DEPURATORI BIOLOGICI
La Cancellotti Settore Trattamento Acque produce una serie di depuratori
biologici realizzati con l’impiego di vasche monoblocco prefabbricate in cemento armato vibrato.
Tali vasche, variamente attrezzate a seconda della loro funzione nel ciclo depurativo, possono essere accoppiate modularmene fra di loro secondo diverse configurazioni che consentono di realizzare tutti gli schemi di processo a fanghi attivi attualmente conosciuti.
Nella posa in opera, le vasche possono essere installate fuori terra o seminterrate oppure interrate a livello della condotta fognaria.
In quest’ultimo caso, le vasche vengono sopraelevate e ricoperte al piano di campagna tramite strutture di rialzo e di copertura carrabile o pedonale anch’esse prefabbricate in soluzione monoblocco.
Sulle coperture sono praticate aperture munite di chiusini in ghisa di classe adeguata e sufficienti in numero e disposizione a garantire agevolmente la possibilità di ispezione e di manutenzione dell’impianto.
In virtù della loro diversificazione, gli impianti della serie sono in grado di fornire ai progettisti la soluzione ottimale per la depurazione degli scarichi di un ampio settore di utenza che comprende:
- acque reflue urbane provenienti dalle reti fognarie a servizio di comuni e frazioni comunali di consistenza fino a 1000 utenti;
- acque reflue domestiche scaricate da insediamenti isolati quali centri residenziali, alberghi, ristoranti, campeggi, villaggi turistici, cantieri, stabilimenti industriali, ecc;
- acque reflue industriali prodotte da aziende i cui reflui sono totalmente o in parte biodegradabili quali caseifici, conservifici, salumifici, cantine, mattatoi, allevamenti zootecnici, ecc.
Gli impianti attualmente offerti sul mercato per la depurazione degli scarichi sopraelencati sono nella quasi totalità composti esclusivamente da un bacino di ossidazione biologica in combinazione con un bacino di sedimentazione secondaria e quindi sono privi di una qualsiasi linea di trattamento del fango di supero.
Ciò perché gran parte di questi depuratori rientra nella categoria degli impianti “ad ossidazione totale” che, secondo convinzione corrente, non producono fango.
Tale convinzione, ormai radicata solo in Italia, è del tutto errata essendo stato dimostrato da diversi anni che, anche in condizioni di bassissimo carico, si verifica sempre una produzione di fango mineralizzato che comunque deve essere rimosso se si vuole mantenere costante la concentrazione dei solidi sospesi nel bacino di ossidazione.
Ne consegue che, essendo privo di un mezzo di ispessimento del fango di supero, un depuratore così conformato può funzionare (peraltro male per via della scarsa sedimentabilità del fango) solo se viene spurgato frequentemente, il che richiede lo smaltimento di ingenti volumi di fango con costi normalmente inaccettabili.
I depuratori della serie sono costituiti da un modulo base, consistente per l’appunto in un bacino di ossidazione biologica in combinazione con un bacino di sedimentazione secondaria, che viene abbinato ad una linea di spurgo, digestione e ispessimento del fango di supero nella configurazione più semplice (schema semplificato) e completato con gli stadi di trattamento primario (bilanciamento idraulico, sedimentazione primaria) e con ulteriori stadi di trattamento secondario (denitrificazione, contatto-stabilizzazione, biofiltrazione) nelle altre configurazioni (schema classico e relative varianti).
L’esigenza di una offerta di impianti così diversificata e qualificata nasce dalla complessa situazione normativa che regolamenta gli scarichi interessati oltre che dalla difficoltà intrinseca della loro depurazione, trattandosi in genere di liquami “freschi” non condizionati dalla lunga permanenza nelle condotte fognarie.
Tutti i depuratori della serie e i relativi componenti impiantistici sono stati progettati in conformità alle regole tecniche prescritte dalla UNI EN 12255-6 e quindi posseggono i requisiti di prestazione stabiliti da tale norma.
Tali sono descritti nelle schede che seguono a meno dei componenti ausiliari usualmente impiegati quali le stazioni di sollevamento, grigliatura, disinfezione, ecc.
Lo studio tecnico associato alla Cancellotti Settore Trattamento Acque è a disposizione degli operatori del settore (progettisti, imprese, privati) per la scelta e il calcolo del depuratore per qualsiasi applicazione.
A tal fine, il committente può utilizzare
le annesse schede di rilevamento dati, compilandole e trasmettendole telematicamente.
