De gisi saie2011 bologna

“Impianti di depurazione delle acque reflue:
progettazione e gestione, problematiche e soluzioni”
Bologna, 8/10/2011, Padiglione 26 SAIE

Procedure e strumenti per la progettazione e
gestione degli impianti di depurazione
Dott. ing. Sabino De Gisi

International Building
Exhibition
Bologna, 5 – 8 ottobre, 2011

Procedure e strumenti per la progettazione e gestione degli
impianti di depurazione

Indice

La tutela della risorsa idrica e l’importanza della depurazione delle acque
di scarico.
Obiettivi.
Indicazioni metodologiche da seguire per una corretta progettazione
degli impianti per il trattamento delle acque di scarico.
Il ruolo della ricerca scientifica nella progettazione e gestione degli
impianti di depurazione.
Conclusioni.
Riferimenti bibliografici.

Pagina 2

„I problemi ambientali possono essere
risolti se affrontati col “buon senso
ecologico” o anche con il semplice “buon
senso” e gli impianti di depurazione non
fanno eccezione.“

Pagina 3


Tematiche affrontate - keywords

Le indicazioni metodologiche La tutela della risorsa
per la progettazione degli idrica
impianti di trattamento delle
acque di scarico

Il ruolo della ricerca nella
progettazione e gestione degli

Pagina 4


Obiettivi

Esaminare le indicazioni metodologiche da seguire per una
corretta progettazione degli impianti per il trattamento delle
acque di scarico.

Approfondire il ruolo della ricerca scientifica nell’ambito
della progettazione e gestione degli impianti di
depurazione.

Pagina 5

La progettazione degli impianti
di depurazione

Pagina 6


La progettazione ex-novo degli impianti di depurazione

Come si imposta correttamente lo schema di processo ?

Come si scelgono le tecnologie più adatte?

indagine conoscitiva sull’origine del refluo (ad es. ciclo produttivo).
monitoraggio delle caratteristiche quali-quantitative degli scarichi.
indagine relativa allo stato dell’arte delle tecnologie attualmente adottate.
indagine relativa alle tecnologie disponibili.
dimensionamento delle fasi.
indagine relativa alle apparecchiature.
valutazione della semplicità ed efficienza gestionale.
valutazione del fattore umano.
valutazione dei costi di gestione.

Sviluppiano alcuni punti con l‘ausilio di un caso studio …

Indicazioni metodologiche per la progettazione Pagina 7

Impianto di trattamento di reflui da biodiesel (BFW)

Olio vegetale
Biodiesel
H
H–C–O-H
H
Metanolo

NaOH
Idrossido di sodio Glicerina pura

Trans-Esterificazione basica

Caso studio – Reflui da biodiesel (BFW) Pagina 8

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1 2 3

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5

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8

15 17 13

19
20
9 14

16

18 21

V. Gerpen (2005) 22

1 Stoccaggio del metanolo 6 Flusso di esteri metilici 11 Essiccatore 16 Acidificazione e separazione 21 Metanolo stoccato per il riuso
2 Stoccaggio olio di palma 7 Rimozione del metanolo 12 Biodiesel finito 17 Flusso di glicerolo 22 Glicerolo grezzo (85%)
3 Catalizzatore 8 Neutralizzazione e lavaggio 13 Acqua di lavaggio 18 Stoccaggio degli acidi grassi liberi
4 Reattore 9 Stoccaggio dell'acido 14 Acqua 19 Rimozione del metanolo
5 Separatore 10 Acqua 15 Flusso di glicerolo (50%) 20 Rettificazione metanolo/acqua

Caso studio - indagine conoscitiva sull’origine del refluo (ad es. ciclo produttivo) Pagina 9

