potenziamento dell’impianto di Castelgomberto (VI) con i pacchi lamellari Chiariflus

P depurazione reflui

Miglioramento della sedimentazione in impianti sovraccaricati: pacchi lamellari e flottatori ad aria disciolta

Ing. Luigi Falletti * *collaboratore Università di Padova, consulente di aziende di servizi idrici integrati

Nel campo della depurazione dei reflui urbani la sedimentazione si utilizza come trattamento primario per separare dal refluo solidi organici (fanghi primari), come trattamento secondario per addensare e separare dall’effluente depurato la biomassa, e talvolta come trattamento terziario per separare dall’acqua precipitati chimici

I 30 laboratorio 2000 dicembre 2011

Sedimentatore tradizionale.

Il processo di sedimentazione è controllato

deve essere almeno 2–3 ore con la portata

superficiale di solidi sospesi (che, è bene

da alcuni parametri idraulici quali il tempo

media e 40–50 minuti con la portata

ricordare, dipende anche dalla portata

di residenza (rapporto tra il volume del

massima, il carico idraulico superficiale

di fango ricircolato) non superiore a 3–6

decantatore e la portata del refluo), il

non deve superare 2 m /m h con la portata

kgSST/m2h con la portata media e 9 kgSST/

carico idraulico superficiale (rapporto

media e 5 m3/m2h con la portata di punta

m2h con la portata massima (EPA, 1975;

tra la portata del refluo e la superficie

(De Martino, 1966; Masotti, 1996). Nel

Metcalf & Eddy, 1991; Masotti, 1996).

del decantatore) e il carico superficiale

caso dei sedimentatori secondari i valori

Sovraccarichi idraulici, apporti meteorici e

di solidi sospesi (rapporto tra il carico

indicati dalla letteratura tecnica sono più

infiltrazioni di acque parassite in reti miste

orario di solidi sospesi e la superficie del

cautelativi: tempo di residenza idraulico

o “miste di fatto” (anche se ufficialmente

decantatore). Affinché la sedimentazione

di almeno 2.5–3 ore con la portata media

nere) possono causare notevoli problemi

sia efficace, i valori di questi parametri

e 40–50 minuti con la portata massima,

al funzionamento dei decantatori e

devono stare all’interno di intervalli

carico idraulico superficiale non oltre

conseguentemente anche al processo

ricavati dalle esperienze precedenti. Per i

0.8–1 m3/m2h con la portata media e 2

biologico a fanghi attivi, il cui rendimento

sedimentatori primari il tempo di residenza

m /m h con la portata massima, carico

dipende molto dalla sedimentabilità

3

3

2

2

della biomassa. Due possibili soluzioni al problema sono rappresentate dai pacchi lamellari e dalla flottazione ad aria disciolta.

Sedimentatori a pacchi lamellari Sono una tecnologia ampiamente nota (Michael, 1972; Peavy et al., 1985; Metcalf & Eddy, 1991). La superficie effettiva di sedimentazione è incrementata da piatti inclinati o canali tubolari multipli adiacenti tra loro e inclinati 50-60° rispetto all’orizzontale; così le particelle hanno un flusso laminare, e la distanza che percorrono prima di sedimentare viene ridotta. Il refluo o la torbida (fig. 1) risale fino alla parte alta del sedimentatore attraverso i pacchi; qui le particelle solide urtano la superficie dei piatti inclinati o dei canali tubolari, si agglomerano, decantano e scendono verso il fondo della vasca. Dalla

Fig. 1- Schema di funzionamento di un sedimentatore a pacchi lamellari Modello Chiariflus® della Allegri Ecologia di Bianconese Fontevivo (PR).

tramoggia centrale le particelle possono essere estratte (come nei sedimentatori primari) o ricircolate alle vasche biologiche (come nei sedimentatori secondari).