A corredo dell’impianto, oltre al manuale di uso e manutenzione, viene fornita una relazione tecnica completa di elaborati grafici, compilata sulla base dei dati trasmessi, che può essere usata integralmente per la richiesta di autorizzazione allo scarico. L’assistenza al calcolo e la relazione tecnica vengono fornite senza oneri aggiuntivi sul costo dell’impianto.
Il modulo base è composto da un bacino di ossidazione biologica equipaggiato con un sistema di aerazione di profondità e collegato, tramite una condotta sommersa, con un bacino di sedimentazione secondaria dotato di dispositivo di ricircolo del fango sedimentato.
Il bacino di ossidazione biologica è il componente dell’impianto preposto alla rimozione del BOD5 ed alla nitrificazione dell’ammoniaca tramite ossidazione biologica a fanghi attivi delle materie organiche carboniose (in anidride carbonica, acqua e sottoprodotti) e dell’azoto ammoniacale (in azoto nitrico) presenti nell’acqua defluente nel bacino.
Nella versione più ricorrente, il sistema di aerazione è realizzato con diffusori d’aria di profondità a bolle fini del tipo a disco con membrana microfessurata, posizionati uniformemente sul fondo del bacino e innestati su un circuito di distribuzione dell’aria alimentato dalla tubazione di mandata di due compressori d’aria a funzionamento alternato collegati in parallelo mediante due raccordi muniti di valvola di regolazione della portata e valvola di ritegno.
Il bacino di sedimentazione secondaria è il componente dell’impianto che provvede alla decantazione della miscela di acqua e fiocchi di fango biologico proveniente dal bacino di ossidazione con conseguente separazione dell’acqua chiarificata dai fiocchi. Quest’ultimi si depositano per gravità e si addensano sul fondo del sedimentatore, da dove il fango risultante viene ricircolato al bacino di ossidazione, mentre l’acqua surnatante tracima nella canaletta di sfioro e si incanala nella condotta di scarico.
Il bacino è conformato con fondo a tramoggia ed è equipaggiato con i dispositivi tipici dei sedimentatori a flusso ascensionale: condotta di immissione della miscela di acqua e fango, deflettore cilindrico coassiale, canaletta perimetrale di sfioro a profilo Thomson e condotta di scarico dell’acqua depurata. Il dispositivo di ricircolo del fango consiste in un estrattore idropneumatico (air lift) a funzionamento intermittente azionato dai due compressori a servizio del bacino di ossidazione mediante un tubo di mandata dell’aria dotato di valvola di regolazione manuale della portata e valvola automatica di intermittenza.
Stante la mancanza di una linea di trattamento del fango, un depuratore così configurato può operare solo se il fango biologico di supero viene spurgato dal bacino di ossidazione biologica dove la concentrazione dei solidi sospesi deve essere necessariamente contenuta per favorire la loro sedimentabilità. Pertanto il fango prelevato è molto diluito e quindi, anche in condizioni di carico particolarmente basso, il depuratore necessita di spurghi molto frequenti che comportano costi di smaltimento del fango inaccettabili per i settori di utenza a cui questa tipologia di impianto viene impropriamente venduta.
Gli impianti a fanghi attivi a schema semplificato sono composti da un modulo base abbinato ad un bacino di accumulo, ispessimento e digestione anaerobica del fango biologico di supero, il quale consente di ridurre drasticamente la frequenza di spurgo del fango rendendone al contempo più agevole il conferimento al centro di trattamento finale.
Il bacino di accumulo del fango comunica per troppo pieno con il contiguo bacino di ossidazione biologica attraverso una apertura praticata sul bordo superiore della parete di confine ed è alimentato da una diramazione di spurgo innestata sulla tubazione di ricircolo del fango sedimentato ambedue munite di valvola di intercettazione a valle dell’innesto.
In condizioni di esercizio, la valvola di ricircolo viene tenuta aperta e quella di spurgo chiusa. Periodicamente, un campione di miscela di acqua e fango biologico deve essere prelevato dal bacino di ossidazione e lasciato decantare per 30 minuti in un cono Imhoff. Quando l’esame visivo del cono evidenzia un eccesso di fango, occorre provvedere alla estrazione di una parte del fango dal bacino di ossidazione in modo da mantenere costante la concentrazione dei solidi sospesi. Questa operazione si effettua chiudendo la valvola di ricircolo e aprendo quella di spurgo per un certo periodo di tempo.
