Acque reflue municipali

I moderni sistemi fognari sanitari di raccolta trasferiscono le acque reflue attraverso una serie di tubi da edifici residenziali, siti aziendali e industriali agli impianti di trattamento delle acque reflue per la trasformazione e lo scarico. Alcuni sistemi precedenti, noti come sistemi fognari combinati, trasportano anche le acque piovane oltre alle acque reflue provenienti da abitazioni ed edifici commerciali.

Le acque reflue scorrono attraverso le reti fognarie interrate, più frequentemente per mezzo della gravità, ma talvolta con il supporto di pompe situate presso le stazioni di sollevamento. A seconda della topografia di un'area, queste condotte forzate possono variare fino a qualche miglia di lunghezza. I collettori corrispondono ai punti in cui due tubazioni si incontrano e confluiscono in un tubo più grande e possono includere grandi camere accessibili tramite pozzetti.

1. Tipo industriale
2. Tipo residenziale
3. Acque piovane

Tipicamente, il trattamento preliminare è il primo processo all'interno dell'impianto di trattamento e consiste nella grigliatura e dissabbiatura. La grigliatura è il processo che consiste nel rimuovere rifiuti, corpi grossolani e altri detriti facendo passare l'acqua attraverso una griglia ad azione meccanica o un tamburo rotante. Il pietrisco viene rimosso riducendo la velocità delle acque reflue, in modo che le particelle inorganiche più pesanti, come sassolini e sabbia, si possano depositare sul fondo e possano venire rimossi dalla gravità. I residui estratti dalle operazioni di dissabbiatura e grigliatura vengono lavati e compattati prima di essere raccolti in un cassonetto. Questi processi preliminari sono estremamente importanti per i moderni impianti di recupero delle risorse idriche, in quanto il pietrisco e i detriti possono danneggiare irreparabilmente i processi a valle, inclusi meccanismi dei chiarificatori primari, aeratori e membrane.

Durante il trattamento primario, i chiarificatori primari fanno depositare i solidi organici per mezzo della gravità, mentre grassi animali, oli e grassi industriali vengono lasciati galleggiare in superficie. I solidi depositati vengono denominati fanghi primari e spesso vengono ispessiti in un processo a valle prima di essere convogliati in un digestore anaerobico. I grassi animali, oli e grassi industriali galleggianti vengono raccolti dalla superficie e solitamente vengono aggiunti direttamente al digestore anaerobico. Un tipico chiarificatore primario è in grado di rimuovere circa il 70% dei solidi e il 45% della domanda biochimica di ossigeno dalle acque reflue filtrate. I moderni impianti che eseguono processi ottimizzati di rimozione dei nutrienti biologici, spesso estraggono o fermentano il carbonio nei fanghi primari e dosano questo flusso in processi a valle anaerobici o anossici, come una fonte di nutrimento per il rispettivo processo biologico.

1. Grigliatura/ dissabbiatura
2. Chiarificatore primario

Il trattamento secondario rimuove il materiale organico solubile, i nutrienti come l'azoto e il fosforo e la maggior parte dei solidi sospesi che sono sfuggiti al trattamento primario. Più frequentemente, nei processi biologici vengono utilizzati dei batteri che metabolizzano i composti organici e nei nutrienti per farli crescere e riprodursi. I due processi di trattamento biologico secondario più comuni sono i sistemi a crescita biomassa adesa e a crescita biomassa sospesa. Un processo a crescita biomassa sospesa favorisce la crescita di fiocchi di microorganismi sospesi da singoli organismi già presenti nelle acque reflue e nel riciclo dei fanghi attivi. I fiocchi contengono organismi in grado di rimuovere gli inquinanti da ambienti aerobici, anossici e anaerobici. Una volta rimossi gli inquinanti, i fiocchi vengono inviati in un processo di chiarificazione secondario in cui vengono separati dall'acqua attraverso la gravità. Una parte dei fanghi sul fondo del chiarificatore secondario viene quindi riconvogliata a monte per essere miscelata con l'effluente primario (riciclo dei fanghi attivi) per creare una miscela liquida. La parte residua dei fanghi viene rimossa dal processo (fanghi attivi reflui) per creare l'ecologia ideale dei microorganismi. I sistemi a crescita biomassa adesa si appoggiano ai microorganismi per aderire a un terreno e creare un biofilm. Le acque di fogna depositate vengono miscelate o spruzzate sul terreno rivestito dal biofilm dove i microorganismi rimuovono gli inquinanti. Come nel processo a crescita sospesa, i frammenti di biofilm e i fiocchi sospesi vengono inviati in un chiarificatore secondario per consentirne la separazione, dove i fanghi vengono riciclati e scartati e l'acqua pulita viene scaricata al processo successivo.

Affinché il trattamento biologico funzioni in modo efficiente, gli organismi necessitano di un rapporto bilanciato di nutrienti che includono il carbonio, l'azoto e il fosforo (denominato C:N:P), così come di oligoelementi che includono ferro, rame, zinco, nichel, manganese, potassio, zolfo e altri componenti solitamente presenti nelle acque reflue. Il rapporto di C:N:P comunemente accettato è 100:5:1, anche se alcuni impianti funzionano perfettamente al di fuori di questo rapporto, mentre altri sperimentano la formazione di fanghi di polisaccaridi o la crescita di batteri filamentosi che inibiscono la biologia e la sedimentazione nel chiarificatore secondario.

