La Disinfezione con cloro nel trattamento di reflui fognari · La tutela delle acque e la riduzione...

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La Disinfezione con cloro nel trattamento di reflui fognari

Dott.ssa Patrizia RagazzoSez. Controllo e Sviluppo Tecnologico dei Processi, Azienda Servizi Integrati SpA

Ing. Luigi FallettiDipartimento di Ingegneria Industriale ‐ Università di Padova

La tutela delle acque e la riduzione dell’impatto microbiologico

6 Marzo 2013 6 Marzo 2013 –– La Disinfezione con cloro nel trattamento di reflui fognari P. La Disinfezione con cloro nel trattamento di reflui fognari P. Ragazzo Ragazzo –– L. L. FallettiFalletti 2

DA DICEMBRE DA DICEMBRE 2012 2012 IN VENETO IN VENETO

COGENTE COGENTE il DIVIETO all’uso del CLORO nei trattamenti di DISINFEZIONE di effluenti di depurazione di acque REFLUE urbane, disposto dal PTA – NORME TECNICHE di attuazione

SI TRATTASI TRATTA di un DIVIETO ESTENSIVO derivato dal recepimento restrittivo del D.Lgs. 152,espresso per la prima volta nel PTA del 20042004 con applicazione prevista per il 20082008

OSSERVAZIONI OSSERVAZIONI in EVIDENZA scarsità alternative e POSSIBILITA’ di contenimento impatto CLORO con applicazioni controllate e circostanziate

NUOVO PTA 2007 NUOVO PTA 2007 i termini di applicazione del divieto vengono DIFFERITI al 20122012ma la disposizione mantiene il carattere di ESTENSIVITA’ E INDIFFERENZIAZIONE



DA IERI AD OGGI DA IERI AD OGGI A.S.I.A.S.I. IMPEGNATAIMPEGNATA

CHIARIRE CHIARIRE le implicazioni legate all’uso del CLORO con INDAGINI e monitoraggi in SCALA REALEed APPROFONDIMENTI in laboratorio CONFERMARE CONFERMARE le conoscenze e TRANQUILLIZARE TRANQUILLIZARE le istituzionile istituzioni

STUDIARESTUDIARE una NUOVA TECNOLOGIA ad acido performico PFAPFA, in tutte le sue implicazionid’uso sia di efficacia che di impatto sulla matriceTROVARETROVARE un’ALTERNATIVA credibile al CLORO, facilmente applicabile

IN ENTRAMBE I CASIIN ENTRAMBE I CASI

RISULTATI importanti e decisivi che CONFERMANO IDONEITA’ di ENTRAMBE le tecnologie a questo tipo di applicazione e qui oggi ne sintetizziamo i risultati



LA SCELTALA SCELTA

Rischio igienico sanitarioRischio igienico sanitarioCompatibilitCompatibilitàà qualitativa con effluentequalitativa con effluente Coerenza con linee di risparmio energeticoCoerenza con linee di risparmio energetico

Oneri di gestione tecnico economiciOneri di gestione tecnico economici

LE ALTERNATIVE SULLA CARTALE ALTERNATIVE SULLA CARTAOZONOOZONO UVUV PAAPAA e CLOROCLORO, il nuovo PFAPFA e si continua a suggerire le MEMBRANEMEMBRANE

In U.S.A.U.S.A.ANNI 80I 80 quasi 5050 WWTPs con O3O3nel 20062006 solo 0,2%0,2% dei principali

O3:O3: improponibile uso sistematico in depurazione

0,0%

0,2%

0,4%

0,6%

0,8%

1,0%

1,2%

1980 1990 2000 2006 2013

MEMBRANE:MEMBRANE:Consumi elevatissimi:Consumi elevatissimi:da 1,71,7 a a 1010 volte rispetto ai tradizionalitradizionaliper impianti > 50.000 ae



UVUV:: tecnologia senza senza byby‐‐productsproducts, suggerita come alternativaalternativa ai chimiciRichiedeRichiede una prefiltarzioneprefiltarzione e il mantenimentomantenimento dell’uso dei chimicichimiciDosiDosi ritenute efficaci per E.cE.c, inefficaci su patogeniComplessaComplessa, vuole una progettazione sartoriale; post riattivazionepost riattivazione dopo il trattamento

Costi energetici elevatiCosti energetici elevati: il solo irraggiamentoirraggiamento,aggraviaggravi tra 15%15%e 40%40% del consumo specifico totale (Kwh/m3)

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

1980 1990 2000 2006 2013

U V

Negli U.S.A.U.S.A.