Il fango conferito al bacino di accumulo si deposita sul fondo mentre il surnatante tracima nel bacino di ossidazione attraverso l’apertura di comunicazione. Quando il fango si approssima alla superficie libera, il bacino deve essere svuotato tramite autospurgo. Nell’intervallo fra due prelievi, il fango accumulato viene digerito anaerobicamente e quindi perde una parte della frazione volatile della sostanza secca che viene rimossa sotto forma di emissioni gassose (metano, anidride carbonica, ecc.) ed inoltre subisce un ulteriore ispessimento per compressione degli strati inferiori per cui, all’atto del prelievo, il fango risulta ampiamente ispessito e stabilizzato.
Questa tipologia di impianto viene prodotta in quattro versioni di diversa potenzialità e risulta particolarmente adatta al trattamento delle acque di scarico domestiche o assimilabili di insediamenti isolati di consistenza non superiore a 400 abitanti equivalenti nonché delle acque di scarico industriali di aziende con reflui biodegradabili (tipicamente quelle agroalimentari).
Gli impianti a fanghi attivi a schema classico sono costituiti da un modulo base abbinato ad un bacino di preaerazione e bilanciamento idraulico e ad una fossa Imhoff i quali, uniformando la portata e le caratteristiche degli scarichi e sottoponendoli ad una sedimentazione primaria, migliorano sensibilmente l’affidabilità e le prestazioni degli impianti rispetto allo schema semplificato.
Il bacino di bilanciamento idraulico è equipaggiato con insufflatori d’aria di profondità del tipo a tubi forati non intasabili alimentati da un apposito compressore e con una pompa sommersa collegata ad una tubazione di sollevamento a cui sono raccordate una tubazione di ricircolo ed una di mandata che alimenta i canali di sedimentazione della fossa Imhoff o direttamente il bacino di ossidazione biologica. Una volta regolate le valvole montate sulle tubazioni di mandata e di ricircolo, la pompa provvede ad alimentare l’impianto ad una portata uniforme (pari alla portata di progetto) nell’arco delle 24 ore giornaliere in virtù della capacità di accumulo del bacino che assorbe gli eccessi di scarico nelle ore di punta. Al contempo le acque di varia natura vengono omogeneizzate e deodorate per effetto del rimescolamento e dell’ossigenazione provocati dall’aria insufflata dal compressore attraverso gli insufflatori d’aria.
La fossa Imhoff è dotata di due canali longitudinali di deflusso dell’acqua (sedimentatori) entro i quali la frazione sedimentabile dei solidi sospesi (fango primario) si separa per gravità e, dopo aver attraversato le aperture inferiori, si deposita sul fondo del vano sottostante, mentre l’acqua prechiarificata defluisce nel contiguo bacino di ossidazione. Ove il caso, per esempio in presenza di scarichi con un basso carico organico o durante la fase di avviamento dell’impianto, la sedimentazione primaria può essere esclusa rilanciando l’acqua dal bacino di bilanciamento direttamente in quello di ossidazione operando sulle valvole montate sulle tubazioni di mandata.
Il fango di risulta dal ciclo depurativo (misto di fango primario e di fango biologico di supero) depositato nel vano di fondo della fossa Imhoff, deve essere prelevato periodicamente tramite autospurgo. Nell’intervallo fra due prelievi, il fango accumulato viene digerito anaerobicamente e quindi perde una parte della frazione volatile della sostanza secca che viene rimossa sotto forma di emissioni gassose (metano, anidride carbonica, ecc.) ed inoltre subisce un ulteriore e definitivo ispessimento per compressione degli strati inferiori. All’atto del prelievo, il fango risulta ampiamente ispessito e stabilizzato.
Questa tipologia di impianto viene prodotta in quattro versioni di diversa potenzialità e risulta particolarmente adatta al trattamento delle acque di scarico di comuni e frazioni comunali o di grandi centri residenziali di consistenza fino a 700 abitanti.
Le varianti allo schema classico possono fornire la soluzione più idonea nel caso di installazioni del tutto particolari ma che sono abbastanza ricorrenti nel settore di utenza in esame.
Lo schema “nitro-denitro” prevede l’inserimento, fra la fossa Imhoff e il bacino di ossidazione biologica, di un comparto di denitrificazione costituito da un bacino anossico equipaggiato con un miscelatore sommerso. Al contempo, nel bacino di ossidazione biologica viene installata una pompa di ricircolo al bacino di denitrificazione dove viene altresì ricondotto l’estrattore idropneumatico installato nel bacino di sedimentazione secondaria.
L’inserimento del bacino di denitrificazione permette di realizzare due ambienti, uno anossico e l’altro aerobico, dove la miscela di acqua fango biologico viene rapidamente e continuamente alternata per effetto del ricircolo dal bacino di ossidazione a quello di denitrificazione. In virtù di tale alternanza, nella miscela si genera e sopravvive uno spettro di microrganismi capaci di operare biologicamente sia l’ossidazione delle materie carboniose e dell’azoto ammoniacale sia la riduzione dell’azoto nitrico ad azoto gassoso.
