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Impianti di depurazione delle acque reflue:Impianti di depurazione delle acque reflue:

Cicli di trattamento Cicli di trattamento ““appropriatiappropriati”” eecriteri di dimensionamentocriteri di dimensionamento

Dr. Ing. Luigi Dr. Ing. Luigi PettaPettaENVIS ENVIS SrlSrl

ViaVia FaninFanin, 48, 4840127 Bologna40127 Bologna

Tel. 051 4200324Tel. 051 4200324luigiluigi..pettapetta@@envisenvis..itit

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Definizione del ciclo di trattamentoDefinizione del ciclo di trattamento

Dati di inputDati di inputCaratteristiche, quantitative e qualitative, del refluo da trattare

Caratteristiche richieste per l’effluente depurato (Normativa)

Progettazione impianto di depurazioneProgettazione impianto di depurazione

impiantoLiquame grezzo Effluente depurato

Fanghi della depurazione

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Requisiti allo scarico Requisiti allo scarico

Normativa vigenteNormativa vigente

•• D.D.LgsLgs. 152/99 e sue integrazioni (D.. 152/99 e sue integrazioni (D.LgsLgs. 258/2002). 258/2002)(obiettivi qualità corpi idrici, trattamenti appropriati in base(obiettivi qualità corpi idrici, trattamenti appropriati in base alle alle utenze da servire)utenze da servire)

•• Delibera CITAI del 4/2/1977Delibera CITAI del 4/2/1977

Regione EmiliaRegione Emilia--RomagnaRomagna

•• L.R. n.7 del 29/01/1983 e sue integrazioniL.R. n.7 del 29/01/1983 e sue integrazioni•• L.R. n. 1053 del 9/6/2003L.R. n. 1053 del 9/6/2003

(criteri applicativi del D.(criteri applicativi del D.LgsLgs. 152/99 per i sistemi di trattamento). 152/99 per i sistemi di trattamento)

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Definizione del ciclo di trattamentoDefinizione del ciclo di trattamento

La definizione del ciclo di trattamento dipenderà dalla natura e dalle caratteristiche quali-quantitative del liquame.

Pur non essendo possibile generalizzare (data la varietà della composizione dei liquami, soprattutto industriali) è comunque possibile individuare due parti (linee) fondamentali del ciclo di trattamento:

• Linea Acque

• Linea Fanghi

Il Ciclo di trattamento dell’impianto di depurazione è una successione di più fasi di trattamento che possono essere di tipo fisico, chimico e biologico.

Tali fasi si caratterizzano secondo due modalità di svolgimento:

•Separazione (di tipo fisico)

•Trasformazione/degradazione (di tipo biologico/chimico)

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Definizione del ciclo di trattamento

• Pre-trattamenti e Trattamenti Primari

• Trattamenti Secondari

• Trattamenti Terziari

Linea acque

La linea acque consente la rimozione dei composti inquinanti dal refluo da trattare a fronte di una produzione di fanghi costituiti dalla frazione sedimentabile.

In particolare la linea acque si articola nelle seguenti fasi:

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A valle dei trattamenti preliminari e primari sono presenti nel liquame sostanze inquinanti disciolte o in sospensione (colloidale) per la cui rimozione si ricorre ai trattamenti secondari, di tipo chimico-fisico o biologico.

Per liquami urbani, il 70-80% degli inquinanti disciolti sono di natura organica biodegradabile.

I trattamenti secondari sono finalizzati alla conversione degli inquinanti biodegradabili disciolti in materiale cellulare sedimentabile.

A valle di tale conversione si richiede una fase di separazione fisica del materiale cellulare (fango) dall’effluente depurato (sedimentazione secondaria).

Definizione del ciclo di trattamento

Trattamenti secondari

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A valle dei trattamenti secondari, si hanno i trattamenti terziari le cui finalità sono la rimozione dei nutrienti (composti del fosforo e dell’azoto) con l’obiettivo di contenere l’eventuale fenomeno di eutrofizzazione del corpo idrico ricettore.

