Rilevare le microplastiche negli impianti di depurazione.

Mauro Icardi

Il settore depurativo sta attraversando un profondo cambiamento.  Deve affrontare sfide tecnologiche per riuscire ad abbattere i diversi inquinanti emergenti, e nello stesso tempo con una gestione e una progettazione totalmente rivista, può inserirsi nel settore dell’economia circolare, recuperando dai residui di trattamento energia e materiali.

In quest’articolo vorrei illustrare un progetto per la rilevazione di uno degli inquinanti emergenti di cui molto si parla e che è probabilmente conosciuto e noto anche ai non addetti. Le  microplastiche.

Le plastiche definite “micro” (meno di cinque millimetri di dimensione) e “nano” (meno di cento nanometri di dimensione) si stanno diffondendo con sempre maggior frequenza, contaminando diversi ambienti acquatici.  Possono essere di diversa provenienza e tipologia. Per esempio particelle di fibre provenienti dal lavaggio dei vestiti, o dalle particelle provenienti dall’usura di pneumatici, e quelle che provengono dalla frammentazione di  rifiuti di plastica di dimensioni più grandi. Un esempio su tutti le onnipresenti bottigliette abbandonante praticamente ( e sciaguratamente)  quasi ovunque.

Finora non era del tutto chiaro quanto queste plastiche fossero trattenute ed eliminate dai processi di trattamento terziario standard.

Una ricerca effettuata dall’istituto federale di tecnologia di Zurigo (ETH), pubblicata sulla rivista Water Research ha chiarito quale sia il percorso compiuto  dai frammenti di microplastiche negli impianti di depurazione. (1)

Le plastiche sono spesso difficili da rintracciare a causa delle loro piccole dimensioni, delle diverse proprietà chimiche e della possibilità di contaminazione da fonti in laboratorio, come le fibre dei vestiti.

Per superare questi problemi, il team di ricerca ha sintetizzato micro e nanoplastiche drogate con tracce di metalli . Questi sono stati aggiunti a un impianto pilota di trattamento delle acque reflue per due mesi, e i ricercatori hanno campionato l’effluente (acqua trattata rilasciata nell’ambiente) e il fango (particelle solide organiche).

I campioni sono stati analizzati utilizzando la spettrometria di massa, che è ben consolidata per la rilevazione di metalli, consentendo un’analisi facile e veloce. L’analisi più facile ha anche permesso al team di determinare la migliore strategia di campionamento in termini di dimensioni e frequenza di campionamento.

 Si è cosi scoperto che il 98% della plastica aggiunta è finita nel fango, una cifra altamente correlata con i solidi totali disciolti che sono stati rimossi dall’effluente e si sono depositati nel fango. Questo suggerisce che i miglioramenti nella rimozione delle particelle potrebbero anche significare una maggiore rimozione della plastica. Questo potrebbe essere ottenuto, per esempio, attraverso una fase extra di flocculazione e sedimentazione.

Aggiungo una mia breve considerazione personale: questo risultato non mi sorprende. Il fango biologico è da sempre il punto centrale di un impianto di depurazione. In esso si concentrano gli inquinanti rimossi nel trattamento delle acque reflue. E in questo settore che si devono concentrare ricerche e sperimentazioni.  Le nuove tecniche di filtrazione che si utilizzano nella sezione di trattamento terziario, e che hanno efficacia per la rimozione di altre sostanze dall’effluente delle acque reflue, come i farmaci e gli agenti patogeni, potrebbero anche ridurre la concentrazione di microplastiche nelle acque reflue. E di conseguenza nell’ambiente. Come per ogni nuova tecnologia, occorre valutarne anche l’aspetto economico e gestionale.

Contestualmente vanno implementate tecnologie che possano pretrattare il fango. Non va dimenticato che alcuni fanghi potrebbero avere un buon valore agronomico.  Circa la metà dei paesi europei utilizza i fanghi degli impianti di trattamento delle acque reflue come fertilizzante per i campi coltivati. Questo perché spesso possiedono un  alto contenuto di sostanza organica e di nutrienti.  Ma questo utilizzo potrebbe essere decisamente compromesso se la contaminazione da microplastiche nei fanghi aumentasse in maniera significativa.

Privandoci della possibilità di recuperare materiale che sta diventando raro, e con un ciclo biogeochimico alterato, come per esempio il fosforo. Nell’approccio di ogni tipo di problema ambientale sono benvenute tutte le sperimentazioni e gli approfondimenti. Che anzi devono essere implementati.  Occorre valutare con la massima attenzione il rapporto costi/benefici, e soprattutto non essere ammaliati da un atteggiamento troppo fideistico sulle possibilità della tecnologia. Un cambiamento culturale relativo a cosa dobbiamo effettivamente produrre, e a come  necessariamente in futuro sia necessario ridurre le quantità di rifiuti e contaminanti che immettiamo nell’ambiente.

• Long-term assessment of nanoplastic particle and microplastic fiber flux through a pilot wastewater treatment plant using metal-doped plastics Stefan Frehland a , Ralf Kaegi a , Rudolf Hufenus b , Denise M. Mitrano a, * a Eawag, Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Process Engineering Department, Ueberlandstrasse 133, 8600, Duebendorf, Switzerland b EMPA, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, Lerchenfeldstrasse 5, 9014, St. Gallen, Switzerland

Piccola lezione sui fanghi di depurazione.5: i controlli (considerazioni finali)

Mauro Icardi

(I precedenti post di questa serie sono qui, qui , qui e qui)

Terminati i controlli per verificare il corretto funzionamento della fase di ossidazione biologica, e successivamente quelli relativi alla stabilizzazione del fango , la fase successiva si riferisce ai controlli da effettuare sul fango ormai disidratato, e destinato a smaltimento, incenerimento, o riutilizzo in agricoltura.

Sul fango si possono determinare diversi parametri. Vediamo nello specifico la determinazione dei metalli.

L’analisi si effettua su campione umido per la determinazione del mercurio, e su fango secco per tutti gli altri parametri. Per la determinazione dei metalli si effettua attacco acido con acido solforico e nitrico, ed eventualmente con acqua ossigenata. Questa tecnica viene sempre di più sostituita dalla mineralizzazione con forno a microonde. Utilizzando questa tecnica le microonde riscaldano contemporaneamente tutto il campione, senza riscaldare i contenitori utilizzati che sono di materiali trasparenti alle microonde. In questo modo le soluzioni raggiungono molto più rapidamente il proprio punto di ebollizione e il riscaldamento è molto più veloce ed efficace del sistema tradizionale. La concentrazione dei metalli portati in soluzione viene determinata attraverso analisi eseguite tramite spettroscopia di assorbimento atomico, normalmente utilizzando la tecnica in fiamma, oppure con spettroscopia di emissione al plasma (ICP Ottico). La concentrazione dei metalli nei fanghi viene espressa in mg/Kg di metallo estraibile, riferito alla sostanza secca.

I fanghi di depurazione delle acque reflue industriali contengono metalli pesanti di tipo e quantità variabili e derivano dal tipo di lavorazioni e dalla dimensione delle industrie. I metalli pesanti provenienti dalle attività civili si ritrovano, inoltre, nella fase gassosa dei combustibili utilizzati per il riscaldamento, nei fumi provenienti dagli inceneritori o dal traffico veicolare; tali metalli raggiungono il suolo attraverso le precipitazioni atmosferiche. Alcune attività tipicamente agricole, come l’uso di prodotti fitosanitari e di concimi minerali, possono costituire una fonte di inquinamento da metalli pesanti.

