degli inquinanti emergenti. Tra le sostanze di cui è riconosciuta l’azione di interferente endocrino possiamo trovare dietilstilberolo (DES), le diossine, i policlorobifenili, il DDT, e almeno due composti conosciuti anche al pubblico generico quali l’atrazina e l’arsenico.

atrazina

atrazina

E’ notizia recente il rilevamento di un metabolita dell’atrazina nella zona di Pordenone.

http://messaggeroveneto.gelocal.it/pordenone/cronaca/2016/06/29/news/acqua-allarme-atrazina-superati-i-limiti-di-legge-1.13741280

Il DL 31 del 2 Febbraio 2001 e le sue successive modifiche all’art 4 prevede che “Le acque destinate al consumo umano non debbono contenere altre sostanze in quantità o concentrazioni tali da rappresentare un potenziale pericolo per la salute umana”

Il problema della diffusione di questi inquinanti si può verificare per il non perfetto grado di depurazione delle acque reflue se successivamente queste vengono riutilizzate per pratiche irrigue.

Una concentrazione di atrazina di soli 0,1 ppb (valore trenta volte più basso di quello consentito da EPA nelle acque destinate al consumo umano) ha mostrato influenze negative nelle caratteristiche sessuali degli anfibi, che rappresentano dei veri e propri marcatori biologici visto che hanno decisamente sensibilità a queste situazioni di inquinamento ambientale diffuso.

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Tra gli altri interferenti endocrini possiamo citare gli alchilfenoli. Nel 2001 vennero eseguiti campionamenti dall’istituto Mario Negri di Milano, ed in particolare da Simona Tavazzani che effettuò la messa a punto di metodi in GC-MS . I campioni di acque superficiali vennero prelevati sul fiume Lanza a monte e a valle del piccolo depuratore consortile di Cantello (è uno degli impianti che è gestito dalla società per la quale lavoro e che conosco molto bene visto che mi occupo delle analisi e della gestione impiantistica.)

Il fiume Lanza è anche sede di un parco sovra comunale ed è una zona ricca di fauna e molto bella dal punto di vista paesaggistico.

Tra i prelievi a monte dell’impianto e quelli a valle non si riscontrarono variazioni significative. Le concentrazioni risultarono però molto basse sia sui campioni di acque superficiali, che su quelli biologici (bile e fegato di pesce) cioè con concentrazioni dell’ordine dei ng/l e ng/g rispettivamente.

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Questi composti però transitavano sostanzialmente inalterati attraverso il normale processo di depurazione a fanghi attivi. Tengo a precisare che questo impianto funziona molto bene sui normali inquinanti tanto che lo definisco da sempre l’impianto con il fango biologico didattico, cioè quello molto bilanciato e con forte compattezza del fiocco. Quello che mostro al microscopio agli studenti.

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(Fotografia fango Cantello 400 x c.f)

Gli interventi tecnologici per risolvere ed abbattere correttamente composti di questo genere sono possibili. Nei paesi aridi ma dotati di sufficiente capacità tecnologica, ma anche ovviamente in Italia.

Nelle acque reflue destinate a riutilizzo o riuso si possono utilizzare trattamenti combinati nei quali si fa uso di membrane di microfiltrazione ed ultrafiltrazione e passaggio di affinamento su strati di PAC (Policloruro di alluminio.) In seguito si possono effettuare trattamenti di coagulazione e di scambio ionico.

Stadi di trattamento che utilizzano queste sequenze le tracce di interferenti endocrini quali prodotti farmaceutici e prodotti agrochimici.

Trattamenti che usino osmosi inversa e nano filtrazione sono più avanzati (ma anche più costosi).

Se si opera con trattamenti tradizionali come la coagulazione con cloruro ferrico la rimozione di questi composti è bassa (circa il 10%). Il carbone attivo ottiene rendimenti di rimozione di circa il 90%.