Parametro Unità di misura Valore
3
Portata m /h 6
pH - 4,18
COD mg/l 52.800
TSS mg/l 58
Conducibilità µS/cm 45,2
Cloruri mg/l 28.700
Solfati mg/l 55
Galasso et al. (2008) Fosfati (Ptot) mg/l 3.170
Durezza totale °F 190
Rame mg/l 0,026
Nichel mg/l 0,027
Alluminio mg/l 0,648
Ferro mg/l 0,371
Piombo mg/l 0,044
Zinco mg/l 0,212
Cadmio mg/l < 0,01

Il refluo è caratterizzato da un elevato valore del COD (15.000 – 60.000 mg/l) di cui una
componente non è biodegradabile (circa 500 mg/l), un elevato valore dei sali disciolti
(cloruri, 5.000 – 35.000 mg/l), un pH variabile a secondo del ciclo di produzione
aziendale (acido e basico), di saponi e sostanze galleggianti;
Il refluo presenta un’elevata variabilità idraulica e del carico organico organico.

Caso studio - caratterizzazione qualitativa e quantitativa del refluo da trattare Pagina 10


Inquinanti Processi di trattamento
Materiale grossolano Grigliatura, stacciatura
Oli e grassi Flottazione
Solidi sospesi Sedimentazione, flottazione, flocculazione, filtrazione
Composti volatili Strippaggio
Composti organici
Trattamenti biologici aerobici (fanghi attivi, filtri biologici,
biodegradabili a bassa
lagunaggi naturali e aerati), fitodepurazione
concentrazione
Composti organici
Saponi,
biodegradabili ad alta Trattamenti biologici anaerobici, incenerimento sostanze
concentrazione
Composti organici non Adsorbimento su carbone attivo, trattamenti a membrana, galleggianti
biodegradabili ozonizzazione, ossidazione a umido, incenerimento
Composti inorganici disciolti Precipitazione, scambio ionico, processi a membrana
Cianuri, cromati Ossido-riduzione
Composti dell’azoto Nitrificazione e denitrificazione biologica, strippaggio
Sostanza organica
Fosforo Precipitazione chimica, defosfatazione biologica biodegradabile
Clorazione, radiazione UV, disinfezione con PAA ,
Batteri, virus
ozonizzazione, lagunaggio

Sostanza organica
Chimico – fisico di monte e correzione del pH: non biodegradabile
policloruro di alluminio (PACl), idrossido di sodio,
polielettrolita anionico; Sali
Chimico – fisico di valle: polielettrolita anionico.

Caso studio - Stato dell’arte delle tecnologie attualmente adottate Pagina 11


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20 11

22

19
8

1 Refluo in ingresso 6 Flocculante 11 Vasca di accumulo 16 Flusso di calore 21 Aerazione
2 Chimico-fisico 7 Vasca di sedimentazione secondaria 12 Evaporatore per il concentrato 17 Ricircolo del permeato 22 Concentrato allo smaltimento
3 Flottazione 8 Unità di filtrazione 13 Distillato 18 Acqua di controlavaggio del filtro
4 Filtri percolatori 9 Vasca di accumulo 14 Permeato 19 Ricircolo dei fanghi attivi
5 Bacino di ossidazione 10 Osmosi inversa 15 Permeato al riutilizzo 20 Fango alla linea fanghi

Schema di processo 1

Caso studio - indagine relativa alle tecnologie disponibili Pagina 12

(b)
27

25

26
31 23 Refluo in ingresso 27 Flocculazione
28
24 Evaporatore 28 Vasca di sedimentazione secondaria
23 24 29
25 Flusso di calore 29 Unità di filtrazione
26 Bacino di ossidazione 30 Refluo in uscita al riutilizzo
31 Acqua di controlavaggio del filtro
34 32 Fango alla linea fanghi

32
33 Concentrato allo smaltimento
33 30

Schema di processo 2
Calore residuo

Distillato (liquido)

Residuo solido (solido)

Energia elettrica Evaporatore Emissioni (aeriforme)

Indagine relativa alle tecnologie disponibili Pagina 13

Dimensionamento delle fasi

Esistono diverse procedure o modelli per il dimensionamento delle fasi (ad esempio il
biologico) e si differenziano in genere per il grado di complessità ed il numero di parametri
di input richiesti:
ASCAM (Activated Sludge Computer Aided Modelling) di Tomei M., Ramadori R.
(2002), IRSA-CNR;
Metodo semplificato basato sul fattore di carico organico (Bonomo, 2008).