In genere, i metalli pesanti si concentrano nei sottoprodotti di alcuni settori industriali o, anche se in misura minore, nei rifiuti urbani e nei reflui civili; per questo, lo smaltimento di questi materiali, per i rischi di tossicità sopra riportati, è regolamentato da apposite normative.

Vediamo ora, per alcuni dei principali metalli, ricercati nella matrice fanghi, le provenienze.

Cadmio totale

La concentrazione di cadmio nel suolo, è funzione delle caratteristiche dei materiali originari e dell’utilizzo sul suolo di sostanze contenenti metalli pesanti utilizzate per la difesa antiparassitaria o per la fertilizzazione (concimi fosfatici, fanghi di depurazione).

Cromo totale

La concentrazione di cromo è riconducibile in parte a naturali processi di degradazione dei substrati geologici, da cui i suoli stessi traggono origine; in parte è funzione dell’utilizzo sul suolo di sostanze contenenti metalli pesanti utilizzate per la difesa antiparassitaria o per la fertilizzazione. In particolare il contenuto di cromo può essere molto elevato in alcuni sottoprodotti dell’industria conciaria utilizzati per la produzione di concimi organici.

Piombo

La concentrazione di piombo riscontrabile nei fanghi di depurazione, relativamente alle attività produttive, riguarda principalmente gli scarichi delle fonderie. Un’altra fonte di contaminazione riguarda l’utilizzo di prodotti fitosanitari contenenti arseniti di piombo. Da rammentare che in passato si poteva avere contaminazione da piombo tetraetile, che veniva utilizzato come antidetonante nella benzina.

Rame

La concentrazione di rame dovuta ad attività antropica è anch’essa riferibile all’utilizzo del rame per la difesa antiparassitaria o per la fertilizzazione, soprattutto con reflui zootecnici. In particolare l’elevato contenuto di rame nelle deiezioni zootecniche è dovuto all’utilizzo di integratori e additivi alimentari che contengono questo elemento. I composti del rame sono anche utilizzati nel settore della coltivazione della vite, e molto spesso come componente alghicida per le vernici antivegetative, destinate normalmente a ricoprire il fondo delle imbarcazioni.

Per chiudere queste piccole lezioni sui fanghi, e sui controlli che si possono effettuare, parliamo di una analisi di tipo batteriologico, cioè la determinazione della Salmonella.

Considerando che i fanghi sono il prodotto finale del trattamento delle acque, essi posseggono un’ampia variabilità delle loro caratteristiche fisiche, chimiche, biologiche e tecnologiche che dipendono dalla loro origine, dal tipo di trattamento subito dai reflui, dal fango stesso, dalla durata dello stoccaggio. Se si tiene conto oltretutto che il numero dei microrganismi concentrati nei fanghi supera quello presente nelle acque grezze, bisogna considerare come diventi altrettanto rilevante lo studio delle loro caratteristiche microbiologiche. A qualunque recapito finale vengano destinati, è necessario renderli igienicamente innocui. Dal punto di vista microbiologico la normativa (dlgs 99/1992) fissa il limite di concentrazione nei fanghi per il solo parametro Salmonella. I processi di trattamento del fango sono comunque in grado di ridurre il numero di salmonelle, come di tutti i microrganismi in essi presenti.

L’analisi della Salmonella prevede l’omogeneizzazione, la filtrazione di un campione di fango precedentemente risospeso in una soluzione di acqua sterile tamponata. Il campione, diluito in funzione della concentrazione di Salmonella stimata, è omogeneizzato e filtrato; la membrana è recuperata asetticamente e incubata a 36°C,posizionata su un filtro sterile a fibre di vetro imbibito con un terreno favorevole alla crescita del microrganismo (Brodo al terationato). Dopo 24 ore la membrana è recuperata asetticamente e incubata a (36±2)°C su terreno cromogeno (Rambach® agar).

Le membrane sono esaminate dopo 24 e 48 ore. Trascorso questo tempo di incubazione si procede a quantificare il numero di colonie. Le salmonelle presuntive crescono su questo terreno come colonie di un colore rosso brillante, derivante dalla fermentazione del glicole propilenico.

Ho scritto queste brevi lezioni sui fanghi di depurazione, spinto sia dalla mia personale passione per il tema, che con la nemmeno troppo nascosta speranza che siano in qualche modo utili a chi voglia avvicinarsi ad un tema troppo spesso ancora ignoto ai non addetti. Credo sia utile ribadire un concetto: i fanghi, quali prodotti di risulta derivati dai processi di trattamento dei liquami, costituiscono il concentrato di tutti gli inquinanti presenti nei reflui: sostanze organiche, composti inorganici anche difficilmente biodegradabili, metalli pesanti e microrganismi. Bisogna lavorare a soluzioni economicamente sostenibili, ecologicamente praticabili, socialmente accettabili. E paradossalmente, più fanghi si producono, meglio le acque si depurano. In futuro probabilmente si privilegeranno trattamenti più spinti di riduzione della produzione. Ma non dimentichiamoci che “nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma”.

E che come giustamente faceva osservare Primo Levi “La materia è materia né nobile né vile e non importa affatto quale sia la sua origine prossima”.

Piccola lezione sui fanghi di depurazione.4. I controlli (parte terza).

Mauro Icardi

(I precedenti post di questa serie sono qui, qui e qui)

Terminata l’esposizione di controlli sul comparto di ossidazione, passiamo ai controlli del fango estratto come fango di supero (o di spurgo) dalla vasca di ossidazione. Normalmente il fango estratto viene inviato ad una sezione di ispessimento Dal punto di vista analitico si effettuano i medesimi controlli già visti per il fango della vasca di ossidazione (determinazione dei solidi sospesi totali e della sostanza volatile).

Prima di passare alla fase di disidratazione il fango deve subire un trattamento di stabilizzazione, per ridurne il contenuto di sostanza organica putrescibile, ridurne la carica batterica potenzialmente patogena, ed essere più facilmente sottoposto ai trattamenti di disidratazione. Sui piccoli impianti, generalmente con potenzialità inferiori ai 5000 A.E (abitanti equivalenti) gli impianti sono progettati con una sezione di digestione aerobica. Si tratta sostanzialmente di una vasca di ossidazione, dove il fango viene fortemente areato per tempi prestabiliti, senza ricevere apporto di acqua reflua. In questo caso il parametro fondamentale da controllare è la riduzione percentuale della sostanza organica volatile, che analogamente a quanto ritenuto soddisfacente per la digestione anaerobica non deve essere inferiore al 40%.

Lo svantaggio di questo tipo di tecnica è che non consente alcun recupero energetico, ed ha costi abbastanza elevati. Dati del 2002 indicavano un costo per abitante equivalent pari a 11,2 euro.

Il trattamento normalmente più usato per la gestione del fango è quello della digestione anaerobica. Nei sistemi anaerobici si sfrutta l’azione di microrganismi in grado di sopravvivere in assenza di ossigeno disciolto. Il processo di digestione anaerobica procede attraverso queste fasi:

Suddivisione delle molecole più grandi, come ad esempio:

carboidrati →zuccheri semplici

proteine →amminoacidi

grassi →glicerolo

Fermentazione acida, condotta da acido produttori, in cui i prodotti formatisi nella fase precedente sono trasformati in acidi grassi volatili (butirrico, propionico, acetico) ed in NH₃, H₂S, CO₂(nel corso di tale fase il pH si porta fino a 5).