I trattamenti terziari sono solitamente di tipo biologico o chimico-fisico e possono avvenire contestualmente ai trattamenti secondari.

In alcuni casi sono anche previsti dei Post-trattamenti (di affinamento) particolarmente spinti finalizzati al riutilizzo dell’acqua (a scopi irrigui ed in taluni casi idro-potabili).

A seconda dei casi, a valle dell’ultimo trattamento, è prevista una fase di Disinfezione per abbattere la carica microbica presente nell’effluente depurato.

Definizione del ciclo di trattamento

Trattamenti terziari

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Definizione del ciclo di trattamento

La linea fanghi è solitamente articolata nelle seguenti fasi:

- Digestione finalizzata alla stabilizzazione del fango (esso non deve essere soggetto ad attività di trasformazione);

- Disidratazione per la riduzione del volume di smaltimento.

Linea fanghi

La linea fanghi è finalizzata al trattamento dei fanghi di risulta dalle fasi di trattamento della linea acque (per reflui urbani sono l’1-2% del refluo trattato).

Tali fanghi sono caratterizzati da un elevata putrescibilità e da un notevole contenuto d’acqua, per devono essere sottoposti ad una serie di fasi di trattamento (di tipo fisico, chimico e biologico).

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Partizione delle portate di trattamento

TrattamentiPrimari

TrattamentiSecondari

Q > 6 x Q24

Q > 3 x Q24

Corpo idrico

Liquame grezzo

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Cicli di trattamento “appropriati” Cicli di trattamento “appropriati”

Il D.Il D.LgsLgs. 152/99 definisce come . 152/99 definisce come trattamento appropriatotrattamento appropriato il il “trattamento delle acque reflue urbane mediante un sistema di “trattamento delle acque reflue urbane mediante un sistema di smaltimento che dopo lo scarico garantisca la conformità dei corsmaltimento che dopo lo scarico garantisca la conformità dei corpi pi idrici ricettori ai relativi obiettivi di qualità”.idrici ricettori ai relativi obiettivi di qualità”.

Secondo il suddetto decreto, la soluzione depurativa da adottaSecondo il suddetto decreto, la soluzione depurativa da adottare va re va scelta in base ai seguenti fattori:scelta in base ai seguenti fattori:

Dimensione dell’utenzaDimensione dell’utenza (espressa in AE)(espressa in AE)

Matrice ambientale di scaricoMatrice ambientale di scarico (suolo, sottosuolo, acque dolci (suolo, sottosuolo, acque dolci

superficiali, acque marinosuperficiali, acque marino--costiere, acque di transizione, ecc.)costiere, acque di transizione, ecc.)

Caratteristiche qualitative del punto di scaricoCaratteristiche qualitative del punto di scarico presceltoprescelto

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Cicli di trattamento “appropriati” Cicli di trattamento “appropriati”

La La dimensione dell’utenza dimensione dell’utenza consente di determinare le matrici consente di determinare le matrici ambientali su cui non è consentito lo scarico.ambientali su cui non è consentito lo scarico.

La La scelta della matrice ambientale scelta della matrice ambientale più vantaggiosa dal punto di più vantaggiosa dal punto di vista economico/ambientale andrà effettuata a seguito di un’analvista economico/ambientale andrà effettuata a seguito di un’analisi isi delle delle caratteristiche qualitative caratteristiche qualitative del territorio circostante del territorio circostante l’insediamento (per il suolo occorre valutare il rischio di inqul’insediamento (per il suolo occorre valutare il rischio di inquinamento inamento delle falde sotterranee, per i corpi idrici superficiali va consdelle falde sotterranee, per i corpi idrici superficiali va considerata il iderata il suo effettivo livello di qualità ambientale).suo effettivo livello di qualità ambientale).