Il dimensionamento deve tenere conto di un plausibile incremento di carico, dovuto
ad incrementi dell’utenza da servire o a modifiche di cicli produttivi. A tal proposito, è
sempre buona prassi adottare un certo margine di sicurezza nella definizione delle
volumetrie e nella definizione dei parametri operativi delle principali apparecchiature
(specialmente nella fase di ossidazione).
E’ opportuno articolare in maniera modulare tutti gli impianti, con almeno due linee
parallele equivalenti, in modo che risulti sempre possibile assicurare un trattamento
minimo del refluo, anche in caso di avarie o fermi per manutenzione.

Dimensionamento delle fasi Pagina 14

Le apparecchiature elettromeccaniche

La scelta delle apparecchiature deve prevedere il
ricorso a macchinari adeguatamente dimensionati,
con un certo margine di sicurezza e affidabili.
Devono disporre di una macchina “gemella” di
riserva o, nel caso di apparecchiature multiple, di
un’unità di riserva.
Le scelte devono essere operate in modo da raggiungere
il miglior compromesso possibile tra la qualità delle
apparecchiature ed il loro costo.
L’affidabilità e la semplicità delle apparecchiature è
indispensabile per avere una buona gestione successiva.
Per evitare una loro eccessiva usura (che ne riduce il
tempo di vita), è opportuno che le apparecchiature,
soprattutto quelle regolabili, funzionino in condizioni
non troppo discoste dai valori medi di esercizio.

Indagine relative alle apparecchiature Pagina 15

Semplicità ed efficienza gestionale

Un processo di trattamento, adatto allo scopo, adeguatamente dimensionato, dotato di
apparecchiature affidabili e semplici, capaci di garantire efficienza e semplicità gestionale,
costituisce solo la base per un’efficace depurazione, il cui risultato dipenderà fortemente
dalle scelte operate in fase di gestione.

A tal proposito si cita un esempio che può fornire utili spunti di riflessione.
In un impianto di depurazione a schema classico stava per essere realizzata l’ultima
linea di trattamento con la interconnessione delle varie unità di trattamento biologico,
mediante aperture realizzate sul fondo delle vasche.
Con i collegamenti tra le vasche realizzati sul fondo, in caso di manutenzione (si pensi al
caso di una sola unità, la più piccola) il gestore era obbligato a svuotare l’intera linea, con
una volumetria totale di oltre 5.000 m3, causando in questo modo il fuori esercizio di tutta
la struttura.

Valutazione della semplicità ed efficienza gestionale Pagina 16

Semplicità ed efficienza gestionale

Out

In

In

De Feo, De Gisi, Galasso, (2011) Biologico a fanghi attivi

Esempio su doppia linea e collegamenti delle vasche in sommità Pagina 17



Il fattore umano

In sede di gestione riveste un’importanza
fondamentale il fattore umano, legato agli
operatori che devono gestire gli impianti.
Mentre negli impianti di notevoli dimensioni
è normalmente presente personale
altamente qualificato, nei piccoli impianti di
depurazione gli addetti sono tipicamente
abituati a svolgere soprattutto mansioni di
routine.
A prescindere, è, comunque, importante che
il personale addetto sia fortemente motivato
a garantire l’efficienza dell’impianto, per cui
si comprende l’importanza dell’attività di
formazione, volta anche al riconoscimento e
alla valorizzazione delle capacità individuali.

Valutazione del fattore umano Pagina 18

Costi di esercizio
L’energia elettrica.
I reattivi chimici.
Lo smaltimento dei residui solidi.
Acqua potabile e laboratorio.
Personale, Spese Generali.

