PROCESSI DI DEPURAZIONE
I danni arrecati dallo scarico nelle acque naturali di liquami di origine umana sono dovuti principalmente alla presenza di eccessive quantità di sostanze organiche che, nel processo di degradazione naturale, determinano l'assorbimento di ossigeno dal corpo d'acqua e inducono gravi scompensi per la vita vegetale ed animale ivi presente. È per questo motivo che la rimozione di tali sostanze costituisce uno dei principali obiettivi nei trattamenti di depurazione delle acque di rifiuto civili. In particolare, un refluo civile è caratterizzato dalla presenza di: composti azotati, organici o minerali, fosfati (derivanti in gran parte dai detersivi), batteri e virus patogeni, come ad esempio i coliformi fecali e gli streptococchi.
La valutazione del grado d'inquinamento viene effettuata misurando la quantità di ossigeno utilizzata dalle sostanze organiche durante la loro stessa decomposizione. Uno dei parametri di controllo atto a definire tale grado di inquinamento prende il nome di BOD, Biochemical Oxygen Demand, (ovverosia Richiesta Biochimica di Ossigeno) ed è espresso in mg/l di 02 consumato da una determinata sostanza organica all'interno del refluo. La quantità di ossigeno richiesta invece per ossidare chimicamente il liquame è indicata come COD, Chemical Oxygen Demand, (Richiesta Chimica di Ossigeno).
I processi depurativi che concorrono alla rimozione degli inquinanti e all'abbattimento degli organismi patogeni si distinguono in:
- processi fisici (sedimentazione, dissabbiatura, filtrazione, disoleatura;
- processi chimici (precipitazione, assorbimento, reazioni di ossidoriduzione);
- processi biologici (metabolismo batterico e decadimento naturale dei batteri patogeni).
Dal momento che le acque reflue sono caratterizzate da un ampio indice di biodegradabilità, sono proprio i processi biologici (insieme a quelli fisici) che offrono una garanzia di depurazione basata essenzialmente su fenomeni di tipo naturale che contribuiscono alla salvaguardia di un bene così prezioso: l'acqua.
In particolare, nei sistemi di depurazione biologica più largamente utilizzati, i cardini della depurazione sono i processi condotti da particolari tipi di batteri che nascono e si sviluppano proprio grazie alla presenza nell'acqua di sostanze inquinanti. L'insieme delle colonie batteriche (comunemente chiamato biomassa), in condizioni aerobiche (cioè in presenza di ossigeno) utilizza quindi il substrato inquinato per ottenere il nutrimento e l'energia necessaria ai propri cicli vitali: l'effetto conseguente è quello della purificazione del refluo e del decadimento dei batteri patogeni che, trovandosi in competizione con le comunità batteriche, soccombono. La biomassa, oltre ad eliminare le sostanze patogene e a nutrirsi della sostanza inquinante, forma "fiocchi" di fango che per gravità si separano dall'acqua e porta quindi il liquame a riacquistare la purezza posseduta prima dell'uso e ad essere quindi reimmesso nel ciclo dell'acqua per un nuovo utilizzo.
Trattando poi, sotto particolari condizioni, il fango prodotto è possibile recuperare energia in termini di biogas, ovverosia di gas contenente alte percentuali di metano generato dalla fermentazione naturale del fango ad opera di batteri che si sviluppano in un ambiente anaerobico (in totale assenza di aria, e quindi di ossigeno). Tale gas viene impiegato come combustibile per la produzione di calore ed eventualmente (nel caso di grandi impianti) può essere utilizzato per la produzione di energia elettrica.
Di notevole interesse è l'aspetto relativo al recupero del fango di depurazione per la produzione del compost, materiale che si presta bene quale concime e correttore del terreno, molto adatto anche per le colture specializzate (serre, vivai e giardinaggio) in quanto esente da prodotti estranei, ricco di sostanze organiche, dall'aspetto omogeneo e del tutto accettabile per un immediato utilizzo. Il compostaggio rientra anch'esso nei processi di degradazione biologica naturale aerobica e consiste in un trattamento a temperature elevate che consente di attuare una vera e propria disinfezione del fango (ottenuta per pastorizzazione), preziosa per la sicurezza igienica nelle utilizzazioni agricole.
L'IMPIANTO DI BRISSOGNE
L'impianto di depurazione consortile delle acque reflue urbane, ubicato in località Les Iles di Brissogne, è entrato in funzione verso la fine del 1991 per servire il bacino di utenza composto dai comuni di Aosta, Saint-Christophe, Quart, Villeneuve, Gignod, Introd, Gressan, Jovençan, Aymavilles, Sarre, Saint Pierre, Pollein. L'impianto, dimensionato per il trattamento di una portata reflua di circa 2000 m3/h, ha una potenzialità pari a 126.000 abitanti equivalenti.
