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.
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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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