01_Caratteristiche Delle Acque Reflue 2009-2010-Bn

Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni AmbientaliUniversit di Palermo

INGEGNERIA SANITARIA-AMBIENTALE(prof. ing. G. Viviani)a.a. 2009-2010 9 CFU

PRESENTAZIONE DEL CORSOLEZIONI: Trattamento delle acque di rifiuto Trattamento delle acque di approvvigionamento Gestione dei rifiuti solidi Inquinamento e recupero dei corpi idrici (mare, fiumi e laghi)

ESERCITAZIONI: Sviluppo del progetto di un impianto di trattamento per reflui urbani

(svolgimento in gruppi) Brevi seminari su temi specifici Visite tecniche guidate a impianti di trattamento

SUPPORTI DIDATTICI: Dispense scaricabili dal sito web durante il corso Testi consigliati


Collegamenti con altri insegnamenti del settore (3 anno della Laurea triennale in Ingegneria per lAmbiente e il Territorio):

Impianti di trattamento sanitario-ambientale Gestione degli impianti di trattamento sanitario-ambientale Laboratorio di impianti di trattamento sanitario-ambientale (att. art.10)

Prosecuzione nella Laurea magistrale: Bonifica dei siti contaminati (1 anno L.M. in Ingegneria per lAmbiente e il

Territorio) Processi avanzati di trattamento delle acque reflue (2 anno della L.M. in

Ingegneria per lAmbiente e il Territorio indirizzo Ambiente)

Insegnamento obbligatorio Insegnamento a scelta


IL CICLO DELLE ACQUE EI SISTEMI FOGNARI

Ciclo integrato delle acquecaptazione delle risorse idriche superficiali (da fiume o lago) o

sotterranee (da pozzi o sorgenti) ed eventuale trattamento delle acque

(potabilizzazione)

adduzione delle acque

distribuzione cittadina delle acque

sistema fognario

depurazione delle acque reflue

Scarico

Corpo idricoricettore

Riuso

Il ciclo delle acque e i sistemi fognari

Acque di approvvigionamento

Acque di rifiuto (reflue)

FOGNATURA A SISTEMA SEPARATO


Acque nere

Fognatura separata

Impianto di depurazione

Recapito

Rispetto dei limiti imposti dal D. Lgs. 152/06

Acque bianche

Eventuale trattamentomeccanico

FOGNATURA A SISTEMA UNITARIO


Acque nere

Acque bianche

Fognatura unitaria

Impianto di depurazione

Scaricatore di piena

Recapito

Rispetto dei limiti imposti dal D. Lgs. 152/06

Eventuale trattamentomeccanico

Sistemi di fognatura: (a) unitario; (b) separato

(a) sistema unitario; (b) sistema separato


a) sfioratore laterale


alla depurazione

b) scaricatore a salto di fondo

allo scarico (recapito)

da rete fognaria

da rete fognaria

alla depurazione allo scarico (recapito)

Esempi di scaricatori di piena


Acquenaturali

Acquepotabili

Acque refluegrezze

Acque refluedepurate

Acque reflueriutilizzabili

Q

u

a

l

i

t

d

e

l

l

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tempo

P

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m

e

n

t

o

D.lgs.152/06(parte 3a, All.2)

D.lgs.31/01

D.Lgs 152/06(parte 3a, All.5)

D.M..185/03

L.R.S. 27/86(Tab.1)

D.lgs. 152/06(parte 3a, All.5)

ACQUEDOTTI FOGNATURE

Modifiche nel tempo delle caratteristiche di qualit delle acque in relazione agli usi e normativa di competenza

Inquadramento normativo (acque reflue)

D. lgs. 152/1999

Fissa i limiti (sulle concentrazioni) degli inquinanti presenti nella acque reflue, prima del loro scarico nel corpi idrico ricettore, in funzione degli obiettivi di qualit che si vogliono raggiungere, al fine di garantire un determinato stato di salute per il corpo idrico ricettore. Ha abrogato la L. 319/1976.

D.M. Ambiente 185/2003

Norme tecniche in materia di riuso (civile, irriguo e industriale).


D.lgs. 152/2006Norme in materia ambientale (citato anche come Testo unico sulle acque). Ha abrogato il D.lgs. 152/1999, di cui conferma molti contenuti.

L. R.S. 27/1986Disciplina degli scarichi delle pubbliche fognature etc.. Norma le competenze regionali sugli scarichi, ai sensi della L. 319/1976.

n

o

r

m

e

n

a

z

i

o

n

a

l

i

n

o

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m

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r

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g

i

o

n

a

l

i

L. 319/1976 (Legge Merli)

Prima norma organica sulla disciplina degli scarichi delle acque reflue.