Tali acidi sono soggetti a degradazione da parte di batteri metanigeni, che utilizzano quale accettore di idrogeno unicamente il carbonio delle molecole organiche con formazione prevalente di CH₄ e CO₂.

Nella gestione degli impianti reali è necessario controllare che si stabilisca un equilibrio tra la fase acida e quella metanigena. È necessario, cioè, che la quantità di acidi volatili che si produce non superi la capacità di degradazione della massa batterica metanigena, che, essendo caratterizzata da una più ridotta velocità di degradazione, regola la velocità dell’intero processo.

La temperatura del processo anerobico è un fattore fondamentale (come per tutti i processi biologici).

Le temperature di esercizio di un processo di digestione anaerobica possono essere principalmente:

processo psicrofilo(4-25 °C; valori ottimali 15-20 °C);

processo mesofilo(10-40 °C; valori ottimali 30-35 °C);

processo termofilo(45-70 °C; valori ottimali 55-60 °C).

La possibilità effettiva di poter regolare la temperatura di esercizio è legata, nel caso specifico, alla disponibilità del biogas prodotto.

I controlli che si devono dunque effettuare su questa fase del processo sono diversi, e devono essere confrontati. Sul fango in digestione si deve verificare il valore della temperatura di processo, determinare ad intervalli di tempo prestabiliti il valore degli acidi volatili e dell’alcalinità, verificare la riduzione di sostanza organica percentuale. Tutti questi dati permettono di identificare le disfunzioni del processo, pianificare la necessità di interventi di manutenzione per esempio allo scambiatore di calore, che col tempo può diminuire l’efficienza a causa dei fenomeni di biofouling.

Vengono utilizzati poi per il controllo direttamente sull’impianto dei misuratori portatili di gas, che consentono di verificare la quantità percentuale di CH₄ e di CO₂ che sono i parametri principali che definiscono la qualità del biogas prodotto. Il terzo parametro importante da determinare è quello del valore di H₂S per due principali ragioni: la prima è la tossicità del composto, la seconda è che, se il valore di questo parametro è elevato, occorre prevedere un processo di desolforazione del biogas, per impedire fenomeni di malfunzionamento e di corrosione e quindi di usura prematura delle parti metalliche. Un tipico esempio può essere quello della corrosione della caldaia di combustione del biogas prodotto, soprattutto negli impianti di costruzione più remota.

Dopo questa fase di trattamento, il fango viene inviato al trattamento di disidratazione.

(continua)

Nota: Per abitante equivalente si intende la quantità di sostanze organiche biodegradabili, derivate da un’utenza civile o assimilabile a questa, convogliate in fognatura nell’arco temporale di un giorno (24 ore) cui corrisponde una richiesta biochimica di ossigeno a 5 giorni (120 ore) pari a 60 grammi di O₂ al giorno (D.Lgs. 152/06 art. 74-Definizioni)

Piccola lezione sui fanghi di depurazione.3: i controlli (parte seconda)

Mauro Icardi

(I precedenti post di questa serie qui e qui.)

Per terminare la rassegna dei controlli che si effettuano sui fanghi della vasca di ossidazione, occorre parlare della verifica della concentrazione di ossigeno disciolto. Questo perché nei processi a fanghi attivi di tipo aerobico è estremamente importante il buon funzionamento del sistema di areazione. L’apporto di aria (o in casi particolari di ossigeno liquido, che viene vaporizzato tramite appositi impianti) serve a mantenere una concentrazione non limitante per i processi di depurazione biologica, ma anche una buona miscelazione della sospensione areata acqua/fango. Normalmente il valore di ossigeno disciolto ritenuto ottimale si aggira intorno a valori di 2 mg/lt. Valori inferiori rallentano il processo di nitrificazione dell’ammonio, e valori superiori potrebbero rallentare la velocità di assorbimento dell’ossigeno da parte della biomassa aerobica.

Normalmente sulle vasche di ossidazione sono installate delle sonde di misura dell’ossigeno funzionanti in continuo, che permettono la verifica e la registrazione dei valori. La variazione marcata e repentina di questo parametro, può essere correlata per esempio a variazioni di carico entrante nell’impianto. Le moderne sonde attualmente utilizzate utilizzano il principio ottico della fluorescenza, è un principio ottico di misura dell’ossigeno nei liquidi. La tecnologia del sensore ottico di ossigeno si basa su un metodo di determinazione di tipo ottico chiamato “quenching di fluorescenza”. A differenza di un’elettrodo amperometrico , che misura una reazione di redox dell’ossigeno all’elettrodo, il metodo ottico è basato su un trasferimento di energia tra un cromoforo fluorescente (fluoroforo) e l’ossigeno.

Un fluoroforo integrato nella punta del sensore viene illuminato con una luce verde-blu proveniente da una sorgente LED. Il fluoroforo assorbe energia e ne trasferisce una parte in forma di luce rossa fluorescente emessa. Un rilevatore posto nel sensore legge la luce fluorescente emessa e ne misura intensità e durata.

In presenza di ossigeno, il fluoroforo trasferisce parte dell’energia assorbita alle molecole di ossigeno. L’ossigeno assorbe l’energia e la trasferisce sotto forma di calore all’area circostante, causando una variazione di intensità della fluorescenza. Questa variazione è direttamente correlate alla pressione parziale di ossigeno nel mezzo e costituisce il principio di base della misura.

Secondo la legge di Henry, la quantità di un dato gas disciolto in un dato tipo e volume di liquido è direttamente proporzionale alla pressione parziale (p) di tale gas in equilibrio con tale liquido. Si tratta di un fattore molto importante per tutte le misure dell’ossigeno.

Le sonde normalmente rilevano anche il valore della temperatura, altro parametro di grande importanza. In sostanza una vasca di ossidazione è un reattore biologico. La temperatura di questo reattore non è però regolabile a piacere, ma subisce della variazioni stagionali, anche se non scende mai, di solito, a valori inferiori a 10-12°C, perlomeno in Italia.

(continua)

Piccola lezione sui fanghi di depurazione. 2. I controlli. Parte prima

Mauro Icardi

(la prima parte di questo post è qui)

Nella normativa relativa alla depurazione delle acque di scarico non è previsto l’obbligo di verificare le caratteristiche dei fanghi di depurazione, così come è invece previsto per la linea di trattamento delle acque reflue. Ma considerato che i fanghi sono prodotti proprio dal trattamento depurativo delle acque, terminati i processi di trattamento, quali ad esempio l’ispessimento, la digestione anaerobica, e la disidratazione, i fanghi che devono essere smaltiti diventano rifiuti speciali, identificati dai codici CER 190804 o 190805. In questo caso sono soggetti a controlli e adempimenti relativi alla gestione dei rifiuti, e quindi vengono verificate le concentrazioni limite degli inquinanti presenti che sono stati eliminati dall’acqua reflua depurata, prima di identificare la destinazione di smaltimento o di recupero. Le principali destinazioni dei fanghi possono essere per lo smaltimento la discarica o l’incenerimento, e nel caso del recupero principalmente il riutilizzo agricolo, che nell’ultimo periodo è stato molto criticato, sollevando dubbi nella pubblica opinione, ma anche problemi di gestione degli stessi fanghi. Vediamo quali sono i principali controlli che si possono effettuare sui fanghi, nelle varie fasi di trattamento.

