Nuove tecnologie sperimentali per la rimozione del fosforo dalle acque reflue.

In evidenza

Mauro Icardi

Il problema dei nutrienti rilasciati nei corpi idrici, in particolare azoto e fosforo, era già emerso tra la metà degli anni 70 e i primi anni 80. Le fioriture algali nel mare Adriatico, con la conseguente ricaduta negativa nel settore turistico, furono trattate ampiamente nei servizi giornalistici, soprattutto televisivi, in quel periodo.

Per quanto riguarda il trattamento di rimozione del fosforo, esso è sempre risultato leggermente più complesso di quello dell’azoto. Questo perché da sempre, i limiti per questo parametro erano più restrittivi rispetto a quelli dell’azoto. La legge 319/76 (Legge Merli) prevedeva per il fosforo un valore limite di 0,5 mg/lt.   Questo valore si applicava a tutti gli impianti che recapitavano gli scarichi in particolari zone, maggiormente vulnerabili a rischi di eutrofizzazione. In particolare i laghi e i corsi d’acqua ad essi afferenti per un tratto di 10 Km dalla loro immissione nel lago; le aree lagunari e i laghi salmastri; le zone umide.

Attualmente il dlgs 152/2006 vigente, ha recepito la direttiva quadro 2060/CE che mira a conseguire la classificazione di “buono stato ecologico e chimico” per tutte le acque superficiali. Quindi non solo per quelle specificate nella ormai abrogata Legge Merli. In caso di situazioni critiche, per qualunque corso d’acqua ritenuto vulnerabile, si possono stabilire limiti allo scarico più restrittivi.

Con il trattamento di depurazione biologica a fanghi attivi tradizionale la percentuale di abbattimento del fosforo normalmente si attestava intorno a valori percentuali pari al 45-50%. Non era quindi possibile rispettare il valore limite che, generalmente è sempre stato fissato tra 0,5 e 1 mg/lt. Le acque reflue possono contenere da 5 a 20 mg/l di fosforo totale, di cui 1-5 mg/l rappresentano la frazione organica, ed il resto è la parte inorganica. Il contributo pro capite di fosforo varia tra 0.65 e 4.80 g/abitante/ giorno, con una media di circa 2.18 g.

Il fosforo contenuto nelle acque reflue si riscontra normalmente in queste due specie chimiche:

Ortofosfati: disponibili per il metabolismo biologico senza ulteriori scissioni

Polifosfati: molecole con due o più atomi di fosforo, atomi di ossigeno e qualche volta idrogeno, combinati in una molecola complessa. Solitamente i fosfati vanno incontro ad idrolisi e si trasformano in ortofosfati, ma il processo è in genere piuttosto lento.

La principale tecnica per il trattamento di questo inquinante è il trattamento chimico-fisico utilizzando sali trivalenti di ferro, oppure di alluminio se esistono problemi legati al colore.

L’allume o il solfato di alluminio idrato è ampiamente usato per la precipitazione di fosfati e fosfati di alluminio (AlPO4).

Questa la reazione di base: Al3+ + HnPO43-n ↔ AlPO4 + nH+

Il trattamento con sali di alluminio viene maggiormente utilizzato per la chiarificazione di acqua destinata ad uso potabile. Questo perché, nel trattamento delle acque reflue possono svilupparsi maggiori problemi gestionali, legati principalmente ai valori di alcalinità, pH ed elementi in tracce presenti nell’acqua da trattare. Oltre a questo i composti a base di alluminio possono interagire negativamente con la popolazione di protozoi e rotiferi che colonizzano il fango attivo.

Per queste ragioni, il trattamento di precipitazione è effettuato principalmente tramite dosaggio di cloruro ferrico.

Fe3+ + HnPO43-n ↔ FePO4 + nH+

Gli ioni di ferro si combinano per formare fosfato ferrico. Reagiscono lentamente con l’alcalinità naturale e quindi un coagulante, come la calce, viene normalmente aggiunto per aumentare il pH e favorire la coagulazione e la precipitazione.Il cloruro ferrico però tende ad essere aggressivo nei confronti delle strutture ferrose, ed inoltre questo tipo di trattamento produce notevoli quantità di fanghi. Che devono essere smaltiti separatamente, oppure miscelati in proporzione non superiore al 20% con i fanghi biologici, e poi destinati al trattamento di disidratazione.