CARATTERISTICHE DELLE ACQUE REFLUE

Unit di misura

Concentrazione: rapporto massa/volumemisura in mg/l , g/m3 , parti per milione (ppm); infatti, nel caso di forti diluizioni, la densit del liquame pu ritenersi pari a quella dellacqua pura:

1 mg/l = 1 mg/(1 kg) = 1/1.000.000 mg/mg = 1 ppm

Carico: massa di inquinante scaricata nellunit di tempomisura in kg/ora, kg/giorno, etc.; risulta ovviamente:

carico = concentrazione x portata

[M/T] = [M/L3] x [L3/T]

Apporto pro-capite (carico specifico): quantit di inquinante prodotta nellunit di tempo dallunit di popolazione

misura in g/abxgiorno

Caratteristiche delle acque reflue

Definizioni:


Variabilit in tempo secco di portate e concentrazioni

Q e C variano tra un minimo notturno e uno o pi massimi diurni

Qmax/Qm = 1,5-2 = f(1/Pop)

Qmin/Qm = 0,3

N.B.:

Landamento delle concentrazioni segue quello delle portate:

se Qmax 2 Qm e Cmax 2 Cm Lmax 4 Lm

0

50

100

150

200

250

300

350

0

,

0

0

2

,

0

0

4

,

0

0

6

,

0

0

8

,

0

0

1

0

,

0

0

1

2

,

0

0

1

4

,

0

0

1

6

,

0

0

1

8

,

0

0

2

0

,

0

0

2

2

,

0

0

2

4

,

0

0

Q (m3/ora)BOD5 (mg/l)

Campionamento delle acque di scarico

Campione istantaneo: caratteristico dellistante in cui viene eseguita la misura (per portata e concentrazioni)

Campione medio o composito: si ottiene per miscelazione di campioni istantanei, aventi volumi Vi proporzionali alle portate Qi relative a ogni singolo campione istantaneo; la concentrazione misurata sul campione cosottenuto quella media nellintero periodo di campionamento:


Definizioni:

=

==i i

i i

i i

i i

i i

i i

Q

QCi

Q

QCi

V

VCiCm

quindi Cm pu essere ottenuto anche a partire da una serie di misure sincrone di portata e concentrazione

Nota bene: Mc e Cm coincidono solo le la portata della corrente campionata costante nellintero periodo di campionamento


Differenza tra campioni istantaneo e medio:a partire dalla concentrazione Ci di N campioni istantanei, prelevati a intervello di tempo successivi, possibile calcolare la media delle concentrazioni Mc per lintero periodo di campionamento:

NCi

Mc i=La concentrazione misurata sul campione medio rappresenta invece la concentrazione media Cm del liquame nel periodo di campionamento:

=

i i

i i

Q

QCiCm

Nel caso di liquidi omogenei, si possono usare bottiglie (in vetro o in plastica):

Per lesecuzione di analisi microbiologiche, occorre adoperare contenitori sterili

Tecniche di campionamentoCaratteristiche delle acque reflue

Nel caso di liquidi aventi caratteristiche variabili con la profondit (mari, laghi), possono essere usate le bottiglie di Nansen, di Van Dorn, di Niskin

Tecniche di campionamento:


particolari accorgimenti possono adoperarsi nel caso di piccoli tiranti idrici o per evitare il gorgogliamento

bottiglia di Niskin

Tecniche di campionamento:


Per il prelievo del campione medio occorre adoperare campionatori automatici (generalmente a 24 bottiglie)

Campionatori automatici (a) portatili, (b) fissi refrigerati

(a)

(b)


Fisiche:

9 Temperatura

9 Contenuto di solidi

Chimiche:

9 Sostanze organiche

9 Composti dellazoto e del fosforo (nutrienti)

9 Sostanze inorganiche

Microbiologiche:9 Batteri

Organolettiche:9 Aspetto

9 Colore

9 Odore


Caratteristiche organoletticheAspetto:

liquido torbido; colore grigio-giallastro; in condizioni settiche tende a inscurirsi


Odore:

Caratteristico (sui generis), ma non particolarmente sgradevole, (odore di ammoniaca).

Diviene sgradevole, se si instaurano condizioni putrefattive (settiche), per la produzione di gas di putrefazione della componente biodegradabile (idrogeno solforato, mercaptani, etc.).

Misura: MDTOC (Minimum Detectable Threshold Odor Concentration), che rappresenta la concentrazione minima a cui un gas diluito in aria pura viene rilevato da un campione scelto di individui.

pesceCH3NH2, (CH3)3HAmmine

feciC9H9NScatolocavolo marcio(CH3)2S, (C6H5)2SZolfo organico

moffetta(CH3)3CSH, CH3(CH2)3SH(butile & crotile)cavolo marcioCH3SH, CH3(CH2)SH

Mercaptani

(metile & etile)

uova marceH2SIdrogeno solforatopesce marcioNH2(CH2)4NH2, NH2(CH2)5NH2DiammineammoniacaNH3Ammoniaca

Odorecaratteristico

Formula chimicaComposto odoroso


Caratteristiche organolettiche

Caratteristiche organolettiche

Colore:

La colorazione dei liquami dovuta alla presenza di solidi sospesi e disciolti.In condizioni settiche (anaerobiche) il liquame tende ad inscurirsi.

Misura:

per diluizioni successive di un campione fino a renderlo non pi percettibile su uno spessore d'acqua prefissato di 10 cm; si misura in numero di diluizioni(Vfinale/Vcampione) (metodo adoperabile per le soluzioni ricche di sostanze sospese, liquami);

per confronto con soluzioni a concentrazione nota di cloroplatinato di potassio (K2PtCl6); si misura in Hazen (1 mg/l di platino) (per soluzioni povere di sostanze sospese, acque naturali).