Nel computo del numero di abitanti equivalenti non si tiene conto esclusivamente della popolazione servita, ma anche del contributo degli scarichi provenienti da attività commerciali, industriali, istituzionali e ricreative assimilabili a quelli domestici. Per definizione un abitante equivalente è quello che apporta al liquame un predefinito carico organico biodegradabile, assunto convenzionalmente a livello comunitario pari a 60 g/d di BOD5 (BOD5 = domanda biochimica d'ossigeno, per 5 giorni a 20°C).
Volendo schematizzare i processi che avvengono all'interno dell'impianto è possibile distinguere le fasi della depurazione per la linea liquami, la linea fanghi e la linea gas.
LINEA LIQUAMI
Grigliatura: i liquami che arrivano direttamente dal collettore fognario in testa all'impianto subiscono un primo pretrattamento di tipo fisico di rimozione dei solidi grossolani. Sono utilizzate delle griglie a barre, poste a protezione dell'impianto dall'arrivo di materiali che potrebbero bloccare o danneggiare i macchinari installati, ridurre l'efficacia dei processi o peggiorare le caratteristiche dei fanghi. Tali griglie sono dotate di un sistema a pulizia automatica ad opera di un pettine (o rastrello) i cui denti penetrano nelle luci di passaggio della griglia ed asportano il grigliato.
Sollevamento, grigliatura fine e dissabbiatura: il liquido grigliato, accumulato in un apposito serbatoio, viene sollevato mediante elettropompe a funzionamento discontinuo e quindi filtrato ulteriormente per mezzo di due griglie fini ad arco a pulizia automatica. Il trattamento fisico di dissabbiatura ha lo scopo di rimuovere le sabbie e tutti i materiali o solidi che hanno caratteristiche di sedimentabilità maggiori della sostanza organica putrescibile (riducendo la velocità del fluido si depositano al fondo del canale dissabbiatore i solidi minerali che vengono opportunamente separati e convogliati in un comparto di raccolta sabbia). Tale operazione viene effettuata all'interno di due canali posti a valle della grigliatura con pendenza tale da consentire il deposito.
Sedimentazione primaria: la linea liquami segue il suo percorso verso i sedimentatori primari che sono costituiti da tre vasche circolari operanti in parallelo in cui viene imposto al liquido un moto circolare lento che permette un deposito del fango sul fondo, dove viene raccolto ed inviato alla linea di trattamento dei fanghi.
Ossidazione biologica (trattamenti secondari): il processo di ossidazione biologica a fanghi attivi si sviluppa all'interno della vasca di aerazione dove il liquame grezzo, chiarificato dopo la sedimentazione primaria, si mescola con una massa di solidi fioccosi allo stato di fango molto liquido in cui vive un numero enorme di microrganismi che si nutrono e si riproducono a spese della sostanza organica apportata dal liquame. Il fluido viene continuamente mantenuto in agitazione insufflando aria dal fondo della vasca con il duplice effetto di accelerare i processi di ossigenazione della biomassa e di mantenere i "fiocchi" di fango in continuo movimento dal basso verso l'alto.
Nitrificazione, denitrificazione e defosfatazione (trattamenti terziari): se per l'abbattimento del BOD del refluo si ottengono dei rendimenti elevati nella vasca di ossidazione biologica, per l'eliminazione dell'azoto (in forma ammoniacale) sono necessari ulteriori trattamenti in apposite vasche aerate, in quanto i microrganismi che attaccano l'azoto ammoniacale e che lo trasformano in azoto nitrico si accrescono più lentamente. Il processo di nitrificazione è quindi seguito da quello di denitrificazione che restituisce all'ambiente l'azoto in forma gassosa. All'interno dei trattamenti terziari sono compresi anche quelli di rimozione del fosforo.
Sedimentazione finale: la sedimentazione finale o secondaria viene effettuata in tre vasche circolari in parallelo poste a valle del reattore biologico. Strutturalmente queste vasche sono identiche a quelle di sedimentazione primaria con l'importante differenza di una profondità più elevata e una dimensione maggiore che permettono la separazione del fango (ricircolato verso l'impianto di ossidazione) dall'acqua chiarificata che subisce un eventuale trattamento di clorazione prima di essere rilasciata nel corpo idrico ricettore (Dora Baltea).
LINEA FANGHI
I fanghi estratti dal processo di purificazione (opportunamente ispessiti in apposito impianto) non possono essere restituiti direttamente all'ambiente sia perché contengono un carico inquinante elevato e sia perché dai medesimi è possibile recuperare energia mediante la digestione anaerobica. La digestione viene effettuata in due reattori in cui, in totale assenza di ossigeno e per un periodo di permanenza di circa un mese, il fango grazie alla presenza di microrganismi anaerobici si trasforma in metano e anidride carbonica ad una temperatura costante di circa 35°C: in questo modo, il fango "digerito" perde la caratteristica di putrescibilità e viene ridotta notevolemente la sua carica batterica. Prima di essere destinato in discarica esso viene disidratato meccanicamente con ausilio di nastropressa ed eventualmente inertizzato. Al fine di evitare la formazione di odori sgradevoli generati proprio dai processi di trattamento dei fanghi è entrato in funzione un impianto di deodorizzazione costituito da torri di lavaggio in grado di purificare l'aria che viene aspirata dai locali di disidratazione e ispessimento.