Cl2Cl2: tecnologia molto conosciutaconosciuta e comunemente praticata nella disinfezione Formalmente riconosciuto come disinfettante in depurazione nel 18541854 in InghilterraInghilterraPrime applicazioni in U.S.A. U.S.A. nel 1910, 1910, nel 19791979 il 95%95% Impianti a cloro o derivati

Nel 20032003: progettata conversione entro 20132013 di più del 50%50% impianti rimasti a Cloro gasCloro gasDi questi 60%60% a UVUV e 40%40% a IPOIPO

0%5%

10%15%20%25%30%35%40%45%

1980 1990 2000 2006 20130%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

UVCl2 IPOCl2 gas

Dal 19791979 ad oggi: Cl2 gasCl2 gas convertito ad IPOIPO ed UVUV



UVUV//ClO2ClO2 for advanced oxidation of geosmin and 2‐methylisoborneolo TASTE and ODOR

> Efficacia> Efficacia< < ByBy--productsproducts> Spettro azione> Spettro azione CloroCloro Adenovirus 4 log

UVUV AdenovirusAdenovirus 1 log1 log

DUNQUEDUNQUE

CLORO CLORO lungi dall’essere ABBANDONATO

PROGETTANOPROGETTANO impianti e si studiano COMBINAZIONI anche negli AOPAOP

PERPER RISPONDERERISPONDERE a NUOVE necessità di ossidazione e COLMARE lacune tecnologie che da sole non sono in grado di garantire in tutte le circostanze standard microbiologici adeguati



PERCHE?PERCHE?

MASSIMAMASSIMA possibilità di CIRCOSTANZIARNE l’applicazione, favorendo più che contrastando obiettivi di protezione ambientale

FORTE OSSIDANTEFORTE OSSIDANTE Reagisce CON le sostanze RIDUCENTI dell’effluente, sostanza ORGANICA compresa

PRIMAPRIMA con AZOTO inorganico ridotto, AMMONIACA, sempre presente nell’EFFLUENTE

FORMAFORMA con esso CLORO COMBINATO, che nelle condizioni tipiche effluenteal 90% è MONOCLORAMMINA, disinfettante a lunga durata che NON produceORGANOALOGENATI e THM

5 ANNI5 ANNI indagini e SPERIMENTAZIONI effettuate su 5 IMPIANTI5 IMPIANTI nelleMASSIME condizioni di variazione (2008‐2012; 10.000‐160.000 AE)

CONFERMANOCONFERMANO la TEORIATEORIAevidenziando che si può utilizzare a IMPATTO CONTENUTO senzasenza richiedere sistemi di quenchingquenching finale



1515 CLORAZIONI SERIALI su campione TAL QUALECLORAZIONI SERIALI su campione TAL QUALE

ClCl22NHNH44

THMTHM

STOPSTOP

3030’’

E’ quello che si evidenzia chiaramente LAVORANDO in laboratorio su MATRICI MATRICI DEPURATIVE DEPURATIVE con dosaggi di Cl2Cl2 seriali da 0,50,5 a a 15 15 mg/L mg/L ‐‐ BREAKPOINT testBREAKPOINT test