Caratteristiche fisicheTemperatura:

Ha effetti sia sulla velocit delle reazioni chimiche e dei processi biologici, sia sulla solubilit dell ossigeno allinterno del liquame.

9 in acquedotto 10 15 C9 in fognatura 13 20 C (aumento di T da attribuire allo scarico di acqua calda)

Fanno eccezione i liquami prodotti in centri montani, che a causa della presenza di acque primarie fredde in fognatura possono scendere, in periodi invernali, a temperature di 5 8 C

estate: 18 -20C

inverno: 14 -15C


Caratteristiche fisicheContenuto solido:I solidi contenuti allinterno di un liquame (solidi totali ST) si dividono in :

solidi disciolti: attraversano un filtro di passante 0,45 m;

solidi sospesi: sono trattenuti dal filtro; a loro volta si dividono in:

solidi sospesi sedimentabili: sedimentano in 2 ore in cono Imhoff

solidi sospesi non sedimentabili: sedimentano in > 2 ore in cono Imhoff

cono Imhoff


1 - Apparecchio per la filtrazione2 - Pompa per il vuoto

Caratteristiche fisiche

Solidi volatili FRAZIONE ORGANICA9 Costituiscono la frazione che diventa volatile se sottoposta a

riscaldamento in forno a muffola a 550 C; rappresenta con buona approssimazione la porzione di sostanza organica presente.

Solidi non volatili (residuo fisso) FRAZIONE INORGANICA9 Costituiscono i residui solidi del riscaldamento a 550 C;

rappresentano, con buona approssimazione, la porzione inorganica del campione.

Ciascuna frazione di solidi si distingue in:

SOLIDI VOLATILI SOLIDI NON VOLATILI

Nota: in effetti a 350 C il carbonato di magnesio si decompone in MgO e CO2


Caratteristiche fisiche

ST

MODALIT DI DETERMINAZIONE DEL CONTENUTO DI SOLIDI:

Cono Imhoff

SSS

SNS

Incenerimento

SSSV

SSSNV

Filtrazione (0,45 m)

SSNSEvaporazione

SD

Incenerimento

SSNSV

SSNSNV

Evaporazione Incenerimento

SDV

SDNV


Evaporazione

surnatante

filtro - tara

filtrato

sedimento

Caratteristiche fisicheCONTENUTO DI SOLIDI: APPORTI PRO-CAPITE IN REFLUI URBANI

19011080Totali

1005050Disciolti

60

30

40

20

20

10

SospesiSedimentabili

Sospesi Non Sedimentabili

TotaliVolatiliNon VolatiliSolidi

NOTA: lunit di misura utilizzata [g/abgiorno]


Caratteristiche fisicheCaratteristiche delle acque reflue

LEGAME TRA SOLIDI, STATO FISICO E TRATTAMENTI

0,45

Caratteristiche fisicheTorbidit: una misura indiretta del contenuto di solidi di una sospensione.

Misura della torbidit:

a) torbidimetro: misura della quantit di luce assorbita o dispersa dal materiale in sospensione nellacqua:

si irradia il campione con un fascio di raggi luminosi

si misura la frazione riflessa e rifratta a 90 rispetto al fascio incidente


b) per confronto con sospensione di farina fossile a base di silice (SiO2)

Unit di misura: unit di torbidit NTU

mg/l di silice (SiO2) (1 mg/l = 1 unit NTU)

Caratteristiche chimichepH:

Definizione: pH = - log (H+)

Acqua pura pH = 7

Soluzione acida pH < 7

Soluzione alcalina o basica pH > 14

Liquame urbano pH = 7,2 7,3

Il pH influenza fortemente lo sviluppo di numerose reazioni chimico-biologiche

Altre caratteristiche chimiche (alcalinit, etc.):vedi dispensa e testi di chimica e chimica applicata


Caratteristiche chimiche

a) Misura con analisi elementare dei vari composti presenti in acqua.

b) Misura globale dellintero contenuto di sostanza organica.

misura diretta della sostanza organica

misura indiretta di sostanze indici della presenza di sostanza organica

LA MISURA DEL CONTENUTO ORGANICO

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

Misura diretta della s.o.

Misura indiretta della s.o.

Microrganismi

Esempio: schema del metabolismo aerobico di degradazione del glucosio


Si preferisce la misura indiretta del contenuto organico perch: pi semplice da informazione delleffetto della sostanza sul bersaglio (corpo ricettore)

MISURE DEL CONTENUTO ORGANICO

Misure dirette: analisi elementare dei composti

TOC (Total Organic Carbon)

Misure indirette: BOD (Biochemical Oxigen Demand)

COD (Chemical Oxigen demand)

ThOD (Theoretical Oxigen Demand)


BOD (Biochemical Oxigen Demand)

Definizione: la domanda biochimica di ossigeno (BOD) la quantit di ossigeno consumata dai microrganismi [biomassa], in condizioni aerobiche, per poter procedere allassimilazione e alla degradazione delle sostanze organiche biodegradabili [substrato] presenti nei liquami.