L’acqua chiarificata esce dalla sezione dei pacchi attraverso orifizi o fessure, è raccolta in canalette e infine sfiorata. Nella letteratura tecnica sono riportati molti esempi di applicazioni di decantatori a pacchi lamellari per il trattamento delle acque e dei reflui. In uno studio su un impianto di depurazione a fanghi attivi (Saleh &Hamoda, 1999) sono stati posti a confronto un sedimentatore tradizionale e uno di pari dimensioni ma con i pacchi Fig. 2- Schema di funzionamento di un flottatore ad aria disciolta Modello Deltafloat® della ditta OMC Collareda di Schio (VI).

lamellari, con tempi di residenza tra 0.33–2.17 ore e concentrazioni di solidi sospesi nella torbida tra 1.5–3.1 kgSST/m3:

indici SVI > 400 mL/g. Le lamelle sono

e hanno permesso incrementi nella

con il sedimentatore tradizionale i carichi

state applicate con successo nei grandi

concentrazione di biomassa tra 50% e

idraulici superficiali erano tra 0.63–4.17 m3/

impianti di trattamento dei reflui urbani

100%. I pacchi lamellari sono stati utilizzati

m h, mentre con il sedimentatore a pacchi

anche con installazione diretta nelle

per il trattamento delle acque meteoriche

lamellari i carichi idraulici superficiali

vasche a fanghi attivi (Sekoulov & Plaß,

sfiorate dagli scaricatori di piena (Daligault

2

effettivi erano compresi tra 0.24–1.59 m /

1995; Kolisch & Schirmer, 2004; Jardin et

et al., 1999); sulla base dei dati relativi a

m2h e i rendimenti di rimozione dei solidi

al., 2008): esse hanno funzionato come

29 eventi meteorici, un decantatore con

sospesi hanno superato il 90% anche con

primo stadio di separazione solido-liquido

carico idraulico superficiale di 4.8 m3/m2h

3

31 laboratorio 2000 dicembre 2011

P depurazione reflui

ha rimosso il 54% dei SST, il 63% del COD,

vasca. Parte dell’acqua chiarificata è

chiarificata è estratta con un tubo forato

il 31% del BOD e il 24–44% dei metalli (Cd,

pressurizzata e saturata con aria a 5–6 bar

lungo il perimetro o la circonferenza del

Cu, Pb). Nel campo delle acque meteoriche

in un saturatore (ASR); secondo la legge

flottatore, quindi è avviata ai trattamenti

i pacchi lamellari sono stati applicati anche

di Henry l’acqua pressurizzata contiene

successivi e in parte ricircolata al saturatore

a valle di trattamenti chimici; Delporte et

una quantità d’aria che è circa 5–6 volte

ASR. La DAF è stata sviluppata e applicata

al. (1995) riportano i risultati di un impianto

maggiore rispetto al livello di saturazione

nel trattamento delle acque e dei reflui

dotato di flocculazione con tempo di

a 1 bar. L’acqua saturata è inviata assieme

per diversi scopi (Kiuru, 2000). Nella

residenza 15–25 min e dosaggio di cloruro

al refluo o alla torbida nel flotattore e

potabilizzazione delle acque con la DAF è

ferrico e polielettrolita, e di un decantatore

qui rapidamente depressurizzata (fig. 2):

stato possibile ottenere rese di rimozione

a pacchi lamellari con tempo di residenza

dall’acqua si liberano le microbolle d’aria

del carbonio organico totale (TOC) del

25–60 min e carico idraulico superficiale

che aderiscono ai solidi e li fanno risalire

43–71% con carichi idraulici superficiali di

compreso tra 14–35 m /m h: l’impianto ha

alla superficie; la flocculazione è favorita

20–40 m3/m2h (Amato et al., 2000), rese di

rimosso i SST con resa 88% e il COD totale

dal dosaggio di un polielettrolita. I solidi

rimozione della torbidità del 40–80% con

con resa 37%.