NELLE MATRICI DEPURATIVE da IMPIANTO 1 a IMPIANTO 5NELLE MATRICI DEPURATIVE da IMPIANTO 1 a IMPIANTO 5

NH4 = 0,5NH4 = 0,5

Break‐point PLANT 1

0

1

2

3

4

5

6

0,5

0,8

1,0

1,3

1,5

1,8

2,0

2,5

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

12,5

15,0

Cl2_dosato mg/L

mg/L Misurati

0

5

10

15

20

25

30

35

CCl2do

sato/N

_NH4 =

BP Ratio

Cl2CombinatoBP RatioCl2LiberoCl2Totale

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

1 2 2 3 3 4 4 6 7 9 11 13 16 18 20 22 28 33

Cl2dosato/N_NH4 = BP Ratio

N‐N

H4 mg/L

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

THM ug/LTHM

N‐NH4



NH4 0,5NH4 0,5


0

1

2

3

4

5

6

0,5

0,8

1,0

1,3

1,5

1,8

2,0

2,5

3,0

4,0

5,0

6,0

8,0

12,5

15,0

Cl2_dosato mg/L

mg/L Misurati

0

5

10

15

20

25

30

35

CCl2do

sato/N

_NH4 =

BP Ratio


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

1 2 2 3 3 4 4 5 6 8 10 12 16 25 30


N‐N

H4 mg/L

0

20

40

60

80

100

120

THM ug/LTHM

N‐NH4



NH4 = 0,5NH4 = 0,5


0

1

2

3

4

5

6

0,5

0,8

1,0

1,3

1,5

1,8

2,0

2,5

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

12,5

15,0

Cl2_dosato mg/L

mg/L Misurati

0

5

10

15

20

25

30

35

CCl2do

sato/N

_NH4 =

BP Ratio


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

1 2 2 3 3 4 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 25 30


N‐N

H4 mg/L

0

50

100

150

200

250

300

350

THM ug/LTHM

N‐NH4



NH4 = 0,5NH4 = 0,5

Breack‐point PLANT 4

0

1

2

3

4

5

6

0,5

0,8

1,0

1,3

1,5

1,8

2,0

2,5

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

12,5

15,0

Cl2_dosato mg/L

mg/L Misurati

0

5

10

15

20

25

30

35

CCl2do

sato/N

_NH4

= BP Ratio


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

1 2 2 3 3 4 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 25 30


N‐N

H4 mg/L

0

50

100

150

200

250

300

350

THM ug/LTHM

N‐NH4



NHNH44 3,63,6


0123456789

10

0,5

0,8

1,0

1,3

1,5

1,8

2,0

2,5

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

12,5

15,0

Cl2_dosato mg/L

mg/L Misurati

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

CCl2do

sato/N

_NH4 =

BP Ratio


2,80

2,90

3,00

3,10

3,20

3,30

3,40

3,50

3,60

3,70

0,1

0,2

0,3

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

1,1

1,4

1,7

1,9

2,2

2,5

2,8

3,5

4,2


N‐N

H4 mg/L

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

THM ug/LTHM

N‐NH4



THMTHM formation: different Cl2 different Cl2 dosages, Contact Time 30 min.30 min.

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐1414141412121616Breakpoint Ratio

5,75,7 (1,9)8282 (14)9191 (14)9696 (14)5050 (16)Cl2 7 mg/L (Cl2/N ratio)

3,93,9 (1,4)5454 (10)5555 (10)3232 (10)2424 (11)Cl2 5 mg/L (Cl2/N ratio)

3,23,2 (0,8)2222 (6)2121 (6)9,89,8 (6)8,18,1 (7)Cl2 3 mg/L (Cl2/N ratio)

1,81,8 (0,6)1313 (4)1111 (4)4,3 4,3 (4)4,84,8 (4)Cl2 2 mg/L (Cl2/N ratio)

Plant 5Plant 4Plant 3Plant 2Plant 1WWTPs

BREAKPOINT SINTESIBREAKPOINT SINTESI :NELLE MATRICI DEPURATIVE da IMPIANTO 1 1 a IMPIANTO 55



Mentre la tendenza a formare THM

EVIDENTEEVIDENTE nella misura del POTENZIALEPOTENZIALE di FORMAZIONEFORMAZIONE di THMTHM con ELEVATE concentrazioni e LUNGHI tempi di contatto, per consentire la reazione con tutti i precursori presenti: Cl2Cl2 5050 mg/Lmg/L , TEMPO DI CONTATTOTEMPO DI CONTATTO 24 h24 h

ClCl2 2 residuoresiduoTHMTHM

buiobuio24 h 24 h

THMTHMPF ‐ Cl2Cl2 dosage 5050 mg/l

Matrice TQMatrice TQ

Diluizione 1Diluizione 1 ControlloControllo

Diluizione 2Diluizione 2



603 603 (14)893893 (100)686686 (100)421421 (100)197197 (100)THMTHM

58583535262613131313Chlorine requiredChlorine required

3,63,60,50,50,50,50,50,50,50,5Ammonium mg/LAmmonium mg/L

Plant 4Plant 4Plant 3Plant 2Plant 1WWTPs

THMTHM potential formation: Cl2Cl2 dosage 5050mg/L , Contact Time 24 h24 h

BPBP Ct 30 min.30 min.