Osservazione: dire che un liquame ha un BOD di 500 mg/l significa che, per ottenere la degradazione per via aerobica delle sostanze organiche biodegradabili contenute in un litro di tale liquame, necessario che siano consumati dalla popolazione batterica 500 mg di ossigeno.

1a conclusione: non vuol dire che ci sono 500 mg di sostanze organiche in un litro del liquame !!

2a conclusione: in tal modo si misurano solo le sostanze organiche biodegradabili.

3a conclusione: se nel campione analizzato non sono originariamente disponibili 500 mg di O2, occorre fornirli artificialmente.


Ammettendo una cinetica di primo ordine per la rimozione del substrato S da parte della biomassa, si pu scrivere:

con K = costante di biodegradazione del substrato (tempo-1).

Integrando si ottiene:

Dipendenza del BOD dal tempo

(1) SK dtdS =

Ktot 10SS

=


Sostituiamo ad S la quantit di ossigeno equivalente (BOD) , necessario per ossidare tale sostanza.

Si definisce BODtot la quantit di ossigeno necessaria per biodegradare lintero substrato presente.

Quindi il substrato al tempo t proporzionale a (BODtot-BOD), dove BOD il consumo di ossigeno verificatosi al tempo t.

Infatti: pet t = 0 S = So e BOD = 0per t S 0 e BOD BODtot

Sostituendo in (1) ottengo:

da cui:

Dipendenza del BOD dal tempo

( ) )BODBOD(Kdt

BODBODdtot

tot =


( )Kttot 101BODBOD =

BODtot

BOD consumato

St BODtot - BODtBODt

tempo

S

St = So 10 Kt

BODt = BODtot (1-10-Kt)

t

St

So

BOD

Normalmente le misure di BOD sono limitate ad un periodo di 5 giorni (BOD5)

Per reflui domestici K = 0,1 g-1 a 20 C, quindi: BOD5 = 0,684 BODtot


Andamenti nel tempo di S e BOD

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

0 5 10 15 20 25

giorni

r

a

p

p

o

r

t

o

f

r

a

B

O

D

e

B

O

D

5

a

2

0

C

Effetto di K sullandamento del BODCaratteristiche delle acque reflue

K varia al variare della temperatura, applicando la legge di VantHoff- Arrhenius:

Kt = K20 (t-20)

varia a seconda del tipo di substrato e di biomassa. Per liquami domestici grezzi: = 1,135 per T < 20 C

= 1,056 per 20 < T < 30 C

T

Metodi di misura del BOD (1)Caratteristiche delle acque reflue

1) Metodo per diluizione:

Principio generale: la richiesta di ossigeno molto pi elevata della quantit di ossigeno disciolto; occorre pertanto fornire ossigeno per mantenere le condizioni aerobiche

La misura va eseguita su campione fresco o conservato a 4 C

La misura va fatta a temperatura = 20 C (in frigotermostato)

si diluisce il campione in modo che la richiesta di ossigeno sia inferiore alla quantit disciolta a saturazione (9,2 mg/l) per acqua pulita a 20C;

si pone il campione in un contenitore a tenuta a 20C; si misura la quantit di ossigeno disciolto all'inizio e dopo 5 giorni,

quindi si moltiplica il valore ottenuto per il rapporto di diluizione.

difetto del metodo: si misurano solo i valori iniziali e finali dell'O.D. e non quelli intermedi (in pratica non si pu calcolare K)

Metodi di misura del BOD (2)Caratteristiche delle acque reflue

2) Metodo manometrico o respirometrico: si pone il campione in una cella ermetica a 20C; il consumo di ossigeno valutato indirettamente a partire dalla

misura della:

a) depressione prodotta nella cella, con resp. di Warburg (metodo manometrico)

b) quantit di O2 che deve essere fornita per ristabilire la pressione iniziale, con resp. di Sierp (metodo respirometrico).

Nel primo metodo, pi usato, la CO2 prodotta nella reazione viene eliminata tramite idrato di potassio (KOH).

Difetti del BOD:

richiede tempi lunghi; poco significativo per la misura delle sostanze organiche poco

biodegradabili;

il valore del BOD5 dipende da quello di K; il valore del BOD5 falsato dalla presenza di sostanze tossiche; misura falsata per carenza di sostanze nutritive

Apporto pro-capite di BOD:Per i reflui domestici lapporto pro-capite di 54-60 g/(ab giorno)


Influenza dellossidazione dellazotoAzoto organico Ammoniaca Nitriti Nitrati

H2N-CO-NH2 (urea) NH3 NO2 NO3 La decomposizione si attua in tempi lunghi ad opera di biomasse

nitrificanti + denitrificanti, con consumo complessivo di ossigeno La misura delle forme di azoto presente nel refluo quindi un indice

dellet del refluo


BOD5

giorni0 5 10 15 20

BOD ultimo

NBOD

BOD

BOD

Il consumo di ossigeno inizia dopo 5-8 giorni

Questo crea una impennata del grafico di BOD=f(t) che si sovrappone al normale andamento del BOD

Il contributo dellazoto nel BOD si indica con NBOD o NOD

Quindi per la corretta misura del BOD occorre evitare che nel campione si verifichino fenomeni di nitrificazione (limitazione durata della prova, uso di inibitori di nitrificazione).