Per effettuare una corretta gestione del processo depurativo si stabiliscono normalmente dei work planning aziendali, per determinare diversi parametri utili al controllo di processo in vasca di ossidazione. I principali controlli possono richiedere la verifica di parametri di tipo chimico, biologico, e tecnologico. Non è poi da trascurare l’osservazione diretta del comparto di ossidazione biologica. A volte, soprattutto dopo molti anni di lavoro, si riescono a identificare con il semplice colpo d’occhio eventuali disfunzioni del processo depurativo.

Una delle operazione più semplici da effettuarsi è quella della registrazione del valore della sedimentazione dei fanghi in cono Imhoff.

Il cono di Imhoff è un recipiente di vetro o materiale plastico a forma di cono, sorretto da un apposito sostegno. Il volume del cono di Imhoff è 1 litro, e la graduazione parte, e quindi ha lo zero, in corrispondenza del vertice del cono, e poi, procede verso l’alto. Con questa apparecchiatura molto semplice, si può verificare la tendenza alla sedimentazione di un fango prelevato nella fase di ossidazione, oppure di ricircolo di un impianto di depurazione biologica.

Nell’immagine si può vedere a sinistra un fango con buona tendenza alla sedimentazione, e con una divisione marcata dell’interfaccia fango/acqua chiarificata. Mentre a destra si vede un fango con caratteristiche piuttosto problematiche, e con una scarsa tendenza alla sedimentazione.

Praticamente il cono di Imhoff riproduce le condizioni di sedimentazione che si verificheranno poi nel sedimentatore dell’impianto di depurazione.

Associata a queste verifiche visuali, vi è la determinazione dell’indice di volume del fango sludge volume index, abbreviato in SVI. Per determinare questo parametro, si rileva semplicemente il volume di fango letto sulla scala graduata del cono Imhoff dopo 30 minuti di sedimentazione, e lo si divide per la concentrazione di fango espressa in g/lt ottenuta dopo filtrazione su carta da filtro e successiva evaporazione dell’acqua in stufa alla temperatura di 105° C. (SVI=volume del fango sedimentato [ml/l] / quantità di solidi sospesi [mg/l]).

Si ritiene che un fango abbia buone caratteristiche di sedimentabilità se ha uno SVI non superiore a 250 ml/lt.

Viene determinata poi anche la percentuale di sostanza organica volatile indicata come tenore delle materie secche volatili ; rappresenta la porzione di sostanza secca che viene eliminata per calcinazione alla temperatura di 550 °C e viene normalmente espressa come percentuale di materiale volatile sulla totalità del contenuto di sostanza secca.

La determinazione si effettua ponendo il filtro in un crogiolo di porcellana, e poi in forno elettrico a muffola.

Il valore del contenuto di sostanza secca del fango varia con il tipo di fango considerato: fango derivante dalla sedimentazione primaria, fango contenuto nella vasca di aerazione, fango del sedimentatore secondario, fango misto, fango parzialmente o totalmente mineralizzato, fango parzialmente ispessito ecc. In ogni caso tuttavia questo valore risulta molto basso, inferiore al 5% e in molti casi inferiore al 3%.

Altro controllo che si esegue è quello dell’analisi microscopica del fango attivo. Il processo a fanghi attivi ha lo scopo di raggiungere la massima riduzione di BOD e di nutrienti dai liquami trattati, con la minima produzione di fanghi biologici. I protisti sono importanti costituenti delle comunità implicate nella rimozione di sostanza organica biodegradabile e di batteri dispersi nella miscela aerata in questo tipo di processo di trattamento dei liquami. I trattamenti biologici, infatti, si basano sul processo di autodepurazione tipico dei corsi d’acqua quale risultato dell’attività delle comunità microbiche.

L’osservazione microscopica del fango di depurazione può dare importanti informazioni sull’equilibrio tra decompositori (batteri, funghi) che ricavano l’energia per il loro sviluppo dalla sostanza organica disciolta nel liquame, e consumatori (flagellati eterotrofici, ciliati, rizopodi, e piccoli metazoi) che predano i batteri dispersi e altri organismi.

I protozoi ciliati sono molto numerosi in tutti i tipi di processi di trattamento aerobico dei liquami, e la loro presenza diffusa è indice di un buon funzionamento della fase ossidazione biologica.

Piccola lezione sui fanghi di depurazione.1.

Mauro Icardi

La polemica sul decreto Genova, relativamente al fango di depurazione non si è ancora esaurita. In questo post vorrei fare una specie di breve lezione. Che serva per spiegare come si originano e perché.

I fanghi di depurazione si originano come principale residuo dei processi depurativi. Sono sostanzialmente una sospensione di solidi di varia natura, organici ed inorganici e con una percentuale di sostanze secche (che nel gergo degli addetti viene definita normalmente “secco”), variabile in funzione del tipo di processo di trattamento che il liquame ha subito. I fanghi di depurazione sono originati nei processi di sedimentazione, e si distinguono in fanghi originati dalla sedimentazione primaria, e da quella secondaria o finale. Il miscuglio di questi due tipi di fanghi origina il cosiddetto fango misto, che è quello che deve subire il trattamento di stabilizzazione e di disidratazione finale.

I fanghi estratti dalla sedimentazione secondaria possono essere stati prodotti da sistemi di trattamento a colture sospese (vasca di ossidazione biologica), da sistemi a biomassa adesa (letti percolatori o biodischi) e dai più recenti sistemi a membrana. Altri tipi di fanghi possono invece derivare da processi di chiariflocculazione per esempio la defosfatazione chimica, che si adotta per rispettare il limite di legge per il fosforo, che normalmente riesce ad essere abbattuto solo in percentuali pari al 50% se si effettua il solo trattamento di tipo biologico.Nel 2015 i fanghi dal trattamento delle acque reflue urbane prodotti sul territorio nazionale (codice 190805) sono pari a oltre 3 milioni di tonnellate. La Lombardia e l’Emilia Romagna con, rispettivamente, 448 mila tonnellate e 409 mila tonnellate sono le regioni con il maggiore quantitativo prodotto, seguite dal Veneto (361 mila tonnellate) e dal Lazio (312 mila tonnellate) (Figura 4.3). Il quantitativo di fanghi gestito, nel 2015, è pari a circa 2,9 milioni di tonnellate.

I fanghi rappresentano il cuore del trattamento depurativo, e sono la fase del trattamento su cui in futuro maggiormente si dovranno concentrare gli sforzi dei gestori, dei ricercatori, degli enti di controllo. Per minimizzarne la produzione, e per trovare il modo ecologicamente sicuro, economicamente sostenibile e socialmente accettato di essere smaltiti o recuperati.

I trattamenti dei fanghi devono essere differenziati in funzione della loro provenienza, ma due trattamenti sono solitamente comuni a tutti i tipi di fango: l’ispessimento e la disidratazione finale.

L’ispessimento serve a concentrare il fango e a ridurre al minimo il contenuto di acqua nello stesso.

Il tenore di acqua di un fango ( o umidità del fango) è il rapporto percentuale tra il peso dell’acqua contenuto nel fango, e il peso totale del fango, compresa tutta la fase acquosa. Si esprime con questa formula:  U_f (%) = 100*P_H2O/P_tot.

(continua)

altri articoli dello stesso autore sui fanghi

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2018/08/06/smaltimento-dei-fanghi-di-depurazione-qualche-considerazione-conclusiva/

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

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

Il fango e quegli idrocarburi del cavolo.

Claudio Della Volpe

Continuiamo a parlare dell’art.41 del decreto “Genova” di cui abbiamo già parlato in un post precedente; si tratta di un testo che è stato integrato durante l’approvazione del decreto “Genova” e il cui testo riporto in calce (lo trovate qui).