5,75,7 (1,9)8282 (14)9191 (14)9696 (14)5050 (16)Cl2 77 mg/L (Cl2/N ratio)

3,93,9 (1,4)5454 (10)5555 (10)3232 (10)2424 (11)Cl2 55mg/L (Cl2/N ratio)

3,23,2 (0,8)2222 (6)2121 (6)9,89,8 (6)8,18,1 (7)Cl2 33 mg/L (Cl2/N ratio)

1,81,8 (0,6)1313 (4)1111 (4)4,3 4,3 (4)4,84,8 (4)Cl2 22mg/L (Cl2/N ratio)

Plant 4Plant 4Plant 3Plant 2Plant 1

THMPF SINTESITHMPF SINTESI :NELLE MATRICI DEPURATIVE da IMPIANTO 1 1 a IMPIANTO 55



La SITUAZIONE osservata in laboratorio si conferma in IMPIANTO La SITUAZIONE osservata in laboratorio si conferma in IMPIANTO REALE REALE controllando le variabili di interesse in testa e a valle della controllando le variabili di interesse in testa e a valle della vascavasca

Cl2 residuiCl2 residuiTHMTHM

ClCl22 DOSAGGI AL SET DOSAGGI AL SET POINT, POINT, NH4 OnNH4 On‐‐lineline

tempi di ritenzione




0

2

4

6

8

0 1 1 3 6 8 15 16 19 20 22 23 24 25 25 26 28 29 30 31 33 35 48


N‐NH4 mg/L

0

5

10

15

20

25

THM ug/L

THM

N‐NH4

IN IMPIANTO REALE da Marzo a Settembre Cl2 al set POINT IN IMPIANTO REALE da Marzo a Settembre Cl2 al set POINT

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 2Cl2_dosato mg/L

mg/L Misurati

0

10

20

30

40

50

Cl2d

osato/N_N

H4 = BP RatioCl2Combinato

Cl2/N‐NH4 RatioCl2 Libero

0

30

60TR

PLANT 1PLANT 1

Stagione 2012Stagione 2012



02468

10121416

0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 2 3 7 9 10 11 12 14 16 19


N‐NH4 mg/L

0

10

20

30

40

50

THM ug/L

THM

N‐NH4

PLANT 2PLANT 2

0

30

60

90

120

TR

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2 3 3 2 3 3 2 2 2 3 3 3 3 2 2 3 3 3 2 2 3 3 2 2 2 3 2 2 3 2 2 3 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3Cl2_dosato mg/L

mg/L Misurati

0

5

10

15

20

25

Cl2d

osato/N_N


Cl2/N‐NH4 RatioCl2 free






0

2

4

6

0 1 1 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 7 7 7 8 8 9 11


N‐NH4 mg/L

0

10

20

30

40

50

THM ug/L

THM

N‐NH4

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 2 2Cl2_dosato mg/L

mg/L Misurati

024681012141618

Cl2d

osato/N_N

H4 = BP Ratio

Cl2CombinatoCl2/N‐NH4 RatioCl2 Libero

0

30

60

90

120

150

TR minuti

PLANT 3PLANT 3





PLANT 4PLANT 4


02468

1012141618

0 1 1 1 2 2 3 4 6 9 10 12 13 15 19 20 21 21 23 25


N‐NH4 mg/L

0

10

20

30

40

50

THM ug/L

THM

N‐NH4

0

30

60

TR

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

4 3 4 4 4 3 4 4 4 4 5 4 3 4 4 4 4 4 4 2 3 2 2 2 4 4 2 2 2 3 2 3 4 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4Cl2_dosato mg/L

mg/L Misurati

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Cl2d

osato/N_N


Cl2/N‐NH4 RatioCl2 free





DRINKINGDRINKINGWATER II

DRINKINGDRINKINGWATER DD

DRINKINGDRINKINGWATER UKUK

81%81%917<30<30

93%93%1.061<50<50

99,6%99,6%1.131<100<100

THMTHM µg/L

20082008‐‐20122012 N° Analisi 1.136

55 WWTPWWTP 10.000 e 160.000 a.e55 stagionistagioni da marzo a settembreGestione e controllo perfezionate nel Gestione e controllo perfezionate nel 20112011

ESTENDENDO a TUTTO il PERIODO : Le variabili di interesse eranoESTENDENDO a TUTTO il PERIODO : Le variabili di interesse erano

48481,51,50,70,716165,45,4

0,10,000,010,01,1

9,69,60,60,60,10,11,51,52,32,3

Cl2/N Ratio

Total Cl2mg/L

Cl2 freemg/L

N‐NH4mg/L

Cl2 Dosedmg/L

mediomedio

min

maxmax



I VALORI THMTHM > 100> 100 μg/L :

20082008‐‐20122012 THM >100 >100 0,4%0,4%

102102µg/LPlant 5Plant 5





0

200

400

600

800

1.000

1.200

WWTP_SNC

SCARICO SSCARICO S

LAGUNALAGUNA



THMTHM and WHOWHO Drinking Water Guide Guide ValueValue: Sum Ratio Concentration / GV for each component <1<1