Apporti pro-capite in reflui urbani (in gr/abxgiorno):

19011080S.T.

1005050S.D.

6030

40 20

2010

S.S. sed.S.S. non sed.

TotaliVolatiliNon vol.Solidi


Legami fra BOD e contenuto di solidi:

-100110/110BOD tot.

tratt.biologici o fis.-chim.4650/110BOD disc.

chiarificazionetratt.biologici o fis.-chim.

36 18

40/11020/110

BOD sed.BOD non sed.

trattamenti di rimozione%frazioneBOD

La domanda chimica di ossigeno (COD) rappresenta la quantit di ossigeno richiesta per ossidare per via chimica le sostanze organiche presenti nei liquami.

Dunque misura sia le sostanze organiche biodegradabili, sia quelle non biodegradabili (COD > BOD).

Misura del COD: Il refluo deve essere acidificato con acido solforico (H2SO4)

Si aggiunge bicromato di potassio (K2Cr2O7) potente ossidante, in presenza di catalizzatore (Ag2SO4):

materia organica (CaHbOc) + Cr2O7-2 + H+ Cr+3 + CO2 + H2O Si porta ad ebollizione per circa due ore

La misura vieni quindi espressa in termini di equivalente di ossigeno consumato

La prova richiede circa cinque ore di tempo (molto pi rapida di quella del BOD)


COD (Chemical Oxigen Demand)

La domanda teorica di ossigeno (ThOD) rappresenta la quantit di O2 stechiometricamente necessaria per lossidazione dei composti organici, con formazione di prodotti finali come CO2, H2O, NO3, etc.

Difetto : richiede la conoscenza di tutti i composti presenti nel liquame, per cui praticamente inutilizzabile per le acque reflue


ThOD (Theoretical Oxigen Demand)

Il carbonio organico totale (TOC) rappresenta la quantit di CO2 che si produce nella combustione della sostanza organica presente nel liquame.

E quindi una misura diretta di carbonio e non di ossigeno.

Misura del TOC: si tratta il campione (filtrazione)

si ossida il campione in una cella di combustione ad elevata temperatura

si misura lanidride carbonica prodotta (CO2) tramite un analizzatore a infrarossi

si calcola la quantit di carbonio presente nel campione

una prova molto rapida (15 minuti circa), eseguibile con strumenti automatici


TOC (Total Organic Carbon)

Il rapporto tra COD e BOD fornisce importanti indicazioni di carattere qualitativo:

9 Reflui civili COD/BOD5 = 1,8 2,29 Rapporti maggiori (46 volte) sono indice di scarichi industriali;9 Rapporti estremamente maggiori (anche 100 volte) sono indice della presenza di sostanze tossiche per i microrganismi

9 COD = 0,8 ThOD

9 TOC = 0,5 ThOD

9 COD = 1,5 TOC


Confronti tra BOD, COD, TOC, ThOD

Per i reflui di origine produttiva (reflui industriali) si utilizza il concetto di popolazione equivalente, definita come il numero di abitanti che determina gli stessi carichi inquinanti (in termini di BOD) dellattivit considerata.

Esempio: unindustria che produce un carico organico B pari a 300 kg BOD/giorno corrisponde ad un numero di abitanti equivalenti (Apc=60 g/abxgiorno):

La valutazione dellequivalenza pu essere condotta anche su base parametrica, facendo cio riferimento alle dimensioni dellazienda(manodopera impiegata, produzione, etc.); se nellesempio precedente lindustria avesse un impiego di 750 unit, si avrebbe una popolazione equivalente di 5000/750=6,67 AE/addetto.

Il concetto di AE utile per esprimere il carico di una particolare utenza civile o industriale, in termini omogenei e confrontabili con le utenze civili.

Attenzione: lequivalenza espressa in termini di BOD pu non essere estesa ad altri inquinanti !!

Abitante equivalente (AE)Caratteristiche delle acque reflue

( ) AE000.506,0300

1000/60B ==

AZOTO

Forme di azoto nelle acque naturali e reflue: Azoto organico Azoto ammoniacale Azoto nitroso (NO2) Azoto nitrico (NO3)Lazoto totale la somma delle 4 forme.Lazoto gas poco presente, perch poco solubile


AZOTO

Apporto pro-capite di azoto totale in fognatura per reflui domestici: 12 g /abgiorno, per il 40% organico e per il resto ammoniacale.

TKN (Total Kjeldahl Nitrogen): misura complessiva di azoto organico e ammoniacale; determinazione:

digestione acida del campione; trasformazione di tutto lazoto nella forma ammoniacale; misura dellammoniaca complessiva presente nel campione.


Per lassenza in fognatura di reazioni di ossidazione, nei liquami urbani t.q. lazoto presente sotto forma organica ed ammoniacale, come:9 composti proteici presenti nelle deiezioni e negli altri rifiuti;9 ammoniaca derivante dallidrolisi dellurea.