Ricordo che sulla composizione dei fanghi esisteva una legge dedicata la legge 99/92, in cui si scrivono criteri generali e nelle appendici una almeno parziale lista di limiti di composizione dell’effluente nei suoi rapporti con la matrice (qua si potrebbe discutere sul problema costituito dai rapporti fra effluenti e matrice, problema che già ebbe potente ruolo nel caso delle acque e della legge Merli, entrambi devono essere considerati). Sul tema le regioni più interessate avevano legiferato arrivando a stabilire criteri su altri componenti, in particolare gli idrocarburi C₁₀-C₄₀; contro quel limite e su altri, alcuni comuni lombardi avevano fatto ricorso e il TAR e la Cassazione gli avevano dato ragione, sostenendo che

“i fanghi da depurazione sono destinati ad essere mescolati ad ampie porzioni di terreno e a divenire, quindi, un tutt’uno con esso; appare pertanto logico che il fango rispetti i limiti previsti per la matrice ambientale a cui dovrà essere assimilato”

una logica fallace, che impedirebbe perfino di spargere dei comuni concimi biologici, in quanto nemmeno il letame rispetta i limiti previsti per la matrice ambientale e men che meno lo fanno i concimi di sintesi o altri ammendanti; eh si perchè miei cari Giudici delle Corti se si aggiungono essi vengono aggiunti proprio allo scopo di modificare le caratteristiche del terreno, reintegrando ciò che è stato consumato dalla produzione di cibo oppure introducendo componenti necessari ma non presenti! Questo criterio trascura anche il fatto che il terreno è una struttura di massa molto maggiore del fango (che vi può venire aggiunto secondo l’art. 3 della legge 99/92 in ragione di sole 15ton/ettaro, ossia una frazione dell’ordine dell’1/1000 o meno della massa di terreno per ettaro usata in agricoltura che arriva almeno a 40cm) che dunque lo diluisce; che è una struttura viva, che è in grado cioè “metabolizzare” il fango di trasformarlo almeno parzialmente.

Per questo mentre ha senso imporre limiti uguali a quelli del suolo per il cadmio, presente come ione e che non potrà essere “smontato” in alcun modo, così come per molecole organiche stabili, i POPs, persistent organic pollutants come il DDT o il PCB, non è la stessa cosa per le molecole come gli idrocarburi lineari che sono persino presenti anche nella struttura dei tessuti organici (come vedremo più avanti).

Ma tant’è! Questo ha bloccato il riciclo dei fanghi e dunque ha portato alla necessità di modificare le cose, regolamentando meglio della legge 99 la situazione, come sta facendo il Parlamento con l’art.41 che AGGIUNGE nuovi limiti per i fanghi che prima non esistevano.

Ovviamente le proteste dei Comuni e dei loro cittadini hanno motivi ragionevoli, per esempio nell’abuso legato all’uso di fanghi non civili o all’eccesso di uso, al modo scorretto di trasporto oppure infine all’odore pestifero e così via, tutti aspetti però che non toccano il problema di fondo e che devono essere risolti per altra via, per esempio migliorando la depurazione (come descritto da Mauro Icardi in post precedenti), imponendo metodi di trasporto diversi, con maggiori controlli sulle distanze dalle abitazioni e contrastando le ecomafie che sono diffuse anche nelle regioni del Nord non solo nella “terra dei fuochi”, dunque con una legge più completa e moderna della 99/92.

I fanghi di origine civile (cioè le nostre deiezioni così come il letame e le altre deiezioni degli animali a noi asserviti) sono utili all’agricoltura e servono a chiudere il ciclo agricolo, cosa del tutto necessaria e logica e che noi non facciamo ancora o forse non facciamo più, dato che la logica del riciclo è parte della cultura dell’agricoltura tradizionale da millenni.

Ovviamente le deiezioni di una volta, che i contadini riusavano nel terreno (si veda la citazione di Liebig nel post precedente) erano diverse da quelle attuali; vi pare strano? E invece no, non solo perchè mangiamo cose diverse, ma anche perchè nei depuratori arrivano oltre ai resti del cibo anche altri prodotti casalinghi; i detersivi, i cosmetici, le droghe, i farmaci e tanti altri prodotti di sintesi che certo il contadino di Liebig non usava.

Questo impone un riesame continuo dei metodi di depurazione che sono stati esaminati nei numerosi post di Mauro Icardi in questo blog e che devono essere adeguati, studiati migliorati; il depuratore deve diventare la fabbrica dell’acqua, ma anche il centro di un modo nuovo di sentirci parte dell’ecosfera.

Noi non siamo estranei all’ecosfera, ne siamo parte integrante; la vita è a sua volta parte della superficie terrestre, di quel supersistema di interazioni che Lovelock ha chiamato Gaia. Il depuratore non è un posto che puzza, è un momento cruciale di questa interazione, il simbolo della nostra capacità di integrarci in Gaia.

Voglio chiudere questo post raccontandovi una cosa che riguarda la presenza degli idrocarburi lineari nelle piante e dunque nei campi e nel suolo; degli idrocarburi in genere abbiamo già detto (sono infatti idrocarburi lineari ma insaturi il licopene del pomodoro, il betacarotene della carota); parliamo di quelli saturi.

Come ho raccontato altrove mi occupo di bagnabilità; per esempio di cose come l’angolo di contatto delle superfici e dunque anche di quelle naturali; molti lettori avranno sentito parlare del loto e delle superfici superidrofobiche, ossia che non si bagnano. Molte piante hanno sviluppato strutture superficiali che servono proprio a questo, che tengono cioè la superficie foliare pulita, priva di acqua, perchè l’acqua oltre ad essere un bene prezioso e necessario è anche il vettore di infezioni: muffe, batteri e funghi. Dunque controllare il suo flusso ed evitare il suo accumulo in certe zone è fondamentale; anche l’acqua è una molecola a due facce, come tutte le cose, buona e cattiva, la dualità della Natura, la dialettica della natura (avrebbe detto Guido Barone che ci ha lasciato da poco: “ogni molecola ha due corni”). L’acqua è fondamentale da bere, ma evitate di farla entrare nei vostri polmoni, diventa mortale.

Una foglia di loto coltivata in una vasca nel mio laboratorio, notate la forma delle gocce di acqua che non “si attaccano” ma scivolano sulla superficie.

Come fanno le piante a creare superfici superidrofobiche? Nessun materiale supera la idrofobicità dei legami fluorurati CF o anche CH; il comune materiale idrofobico naturale sono le cere, ossia catene idrocarburiche CH₂, terminate con CH₃. Alcune di queste cere cristallizzano spontaneamente in forme aghiformi, dando luogo dunque a strutture “pelose” di fili idrofobici.La superficie di una foglia di loto al SEM dell’Ospedale S. Chiara di Trento che ringrazio. Notate la pelosità superficiale dovuta alle cere epicuticolari.

E’ un trucco molto comune in natura; gli uccelli acquatici si lisciano continuamente le penne costituite di strutture filamentose per spargere il grasso prodotto dalle loro ghiandole superficiali e rendono le penne idrofobiche; infatti la scadente capillarità dei grassi (e delle cere) impedisce all’acqua di scacciare l’aria dai loro sottili contorni e dunque impedisce di raffreddare l’animale, che rimane nelle sue penne come in un …piumino.