Per superare questo tipo di problemi, si stanno sperimentando alcune tecniche nuove.

Depurazione con nanoparticelle di ferro.

In questo caso si tratta di ottenere lo stesso effetto della precipitazione chimica, impregnando sferette di resine sintetiche con ioni ferrici. L’acqua da trattare viene fatta passare sulle sferette che trattengono alla loro superficie i composti di fosforo. La rigenerazione del letto o della cartuccia di trattamento si ottiene con soluzione di soda caustica. Il processo non produce fanghi. Rimane aperto il problema della rigenerazione della soluzione esausta, e della possibilità, per ora solo teorica, di recupero del fosforo del fosforo dalla stessa.

Bioreattori con alghe.

Le sperimentazioni di bioreattori contenenti alghe in grado di accumulare i composti di fosforo, sono risultati promettenti dal punto di vista dei rendimenti di rimozione (80-85%), ma costosi per quanto riguarda la rimozione delle alghe stesse dal bioreattore. Per ridurre i costi di estrazione si è pensato di incapsulare le alghe entro sferette di resine biologiche (alginati), derivanti dalle alghe stesse. Le sferette essendo più pesanti dell’acqua tendono a sedimentare. Quindi per questo utilizzo è necessario utilizzare un reattore a letto fluido. Le sferette di alghe ricche di fosforo potrebbero trovare impiego diretto come fertilizzanti. In alternativa essere inviate al processo di digestione anaerobica. La parte gassificabile sarebbe convertibile in energia, il residuo solido (digestato), arricchito in fosforo potrebbe essere utilizzato come materia prima di recupero o fertilizzante.

Fitodepurazione reattiva combinata.

In questo caso il trattamento del fosforo avviene in un impianto di fitodepurazione a canneto. L’ambiente acquatico viene arricchito in ioni calcio utilizzando scorie di acciaieria . Normalmente questo sottoprodotto possiede concentrazioni in calcio dell’ordine dei 130-150 g/Kg. Il calcio fa precipitare il fosforo sotto forma di fosfato, e può venire aspirato dal bacino di fitodepurazione e successivamente filtrato. Il processo è in fase di sperimentazione in Inghilterra da parte della società pubblica Severn Trent Water, che gestisce il ciclo idrico nella zona di Nottingham e Derby.

Sono da valutare in questo caso le possibili destinazioni d’uso del fosfato di calcio ottenuto. In particolare verificando la contaminazione da metalli, prima di deciderne la destinazione finale. E ovviamente anche la sostenibilità economica.

Recupero per via elettrochimica.

Una delle tecniche usate per il recupero del fosforo è quella di precipitarlo sotto forma di struvite, cioè fosfato di magnesio e ammonio esaidrato (NH4)MgPO4·6(H2O). Per ottenere la struvite è necessario aggiungere sali di magnesio e soda, per regolare il pH. Il processo tedesco ePhos ® (Electrochemical Process for Phosphorus Recovery), sviluppato dal Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology di Stoccarda riesce può essere utilizzato per rimuovere fosforo dalle acque reflue.

Il processo si basa sull’utilizzo di una cella elettrolitica con un anodo in magnesio. L’azione alcalinizzante è sviluppata dall’ossidazione al catodo dell’acqua, con produzione di idrogeno gassoso e ioni OH(ione idrossile).

Non vi è quindi la necessità di utilizzare prodotti chimici, ottenendo un prodotto di alta purezza.

La struvite ottenuta con questo processo può quindi essere utilizzata direttamente come fertilizzante a lento rilascio. Il prodotto riesce ad essere assimilato meglio dalle piante rispetto ai normali fertilizzanti commerciali, quali il nitrato d’ammonio o il perfosfato (conosciuto comunemente con il nome di superfosfato). La resa di abbattimento del fosforo dai reflui utilizzando questa tecnica processo, si attesta su valori pari all’85%,con un consumo energetico pari a 0,78 kWh/mc.