Origine del fosforo nelle acque reflue di origine domestica:

deiezioni umane (circa ,5 g/abxgiorno)

detersivi (circa 0,5 g/abxgiorno)

Quindi lapporto pro-capite pari a 2 g/abxgiorno

Il fosforo presente in forma solubile e particellata, organica e inorganica:

Fosforo organico (che per decomposizione batterica si trasforma in ortofosfati), solitamente particellato, pari a circa il 10% del fosforo totale; tale forma tende a idrolizzarsi a ortofosfato (H3PO4).

Polifosfati (polimeri formati per condensazione di due o pi molecole di ortofosfati, con eliminazione dellacqua), che tendono comunque a idrolizzarsi in ortofosfati.

Ortofosfati (sali dellacido ortofosforico H3PO4),in forma solubile, sono la forma pi facilmente assimilabile ( eutrofia)


FOSFORO

Composti organici prodotti dalle attivit domestiche, dal traffico motorizzato (superfici stradali, autorimesse, stazioni di servizio) e da molte attivit industriali.

Sono in forma liquida (oli) e solida (grassi), tutti pi leggeridellacqua e in essa insolubili.

Composti lentamente biodegradabili.

Sono insolubili in acqua e tendono ad accumularsi sulla superficie liquida ostacolando la riossigenazione.

In presenza di tensioattivi, formano nellacqua sospensioni stabili (emulsioni) non separabili per flottazione.


GRASSI E OLI

Composti organici di sintesi, che riducono la tensione superficiale del solvente (acqua). Hanno sostituito i saponi naturali.

La loro presenza nelle acque provoca problemi di formazione di schiume, rallentamento del trasferimento dossigeno per il loro accumulo superficiale, emulsioni con gli oli.

Modeste concentrazioni nei reflui di origine domestica.

In funzione della carica assunta dalla parte organica, si distinguono in:

anionici: sali di sodio a catena ramificata (ABS = alchilbenzensolfonati), lentamente biodegradabili, e a catena lineare (LAS = alchilsolfonatilineari), rapidamente biodegradabili;

cationici: sali di ammonio, usati pi come ammorbidenti e disinfettanti che come detergenti;

non ionici: non si dissociano in acqua; poco usati come detergenti.

Misura: per i tensioattivi anionici si esegue per reazione con il blu di metilene(MBAS = sostanze attive al blu di metilene);

Caratteristiche delle acque reflueTENSIOATTIVI

Numerosi composti, rilevabili in forma singola o globale:a) Misure globali: solidi disciolti non volatili; misura della conducibilit (funzione della concentrazione e della

natura degli ioni in soluzione; misura falsata dalla presenza di colloidi e sostanze organiche; pi veritiera per le acque di approvvigionamento.

b) Misure singole: analisi di singoli ioni

Sono i metalli ad elevato peso atomico: nichel, manganese, piombo, cromo, rame, zinco, cadmio, ferro e mercurio.

In un liquame urbano (pH neutro o debolmente alcalino) essi precipitano in forma di idrossidi e carbonati, risultano tossici per la popolazione batterica.

Pericolo per fenomeni di accumulo


METALLI PESANTI

COMPOSTI INORGANICI

Sono composti persistenti (non si degradano); adatti come traccianti conservativi di inquinamento.

Il metabolismo umano provoca lo scarico di circa 6 g/abgiorno(principalmente contenuti nelle urine), che si aggiungono a quelli presenti allorigine nelle acque di approvvigionamento.

La concentrazione di cloruri in un liquame urbano di circa 20 mg/l.

Anomale concentrazioni possono essere determinate da infiltrazioni di acque salmastre in fognatura;

Comportano problemi (metabolismo biomasse, solubilit ossigeno) per concentrazioni superiori ai diverse centinaia di mg/l.


CLORURI

La presenza di solfati negli scarichi deriva sia dalla qualit delle acque di approvvigionamento, sia dagli apporti industriali.

Possono causare problemi di:

cattivi odori connessi alla produzione batterica di solfuri, che si liberano in atmosfera sotto forma di idrogeno solforato (H2S);

corrosione dei manufatti per ossidazione batterica con produzione di acido solforico, aggressivo per il calcestruzzo:

H2S + 2O2 H2SO4


COMPOSTI DELLO ZOLFO

Batteri

Funghi

Alghe

Protozoi

Piante e animali

Virus

Organismi viventi presenti nelle acque primarie e reflue


Caratteristiche microbiologiche

MICRORGANISMI

La presenza di microrganismi negli scarichi va attribuita alle deiezioni umane ed animali (1011 1012 micr./abxgiorno).

La maggior parte costituita da batteri saprofiti banali, non patogeni, demolitori della sostanza organica (coliformi fecali, streptococchi fecali).

Presenza anche di microrganismi patogeni: batteri (tifo, dissenteria, colera), virus (epatite), uova di vermi (tenie, ascaridi).

La misura diretta in pratica impossibile, a causa di:9 elevatissimo numero di specie patogene9 complicate e costose procedure per lindividuazione di ogni singola

specie

Si preferisce quindi una misura indiretta, facendo uso di ORGANISMI INDICATORI, anche se non patogeni

MISURA DEI MICRORGANISMI PATOGENI



MICRORGANISMI INDICATORI (M.I.)