Le piante, la cui dinamica è molto più lenta degli animali, usano strutture diverse, le cosiddette cere epicuticolari che stabiliscono il loro dominio all’estremo del loro corpo, all’esterno delle pectine e della cellulosa, impedendo la penetrazione dell’acqua e anzi facilitandone lo scorrimento. Il loto è il sacro simbolo della purezza, grazie a questo trucco; ma in realtà molte piante comuni ed umili sono altrettanto ricche di cere epicuticolari.

Il comune cavolo, Brassica Oleracea, diffuso alimento delle regioni del Nord contiene 50microgrammi di cera per ogni cm² di superficie foliare ed è altrettando superidrofobico del loto. Un metro quadro di foglia contiene dunque 0.5grammi di cere e una pianta di cavolo può contenere grammi di cere epicuticolari (Acta agriculturae Slovenica, 91 – 2, september 2008 str. 361 – 370 DOI: 10.2478/v10014-008-0016-3).

Di cosa sono fatte le cere? Sono sostanzialmente idrocarburi lineari a catena maggiore di C₁₆, perché l’esadecano è l’ultimo idrocarburo lineare saturo a fondere a t ambiente. La cera della candela è di origine minerale, petrolifera ma è fatta al medesimo modo. Le cere epicuticolari sono costituite di varie sostanze, contenenti nel caso del cavolo, tutte una catena C₂₇-C₃₁, principalmente C₂₉ , compresi in quantità notevole degli idrocarburi lineari veri e proprii (attorno a un terzo del totale delle cere); un campo di cavolo contiene dunque idrocarburi lineari di quel tipo in dose misurabile e non lontana dai limiti fissati dall’art.41 (parte f della figura successiva). Ve lo aspettavate?SEM micrographs of cell surface structuring by epicuticular waxes. (a) Thin wax films, hardly visible in SEM, cover many plant surfaces as indicated here in H. bonariensis. (b) A wax crust with fissures on a leaf of Crassula ovate, (c) β-diketone wax tubules of E. gunnii and (d) nonacosan-ol tubules on Thalictrum flavum glaucum leaves are shown. (e) Wax platelets on Robinia pseudoacacia leaves are arranged in rosettes. The waxes shown are (f) simple rodlets on a leaf of Brassica oleracea, whereas the rodlets shown are (g) transversely ridged rodlets on a leaf of Sassafras albidum. (h) Mechanically isolated waxes from a leaf of Thalictrum flavum on a glass surface show wax tubules and the underlying wax film.

Phil. Trans. Roy. Soc. A Superhydrophobic and superhydrophilic plant surfaces: an inspiration for biomimetic materials Kerstin Koch, Wilhelm Barthlott

Laila R, Robin AHK, Yang K, Park J-I, Suh MC, Kim J and Nou I-S (2017) Developmental and Genotypic Variation in Leaf Wax Content and Composition, and in Expression of Wax Biosynthetic Genes in Brassica oleracea var. capitata. Front. Plant Sci. 7:1972. doi: 10.3389/fpls.2016.01972

Ma non è il solo alimento comune; in modo simile il pisello contiene elevate quantità di cere epicuticolari, così come altre comuni piante.

Attenti dunque, nella furia antifanghista, a non mettere fuori legge i campi di cavoli e piselli!

(ah dimenticavo un dettaglio; nella cera d’api un settimo circa (15%) è costituito da idrocarburi lineari della medesima dimensione di cui parliamo qui, il resto sono in gran parte acidi grassi, sempre solita catena molto lunga, attenti dunque al suolo sotto gli alveari, sarà mica fuori legge pure quello?)

L’art.41 non è una soluzione completa, è una misura di emergenza che dovrà essere sostituita da un aggiornamento della 99/92, si potrebbe scrivere meglio, ma non è un imbroglio, né una misura da inquinatori. Se ne convincessero gli ambientalisti.

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Testo art. 41 dopo approvazione della Camera.

Il testo è diviso in due colonne; a sinistra com’era uscito dal Consiglio dei Ministri, a destra dopo le modifiche in Commissione

Ciclo dell’acqua: il problema dello smaltimento del fango residuo.

Mauro Icardi

Lo scorso 27 Aprile ho scritto un post riguardante la controversa e discussa situazione del recupero agricolo dei fanghi di depurazione.

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2018/04/27/nulla-si-distrugge-tutto-si-trasforma/

Ho tentato di dare le informazioni essenziali relativamente ad un problema appunto delicato. Lo scorso 20 Luglio la terza sezione del Tar della Lombardia, ha accolto il ricorso di una cinquantina di comuni del pavese e del lodigiano contro la delibera regionale n. 7076 dell’11 settembre 2017 con cui la Regione Lombardia aveva modificato i parametri relativi all’utilizzo dei fanghi da depurazione delle acque reflue degli impianti civili ed industriali in agricoltura. Le sentenze ovviamente si rispettano, così come le legittime istanze dei proponenti. Ma in questo momento viste le limitazioni di parametro per i parametri relativi agli idrocarburi C10-C40, che era stato fissato in 10.000 mg/kg ss, e di 50 mg/kg per i parametri Nonilfenolo e Nonilfenolo mono e dietossilato esse rendono di fatto impraticabile questa destinazione per i fanghi prodotti dai depuratori.

Questi limiti non sono sempre superati, ma anche a livello analitico, data la matrice particolarmente difficile i valori che si ottengono, sia da laboratori interni, che da laboratori esterni sono decisamente “ballerini”.

Ma qualche considerazione deve ovviamente essere fatta. Per il momento solo alcune considerazioni sugli effetti immediati di questa decisione, dal punto di vista gestionale ed operativo. Successivamente dopo una lettura ulteriore della sentenza del tar, potrò ulteriormente approfondire altri aspetti di questa vicenda ,che come è intuitivo non è possibile trattare in un solo articolo, data la complessità.

Per altro, la sensazione che si sarebbe arrivati ad un ulteriore stop l’avevo da tempo. E così effettivamente è stato.

In ogni caso le prime reazioni non si sono fatte attendere, basta fare una breve rassegna stampa.

http://iltirreno.gelocal.it/grosseto/cronaca/2018/07/25/news/fanghi-stop-all-invio-in-lombardia-costi-di-smaltimento-verso-l-impennata-1.17093767

Per quanto riguarda la situazione che vivo personalmente posso tranquillamente dire che, oltre all’aspetto prettamente economico, anche dove lavoro siamo al momento in piena emergenza.

La priorità sarà quella di trovare nuovi poli di smaltimento con probabile aumento dei costi, e nello stesso tempo la necessità di garantire un funzionamento accettabile degli impianti da gestire, cercando di rispettare i valori di parametro richiesti. Non è una situazione nuova. Si è già presentata altre volte. Vedremo come affrontarla.

Probabilmente dato anche il periodo di prevedibile diminuzione di carico e di portata influente, riusciremo a non peggiorare la qualità delle acque in uscita. Non così potrebbe essere per impianti soggetti a fluttuazioni di portata e di carico, come quelli toscani, dove la popolazione aumenta durante il periodo estivo per l’arrivo dei turisti.

Nei prossimi giorni dovrò lavorare su impianti in cui giorno dopo giorno la concentrazione di fanghi probabilmente crescerà, fino a raggiungere valori non usuali. Dove lavorare sarà difficoltoso.