Le tecniche di depurazione su membrana (per esempio MBR membrane bio reactror) sono efficienti e possono conseguire rimozioni dell’ordine del 75-90%. Il problema è una riduzione del rendimento nel tempo che necessitano di frequenti operazioni di manutenzione e lavaggio delle membrane.

Occorre prestare attenzione anche al rilascio di questi composti nel tempo da parte di resine scambiatrici e membrane che hanno tendenza ad adsorbire sostanze polari quali gli interferenti endocrini di natura organica.

Esistono le tecnologie appropriate e le soluzioni. Occorre modificare molti dei processi di depurazione e di potabilizzazione classici. Occorre prima di ogni altra cosa la consapevolezza del problema degli interferenti endocrini (ma più in generale della diffusione degli inquinanti emergenti).

Come sempre suggerisco sinergie tra varie discipline (chimica in primis, ma anche ingegneria ambientale e biologia). Investimenti mirati su reti e strutture. E come sempre informazione corretta e continua e comprensibile.

Non solo per i cittadini ma anche per gli addetti ai lavori.

 

Inquinanti emergenti nelle acque: qualche considerazione

a cura di Valentina Furlan* e Mauro Icardi*

Negli ultimi anni tra gli addetti alla gestione del ciclo idrico integrato (approvvigionamento,distribuzione,depurazione delle acque reflue)  si è iniziata a focalizzare l’attenzione sulla presenza di contaminanti definiti “emergenti”, riscontrati sia nelle acque destinate al consumo umano,sia nelle acque reflue. La provenienza di questi contaminanti è piuttosto varia. Il termine emergenti significa che sono composti sui quali si stanno approfondendo controlli e studi. Questo per due principali motivi: inserirli nelle tabelle dei limiti di emissione, se non ancora normati, e verificare quali possono essere le tecnologie più adatte per la loro rimozione.

Sono sostanze che  possono derivare da trattamenti di potabilizzazione delle acque (per esempio i cloriti),dall’incremento dell’uso di prodotti per la detergenza personale,  dall’uso di farmaci e dal consumo di droghe d’abuso. Gli effetti di questi prodotti sulle acque sono da diversi anni in fase di studio e di monitoraggio, vista la loro diffusione  capillare nell’ambiente.

I farmaci per esempio non vengono  metabolizzati completamente, e possono venire escreti tal quali,o come metaboliti attivi con le urine o le feci. Queste sostanze finiscono così nel flusso di acque fognarie destinate ai trattamenti di depurazione negli impianti centralizzati. Non riescono ad essere degradate adeguatamente .

La maggior parte degli impianti di depurazione presenti in Italia sono di tipo biologico. La fase principale del trattamento avviene in una vasca di ossidazione detta  a fanghi attivi. In questa vasca si sfrutta l’azione metabolica dei microorganismi che possono essere di diverso tipo,dai batteri ai protozooi ,e che sfruttano le sostanze organiche e l’ossigeno disciolti nel liquame per le loro necessità di sviluppo e riproduzione. In questo modo si formano fiocchi di fango facilmente eliminabili poi nella successiva fase di sedimentazione finale. E’ di tutta evidenza che se i microrganismi trovano nel liquame per esempio sostanze ad azione antibiotica, la loro attività può essere inibita o ridotta. In questo modo le sostanze non biodegradabili si ritrovano inalterate alla fine del processo di depurazione, e quindi finiscono per essere scaricate nei corsi d’acqua dove possono esplicare attività tossica. O interferire con il sistema endocrino dei pesci,e della fauna in generale.