Costi di manutenzione
Ordinaria (pulizia locali, taglio erba e vegetazione, ingrassaggio parti mobili macchinari,
verniciature periodiche, ecc.).
Straordinaria (interventi sostanziali su macchinari e parti dell’impianto, sostituzione di
motori, rifacimento generale di porzioni di strutture murarie, ecc.).

Costi di gestione
Costi di gestione = Costi di esercizio + Costi di manutenzione.

Valutazione dei costi Pagina 19

Il ruolo della Ricerca nella
progettazione e gestione degli

Pagina 20


Il ruolo della Ricerca nella progettazione e gestione degli impianti di
depurazione

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20 11

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1 Refluo in ingresso 6 Flocculante 11 Vasca di accumulo 16 Flusso di calore 21 Aerazione
2 Chimico-fisico 7 Vasca di sedimentazione secondaria 12 Evaporatore per il concentrato 17 Ricircolo del permeato 22 Concentrato allo smaltimento
3 Flottazione 8 Unità di filtrazione 13 Distillato 18 Acqua di controlavaggio del filtro
4 Filtri percolatori 9 Vasca di accumulo 14 Permeato 19 Ricircolo dei fanghi attivi
5 Bacino di ossidazione 10 Osmosi inversa 15 Permeato al riutilizzo 20 Fango alla linea fanghi

Caso studio – Adeguamento di un impianto esistente - Il ruolo della ricerca Pagina 21



Vista d’insieme dell’impianto




Filtri percolatori di “pre-trattamento” ai fanghi attivi




Serbatoio per i processi a fanghi attivi con ricorso all’ossigeno puro




Unità di sedimentazione secondaria a pacchi lamellari



depurazione
17

4
6

14 15
3
1
10
5
18

13
7 9
2
12
21
16

21
20 11

22

19
8

L’obiettivo dell’adeguamento è quello di implementare (previa verifica su sperimentazione pilota) un nuovo
trattamento biologico tale da consentire:
(1) la riduzione del volume dell’ossigenazione (e di conseguenza il consumo di ossigeno), (2) la
riduzione della produzione di fango di supero, (3) la rimozione del COD non biodegradabile, (4)
eliminazione della sedimentazione secondaria (sfavorita dalla presenza di un fango leggero).



depurazione
SBBGR (Sequencing Batch Biofilter Granular Reactor)

aria rico c ar i
sca co
EV
influente
carico (1)
letto
effluente
effluente
pressostato
ciclo

ricircolo

influente
PA PR
reazione

aria di lavaggio
Di Iaconi et al., (2009); Di Iaconi et al., (2010).



depurazione
SBBGR (Sequencing Batch Biofilter Granular Reactor) e Ozonizzazione

La sequenzialità del processo
consente di utilizzare il
trattamento con ozono in
maniera mirata, cioè a valle
della prima fase di
degradazione biologica, e
controllata, cioè finalizzata ad
una ossidazione solo parziale
dei composti biorefrattari
(evitandone la
mineralizzazione) al fine di
renderli biodegradabili e,
quindi, eliminabili durante la
fase finale di degradazione
biologica
Di Iaconi et al., (2002;
Di Iaconi et al., (2010).



depurazione

Prestazioni (valori medi) durante il trattamento dei reflui
conciari (carico organico: 2,5 kg COD/m3/d)
SBBGR potenziata ad ozono
Parametro SBBGR 3
(dose ozono: 0,1 kgO3/m inf)
influente [mg/l] 2900 2950
COD effluente [mg/l] 250 92
efficienza di rimozione [%] 91,3 96,9
BOD5 effluente [mg/l] 8 5
DOC effluente [mg/l] 98,5 64
De Feo, De Gisi, Galasso, (2011) efficienza di rimozione [%] 87 91,8 Risultati attesi
TSS effluente [mg/l] 40 20
efficienza di rimozione [%] 89 94,9
TKN effluente [mg/l] 12 7
influente [mg/l] - -
N-NOx
effluente [mg/l] 1,3 2,0
Tensioattivi effluente [mg/l] 6,5 1,9
Rimozione del colore 24 92