Si lavora agevolmente con concentrazioni di fango di due, tre, quattro grammi litro. Si può arrivare anche a quaranta (ed è capitato, lo posso garantire). Ma a quel punto sulle vasche devi usare non la mascherina, ma la maschera antigas, altrimenti (ed è capitato anche questo in passato ad un collega), su quelle vasche, con il caldo ci puoi svenire. E a quel punto tutti i parametri di controllo (ossigeno disciolto, carico del fango, età del fango) non hanno di fatto più nessun significato reale. E gli effetti di eventuali eventi di forte pioggia saranno decisamente peggiorativi della qualità delle acque. Solo impianti con la possibilità di utilizzo di vasche di accumulo risentiranno meno di questa situazione.

Probabilmente non si arriverà a questi estremi. E’ la mia speranza. I fanghi prodotti dai depuratori non sono un invenzione. Le stime IRSA CNR prevedono per il 2020 che la quantità prodotta si dovrebbe attestare su valori di un milione e cinquecentomila tonnellate/anno di sostanza secca. Questo è quanto si produce dal trattamento delle acque che usiamo. I poli di smaltimento dei fanghi al momento sono quelli usuali: discarica, incenerimento con recupero energetico, incenerimento in cementifici, recupero in agricoltura. A condizione però che su quest’ultima attività si lavori molto seriamente sia per l’emanazione di una nuova normativa, sia che siano studiati in maniera particolarmente approfondita gli effetti reali di questa pratica.

Allo stato attuale praticamente tutti depuratori hanno ancora una sezione di ossidazione biologica. L’eventuale revamping di tutti i depuratori tradizionali non è sensatamente praticabile, ed è un incognita per quanto riguarda i costi. Quindi per il momento i fanghi devono trovare una collocazione, pena il blocco del sistema depurativo.

L’acqua pubblica, l’acqua diritto universale ha bisogno di scelte reali. Condivise, controllate, trasparenti, ma reali. Non servono né tentennamenti, né demagogie. Serve condivisione, con gli utenti per primi. Servono sinergie tra enti di ricerca, università, aziende. Normative chiare e fruibili. Tutto quello che succede nei soliti paesi virtuosi (Olanda, Francia, Svezia). Quindi non è utopia.

Ma nel frattempo la realtà è questa.

http://www.greenreport.it/news/economia-ecologica/acqua-allitalia-185-milioni-euro-multe-un-anno-la-mancata-depurazione/

Non è cosi ovviamente in tutte le realtà. Ma la situazione di chiaroscuro esiste.

Così come non da anni, ma da decenni sentiamo dire che per l’acqua potabile continuano le dispersioni.

http://www.cnrweb.tv/dispersa-nel-suolo-il-40-dellacqua-della-rete/

Negli anni 80 la rivista “Airone” proponeva un new deal ambientale. Ne ho la memoria precisa.

Credo che sarebbe il caso di prenderla in considerazione.

Prima della chiusura devo riparare ad una omissione (ovviamente non voluta) che è relativa all’articolo precedente a questo. Nella parte iniziale parlavo della scomparsa del tema acqua dalle prime pagine dei giornali. Ma in effetti ho dimenticato di citare il continuo lavoro di divulgazione che da anni porta avanti Luca Mercalli. Del suo programma “Scala Mercalli” sciaguratamente chiuso dove un’intera puntata della seconda serie era dedicata all’acqua, alle pillole che vengono trasmesse su Rainews 24, ed agli articoli che scrive sul terzo quotidiano nazionale “La Stampa.” Piccolo ricordo personale, senza intenzione di ruffianeria o piaggeria. Un pranzo insieme a Cremona, dopo una sua conferenza, nel quale abbiamo parlato insieme della necessità futura di parlare dell’acqua, come in effetti poi è stato. Questo è il mio personale ringraziamento.

Prima di chiudere devo anche fare un’altra citazione. E la citazione riguarda il collega di redazione Giorgio Nebbia, che so essere decisamente persona riservata. Ma avevo già citato questa sua frase in uno dei miei primi articoli. Giorgio mi scuserà se la ripropongo.

“mi rendo conto che può sembrare non gratificante dedicarsi all’analisi e allo studio dei liquami zootecnici o dei reflui degli impianti di depurazione urbana, anche se si tratta, solo in Italia, di alcuni miliardi di metri cubi all’anno, da cui potrebbero essere ricavate altre soluzioni forse non potabili, ma utilizzabili in agricoltura (e, con un po’ di furbizia, anche come fonti di metano). La chimica modesta è spesso molto utile per il, paese.”

Da domani al lavoro inizieremo la ricerca di nuovi poli di smaltimento. Io ho già preso contatto con due amici di lunga data con cui collaboro, e che lavorano nel settore. Se otterrò la necessaria autorizzazione in tempi sufficientemente rapidi utilizzeremo un impianto pilota per prove di trattamento terziario sia su acqua che su fanghi di depurazione. Lo scopo è quello di verificare la possibilità concreta di abbattimento di POP (persistent organic pollutant),che era lo scopo primario, e di verificare a questo punto anche la possibilità della riduzione delle quantità di fango di supero da avviare in fase di digestione anaerobica. La tecnica utilizzata prevede l’ossigenazione spinta del refluo tramite effetto idraulico venturi, combinata con l’iniezione di un ossidante, che può essere aria, ossigeno puro, oppure ozono.

Da queste eventuali prime valutazioni si potrebbe (per meglio dire dovrebbe) verificare l’applicabilità diretta sull’impianto. Il futuro del trattamento delle acque è indubitabilmente legato all’estensione dei trattamenti terziari. I quali però devono avere due caratteristiche: la sostenibilità economico/energetica, e le dimensioni contenute per la riduzione dei costi di ampliamento dei depuratori esistenti.

Nel frattempo è auspicabile che la querelle legata allo smaltimento dei fanghi di depurazione, che attiene con tutta evidenza al settore rifiuti trovi adeguata attenzione. Sia dal punto di vista normativo che da quello di ricerca scientifica. Il tutto associato ad un’attività capillare di controllo sulle attività di recupero e smaltimento dei fanghi.

Altrimenti non esisteranno alternative praticabili. E i rifiuti resteranno tristemente uno dei business della criminalità organizzata, o di operatori senza scrupoli. E questa è una situazione che non dobbiamo più ritenere normale o accettabile.

Nulla si distrugge, tutto si trasforma.

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

Trattamento e recupero dei fanghi di depurazione

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

a cura di Mauro Icardi

Il trattamento dei fanghi residui dal trattamento di depurazione delle acque reflue è dal punto di vista organizzativo, tecnico, e di pianificazione quello che più impegna da decenni tecnici ed operatori del settore.

Gli inquinanti che vengono rimossi dai trattamenti depurativi si concentrano nei fanghi. Negli impianti di depurazione municipali o negli impianti di trattamento delle aziende il corretto trattamento dei fanghi rappresenta la soluzione a due problemi.

Uno economico e l’altro ambientale.

Cioè rendere il fango idoneo ad uno smaltimento finale ad un costo il più possibile contenuto e nel contempo non provocare problemi di carattere sanitario o di inquinamento. I nuovi limiti più restrittivi imposti dalle norme europee (direttiva comunitaria 91/271/EEC) hanno fatto crescere la quantità dei fanghi prodotti dagli impianti a seguito del miglioramento e potenziamento degli impianti esistenti e alla realizzazione di nuovi.

Attualmente la produzione di fanghi nell’unione europea ammonta a circa 10 milioni di tonnellate di sostanza secca. L’Italia ne produce circa un milione di tonnellate.

La regione Lombardia produce circa 800.000 tonnellate di fanghi di depurazione tal quali ( 120.000 tonnellate di sostanza secca). Il 50% proviene da impianti di trattamento da impianti di depurazione municipali. Il 30% da impianti di trattamento di acque industriali, ed il restante 20% da impianti dell’industria agroalimentare.