Per ovviare a questo problema è necessario adottare trattamenti di tipo terziario, consistenti principalmente nei sistemi di filtrazione su membrana, che attualmente stanno cominciando a trovare impiego in alcuni depuratori consortili.  Il costo gestionale però  sta ancora limitandone la diffusione. La tecnica di filtrazione su membrana è,dal punto di vista gestionale, di più facile applicazione e gestione, rispetto per esempio ai sistemi di ossidazione avanzata. Questi ultimi se non correttamente condotti e gestiti possono portare alla formazione di intermedi di reazione più tossici dei prodotti di partenza.  Sono comunque sistemi utilizzati. Si possono utilizzare per questa tecnica anche le lampade uv, che però trovano maggior impiego per le disinfezione finale delle acque già sottoposte a sedimentazione finale, prima dello scarico nel corpo idrico. Questo perché uno dei principali fattori limitanti delle lampade uv, è la riduzione della capacità ossidativa delle lampade, a causa di problemi di sporcamento delle stesse.

L’adsorbimento su appositi materiali, quali filtri a carboni attivi è, nel settore del trattamento acque ancora uno dei maggiormente usati, sia nel trattamento delle acque reflue, sia in quello delle acque destinate al consumo umano. I filtri a carboni attivi riescono ad eliminare microinquinanti sia inorganici che organici,quali metalli pesanti,insetticidi e altri fitofarmaci.

Per quanto riguarda gli inquinanti emergenti nel settore delle acque destinate al consumo umano, l’attenzione nel tempo è stata focalizzata sia sui prodotti  intermedi della disinfezione, sia su inquinanti derivanti da particolari situazioni ambientali.

Nel primo caso si può citare il problema dei cloriti. I cloriti sono prodotti intermedi che si originano nel trattamento delle acque destinate al consumo umano con biossido di cloro, per garantirne la purezza microbiologica al punto di erogazione.  Se l’approvvigionamento  di acqua per uso potabile non viene effettuato da pozzi o da acque sorgentizie, ma da acque superficiali, questo tipo di trattamento è indispensabile, soprattutto se la rete di distribuzione è particolarmente estesa.

Ma i cloriti sono sospettati di poter produrre problemi di anemia nei bambini, e disordini nel sistema nervoso. Per questa ragione, in un primo momento il limite di questi composti nelle acque potabili era stato fissato a 200 microgrammi/litro. Ma ci si è accorti molto presto che era un valore troppo basso, e che si rischiava di non riuscire ad effettuare un’adeguata disinfezione dell’acqua. Giova ricordare che se l’acqua non è disinfettata adeguatamente può essere veicolo di problemi sanitari piuttosto gravi, quali colera, tifo, varie patologie dissenteriche di origine batterica. A seguito di verifiche effettuate dall’Istituto superiore di sanità, questo limite è stato innalzato al valore di 700 microgrammi/litro dal decreto del Ministero della salute del 5 settembre 2006, modificando il precedente valore di 200 microgrammi inserito in origine nel decreto legislativo 31 del 2001.

Le modifiche di questi valori di parametro, ovviamente seguono l’evoluzione delle ricerche e degli studi effettuati da diverse organizzazioni, prima fra tutte l’Organizzazione Mondiale della sanità. Le indicazioni sono poi di norma recepite dalle normative europee, e da quelle italiane.

Acqua_potabile

L’altro problema dovuto ad un inquinante, che forse non si può definire emergente in senso stretto, ma che ha avuto molto risalto  è quello dell’arsenico. Problema particolarmente grave nella zona di Viterbo, ma anche in altre zone d’Italia. E su questo problema occorre fare chiarezza, per diversi motivi.

L’arsenico che si può trovare nelle acque destinate ad uso potabile, può derivare da inquinamento ambientale, o da dissoluzione naturale . In Lombardia concentrazioni significative di Arsenico si possono riscontrare per esempio nella zona nord della provincia di Varese e nelle zone di Cremona e Mantova.

La tossicità dell’Arsenico, e gli effetti negativi sulla salute sono ben noti da tempo. L’ingestione di acqua contenente arsenico può provocare gravi patologie, quali cancro a pelle, polmoni, fegato, effetti neurotossici, iperpigmentazione.

Le acque inquinate da Arsenico possono subire opportuni  trattamenti. Le forme principali dell’Arsenico solubilizzato sono quelle ossidate  di arseniati (As+5) o ridotte di arseniti (As+3).