L’utenza soggetta a trattamento appropriato può essere suddivisaL’utenza soggetta a trattamento appropriato può essere suddivisa in in tre fasce dimensionali:tre fasce dimensionali:

•• < 50 AE< 50 AE•• Compresa tra 50 e 2.000 AECompresa tra 50 e 2.000 AE•• Compresa tra 2.000 e 10.000 AECompresa tra 2.000 e 10.000 AE

in presenza di reflui industriali va sempre rispettata la in presenza di reflui industriali va sempre rispettata la TabTab.3 .3 AllAll.5.5

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Cicli di trattamento “appropriati” Cicli di trattamento “appropriati” •• Scarichi fino a 50 AEScarichi fino a 50 AE

Tali scarichi sono sempre soggetti a trattamento appropriato. TrTali scarichi sono sempre soggetti a trattamento appropriato. Tra questi a questi viene contemplato anche lo smaltimento sul suolo in accordo a quviene contemplato anche lo smaltimento sul suolo in accordo a quanto anto previsto dalla Delibera CITAI 4/2/1977 purché non siano presentiprevisto dalla Delibera CITAI 4/2/1977 purché non siano presenti componenti componenti di cui al Par.2.1 di cui al Par.2.1 dell’Alldell’All.5..5.

•• Scarichi da 50 a 2.000 AEScarichi da 50 a 2.000 AE

Tali scarichi necessitano di trattamento appropriato se recaTali scarichi necessitano di trattamento appropriato se recapitano in corpo pitano in corpo idrico superficiale o, se recapitano al suolo, devono rispettareidrico superficiale o, se recapitano al suolo, devono rispettare il Par.2.1il Par.2.1dell’Alldell’All.5 e la .5 e la TabTab.4..4.Per la strategia di depurazione più idonea, è opportuno distPer la strategia di depurazione più idonea, è opportuno distinguere tra inguere tra scarichi inferiori/superiori a 1000 AE quale soglia di applicabiscarichi inferiori/superiori a 1000 AE quale soglia di applicabilità di lità di trattamenti estensivi di tipo naturale.trattamenti estensivi di tipo naturale.

•• Scarichi da 2.000 a 10.000 AEScarichi da 2.000 a 10.000 AE

Tali scarichi necessitano di trattamento appropriato se recaTali scarichi necessitano di trattamento appropriato se recapitano in acque pitano in acque marinomarino--costiere, sono soggetti a trattamento secondario con i limiti decostiere, sono soggetti a trattamento secondario con i limiti della lla TabTab.1 .1 AllAll.5 se recapitano in acque dolci, devono rispettare il Par.2.1.5 se recapitano in acque dolci, devono rispettare il Par.2.1 dell’Alldell’All.5 .5 e lae la TabTab.4. se desiderano scaricare sul suolo..4. se desiderano scaricare sul suolo.

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Cicli di trattamento “appropriati” Cicli di trattamento “appropriati” A B C D E F G H I J K Fossa settica + Pozzo assorbente X Fossa settica + Sub-irrigazione X X Fossa settica + Sub-irrigazione fitoprotetta X X Fossa settica + Filtro a sabbia + Sub-irrigazione X Fossa settica + Filtro a sabbia + Sub-irr. Fitopr. X Fossa settica + Fitodep. Combinata + Sub-irr.. XFossa settica + Fitodep. Combinata + Sub-irr. fitopr. XFossa settica + Sub-irrigazione e drenaggio X Fossa settica + Sub-irrigazione fitopr. E drenaggio X

Fossa settica + Trincea drenante X Fossa settica + Fitodepurazione HF X X X

2 Fossa settica + Fitodepurazione VF X X X Fossa settica + Stagno X X

4 Stagni in serie X X Stagno facoltativo + Fitodepurazione X X

6 Fossa Imhoff + Fitodepurazione combinata X X Fossa tricamerale + Fitodepurazione combinata + Filtro a sabbia X

8 Stagno anaerobico + Fitodepurazione combinata X X Letto ad evapotraspirazione completa X Fossa settica + Filtro a sabbia intermittente X X