La regione Lombardia ha emanato un deliberazione risalente al Luglio 2014 (deliberazione X/2031 01/07/2014) nella quale consente ancora l’utilizzo dei fanghi di depurazione in agricoltura, riservandosi di introdurre nuovi criteri sulla qualità dei fanghi da destinare al riutilizzo in agricoltura se dovessero essere emanate modifiche alla normativa statale vigente.

Nel contempo rivestono sempre maggior interesse le tecniche applicabili agli impianti di trattamento che hanno lo scopo di ridurne la produzione.

 

Per quanto riguarda lo smaltimento dei fanghi per il riutilizzo in agricoltura sono da considerare con molta attenzione i valori limite per i metalli pesanti e le caratteristiche agronomiche dei fanghi. In particolare la composizione in carbonio organico, fosforo, azoto totale.

Queste le concentrazioni ammesse per i metalli nella deliberazione della Regione Lombardia

Metalli pesanti

Cadmio (Cd) mg/kg ss ≤ 22

Rame (Cu) mg/kg ss ≤ 1200

Nichel (Ni) mg/kg ss ≤ 330

Piombo (Pb) mg/kg ss ≤ 900

Zinco (Zn) mg/kg ss ≤ 3000

Cromo (Crtot) mg/kg ss ≤ 900

Mercurio (Hg) mg/kg ss ≤ 11

Nutrienti

Carbonio organico % SS > 10

Azoto totale % SS > 1,0

L’utilizzo in agricoltura può essere una soluzione al progressivo impoverimento dell’humus dei terreni dovuta all’umidità e al riscaldamento. I fanghi non devono contenere sostanze persistenti e bioaccumulabili, e rimane comunque aperto il problema dei microinquinanti organici e degli inquinanti emergenti, tema che riguarda anche le acque reflue. Le analisi da effettuare per i microinquinanti organici sono quelle per la determinazione degli IPA;PCB;PCDD/F*. Queste analisi sono effettuate in fase di ammissibilità annuale per impianti di depurazione con potenzialità superiore ai 100.000 abitanti equivalenti. Questi i limiti ammessi

IPA mg/kg ss < 6

PCB mg/kg ss < 0,8

PCDD/F ng TEQ/kg ss < 50

I fanghi che possono essere ritirati sono di provenienza molto varia, per quanto riguarda quelli derivanti da processi di lavorazione dell’industria. Spaziano dall’industria alimentare fino alla produzione di grassi saponi e detergenti, che devono comunque rispettare i limiti precedenti.

I trattamenti di stabilizzazione e di igienizzazione consistono in digestione anaerobica mesofila a 35°C o termofila a 55° C con tempi di ritenzione minimi di trenta e venti giorni rispettivamente.

Anche la stabilizzazione aerobica prevede un tempo di ritenzione di venti giorni.

Altri trattamenti da che si effettuano sono la stabilizzazione con ossido di calcio e, se necessario, con acqua. Al termine dell’addizione del reagente, il fango è ammassato in apposita area per l’ultimazione del processo, conseguendo, contemporaneamente, un’adeguata igienizzazione. Durante tale periodo (qualche ora) si instaurano delle reazioni esotermiche che portano la temperatura della massa di fanghi fino a circa 50°-70° C. Terminata tale fase il fango ha raggiunto un pH alcalino almeno pari a 12.

Nel trattamento con ammoniaca Il fango, scaricato nell’area di messa in riserva, è immesso in apposito reattore/vasca chiusa in cui avviene il trattamento con il dosaggio di ammoniaca o soluzioni contenenti ammoniaca. Durante tale fase avviene un leggero innalzamento di pH ed un arricchimento di azoto. Il risultato è un fango igienizzato. Il processo avviene in ambiente liquido e pertanto è necessario che i fanghi miscelati raggiungano percentuali di sostanza secca con valori di circa 8 – 12%. In alcuni casi, per garantire condizioni di fluidità della miscela di fanghi, è aggiunta acqua.

Sono ammessi anche processi di trattamento termico (ad esempio trattamento termico del fango liquido per un minimo di 30 min a 70 °C) eventualmente combinati con processi di digestione anaerobica. Tali processi assicurano l’igienizzazione del fango.

Per ottenere un fango di maggiore qualità sarebbe consigliabile un trattamento ulteriore di compostaggio per migliorare la qualità agronomica.

I fanghi che non sono idonei al recupero agricolo possono essere destinati a trattamenti quali:

Co-Combustione dei fanghi tal quali (o previa disidratazione) presso inceneritori di rifiuti urbani, combustione presso inceneritori “dedicati” (previo essiccamento termico o disidratazione meccanica “spinta” per raggiungere la percentuale di secco sufficiente all’autonomia termica): una tipologia indicata di combustione appare in questo caso quella a “letto fluido”, utilizzo quale combustibile presso cementifici previa essicazione termica, combustione con produzione di vapore e produzione di energia utilizzabile per l’impianto, gassificazione, pirolisi, termocatalisi, etc.

TRATTAMENTI DI MINIMIZZAZIONE DELLA PRODUZIONE

Sono trattamenti che si possono effettuare sia nella linea acque, che nella linea fanghi.   Le tecniche innovative applicabili sulla linea acque possono essere di tipo biologico (idrolisi enzimatica, trattamento alternato ossidazione aerobico-anaerobico) e quelli chimici (ozonolisi e termochimico). Sono trattamenti più “rischiosi” che richiedono un controllo molto attento della gestione.

Più sicuri quelli sulla linea fanghi (idrolisi termica nella fase di digestione anaerobica), ultrasuoni, digestione anaerobica termofila. Quest’ultima risulterebbe molto agevolata dalla codigestione di residui di lavorazione agricoli e industriali quali scarti della produzione lattiero casearia o frazione umida dei rifiuti solidi negli esistenti digestori anaerobici degli impianti municipali e consortili.

Vediamo alcuni di questi trattamenti:

Idrolisi termica: Solubilizzazione del fango ⇒ miglioramento delle rese di digestione anaerobica ⇒incremento della produzione di biogas.

Consiste nella scissione delle cellule e delle lunghe catene di molecole in presenza di acqua grazie all’applicazione di calore (termica) e/o di un reattivo che ne altera il pH. I vantaggi di questo trattamento nella minor produzione di fango, nella maggior produzione di biogas, e nella migliore igienizzazione del fango.

Ultrasuoni: Utilizzo di ultrasuoni (onde sonore con frequenza 20 ÷ 40 KHz) per il trattamento di fanghi (primari e secondari) che generano pulsazioni all’interno della massa di fango costituita da bolle o cavità; queste bolle o cavità aumentano di diametro fino a raggiungere uno stato critico, in corrispondenza del quale implodono

Il risultato finale è la distruzione delle strutture solide contenute nel fanghi. Si incrementa il COD rapidamente biodegradabile o rapidamente idrolizzabile a spese dei solidi sospesi.

Questo tipo di trattamento migliora la successiva disidratabilità del fango riducendo il consumo di polielettrolita organico. Lo svantaggio consiste nell’elevato consumo energetico.

http://www.isprambiente.gov.it/it/pubblicazioni/manuali-e-linee-guida/digestione-anaerobica-della-frazione-organica-dei

http://www.isprambiente.gov.it/it/pubblicazioni/rapporti/l2019ottimizzazione-del-servizio-di-depurazione