sono raccolti da un dispositivo rotante a

carichi idraulici superficiali di 15 m3/m2h

cucchiai differenziati e inviati per gravità

(Kempeneers et al., 2000), rimozione degli

a una tramoggia; da qui essi possono

oocisti di 2.2–2.8 log con carichi idraulici

essere mandati alla linea fanghi (DAF

superficiali di 14.6 m3/m2h (Edzwald et

In questo contesto, i solidi sospesi

come trattamento primario) o essere

al., 2000). Nella depurazione delle acque

sono separati dall’acqua da microbolle

ricircolati ai reattori biologici (DAF al posto

reflue, con la DAF come trattamento

d’aria che li portano alla superficie della

del sedimentatore secondario). L’acqua

primario (Ødegaard, 2000) è stato possibile

3

2

Flottazione ad aria disciolta (DAF)

rimuovere il 90.1-92.5% dei solidi sospesi, il 75,5-78.6% del COD e il 90.8-94.8% del fosforo totale con carichi idraulici superficiali di 5-10 m3/m2h; in un’altra applicazione (Falletti et al., 2010) la DAF come trattamento primario ha rimosso il 78% dei SST, il 75% del COD, il 68% del BOD5 e il 21% del TKN con carichi idraulici superficiali di 4 m3/m2h.. La DAF è stata utilizzata anche nei processi biologici per separare le pellicole di spoglio dopo biofiltri e reattori a letto mobile con Fig. 3- Schema della linea acque dell’impianto di Valle di Castelgomberto prima dei lavori.

carichi idraulici superficiali di 3-6 m3/m2h (Ødegaard, 2000). La DAF è stata utilizzata nel trattamento dei reflui di cartiera (Collareda, 2006), di industria petrolchimica (Galil & Wolf, 2000) e di panificazione (Liu & Lien, 2000).

Potenziamento con i pacchi lamellari L’impianto di Castelgomberto (VI) era stato realizzato in origine per 500 A.E.; i limiti allo scarico sono i seguenti: COD < 380 mg/L, BOD < 190 mg/L, SST < 200 mg/L, NH4+ Fig. 4- Schema della linea acque dell’impianto di Valle di Castelgomberto dopo i lavori.

32 laboratorio 2000 dicembre 2011

< 30 mg/L, NO2-N < 2 mg/L, NO3-N < 30

mg/L. Esso comprendeva (fig. 3) una griglia

Tab. 1 - Parametri del sedimentatore prima dell’intervento

grossolana (luce 30 mm), il sollevamento,

Parametro

una vasca di ossidazione biologica (100

Valore

Unità

portata media

12

m3/h

portata massima

19

m3/h

conc. fango attivo

3,0

kg SST/m3

Cis medio

2,3

m3/m2h

sovraccaricato, sia per i carichi di sostanza

Cis massimo

3,6

m3/m2h

organica e azoto sia soprattutto dal punto

Pss medio

13,6

kg SST/ m2h

di vista idraulico; va aggiunto che la rete

Pss massimo

17,5

kg SST/ m2h

fognaria è soggetta a molte infiltrazioni

tc medio

55

min

di acque parassite e inoltre l’impianto

tc minimo

35

min

m ), un sedimentatore statico (superficie 3

5.3 m2, volume 11 m3) e un ispessitore statico rettangolare (18 m3).

Nel corso degli anni l’impianto è stato

è situato in un fondovalle, pertanto gli eventi meteorici provocano spesso forti

Tab. 2 - Parametri del sedimentatore dopo l’intervento

aumenti di portata con “code” che si

Parametro

Valore

Unità

protraggono nei giorni successivi alla

portata media

10

m3/h

precipitazione. Secondo dati del 2007

portata massima

13

m3/h

conc. fango attivo

2,9

kg SST/m3

Cis medio

0,3

m3/m2h

Cis massimo

0,4

m3/m2h

m3. Sulla base di questi dati sono stati

Pss medio

2,1

kg SST/ m2h

calcolati i parametri di funzionamento del

Pss massimo

2,4

kg SST/ m2h

sedimentatore statico (tab. 1): sia il carico

tc medio

66

min

idraulico superficiale (Cis) sia il carico

tc minimo

51

min

la portata media effettiva era 12 m3/h, con una punta massima di pioggia di 19 m3/h; la concentrazione media di fango attivo in vasca di ossidazione era 3.5 kgSST/

superficiale di solidi sospesi (Pss) già con la portata media erano molto superiori

rispetto all’orizzontale, hanno interasse

ai valori consigliati, mentre il tempo di

43 mm, passaggio minimo 58 mm e

Potenziamento con la flottazione

residenza (tc) era appena 55 minuti; i

raggio idraulico 1.4 cm, per una superficie

L’impianto di Cà Losca di Orgiano (VI) era

valori con la portata massima di pioggia

totale equivalente a 60° pari a 30 m .