Si ricorre alla valutazione di batteri saprofiti banali la cui presenza viene assunta come indice di inquinamento fecale e quindi di potenziale presenza di microrganismi patogeni.

Gli indicatori utilizzati, per acque primarie e reflue, sono:

Coliformi totali Coliformi fecali Streptococchi fecaliSono organismi direttamente collegati alla presenza di organismi patogeni:

rapporto quasi costante tra la loro presenza e quella delle singole specie patogene (virus, batteri, etc.);

presenti in gran numero;

facilmente misurabili

estremamente resistenti alle condizioni ambientali

Lelevata presenza di M.I. non dimostra rende certa lesistenza di organismi patogeni nellacqua, ma solo la loro elevata probabilit di presenza.



BATTERI COLIFORMI TOTALIEscherichia, Aerobacter: non sono significativi di inquinamento antropico, dato che tali batteri si sviluppano anche nel suolo.

BATTERI COLIFORMI FECALI

Escherichia Coli: batteri caratteristici delle feci umane, la cui produzione ammonta a 100 400 miliardi/abgiorno.

STREPTOCOCCHI FECALI

Caratteristici degli scarichi zootecnici; utili per distinguere un inquinamento di origine fecale umana da quello di origine animale.

Colitotali/streptococchi fecali 1 contaminazione di origine animale. Colitotali/streptococchi fecali 4 contaminazione di origine umana. 1 colitotali/streptococchi fecali 4 interpretazione incerta.



Misure della carica batterica: MPN (Most Probable Number) UFC (Unit Formanti Colonia)

Concentrazioni tipiche: coliformi totali: 108 109 MPN /100ml coliformi fecali: 107 108 MPN/100ml streptococchi fecali: 107 108 MPN/100ml



SAGGIO DI TOSSICIT

Il saggio di tossicit fornisce una misura indiretta delleffetto di uno scarico sui corpi idrici ricettori (con particolare riferimento al fenomeno di deossigenazione)

Conduce alla definizione del limite di tolleranza medio (TLm), pari al rapporto di diluizione (dello scarico con acqua pulita) affinch si abbia una mortalit non superiore al 50% di una specie ittica ritenuta indicatrice (dafnia, pesce rosso, trota)



RAPPORTO TRA PORTATA E CONCENTRAZIONE DI UNO SCARICO

Portata in acquedotto:Qa = Dot x Pop litri/giorno

Portata nera in fognatura:Qn = Qa

con = 0,7-0,8 (coeff. di disperdimento)

Concentrazione di un inquinante in fognatura:C = (Apc x Pop x 1000)/Qn mg/litro

quindi:C = Apc x 1000 / ( x Dot) mg/litro

Osservazione: quindi la concentrazione non dipende dal numero di abitanti (Pop), ma solo dalla dotazione


Esempio:

Dotazione: 300 l/abxgiorno = 0,8Apc = 60 gBOD/abxgiorno

Concentrazione di BOD in fognatura:

CBOD = Apc x 1000 / ( x Dot) = 60 x 1000 / (0,8 x 300) = 250 mg/l


ora min media max CAMP.MEDIOQ (m3/ora) 20 91 160

BOD5 (mg/l) 65 143 290 180L (g/ora) 1300 16445 46400

RAPPORTO TRA CAMPIONI ISTANTANEI E MEDI


0

50

100

150

200

250

300

350

0

,

0

0

2

,

0

0

4

,

0

0

6

,

0

0

8

,

0

0

1

0

,

0

0

1

2

,

0

0

1

4

,

0

0

1

6

,

0

0

1

8

,

0

0

2

0

,

0

0

2

2

,

0

0

2

4

,

0

0

Q (m3/ora)BOD5 (mg/l)

ora 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00 22,00 24,00Q (m3/ora) 50 20 24 48 120 149 160 150 125 110 99 80 50

BOD5 (mg/l) 70 65 75 84 165 245 290 260 190 145 110 92 70L (g/ora) 3500 1300 1800 4032 19800 36505 46400 39000 23750 15950 10890 7360 3500

Forza di un liquame:


fortefortemediamediadeboledebole

12001200850850525525

720720500500300300

350350250250145145

mg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/l

TSTSSDSDSSTSST

101088--101099101077--101088101066--101077MPN/100 mlMPN/100 mlColiformi totaliColiformi totali15158844mg/lmg/lFosforo totaleFosforo totale858540402020mg/lmg/lAzoto totaleAzoto totale

10001000500500250250mg/lmg/lCODCOD2902901601608080mg/lmg/lTOCTOC400400220220110110mg/lmg/lBODBOD55

2020101055ml/lml/lSSSSSS

concentrazioneconcentrazioneUNITUNITCONTAMINANTECONTAMINANTE

fortefortemediamediadeboledebole

12001200850850525525

720720500500300300

350350250250145145

mg/lmg/lmg/lmg/lmg/lmg/l

TSTSSDSDSSTSST

101088--101099101077--101088101066--101077MPN/100 mlMPN/100 mlColiformi totaliColiformi totali15158844mg/lmg/lFosforo totaleFosforo totale858540402020mg/lmg/lAzoto totaleAzoto totale

10001000500500250250mg/lmg/lCODCOD2902901601608080mg/lmg/lTOCTOC400400220220110110mg/lmg/lBODBOD55