L’avvertimento arriva da lontano

In evidenza

Mauro Icardi

In questi giorni sto nuovamente riflettendo sulla situazione del ciclo idrico. Rifletto sull’acqua. Condizione non nuova, ma che si lega alle notizie che ci mostrano la fine di una stagione invernale che non ha decisamente più senso definire anomala. Gli inverni, perlomeno nel nordovest in Italia sono più caldi, ma quel che è peggio anche avari di precipitazioni. E questa situazione si ripercuote ovviamente nei problemi ordinari di gestione, sia dal punto di vista della fornitura di acqua destinata ad uso potabile, che per il raggiungimento di limiti maggiormente restrittivi per gli impianti di depurazione.

Prima di proseguire nella mia riflessione, vorrei però ricordare una pubblicità progresso risalente al 1976 che venne pubblicata su quotidiani e periodici in quell’anno.

Credo che questa immagine sia decisamente interessante. Segnala un problema che in quegli anni forse non preoccupava la maggior parte delle persone. Forse i problemi percepiti erano ben altri. Inflazione, terrorismo, disoccupazione. Ma gli anni 70 sono anche quelli in cui il problema ambientale emerge prepotentemente. E il settore idrico non fa eccezione. Come già altre volte ho ricordato, nel 1976 viene promulgata la legge 319/76, ma meglio ricordata come “Legge Merli”. L’Italia compie il primo importante passo per una migliore gestione delle risorse idriche. Ma più specificatamente inizia a dotarsi di una serie di impianti per il trattamento delle proprie acque di rifiuto. Il cammino iniziato 43 anni orsono, non è ancora completato. Si sono fatti molti passi avanti, ma ancora pendono procedure di infrazione per mancata o incompleta depurazione degli scarichi fognari.

La situazione è sinteticamente descritta in questo articolo.

http://www.gruppohera.it/gruppo/com_media/dossier_depurazione/articoli/pagina22.html

Quello che invece mi interessa come tecnico del settore è fare presente come, nelle zone d’Italia più soggette a lunghi periodi di siccità, e scarso innevamento invernale, si stia sempre più verificando un fenomeno che deve essere monitorato. I fenomeni di siccità ravvicinati e frequenti provocano sempre più spesso periodi di asciutta dei corsi d’acqua minori, e forti riduzioni della portata dei fiumi principali, per esempio Ticino e Po.

Questa foto si riferisce alla secca del fiume Lambro nell’Agosto del 2015, e credo che valga molto più di ogni parola. La filosofia progettuale degli impianti di depurazione ha sempre cercato un ragionevole equilibrio tra costi di realizzazione e qualità delle acque in uscita. Queste ultime venivano recapitate in corpi idrici dove avveniva l’ultima parte del processo depurativo. I flussi di portata erano valutati, ma non si ipotizzavano situazioni di asciutta perlomeno per i grandi fiumi. Fino all’inizio del nuovo millennio, dove i sistemi di canalizzazione e trattamento dei reflui erano efficienti e correttamente gestiti, si sono visti notevoli miglioramenti. Si erano faticosamente riequilibrate la condizioni favorevoli per gli ecosistemi fluviali, e per il mantenimento della biodiversità degli stessi. Ora queste situazioni rischiano di essere nuovamente compromesse. E quindi credo sia giunto il momento di capire che l’acqua è ormai già più preziosa della benzina. E non dal punto di vista meramente economico, ma dal punto di vista del suo essere indispensabile per la nostra stessa vita. E quindi lancio un ulteriore appello. Accorato e profondamente sentito. Difendiamo e tuteliamo la risorsa acqua. Ma per fare questo dobbiamo creare sinergie. Università, enti di ricerca, enti di controllo e gestori. E cittadini, non ultimi. Che però non solo debbono essere correttamente informati, ma devono pensare a modificare stili di vita, e abitudini consolidate. Prima che i fiumi muoiano. E prima di dover fare la fila davanti all’autobotte parcheggiata davanti a casa per avere acqua. L’acqua è un diritto universale. Ma è un diritto a cui si arriva con l’impegno. Con le corrette scelte di gestione del territorio e del patrimonio idrico. L’acqua è certamente un diritto universale, ma non garantito. Ricordiamolo ogni volta che apriamo il rubinetto di casa, o pigiamo il pulsante dello scarico del nostro wc.