stato realizzato in origine per 2500 A.E.; i

erano ancora più critici. È stato deciso di

In fase di riavviamento dell’impianto la

limiti allo scarico sono i seguenti: COD <

potenziare l’impianto con vari interventi

portata media di refluo è stata 10 m /h,

125 mg/L, BOD < 25 mg/L, SST < 35 mg/L,

(fig. 4) fra cui: sostituzione della griglia

la portata massima è stata 13 m3/h e la

NH4+ < 30 mg/L, NO2-N < 2 mg/L, NO3-N

grossolana con una griglia fine, creazione

concentrazione media di fango attivo

< 30 mg/L. L’impianto comprendeva in

di una zona di predenitrificazione da 20 m3

nella vasca biologica è stata 2.9 kgSST/m3;

origine (fig. 5) una griglia a filtrococlea, un

nella vasca di ossidazione, potenziamento

l’impianto ha sempre rispettato i limiti

bacino biologico combinato da 292 m3 (100

del sedimentatore con i pacchi lamellari,

allo scarico. Per effetto dell’installazione

m3 anossici per la denitrificazione, 192 m3

trasformazione dell’ispessitore in reattore

dei pacchi lamellari la sedimentazione

aerati per l’ossidazione), un sedimentatore

MBBRTM di nitrificazione terziaria. Tra questi

del fango è migliorata significativamente

(superficie 43 m2, volume 100 m3), un

interventi si evidenzia il potenziamento

pur con un basso tempo di residenza; in

lagunaggio e un ispessitore. Secondo i dati

del sedimentatore statico; sono stati

particolare il carico idraulico superficiale

del 2006–2007 l’impianto riceveva carichi

2

3

installati pacchi lamellari Chiariflus in

sulla portata media (riferito alla superficie

inquinanti entro la sua capacità depurativa

polistirene rigido antiurto caricato con

equivalente) è passato a 0.3 m3/m2h e il

e rispettava sempre i limiti allo scarico.

carbon-black realizzati e forniti dalla

carico superficiale di solidi sospesi (riferito

Però, essendo al servizio di una rete mista,

ditta Allegri Ecologia. I pacchi lamellari

alla superficie equivalente) è passato a 2.1

riceveva in tempo di pioggia portate molto

a condotti continui sono inclinati di 60°

kgSST/m h (tab. 2).

maggiori dei valori medi in tempo secco;

®

2

33 laboratorio 2000 dicembre 2011

P depurazione reflui

questo fatto causava perdite di solidi verso il

la portata media era sopra il valore 6 kgSS/

la inviano al flottatore, dove è addizionata

lagunaggio che così necessitava di frequenti

m h e con la portata di punta superava

con un polielettrolita e miscelata con

manutenzioni. La portata media effettiva

10 kgSS/m2h. È stato, quindi, deciso di

il ricircolo di acqua chiarificata saturata

in tempo secco era 15 m /h, la portata di

installare in parallelo al sedimentatore

d’aria. Nel flottatore il fango è raccolto

punta in tempo di pioggia era 30 m3/h; la

esistente un flottatore ad aria disciolta

alla superficie, quindi va a un pozzetto da

concentrazione media di fango attivo in

Deltafloat realizzato e fornito dalla ditta

cui è pompato normalmente alla vasca

vasca era 7.3 kgSST/m3 e la portata di ricircolo

OMC Collareda per separare e addensare

biologica e quando necessario estratto

del fango era pari al 200% del valore medio

il fango durante i giorni di pioggia. Il

come supero. L’acqua chiarificata è raccolta

ossia 30 m3/h.

flottatore ha una superficie di 10 m2 e un

in una tubazione forata situata lungo la

Sulla base di questi dati sono stati

volume di 17 m , è stato dimensionato

circonferenza del flottatore a circa metà

calcolati i parametri di funzionamento del

per trattare una portata di torbida fino a

altezza; da qui è inviata al lagunaggio e in

sedimentatore (tab. 3): il carico idraulico

25 m /h con 5 kgSS/m di solidi, con un

parte è pressurizzata, inviata al saturatore

superficiale (Cis) e il tempo di contatto

ricircolo di acqua chiarificata e saturata di

d’aria per essere poi ricircolata al flottatore.

