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Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali

“Il biossido di cloro nella disinfezione delle acquedestinate al consumo umano”

Genova - Centro Convegni IRIDE, 26 ottobre

CONVEGNO

ACQUA DISTRIBUITA (161 Mmc)

63%4%

28%

5%

FIUMELAGOPOZZOSORGENTE

Uso di ClO2 in Publiacqua SpA


Acqua di originesuperficiale:

108.000.000 mc

86% classificato A3 (Dlgs. 152/06)

Trattata con ClO2 in almeno una fase del

processo

Uso di ClO2 in Publiacqua SpA


Totale acquatrattata con ClO2:

114.000.000 mc

79,6

11,02,2 7,1

Superficiale A3Superficiale A2Superficiale A1Sotterranea

Produzione di acqua potabile che prevede uso di ClO2 : origine delle acque

80.000.000 mc provengono da

ANCONELLA E MANTIGNANO

EVOLUZIONE DELL'IMPIANTO DELL'ANCONELLA


ACQUA GREZZA

PREOSSIDAZIONE - BIOSSIDO DI CLORO

FLOCCULAZIONE-DECANTAZIONE

FILTRAZIONE SU SABBIA

ClO2/NaClO(in presenza NH4+)

OZONAZIONE

DISINFEZIONE FINALE - BIOSSIDO DI CLORO

SCHEMA ‘89-’03 PRIMA DEL 1989

ACQUA GREZZA

PREOSSIDAZIONE - IPOCLORITO



OZONAZIONE

DISINFEZIONE FINALE - BIOSSIDO DI CLORO

Controllo pH (CO2)Dosaggio PAC

ACQUA GREZZA

PREOSSIDAZIONE BIOSSIDO DI CLORO



OZONAZIONE

DISINFEZIONE FINALE BIOSSIDO DI CLORO

SCHEMA ATTUALE

FILTRAZIONE SU GAC

ClO2/NaClO

Dosaggio PAC (discontinuo)

H2O2

Vantaggi nell’uso di ClO2


Effetto della sostituzione dell’ipoclorito di Sodio con ClO2in preossidazione su THM e AOX – Impianto Anconella

0

8

16

24

32

40

Raw water Preoxidation PAC Flocc-sedimentation

ClO2

disinfectionSand filtrationOzonation ClO2

disinfection

THM

sav

erag

eva

lues

(µg/

L)

THMs (1989 with NaClOpreoxidation)

THMs (1994-1997 with ClO2preoxidation)

0

8

16

24

32

40

Raw water Preoxidation PAC Flocc-sedimentation

ClO2

disinfectionSand filtrationOzonation ClO2

disinfection

AO

X av

erag

eva

lues

(µg/

L) AOX (1989 with NaClOpreoxidation)

AOX (1992 with ClO2preoxidation)

Strategie di controllo dei DBPs del ClO2


Sicurezza microbiologica sempre garantita

Clorito Uscita impianto - Anconella

0.0

0.5

1.0

1.5

2.019

92

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Clo

rito

(mg/

L)Clorito in uscita impianto Anconella 1992-2007

Clorito Uscita filtri a sabbia - Anconella

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

clor

ito (m

g/L)

Riduzione di circa il 40% del dosaggio di ClO2 in preossidazione e ossidazione intermedia dal 2000 ad oggi.



Ottimizzazione del dosaggio in preox ed ox intermedia



Riduzione del clorito con FeCl2

• Reazione di riduzione:

4 Fe2+ + ClO2- + 4 H+ 4 Fe3+ + Cl- + 2 H2O

Precipitato Fe(OH)3

Rimosso in CFS + filtrazione

• Dosaggio Stechiometrico

• Reazione quantitativa e veloce a pH < 8

soddisfare clororichiesta

prima disinfezione

coadiuvare la chiariflocculazione

• tc prima dell’aggiunta di Fe sufficiente a




• Caso di applicazione: Impianto di potabilizzazione di Figline Valdarno

Coagulante

Chiariflocculazione

NaClO

Filtrazione su Sabbia Filtri GAC

ClO2

FeCl2

ClO2

Fiume Arno

portata media di 100 L/sec

t.c.: 10 min

Regola dosaggio (cautelativo)

= 0.8 *Dosaggio stechiometrico Fe2+

per evitare sovradosaggi



Riduzione del clorito con FeCl2Impianto di potabilizzazionedi Figline Valdarno

PERIODO A : prima dell’uso di Fe2+

PERIODO B : dopo l’uso di Fe2+

Concentrazione Fe 2+ nella filiera di trattamento

00.10.20.30.40.50.6

DECANTATA USCITA FILTRISABBIA

USCITA FILTRIGAC

USCITAIMPIANTO

Fe2+

(mg/

L)