Per fare qualche riflessione.

http://www.nimbus.it/clima/2019/190301InvernoItalia.htm

https://www.mbnews.it/2016/02/emergenza-siccita-nel-molgora-ce-solo-lacqua-scaricata-dai-depuratori/

https://lecconotizie.com/cronaca/lecco-cronaca/laghi-in-secca-i-geologi-serve-una-gestione-idrica-diversa/

Riflessioni e spunti da “accadueo”

Mauro Icardi

Lo scorso 18 Ottobre, dopo qualche anno di mancata frequentazione di fiere di settore, son voluto andare a Bologna per la manifestazione “accadueo”. Devo dire di avere fatto una scelta azzeccata. Ho potuto verificare di persona quelle che sono le nuove tendenze per la gestione in particolare delle reti idriche, e le nuove tecnologie disponibili a questo scopo. La parte più interessante è stata però il corso di formazione, seguito nel pomeriggio, e dedicato all’ottimizzazione funzionale ed energetica degli impianti di depurazione. Il depuratore del futuro è destinato a diventare qualcosa di profondamente diverso da come lo abbiamo conosciuto fino ad oggi.

Tendenzialmente deve diminuire il consumo unitario di energia per m3 di acqua trattata. Questo risultato però è ottenibile solo con un’operazione accurata e precisa di verifica delle funzionalità reali delle varie sezioni di impianto. Successivamente si possono programmare interventi mirati per il miglioramento del rendimento delle varie sezioni di trattamento. Occorre quindi conoscere con molta precisione il funzionamento reale dell’impianto. Tutto questo non può prescindere dal creare delle sinergie reali e positive, tra i gestori degli impianti di depurazione, che sono quelli che ne hanno la conoscenza gestionale e pratica, gli enti di ricerca, le università. Un modello di questo tipo è ormai usuale nei paesi del nord Europa, quali Danimarca e soprattutto Olanda. E non è casuale che proprio l’Olanda adottando una politica idrica di questo genere stia producendo ed esportando brevetti di nuove applicazioni dedicate alla gestione del ciclo idrico. Questa è un idea che sostengo da molto tempo, e di cui ho spesso scritto sulle pagine di questo blog. Per esperienza personale so purtroppo che in Italia la gestione e la realizzazione concreta di progetti innovativi, o di gestioni diverse del ciclo idrico incontrano molte resistenze, della natura più varia. I progetti di tesi di laurea sostenuti dagli studenti dell’Università di Varese che ho seguito come tutor, e che si occupavano della codigestione di matrici biodegradabili da trattare insieme al fango prodotto dagli impianti di depurazione municipali, hanno purtroppo subito uno stop, e non si è riusciti a trasformarli in progetti di ricerca. La sperimentazione sia pure molto positiva in scala di prova di laboratorio, si sarebbe dovuta proseguire a livello di prova su impianto pilota. Questo personalmente mi è dispiaciuto molto, visto che la codigestione sarebbe uno dei modi con i quali si può ridurre il consumo energetico dei depuratori, nonché migliorare la stabilizzazione della materia organica dei fanghi prodotti.

Purtroppo, come per esempio la vicenda della gestione dei fanghi di depurazione sta dimostrando, intorno a queste questioni si sta facendo troppa inutile confusione. Basta fare una normale ricerca in rete, per potersene rendere conto. Non esistono solo comitati che giustamente pretendono attenzione e chiarezza sulla gestione e disciplina dell’utilizzo dei fanghi di depurazione, ma anche decine di comitati contro la digestione anaerobica, cosa che invece lascia qualche perplessità in più. Inutile ribadire quanto è già stato detto qui su questo blog. La digestione anaerobica è una delle tecniche per il trattamento dei fanghi. E’ cosa diversa dalla digestione anaerobica degli effluenti zootecnici su cui molte persone storcono il naso. Per altro la codigestione di reflui e fanghi è normalmente praticata nei soliti paesi nord europei, ed era stata anche suggerita dall’Agenzia Europea di protezione ambientale nel 2011.

http://www.eea.europa.eu/highlights/big-potential-of-cutting-greenhouse?&utm_campaign=big-potential-of-cutting-greenhouse&utm_medium=email&utm_source=EEASubscriptions

Utilizzandola in combinazione con una gestione oculata della fase di ossidazione biologica può contribuire a diminuire il consumo energetico per m3 di acqua trattata da valori di 1kWh fino a circa 0,2.