rientravano nei valori usuali, ma il carico

25 m /h. Due pompe da 25 m /h cadauna

Il sedimentatore secondario esistente

superficiale di solidi sospesi (Pss) già con

prelevano la torbida dalla vasca biologica e

continua a funzionare come prima

3

2

®

3

3

3

3

3

dell’intervento, ma nei giorni di pioggia il suo carico idraulico e il suo carico di solidi sono minori di prima in quanto parte della torbida viene inviata e trattata nel flottatore (fig. 6). Dopo l’intervento sono stati studiati i parametri idraulici del sedimentatore esistente e del flottatore in alcune giornate caratterizzate da precipitazioni oltre 10 mm. In questo periodo l’impianto ha trattato una portata media di 44 m3/h e la concentrazione media di fango nel comparto biologico è stata 3.5 kgSST/m3.

Fig. 5- Schema della linea acque dell’impianto di Cà Losca di Orgiano prima dei lavori.

Il sedimentatore ha ricevuto una portata media di 27 m3/h, con un ricircolo di fango pari al 100% dell’ingresso; il flottatore ha ricevuto una portata media di torbida di 17 m3/h più un ricircolo di effluente saturato d’aria di 25 m3/h. I parametri di funzionamento delle due unità sono riportati in tab. 5. Si osserva che il flottatore tratta un carico idraulico superficiale più che doppio rispetto al sedimentatore tradizionale con un tempo di residenza molto più basso. L’effluente ha sempre rispettato i limiti allo scarico.

Conclusioni I risultati qui riportati mostrano che in impianti di depurazione sovraccaricati idraulicamente la sedimentazione può Fig. 6- Schema della linea acque dell’impianto di Cà Losca di Orgiano dopo i lavori.

34 laboratorio 2000 dicembre 2011

essere efficacemente potenziata senza

realizzare nuovi decantatori (spesso lo

Tab. 3 - Parametri del sedimentatore prima dell’intervento Parametro

spazio disponibile non è sufficiente e/o

Valore

Unità

portata media

15

m3/h

portata massima

29

m3/h

basso ingombro quali la sedimentazione

portata di ricircolo

30

m3/h

a pacchi lamellari e la flottazione ad

conc. fango attivo

7,3

kg SST/m3

aria disciolta. L’installazione dei pacchi

Cis medio

0,3

m /m h

lamellari in un decantatore esistente

Cis massimo

0,7

m /m h

permette di aumentare notevolmente la

Pss medio

7,7

kg SST/ m2h

Pss massimo

10,1

kg SST/ m2h

tc medio

6,6

h

tc minimo

3,4

h

3

i tempi necessari sono troppo lunghi) ma con l’applicazione di tecnologie a

2

3

2

superficie equivalente disponibile per la sedimentazione delle particelle di fango riducendo il carico idraulico superficiale effettivo a parità di tempo di residenza senza ulteriore occupazione di spazio. La flottazione ad aria disciolta permette di

Tab. 4 - Parametri di funzionamento del sedimentatore e del flottatore dopo l’intervento Parametro

trattare carichi idraulici e carichi di solidi più che doppi rispetto ai valori tipici dei

Sedimentatore

Flottatore

decantatori tradizionali; in questo caso è

Valore

Unità

Valore

Unità

stato realizzato un flottatore funzionante in

portata oraria pioggia

27

3

m /h

17

m /h

parallelo al sedimentatore esistente, ma è

portata di ricircolo

27

m3/h

25

m3/h

possibile pure convertire un sedimentatore

conc. fango attivo

3,5

kg SST/m3

3,5

kg SST/m3

Cis. in tempo di pioggia

0,6

m3/m2h

1,9

m3/m2h

Pss in tempo di pioggia

4,5

kg SST/ m2h

6,6

kg SST/ m2h

tc in tempo di pioggia

3,7

h

1,0

h

3

in flottatore risparmiando ulteriore spazio (qui è stata scelta la prima opzione per evitare di interrompere il funzionamento dell’unica linea dell’impianto). © RIPRODUZIONE RISERVATA

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