Per completare il trattamento secondario è possibile impiegare processi biologici multipli che includono i bacini di aerazione a flusso continuo, le vasche di aerazione a miscelazione completa, i reattori sequenziali discontinui, le vasche di ossidazione, i filtri percolatori, i reattori biologici a letto mobile, i fanghi attivi su film fissi integrati e altri ancora.

La rimozione dei nutrienti biologici (BNR, Biological Nutrient Removal) altera l'ambiente dei microorganismi per rimuovere l'azoto e il fosforo dall'acqua. Un processo BNR consiste in una fase anaerobica (assenza di ossigeno o nitrato), una anossica (assenza di ossigeno, presenza di nitrato) e una anaerobica (presenza di ossigeno), durante le quali l'acqua viene trasferita attraverso una serie di camere per svolgere diverse funzioni biologiche.

Possono essere utilizzati anche i processi di trattamento chimico, come la rimozione chimica di fosforo. Introducendo un precipitante chimico all'interno di chiarificatori e bacini di aerazione, il fosforo viene rimosso mediante flocculazione, legandosi a composti insolubili che si sedimentano e che ne consentono la rimozione sotto forma di fanghi.

1. Aerazione
2. Chiarificatore secondario

Nel trattamento terziario, tecniche come la filtrazione, la disinfezione, l'assorbimento di carbonio e altri processi vengono utilizzati per rimuovere il carico organico residuo, i solidi sospesi o disciolti, i patogeni e i metalli pesanti che sfuggono agli altri processi di trattamento. Denominato anche polishing dell'effluente, il trattamento terziario migliora la qualità dell'effluente portandolo al livello adeguato per l'uso previsto, sia per lo scarico in laghi, fiumi o oceani, che per il riutilizzo per irrigazione non destinata alle colture (parchi, campi da golf, greenway, ecc), per il ravvenamento delle acque sotterranee o, in alcuni casi, come influente per gli impianti di acqua potabile. L'effluente degli impianti delle acque reflue deve essere monitorato per garantire il rispetto della conformità con i valori limite consentiti, che possono variare in base alla giurisdizione e al paese.

1. Filtrazione
2. Disinfezione

Le fasi di trattamento della linea fanghi rimossi dal processo dipende dal volume dei solidi così come da altre condizioni specifiche del sito. La digestione aerobica viene spesso utilizzata dagli impianti che adoperano meno di otto milioni di galloni al giorno di flusso in ingresso. I fanghi attivi reflui e, se presenti, i fanghi primari vengono aggiunti ad un reattore areato in cui i microorganismi fagocitano i materiali organici e i microorganismi presenti nei fanghi per ridurre il contenuto di solidi volatili e la massa complessiva di fanghi. La digestione anaerobica viene solitamente utilizzata presso gli impianti che utilizzano una quantità superiore a otto milioni di galloni al giorno di flusso in ingresso e che prevedono l'uso di reattori sigillati ermeticamente per creare un ambiente anaerobico per consentire a diversi organismi di fagocitare le sostanze organiche e i microorganismi presenti nei fanghi tramite i processi di acidogenesi e metanogenesi. Il metano generato dalla digestione anaerobica può essere utilizzato per le caldaie a combustibile per scaldare il digestore, può essere bruciato o ripulito e riconvertito come fonte di energia ecologica.

L'ispessimento prevede la concentrazione dei fanghi mediante la rimozione di una percentuale del liquido aggiungendo composti polimerici, e viene spesso impiegato prima della digestione anaerobica. La disidratazione con presse a nastro, centrifughe o altri mezzi consente di concentrare ulteriormente i fanghi in un pannello. Il pannello può essere seccato ulteriormente o semplicemente smaltito attraverso lo spargimento nei terreni o nelle discariche.

1. Ispessimento e digestione
2. Disidratazione dei fanghi e trasformazione dei biosolidi

Come un campo di competenza in continuo sviluppo nell'industria del trattamento delle acque reflue, il sistema Water Intelligence si serve di tecnologie digitali, sensori, controller e algoritmi di tipo avanzato per consentire agli operatori degli impianti di migliorare l'efficienza per ottenere una riduzione complessiva dei costi di funzionamento dell'impianto.

Claros, il sistema Water Intelligence di Hach, integra tutte le fonti di dati dell'impianto, inclusi i dati del sistema, i dati provenienti dai dispositivi e quelli raccolti manualmente, guidando le decisioni per massimizzare l'efficienza e ridurre i costi.

Grazie a questi sistemi, i dati sulla portata del flusso, la composizione dell'acqua, l'ossigeno disciolto, i livelli del nutriente e altri fattori possono essere tracciati e verificati con maggiore facilità. Questo determina opzioni di trattamento più reattive e capacità d'automazione e consente di ottenere la visualizzazione dei dati e di generare report.

Utilizzando le informazioni approfondite basate sui dati sulla qualità dell'acqua, sulla portata del flusso e su altri fattori, gli operatori possono ridurre i trattamenti eccessivi (con sostanze chimiche così come il tempo di funzionamento delle soffianti di aerazione) sapendo al tempo stesso che il loro impianto resterà conforme ai valori limite consentiti.

Poiché le normative diventano sempre più severe e gli impianti necessitano di trovare soluzioni per risparmiare i costi, i sistemi Water Intelligence come Claros acquistano maggiore importanza e vengono ampiamente adottati. Inoltre, grazie alla gamma sempre più ampia di sensori, controller, dispositivi, sistemi di gestione dei processi e apparecchiature di laboratorio di Hach compatibili con Claros, gli operatori possono configurare un sistema in grado di rispondere perfettamente alle esigenze specifiche di qualsiasi impianto.