Mentre gli impianti basati sullo schema classico si limitano a nitrificare l’azoto organico e ammoniacale presente nelle acque di scarico, peraltro solo se operati a basso carico, quelli basati sullo schema “nitro-denitro” rimuovono anche l’azoto nitrico derivante dalla nitrificazione. Inoltre, questo tipo di impianto fornisce prestazioni eccezionali con riguardo sia all’efficienza di rimozione delle materie organiche carboniose sia ai consumi energetici, in quanto parte di tali materie vengono ossidate a spese degli stessi nitrati in luogo dell’ossigeno contenuto nell’aria fornita dai compressori.
A fronte di questi vantaggi, gli impianti basati sullo schema “nitro-denitro” richiedono un maggior costo di investimento per la realizzazione del bacino di denitrificazione. Per tale motivo, il loro impiego è limitato al trattamento delle acque reflue industriali ad alto contenuto di azoto oppure delle acque reflue domestiche o urbane che recapitano in corsi d’acqua ricadenti in aree sensibili per le quali è prescritto un limite di emissione per la concentrazione dell’azoto nell’acqua depurata che non può essere conseguito senza un trattamento specifico.
Lo schema “contatto-stabilizzazione” prevede la suddivisione del bacino di ossidazione biologica in due comparti, uno di contatto e l’altro di stabilizzazione di volume circa tre volte superiore. Il comparto di contatto comunica tramite condotta sommersa con il bacino di sedimentazione da cui l’estrattore idropneumatico ricircola il fango nel comparto di stabilizzazione che a sua volta comunica per troppo pieno con il comparto di contatto. Normalmente il bacino di sedimentazione secondaria viene dotato di un pacco lamellare.
Nel comparto di contatto avviene la miscelazione fra il liquame ivi defluente e i fiocchi biologici con conseguente adsorbimento all’interno dei fiocchi delle sostanze inquinanti di natura sospesa e colloidale, la cui biodegradazione viene completata nel comparto di stabilizzazione dove si stabilisce un’elevata concentrazione dei solidi sospesi.
Questo schema fornisce buone prestazioni, in particolare nella depurazione di liquami inquinati prevalentemente da sostanze colloidali, impegnando volumi di impianto 3 - 4 volte inferiori a quelli richiesti dallo schema classico. Pertanto viene applicato soprattutto nelle installazioni in ambienti angusti dove la disponibilità di area rappresenta un fattore critico.
Lo schema “doppio stadio” prevede l’inserimento di uno stadio depurativo a biomassa adesa a monte di quello a fanghi attivi classico o a contatto-stabilizzazione. Ciò si ottiene tramite l’installazione nel bacino di preaerazione e bilanciamento idraulico di un filtro biologico costituito da un corpo di riempimento in materiale plastico (alla rinfusa o a pacchi) munito di pompa di ricircolo. Così attrezzato, il bacino funziona al contempo da equalizzatore, biofiltro sommerso aerato (per la parte immersa) e filtro percolatore (per la parte emersa). Nelle applicazioni di una certa consistenza, la stabilizzazione del fango biologico di supero viene attuata in un bacino di digestione aerobica.
L’abbinamento di due stadi biologici di diversa natura (biofiltrazione e fanghi attivi) determina la formazione di una popolazione diversificata di microrganismi (biomassa adesa e sospesa) in grado di degradare con elevata efficienza un ampio spettro di sostanze inquinanti e dotata di un’elevata resistenza ai sovraccarichi organici e all’eventuale presenza di sostanze tossiche nelle acque. Al contempo, si verifica una consistente riduzione del fango biologico di risulta dal ciclo depurativo in quanto il fango prodotto dallo stadio di biofiltrazione, di per sé già esiguo, viene ulteriormente degradato nello stadio a fanghi attivi. Tutto ciò si traduce in una maggiore efficienza e affidabilità di funzionamento e in un minore onere di gestione dell’impianto in esame rispetto ad un sistema tradizionale a fanghi attivi.
In virtù del suo elevato rendimento depurativo, questa tipologia di impianto si applica nella depurazione di acque con alto grado di inquinamento organico (per es. liquami di allevamenti zootecnici) oppure nelle situazioni in cui i limiti di emissione previsti dalla legge sono molto restrittivi (per es. tabella 4 dell’allegato 5 al D.Lgs. 152/99 relativa allo scarico sul suolo di acque reflue urbane e industriali).