depurazione

Risultati attesi
Prestazioni (valori medi) durante il trattamento dei
Intervallo di Intervallo di
percolati di discarica (carico organico: 1 kg COD/m3/d) Parametro
valore
Parametro
valore
SBBGR potenziata ad COD 2,8 – 3,6 g/l Solfati 1,0 – 1,5 g/l
Parametro SBBGR ozono (dose ozono: 0,4 BOD5/COD 0,2 – 0,3 Na 1,5 – 2,0 g/l
3
kgO3/m inf)
DOC 0,9 – 1,2 g/l K 1,2 – 1,6 g/l
effluente [mg/l] 1100 485
COD NH4-N 1,5 – 2,0 g/l Mg 0,2 – 0,4 g/l
efficienza di rimozione [%] 58 81
effluente [mg/l] 12 5 pH 7,8 – 8,3 Cr < 0,1 mg/l
BOD5
efficienza di rimozione [%] 98 99 Ptot 4 – 6 mg/l Ni 0.5 – 1 mg/l
effluente [mg/l] 460 290 TSS 150 – 300 mg/l Mn < 0,02 mg/l
DOC
efficienza di rimozione [%] 55 72 VSS 120 – 230 mg/l Fe 1 – 1,5 mg/l
effluente [mg/l] 40 30 Cloruri 3,0 – 4,0 g/l Zn < 0,01 mg/l
TSS
effluente [mg/l] 15 4 Conducibilità 16 – 22 mS/cm Cu 0,01 – 0,2 mg/l
TKN
effluente [mg/l] 12 6 Composizione (intervallo di valore) del percolato di
N-NOx (a)
efficienza di rimozione [%] 99 99,5 discarica utilizzato durante la sperimentazione
effluente [mg/l] 4,5 2
Tensioattivi
Rimozione del colore 52 98
(a)
: supportata con l’aggiunta di una sorgente di carbonio esterna
De Feo, De Gisi, Galasso, (2011)


Conclusioni

Pagina 31


Conclusioni
In merito alla progettazione degli impianti di depurazione
Una corretta progettazione non può prescindere dalla gestione degli impianti per cui
bisogna progettare nell’ottica della gestione.
Il progettista di impianti è opportuno che abbia maturato anche esperienze di gestione.
Al di là di tutti gli aspetti strutturali e della specificità dei processi depurativi, occorre tenere
presente che nella corretta gestione di un impianto di depurazione incide significativamente
una variabile indipendente che è il fattore umano.

In merito al ruolo della ricerca
La ricerca fornisce nuove prospettive, tecnologie per la risoluzione delle principali
problematiche aperte nel campo della depurazione (ad esempio la riduzione della
produzione dei fanghi biologici, ecc.).
Il progettista di impianti è opportuno che sia in costante aggiornamento sia in termini di
novità tecnologiche .sia di progressi in ambito scientifico.