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Cicli di trattamento “appropriati” Cicli di trattamento “appropriati”

A B C D E F G H I J K Tricamerale + Stagno X Fossa Imhoff + Filtro percolatore X X Fossa Imhoff + biodischi X X Fossa settica + Impianto aerazione prolungata X X Tratt. Primario + Impianto ANOX-OX X X X Impianto SBR X X Chiariflocculazione X X Impianto biologico + Fitodepurazione X X X Impianto biologico + Stagni di finissaggio X Impianto biologico + chiariflocculazione X

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Cicli di trattamento “appropriati” Cicli di trattamento “appropriati”

Trattamenti specifici per scarichi oltre i 50 AE su suolo (Tab.4 All.5)Colonna K

Tratt. appr. per scarichi fino da 2000 a 10000 AE in acque marino-costiere di aree sensibili

Colonna J

Tratt. appr. per scarichi da 2000 a 10000 AE in acque marino-costiereColonna I

Tratt. appr. per scarichi da 500 a 2000 AE in acque di elevata qualità o aree sensibili

Colonna H

Tratt. appr. per scarichi da 500 a 2000 AE in acque superficiali genericheColonna G

Tratt. appr. per scarichi da 50 a 500 AE in acque di elevata qualità o areesensibili

Colonna F

Tratt. appr. per scarichi da 50 a 500 AE in acque superficiali genericheColonna E

Tratt. appr. per scarichi fino a 50 AE in acque di buona o elevata qualitàColonna D

Tratt. appr. per scarichi fino a 50 AE in acque superficiali genericheColonna C

Tratt. appr. per scarichi fino a 50 AE su suolo a falda vulnerabileColonna B

Tratt. appr. per scarichi fino a 50 AE su suoloColonna A

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Caratteristiche: “rusticità”, semplicità di funzionamento

Costruttivamente sono costituite da una o più vasche disposte in parallelo in cui i liquami subiscono una fermentazione anaerobica con sedimentazione dei SS.

Cenni sulle metodologie di dimensionamentoCenni sulle metodologie di dimensionamento

Fosse settiche

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Accorgimenti realizzativi

• Presenza di deflettori piani in corrispondenza delle zone di ingresso/uscita per dissipare la velocità all’ingresso, distribuire uniformemente il flusso liquido, evitare la fuoriuscita di crosta, schiume e grassi.

• Le vasche possono avere le più svariate forme.

• Compartimentazione in due o più camere (nella prima avviene la sedimentazione, riducendo la fuga dei SS dalla seconda) con V1 = 2/3 VTOT

• Pianta rettangolare con 2a < b < 4a e con h compreso tra 1,20 e 1,70 m.

• Ventilazione esterna necessaria per sfiatare CH4 e H2S

• Convogliamento delle sole acque nere

Occorre sempre prevedere una periodica pulizia della fossa per evitare future ostruzioni

Cenni sulle metodologie di dimensionamentoCenni sulle metodologie di dimensionamento

Fosse settiche

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Criteri di dimensionamento

Norme Francesi (1953)

(viene previsto, per ogni utente in più, un volume di 300 l)

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Fosse settiche

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Caratteristiche: impianti compatti combinati

Costruttivamente sono costituite da una vasca in cui sono nettamente distinti due comparti uno superiore di sedimentazione, uno inferiore di accumulo e di digestione anaerobica dei fanghi sedimentati.

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Fosse Imhoff

I SS sedimentabili precipitano nel sottostante comparto di accumulo e di digestione, ove le sostanze organiche subiscono una fermentazione anaerobica, con conseguente stabilizzazione, che consente poi ai fanghi di poter essere sottoposti agevolmente e senza inconvenienti ai successivi trattamenti.