LINEA GAS
Il biogas prodotto viene recuperato e stoccato in un gasometro posto nella vicinanze dei digestori anaerobici ed utilizzato quindi come combustibile per la produzione di calore necessario agli utilizzatori termici della palazzina servizi e al funzionamento dell'impianto soprattutto durante i mesi invernali, in cui le temperature rigide sono d'ostacolo al normale esercizio. E altresì prevista la costruzione di una rete di collegamento per il trasporto del biogas verso l'impianto di cogenerazione (per la produzione di energia elettrica e calore) del contiguo compattatore dei rifiuti solidi urbani.
FITODEPURAZIONE: IMPIANTO PILOTA IN VALLE D'AOSTA
Nello scorso mese di ottobre e stato costruito il primo fitodepuratore per reflui civili in Valle d'Aosta; situato nel Comune di Bard, è al servizio delle frazioni Crous e Albard-de-Bard.
La fitodepurazione è una tecnica innovativa di trattamento dei reflui che ricrea artificialmente, esaltandole ed aumentandole, le condizioni della depurazione negli habitat naturali. I vantaggi di questo sistema rispetto a quello tradizionale a fanghi attivi sono numerosi: ambientali, soprattutto, ma anche economici e gestionali/manutentivi.
In particolare, una delle filosofie alla base della fitodepurazione è la decentralizzazione del trattamento; a differenza degli impianti a fanghi attivi che, per ammortizzare i costi di investimento e di gestione e per funzionare correttamente, devono essere sempre di medie-grandi dimensioni un fitodepuratore risulta vantaggioso anche per il trattamento di piccole frazioni e di case isolate.
Lo stesso Testo Unico sulle acque, che recepisce una direttiva europea, consiglia, come trattamento appropriato per centri con menu di 2.000 abitanti, metodi naturali quali la fitodepurazione.
L'interesse della Regione e la sensibilità dell'Amministrazione comunale di Bard hanno reso possibile la costruzione dell'impianto che entrerà in funzione la prossima estate, quando sarà terminata la rete fognaria attualmente in fase di realizzazione. L'impianto è costituito da tre vasche impermeabilizzate poste a valle della fossa Imhoff di sedimentazione primaria.
Le vasche sono riempite con materiale inerte (ghiaia e pietrisco) e, nella prossima primavera, verranno piantumate con Phragmites australis (la comune "cannuccia di palude"); sulle radici delle piante e sulla superficie dell'inerte si svilupperanno in modo naturale colonie di microrganismi che provvederanno alla degradazione degli inquinanti organici e alla soppressione, per competizione, dei batteri patogeni presenti nelle acque di scarico. Inoltre, veicolata dal fusto e dai rizomi delle Phragmites, una notevole quantità di ossigeno penetrerà nelle vasche facilitando i processi depurativi di ossidazione aerobica. Il sistema di depurazione, e gli attori che ne prendono parte, sono i medesimi dei processi che avvengono in natura ma, mediante una corretta progettazione delle vasche ed una gestione ottimale delle piante e delle colonie dei microrganismi, la cinetica delle reazioni di depurazione viene enormemente aumentata. Terminato il passaggio tra le vasche, infatti, l'effluente assicura il rispetto dei limiti di legge: Tabella A (L.R. 59/1982) e Tabella 3 (Testo Unico).
Poiché le tre vasche devono eseguire trattamenti differenti, le loro caratteristiche, geometriche e strutturali, non sono casuali.
In particolare la prima vasca deve filtrare i solidi sospesi non trattenuti dalla Imhoff per facilitarne la precipitazione sul fondo e iniziare il processo vero e proprio di depurazione ossidativa del carico organico inquinante; le altre due vasche, poste in parallelo a valle della prima, devono ultimare la degradazione dei composti inquinanti, anche mediante difficoltosi processi riduttivi che garantiscono l'eliminazione efficiente dei composti azotati, e terminare la soppressione dei batteri patogeni.
Inoltre, la scelta di progettare due vasche geometricamente identiche in parallelo. Oltre a permettere la manutenzione di una sola delle due senza dovere obbligatoriamente fermare l'impianto, consente di effettuare esperimenti depurativi molto indicativi: variando le caratteristiche di una sola vasca è possibile infatti effettuare il confronto con la vasca di riferimento ed ottenere informazioni molto utili sulle diverse rese depurative.
La fitodepurazione, infatti, pur essendo ormai una tecnica consolidata e sicura, è ancora in fase di sperimentazione e di miglioramento: in funzione delle specifiche condizioni climatiche o di differenti tipologie di reflui da trattare, una particolare piantumazione o un accostamento di specie diverse potrebbero garantire rese migliori e più efficienti.
Il fitodepuratore di Bard potrebbe quindi assumersi il compito di "laboratorio della fitodepurazione" in Valle d'Aosta ed aprire nuove possibilità di trattamento dei reflui delle frazioni valligiane troppo distanti dai grandi depuratori.
di Marco Savoye