Concentrazione ClO 2- nella filiera di trattamento

00.5

11.5

22.5

33.5

4

PRECLORATA DECANTATA USCITA FILTRISABBIA

USCITA FILTRIGAC

USCITAIMPIANTO

ClO

2-(m

g/L) PERIODO A

PERIODO B



Riduzione del clorito su GAC

• Meccanismo di rimozione: adsorbimento fisico seguito da riduzione da ClO2

- a Cl- sui siti attivi del GAC

• Rimozione dipendente da: Tipo di carbone

EBCT (Empty Bed Contact Time)

Concentrazione del DOC (effetto di

competizione)

Attività biologica

• Fonti dei dati: - Impianti pilota

- Impianti reali: Impianto “Anconella” (2500 L/s)



rimozione ClO2- dipendente dal tipo di GAC

(A = 91mg ClO2- / gGAC; B = 119mg ClO2

- / gGAC dopo 259 gg).

foratura più rapida per DOC

GAC A:

Bituminoso

Attivazione fisica

GAC B:

Torba

Attivazione fisica

Impianto pilota

Riduzione del clorito su GAC: Tipo di carbone

0

20

40

60

80

100

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270

Giorni

Rim

ozio

ne

Clo

rito-

DO

C(%

)

Clorito-GAC AClorito-GAC BDOC-GAC ADOC-GAC B



GAC B:

Torba

Attivazione fisica

(analoghi risultati con GAC bituminoso)

Impianto pilota

La rimozione di ClO2- dipende in modo evidente dall’EBCT

Riduzione del clorito su GAC: EBCT

0

20

40

60

80

100

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270

Giorni

Rim

ozio

ne C

lorit

o(%

)

EBCT = 4.2 minEBCT = 7.4 minEBCT = 10.7 minEBCT = 12.4 min



Riduzione del clorito su GAC: concentrazione del DOC

IMPIANTO PILOTA

effetto del precaricamento con acqua naturale sulla capacità di rimozione del Clorito

(GAC B; EBCT=10’; 259gg di esercizio)

Carbone vergine 117 mg ClO2- / gGAC

Carbone precaricato 85 mg ClO2- / gGAC

Bassa capacità del carbone precaricato :DOC e anioni già adsorbiti riducono fortemente i siti di reattivi nei confronti del Clorito.



L’azione biologica si deduce da:

- rimozione di ClO2- su

Biolite, che non possiede capacità adsorbente

- correlazione fra rimozione e temperatura

Impianto pilota

Riduzione del clorito su GAC: attività biologica

0

20

40

60

80

100

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600Giorni

Rim

ozio

ne C

lorit

o(%

)

GAC BGAC CGAC DGAC EBiolite

0

5

10

15

20

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

Giorni

Tem

pera

tura

(°C

)

25

30

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

Clorito Uscita impianto - Anconella

0.0

0.5

1.0

1.5

2.019

92

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Clo

rito

(mg/

L)



L’introduzione del GAC ha provocato una netta riduzione della concentrazione di ClO2

-:

1) Clorito uscita GAC sempre inferiore al l.d.r.

ad oggi si stima una capacità di rimozione di ClO2- di circa 50 mg / g GAC

Inserimento GAC(Aprile 2003)

Riduzione del clorito su GAC: Impianto “Anconella”



L’introduzione del GAC ha provocato una netta riduzione della concentrazione di ClO2

-:

2) Riduzione della richiesta di ossidante finale.Diminuzione del 30% del dosaggio di ClO2 e del residuo nell’acqua in uscita dall’impianto a vantaggio delle caratteristiche organolettiche dell’acqua specialmente per le utenze piùvicine all’impianto

Riduzione della richiesta di ossidante su GAC: Impianto “Anconella”

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 500 1000 1500Tempo (min)

mg/

l ClO

2re

sidu

o

3ppm O3 2ppm GAC 3ppm GAC



Applicazione di miscele ClO2/NaClO

• Sperimentazione scala-banco

Miscele ClO2/NaClO su acqua grezza Fiume Arno

Miscela ClO2/NaClO su acqua filtrata su GAC

• Applicazione su impianto reale

Impianto “Anconella” (2500 L/s)

Impianto “Mantignano” (500 L/s)

Risultati positivi in termini di - Riduzione sottoprodotti - Stabilità del disinfettante in acqua

•Ossidazione di parte dei precursori organici dei THMs ad opera di ClO2

• Azione sinergica dei due ossidanti sul substrato ossidabile dell’acqua



Applicazione di miscele ClO2/NaClO Impianti di potabilizzazione:•Anconella•Mantignano

PERIODO A:ClO2 - in ogni fase di trattamento NaClO - solo in presenza di Ammonio

PERIODO B:Miscele ClO2/NaClO - in pre-ossidazioneed in ossidazione intermedia ClO2 - in disinfezione finale

PERIODO B • Riduzione della concentrazione di ClO2

-: 30-40 %

• Concentrazione di THMs in finale ampiamente entro i limiti Dlgs31/2001

ClO2- in acqua filtrata a sabbia

0.00.20.40.60.81.01.21.41.6

Anconella Mantignano

ClO

2-(m

g/L)