Si può quindi rimuovere l’arsenico con vari processi

-Coagulazione/precipitazione  con  coagulanti quali solfato di alluminio, solfato ferrico, cloruro ferrico. Questi processi necessitano di una preossidazione alla forma As+5

. In assenza di questa fase il rendimento che solitamente è pari al 90% si riduce drasticamente fino al 10%. Uno degli svantaggi di questa tecnica è la produzione di fanghi di risulta che necessitano di essere poi avviati allo smaltimento.

– Ossidazione , principalmente con ozono, cloro,permanganato di potassio, che permettono di ottenere rendimenti di rimozione fino al 95%. In questo tipo di processi non risultano controindicazioni evidenti. Occorre ovviamente procedere con molta cura ed accuratezza alla gestione del processo per evitare il rilascio di sottoprodotti di reazione.

– Processi di adsorbimento su vari materiali quali idrossidi di ferro, allumina attivata. Questi processi prevedono controlli per verificare la necessità di rigenerazione dei letti di filtrazione. Gli idrossidi di ferro sono meno influenzati dallo stato di ossidazione dell’Arsenico, mentre l’allumina ha maggiore affinità per la forma  arseniato rispetto all’arsenito, che necessita anche in questo caso di preossidazione. I rendimenti di rimozione sono dell’ordine del 90-95%.

– Scambio ionico con resine sintetiche anioniche caricate “forti”, che riescono a rimuovere solo le specie ioniche dell’As+5 ma non quelle dell’As+3 perché non caricate. I problemi gestionali  di questa tipo di tecnica sono principalmente lo sporcamento (fouling), la presenza di ioni competitivi, il rilascio di eluati.

Anche in questo caso il rendimento di rimozione può arrivare al 90%.

-Processi di ultrafiltrazione a membrana, che devono però essere preceduti  da precipitazione.  Questi processi non richiedono una fase preossidativa, anche se risultano maggiormente efficaci sulla forma ossidata dell’Arsenico. Si possono verificare problemi di incrostazione in presenza di acque dure, ed intasamenti in caso di presenza di sostanze colloidali.

Per concludere si può dire che la risorsa acqua, che diventa ogni giorno più scarsa, soggetta ad inquinamenti di vario tipo, necessita di adeguate politiche di gestione e tutela.

Che è necessario che gli addetti , ma anche i semplici cittadini si rendano conto di quelle che sono le problematiche per la gestione di questo bene prezioso.

E che la chimica svolge un ruolo importante e fondamentale in questo settore. Non soltanto fornendo prodotti per il trattamento, ma anche fornendo le basi fondamentali per la conoscenza dei processi che riguardano la risorsa acqua.

Ed insieme agli aspetti di chimica delle acque, occorre porre molta attenzione agli aspetti  riguardanti e contaminazioni e  i processi biologici e biochimici delle acque. Non dimenticando quelli che possono essere i problemi di altri inquinanti emergenti  attinenti alla biologia, quali la giardia lamblia.

acquabenecomune

L’acqua va gestita, va difesa e non deve essere sprecata. Ma bisogna che sia conosciuta, per evitare che anche in questo ambito la tecnologia e la scienza siano soppiantate dalle ormai onnipresenti bufale.

Questo è uno dei compiti più importanti a cui ci dobbiamo applicare.

per saperne di più:

http://www.europarl.europa.eu/news/it/news-room/content/20130701IPR14760/html/Acque-di-superficie-nuove-sostanze-chimiche-da-monitorare

http://www.acqualab.it/innovazione/files/20080522-Verlicchi-Dondi-LARA_H2O.pdf

http://www.greenreport.it/news/acqua/inquinamento-delle-acque-i-nuovi-standard-di-qualita-ambientale-dellue/

http://it.wikipedia.org/wiki/Acqua_potabile

*Mauro Icardi e Valentina Furlan sono tecnici di laboratorio in una azienda che si occupa di gestione integrata della acque in provincia di Varese.