Pagina 32


Riferimenti bibliografici
ANPA (Agenzia nazionale per la protezione dell’ambiente), Guida alla progettazione dei sistemi di collettamento e
depurazione delle acque reflue urbane, Manuali e Linee guida 1/2001.
APHA, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19th edn, American Public Health
Association/American Water Works Association/Water Environment Federation, Washington DC, 1995.
Bonomo L., Trattamenti delle acque reflue, McGraw-Hill Companies, Srl, Publishing Group Italia, Milano, ISBN:
978-88-386-6518-9, 2008.
Decreto Legislativo 3 aprile 2006, n. 152, Norme in materia ambientale, Supplemento Ordinario n. 96 alla
Gazzetta Ufficiale n. 88 del 14 aprile 2006.
De Feo G., De Gisi S., Galasso M., Ingegneria Sanitaria Ambientale. Acque Reflue, Dario Flaccovio Editore S.r.l.
2011, Palermo, Italia, 2011 (in fase di stampa).
Di Iaconi C. , Lopez A., Ramadori R., Di Pinto A.C. , Passino R., Combined chemical and biological degradation of
tannery wastewater by a periodic submerged filter (SBBR), Water Research, Volume 36, Issue 9, May 2002,
Pages 2205-2214.
Di Iaconi C., De Sanctis M., Rossetti S., Ramadori R., SBBGR technology for minimising excess sludge production
in biological processes, Water Research, Volume 44, Issue 6, March 2010, Pages 1825-1832.
Galasso M., De Feo G., Landi R., De Gisi S., La depurazione dei reflui degli impianti di produzione del biodiesel,
Ingegneria Ambientale, Vol. 37, n. 1-2, pp. 34-38, 2008.
Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering. Treatment and Reuse, 4th ed., McGraw Hill, New York (USA), 2003.
Tomei M., Ramadori R., ASCAM (Activated Sludge Computer Aided Modelling), IRSA-CNR, 2002.
Van Gerpen J., Biodiesel processing and production, Fuel Processing Technology, Vol. 86, pp. 1097-1107, 2005.

Pagina 33

Special thanks Prof. ing. Giovanni De Feo
Professore aggregato di Ingegneria Sanitaria-Ambientale
presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale, della Facoltà di
Ingegneria dell’Università di Salerno, attualmente insegna
“Fenomeni di inquinamento e controllo della qualità ambientale”.
Le sue attività di ricerca sui temi delle acque reflue e dei rifiuti
solidi sono attestate in più di ottanta pubblicazioni nazionali e
Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università degli Studi di Salerno, via
internazionali su libri e riviste di settore ed è autore del testo
ponte Don Melillo n1, 84084, Fisciano (SA)
“Fenomeni di inquinamento e controllo della qualità ambientale
– Teoria, esercizi e aneddoti vari” (Aracne Editrice).
Mail: g.defeo@unisa.it

Dott. ing. Sabino De Gisi
Bierre Chimica S.r.l., Settore Ricerca e Sviluppo, via Canfora, 59/61,
84084, Fisciano (SA) Laureato con lode in Ingegneria Ambientale, ha conseguito il
Page 34 titolo di dottore di ricerca in Ingegneria Civile per l’Ambiente e il
Territorio presso l’Università di Salerno. Attualmente collabora
alle attività di ricerca sui temi delle acque reflue e dei rifiuti solidi
presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale, è autore e
coautore di più di trenta pubblicazioni nel settore s.d.
dell’Ingegneria Sanitaria Ambientale, sia in ambito nazionale
Dario Flaccovio Editore S.r.l., Palermo, Italia. che internazionale oltre a svolgere la libera professione in
ambito civile e ambientale.
Mail: sdegisi@unisa.it

Dott. chim. Maurizio Galasso
Bologna Fiere S.p.A., Bologna, Italia. Laureato in Chimica ad indirizzo organico-biologico, nel 1977,
presso l’Università di Napoli, dove dal 1979 al 1982 è stato
ricercatore a contratto, si interessa da anni, professionalmente,
di impianti di depurazione delle acque reflue e di trattamento dei
rifiuti solidi. Dal 1983 al 2006 è stato Responsabile del Servizio
Chimico Ambientale del Consorzio Interprovinciale dell’Alto
Calore (AV), dal marzo 2006 è Direttore Tecnico della soc.
Bierrechimica S.r.l. di Fisciano (SA). È autore e coautore di
SAIE, Salone Internazionale dell‘edilizia, Bologna, Italia.
numerose pubblicazioni nel settore ambientale, sia in ambito
nazionale che internazionale.
Mail: mauriziogalasso@bierrechimica.it

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