La gestione corretta della fase di ossidazione biologica può consentire risparmi ulteriori. Una manutenzione efficiente e continuativa dei sistemi di diffusione di aria nelle vasche di ossidazione, consente risparmi che in un periodo di tre anni possono arrivare a 180.000 euro. Di energia non sprecata inutilmente nel comparto di ossidazione, che da solo è responsabile del 60% circa dei consumi energetici di un impianto di depurazione.

Se i piattelli si intasano e producono bolle d’aria troppo grandi l’efficacia di areazione diminuisce drasticamente. L’importanza di un sistema di aerazione che risparmi energia negli impianti di trattamento dei liquami si è rivelata molto presto. Le riduzioni di consumi energetici si devono trasformare in costi inferiori per il trattamento dell’acqua e la fornitura di acqua al cittadino.

La questione fanghi è aleggiata come un fantasma nella giornata trascorsa a Bologna. Qui ne abbiamo scritto, e abbiamo cercato di spiegarla. Da queste pagine mi sento di lanciare un invito ad un ulteriore sinergia. Quella con i medici ambientali, che si stanno occupando della questione dal punto di vista dei possibili impatti sulla salute.

http://www.gonews.it/2017/01/21/parere-medico-sullo-spandimento-dei-fanghi-depurazione-agricoltura/

Molte delle richieste che questi medici fanno sono condivisibili. Si rifanno ad un giusto principio di precauzione. Ma credo che anch’essi dovrebbero conoscere quello che sarebbe l’effetto di un eventuale blocco degli smaltimenti del fango, sulle condizioni di funzionamento (e di lavoro degli addetti). Se tutta la vicenda dei fanghi avrà come conclusione l’avvio di sinergie, il superamento delle decretazioni d’urgenza, e l’avvio di una sorta di “new deal” idrico, sarà certamente una cosa molto positiva.

Purtroppo però, devo constatare almeno alcune cose. Tanta demagogia, in un paese che è arrivato al 95% di partecipazione al referendum per l’acqua pubblica, ma continua a bere in maniera consistente quella in bottiglia (magari “griffata” da una bella fanciulla…) Poi un’altra situazione incresciosa. Quella in cui sono incappato infilandomi in una discussione che avrei dovuto evitare, visto che i social non sono il luogo migliore per approfondimenti tematici o tecnici. Molte persone hanno la radicata convinzione che gli addetti del ciclo idrico siano al servizio delle aziende e non dei cittadini. Con dubbi sulla corretta esecuzione delle analisi e dei risultati delle stesse. Bene, da queste pagine vorrei smentire questa vulgata. Io e molti altri colleghi siamo vincolati non solo dalla deontologia professionale, se iscritti ai rispettivi ordini professionali, ma anche dalla propria deontologia personale. Questa osservazione mi deve essere consentita. Sono piuttosto avvilito e stanco di vedere non solo pressapochismo e superficialità nel trattare questi temi, ma anche di vedere trasmissioni televisive dove spesso il tema è approfondito male, o trattato altrettanto superficialmente con l’arma di un’ironia che può fare più male che bene. L’acqua pubblica non significa acqua gratis. Significa averne la comprensione, l’educazione a gestirla, la doverosa rendicontazione di spese e investimenti. La corretta e puntuale pubblicazione di dati e analisi sui siti istituzionali e delle stesse aziende di gestione. A disposizione dei cittadini che sono i soggetti a cui questo servizio si rivolge. Che però dovrebbero fare almeno un minimo sforzo di comprensione e di approfondimento. Quella educazione idrica di cui ho parlato su queste pagine. Non è immediato per chi non è del settore capire per esempio che non ci sono solo inquinanti emergenti provenienti da lavorazioni industriali, ma anche residui di inquinanti legati ai nostri personali stili di vita (residui di farmaci, droghe d’abuso e cosmetici ne sono un chiaro esempio). La divulgazione è necessaria, ma deve anche essere accolta senza preclusioni o remore dalle persone a cui si rivolge. Perché se vince il pensiero magico o la preclusione ostinata non si ottiene nessun risultato.

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

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.

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.

interferenti2

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.

interferenti3

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.

interferenti4

(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.