2020101055ml/lml/lSSSSSS

concentrazioneconcentrazioneUNITUNITCONTAMINANTECONTAMINANTE

RENDIMENTI DI DEPURAZIONE NECESSARI

sul BOD: %9370100S25S

0

0BOD ==

sui SST: %9475100X35X

0

0SST ==


Limiti di legge


IMPOSTAZIONE DEL CICLO DI TRATTAMENTO

Schema generale di un impianto di depurazioneScopo di un impianto di depurazione quello di rimuovere le sostanze inquinanti presenti nei liquami urbani, al fine di rispettare i limitiimposti allo scarico dalla normativa vigente.

refluo grezzo trattamento(linea acque)

refluo depurato

fanghi trattamento (linea fanghi)

surnatante

discarica o riuso (compost)

Impostazione del ciclo di trattamento

rifiuti

discarica

corpo ricettore o riuso

LINEA ACQUE: rimozione degli inquinanti dalla fase liquida con produzione di rifiuti assimilabili a rifiuti urbani (RU) e sedimenti ad elevato contenuto di umidit (fanghi), costituiti dalla componente gipresente in forma sedimentabile nello scarico, o resa sedimentabile a seguito di trasformazioni di natura chimico-fisica, chimica o biologica.

LINEA FANGHI: trattamento dei sedimenti (organici) prodotti nella linea acque per renderli compatibili con lo smaltimento finale. Comprende una fase di stabilizzazione, quando sia presente una componente putrescibile, seguita da una disidratazione per ridurre lumidit.

Schema generale di un impianto di depurazione


Classificazione dei trattamenti

Fisici9 Grigliatura

9 Dissabiatura

9 Sedimentazione

9 Flottazione

Chimici

9 Stabilizzazione

9 Chiariflocculazione

9 Disinfezione

Biologici

9 A biomassa

9 Rimozione dei nutrienti

9 Digestione aerobica o anaerobica

9 Essiccamento

9 Incenerimento

Termici

sospesa

adesa


Riepilogo dei trattamenti della linea acque di un impianto di depurazione

TRATTAMENTI PRIMARI:

- grigliatura

- stacciatura

- dissabbiatura

- sedimentazione primaria (facoltativa, nel caso di impianti di potenzialit medio/piccola)

TRATTAMENTI SECONDARI:

- trattamento biologico e/o fisico-chimico

- sedimentazione secondaria

TRATTAMENTI TERZIARI:

- disinfezione

- rimozione dei nutrienti


Linea acque

Linea fanghi

Impianto di potenzialit medio-grande


Linea acque

Linea fanghi

Impianto di potenzialit medio-piccola


Confronto tra schemi con digestione dei fanghi aerobica e anaerobica

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.000 400.000 450.000 500.000

[A.E.]

c

o

s

t

o

[

/

(

A

E

x

a

n

n

o

)

]

impianti con digestione anaerobica

impianti con digestione aerobica


P*

Costi globali (ammortamento + esercizio) specifici (per abitante e anno) di trattamento delle acque reflue con impianti dotati di trattamenti di digestione dei fanghi aerobici e anaerobici.

Riepilogo dei trattamenti della linea fanghi di un impianto di depurazione

IMPIANTI DI POTENZIALIT MEDIO-BASSA:

si prevede la digestione aerobica del fango, il post-ispessimento e la disidratazione (naturale o meccanica).

IMPIANTI DI POTENZIALIT MEDIO-ALTA (> 100.000 AE):

si prevede il pre-ispessimento del fango, la digestione anaerobica e la disidratazione meccanica.

IMPIANTI DI PICCOLA POTENZIALIT:

uso di trattamenti biologici in linea acque in grado di produrre fango di supero gi stabilizzato (impianti ad aerazione prolungata - ossidazione totale); necessaria solo la disidratazione del fango (naturale).


a) norme per lo scarico delle a.r.: Legge 319/77 (Legge Merli) Delibera C.I.T.A.I. 4/2/77 Legge R.S. 27/1986 D.lgs. 152/1999 D.lgs. 152/2006 Norme in materia ambientale (citato come Testo

unico delle acque)

b) norme per il riuso delle a.r.: D.M. 185/2003


PRINCIPALI NORME VIGENTI PER GLI SCARICHI DELLE ACQUE REFLUE

abrogata

abrogata

Limiti per le acque reflue depurate(Tab.1 All.5 parte 3a D.lgs. 152/06)

Potenzialit impianto in A.E. 2.000 10.000 >10.000Parametri (media giornaliera) Concentrazione % di

riduzioneConcentrazione % di riduzione

BOD5 (mg/l) 25 70-90 25 80COD (mg/l) 125 75 125 75

Solidi Sospesi (mg/l) 35 90 35 90

Limiti per lo scarico in aree sensibili(Tab.2 All.5 parte 3a D.lgs. 152/06)

Potenzialit impianto in AE Parametri

(conc. media annua) da 10.000 a 100.000 > 100.000 concentrazione % di riduzione concentrazione % di riduzione

Fosforo totale (mgP/l)

01_Caratteristiche Delle Acque Reflue 2009-2010-Bn

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