0,0

0,5

1,0

1,5

29/0

4/20

08

29/0

5/20

08

29/0

6/20

08

29/0

7/20

08

29/0

8/20

08

29/0

9/20

08

29/1

0/20

08

29/1

1/20

08

29/1

2/20

08

29/0

1/20

09

28/0

2/20

09

29/0

3/20

09

29/0

4/20

09

29/0

5/20

09

29/0

6/20

09

Sommatoria Concentrazioni/VG dati 2008-2012Valore Guida Acqua Potabile

0

50

100

29/0

4/20

08

29/0

5/20

08

29/0

6/20

08

29/0

7/20

08

29/0

8/20

08

29/0

9/20

08

29/1

0/20

08

29/1

1/20

08

29/1

2/20

08

29/0

1/20

09

28/0

2/20

09

29/0

3/20

09

29/0

4/20

09

29/0

5/20

09

29/0

6/20

09

BromoformioClorodibromometanoDiclorobromometanoCloroformio

2008

20

08 ‐‐20

1220

12100%

100%

THM

THM



20082008‐‐20122012 N° Analisi 478Escherichia coliEscherichia coli ufc/100 mLufc/100 mL

2%2%1111> 5.000> 5.000

98%98%467<5.000<5.00090%90%429<1.000<1.00068%68%325<100<10039%39%185<10<10

In queste condizioni la garanziagaranzia microbiologicamicrobiologica allo scarico era:

55WWTP 10.000 e 160.000 a.e55 stagioni da marzo a settembre Gestione e controllo perfezionate nel 2011

48481,51,50,70,716165,45,4

0,10,000,010,01,1

9,69,60,60,60,10,11,51,52,32,3

Cl2/N Ratio

Total Cl2mg/L

Cl2 freemg/L

N‐NH4mg/L

Cl2 Dosedmg/L

mediomedio

min

maxmax



ALTRE PREOCCUPAZIONI:ALTRE PREOCCUPAZIONI:

acidi acidi aloaceticialoacetici in presenza di precursore organico se le condizioni di clorazione lo consentonopotrebbero formarsi come i THMpotrebbero formarsi come i THM, ma in concentrazione minore; NO PRESENTINO PRESENTI in analisi effettuate nel 2012

NN‐‐nitrosodimetilamminanitrosodimetilammina (NDMA)(NDMA) composto cancerogeno emergente in America in potabilizzazione dove clorazione è stata sostituita spesso con cloramminazione, , potrebbe formarsi in presenza delpotrebbe formarsi in presenza delprecursore (dimetilammina)precursore (dimetilammina) quando si clori acqua contenente ammoniaca;NO PRESENTENO PRESENTE in analisi effettuate nel 2012

CLORAMMINECLORAMMINE

DISINFEZIONE a lungo termine non producono THMnon producono THM

da più di 30 ANNI in reti di distribuzione di acqua POTABILE

VGVG MONOCLORAMMINA in potabilepotabile OMS(2008) di 3 3 mg/Lmg/L

VALORI CLORO COMBINATOCLORO COMBINATO rilevati in DEPURAZIONEDEPURAZIONE in 5 anni5 anni nei 5 impianti5 impianti

mediomedio di 0,5 0,5 mg/Lmg/L , massimomassimo 1,91,9 mg/Lmg/L



CONCLUSIONICONCLUSIONI

Il CLOROCLORO rappresenta una tecnologia ampiamente conosciuta e collaudatafacilmente controllabilefacilmente controllabile e contestualizzabile nella disinfezionedisinfezione di reflui fognarireflui fognaridepurati di origine prevalentemente civile

Come tutti i forti ossidanti, reagisce con i composti ridotti della matrice pertanto DOSAGGI NON CONTROLLATIDOSAGGI NON CONTROLLATI possono comportare un’eccessiva produzioneproduzione di byby‐‐productsproducts

In sistemi a NITRIFICAZIONE COMPLETA tuttavia APPLICAZIONI CONTROLLATEAPPLICAZIONI CONTROLLATEcomportano una produzione di THMTHM COMPATIBILECOMPATIBILE con i critericriteri qualitativi definiti per l’ ACQUA POTABILIZZATA

Potendosi modulare nella sua applicazione, essa può favorire più che contrastareobbiettivi di protezione ambientale e NONNON sussistono i PRESUPPOSTIPRESUPPOSTI per una sua INDISCRIMINATA eliminazioneeliminazione.

La Disinfezione con cloro nel trattamento di reflui fognari · La tutela delle acque e la riduzione...

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