PERIODO A

PERIODO B

THMs in acqua filtrata a sabbia e finale

05

10152025303540

Anconella Mantignano

THM

s(m

g/L) filtrata a

sabbia

finale

PERIODO B



Applicazione di miscele ClO2/NaClO

−+−− ++→++ 32222 NO2H2ClOOHNO2ClO

1 ppm NO2- 2.93 ppm ClO2 2.93 ppm CLORITO

−+− ++→++ 3-

222 NO2H2ClOHNOCl

Esempio di sinergia degli ossidanti: Effetto sull’ossidazione ione NO2-

Prove scala-banco

1 ppm NO2- 1.54 ppm Cl2 1.54 ppm Cl-

Ossidazione con ClO2:

Ossidazione con NaClO:

THM

0.2846.61mg/L IPO+ 1,6 mg/L BIO

1.4951,6 mg/L BIO

9.21 mg/L IPO

CLORITOTHM

0.2846.61mg/L IPO+ 1,6 mg/L BIO

1.4951,6 mg/L BIO

9.21 mg/L IPO

CLORITO

Ossidazione del Nitrito

00.10.20.30.40.50.6

0 20 40 60t (min)

Nitr

ito (m

g/L)

1,6 mg/L ClO2

1mg/L NaClO + 1,6 mg/L ClO2

1 mg/L NaClO

CONCLUSIONI

L’uso del ClO2 è ad oggi insostituibile come agente disinfettante negli impianti che trattano acque superficiali.

Il controllo dei DBPs deve passare attraverso un complesso di azioni:

Ottimizzazione del dosaggio/generazione

Rimozione del clorito (Fe 2+/GAC)

Riduzione della richiesta di ossidante (tecniche tradizionali)

Possibile uso congiunto NaClO/ClO2

Gestione della rete di distribuzione

Possibili sviluppi:

Ricerca di ossidanti alternativi

Tecniche avanzate per la riduzione della richiesta di ossidante (membrane, resine, etc.)



L’inserimento del GAC nella filiera di trattamento ha permesso una netta riduzione della concentrazione di ClO2- nell’acqua in uscita dall’impianto

Ad oggi si stima una capacità di rimozione di ClO2- di circa 125 mg/gGAC

Impianto "Pontassieve" - Clorito

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

13/02/2002 28/06/2003 09/11/2004 24/03/2006 06/08/2007

Clo

rito

(mg/

L)

Filtrata Sabbia Filtrata GAC Uscita impianto

Inserimento GAC(2004)

Riduzione del clorito su GAC: Impianto “Pontassieve” (60 L/s)



Applicazione di miscele ClO2/NaClO Sperimentazione scala banco su acqua uscita GAC

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

0 400 800 1200 1600t (min)

Cl2

(mg/

L)

CLORO RESIDUO:

STABILE1 ppm ClO2

1 ppm ClO2 + 1 ppm NaClO

1 ppm NaClO

1 ppm ClO2 + 0.6 ppm NaClO

1 ppm ClO2 + 0.3 ppm NaClO

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 400 800 1200 1600t (min)

Clo

rito

(mg/

L)

RIDUZIONE CLORITO :

20 - 30%

DISINFEZIONE FINALE

RIDUZIONE

THM : 50%

0

10

20

30

40

50

0 400 800 1200 1600t (min)

THM

(mg/

L)

Uso degli di ClO2 in Publiacqua SpA


Acqua di originesuperficiale:

108.000.000 mc

80.000.000 mc provengono da

ANCONELLA E MANTIGNANO

Consumo dei prodottichimici:

Clorito di sodio 25%

Acido cloridrico 33%

1.500.000 kg/anno

PRODUZIONE MEDIA

(considerata una resa di generazione del 90%)

195.000 kgClO2/anno

DOSAGGIO MEDIO SU ANCONELLA E MANTIGNANO:

2.4 mg/l

• Uso di ClO2 : esperienza di Publiacqua SpA

SOMMARIO


• Vantaggi con l’uso di ClO2

• Svantaggi: problema dei DBPs del ClO2

• Strategie di controllo dei DBPs del ClO2

Ottimizzazione nel dosaggio di ClO2

Riduzione del Clorito con FeCl2

Adsorbimento/riduzione su GAC

Rimozione della richiesta di ossidante su GAC

Applicazioni di miscele ClO2/NaClO

Eliminazione del residuo di ClO2 dopo 10 min t.c.: non peggiorano i parametri microbiologici




Gestione del dosaggio flocculante invariato nei periodi A e B

Impianto di potabilizzazionedi Figline Valdarno

Parametri microbiologici - Uscita decantatore

1

10

100

1000

10000

100000

E. coli (MPN/100 ml)

Clostr. perf.(UFC/100ml)

Coliformi totali (MPN/100ml)

Enterococchi(MPN/100ml)

PERIODO APERIODO B

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