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Criteri di dimensionamento (applicabilità per > 50 AE)

Popolazione al di sopra di 50 abitanti:Comparto di sedimentazione 65 l/abComparto di digestione 100 l/ab

Popolazione al di sopra di 300 abitanti:Comparto di sedimentazione da 10 a 15 l/abComparto di digestione da 10 a 15 l/ab

Accorgimenti realizzativi

• Necessaria grigliatura/triturazione a monte (per evitare intasamenti della fessura di comunicazione tra i due comparti)

• H digestione > 4m

• Franco adeguato (almeno 1m) tra il pelo libero e la sommità delle pareti

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Fosse Imhoff

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Caratteristiche:

Sistemi costituiti da vasche o canali a bassa profondità (circa 50 cm) al cui interno sono fatte crescere piante galleggianti oppure radicate emergenti o sommerse.

Esistono due principali tipologie in base alla tipologia del flusso idrico: Sistemi a flusso orizzontale (HF) e a flusso verticale (VF)

Le specie vegetate maggiormente impiegate per i processi di fitodepurazione sono: Scirpus, Phragmites, Typha.

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Sistemi di fitodepurazione

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Accorgimenti realizzativi

• Necessità di un pre-trattamento per evitare possibili intasamenti del mezzo di supporto da parte di solidi grossolani o sedimentabili: < 100 mgTSS/l e comunque < 5 gTSS /(m2 g)

• Nel caso di sistemi VF, è opportuno l’impiego di almeno due vasche disposte in parallelo per garantire continuità di caricamento (in ciascuna vasca ha carattere discontinuo)

• Il materiale di supporto deve essere caratterizzato da d60/d10 < 5 con d10 > 0,2 mm (sabbia grossolana)

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Sistemi di fitodepurazione

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Criteri di dimensionamento

• Tempo di Ritenzione Idraulica

pari a 4–15 giorni per entrambe le tipologie di sistema

• Carico Idraulico Massimo

40 mm/g per sistemi HF e 80 mm/g per sistemi VF

• Carico Organico Massimo

16 gBOD5/(m2 g) per sistemi HF e 20 gBOD5/(m2 g) per sistemi VF

• Superficie Specifica Minima

5 m2/AE per sistemi HF e 2,5 m2/AE per sistemi VF

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Sistemi di fitodepurazione

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• Sistemi di trattamento biologici operanti a flusso discontinuo

• SBR è costituito da un bacino unico in cui si sviluppano i processi di ossidazione biologica e di sedimentazione e dal quale si provvede altresìall’estrazione sia dell’effluente depurato che dei fanghi di supero

• Le diverse fasi di processo si susseguono in sequenza temporale piuttosto che spaziale il che conferisce flessibilità al sistema

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Sistemi SBR (Sequencing Batch Reactors)

In un impianto SBR si possono distinguere cinque diverse fasi di processo:

1. Alimentazione2. Reazione3. Sedimentazione4. Scarico5. Attesa.

a limen taz ione

inf luente

reazione

sed imen taz ionesca rico

sca ricofango

sca ricoe ff luente

a ttesa

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Sistemi SBR

Parametri di riferimento per il dimensionamento

Fill Time Ratio (FTR)

Volumetric Exchange Ratio (VER)

Tempo di detenzione idraulica (HRT)

c

f

tt

T

F

VV

1−×VERtc

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Accorgimenti impiantistici tipici degli SBR

• Necessità di una vasca di equalizzazione a monte del reattore biologico per la regolarizzazione delle portate influenti.

• Opportunità di realizzare più reattori in parallelo (minimo 2, massimo 4).

• Possibilità per i reattori di una pianta squadarata o circolare.

• Sistemi di miscelazione (Mixer orizzontali fissi a quota costante, Mixer verticali fissi a quota costante; Mixer galleggianti; Pompe; Areatorifunzionanti ad intermittenza).

• Sistemi di aerazione [Diffusori d’aria; Sistemi a getto d’aria; Aerazione superficiale; Aeratori sommersi]

• Sistemi di scarico [Stramazzi fissi; Scarichi galleggianti con tubo flessibile; Scarichi a quota fissa]

Cenni sulle metodologie di dimensionamentoCenni sulle metodologie di dimensionamento