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Acqua Concime Fertilizzante Energia elettrica

Trattamento e valorizzazione del percolato di discarica Linee guida per la progettazione di un impianto da 120 m

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Introduzione

L’inquinamento che il percolato di discarica provoca alle acque di falda (per mancanza o difetto delle barriere e dei mezzi di evacuazione) e alle acque superficiali (per sversamenti accidentali o dolosi) saranno evidenti nel seguito della presente relazione quando verranno esaminate le caratteristiche chimico-fisiche e biologiche di questa tipologia di liquame. Come evidenziato da un articolo inglese in materia ( British Geological Survey - Human health risk in relation to landfill leachate quality, 1999 ) attualmente diversi esperti del settore ravvisano nel degrado provocato dal percolato un serio rischio per la salute delle popolazioni quanto meno in quei Paesi dove la tecnologia di realizzazione delle discariche non è ancora ad uno stato sufficientemente avanzato. Degrado provocato dal percolato In Italia non siamo a questo punto, ma il problema dello smaltimento del percolato prodotto nelle discariche di rifiuti solidi urbani è diventato una emergenza nazionale per i motivi di seguito esposti. 1. Importanza della depurazione del percolato Lo smaltimento del percolato va ben oltre la questione del rispetto delle norme per la tutela dell’ambiente. Questo perché, a parere dello scrivente, con il percolato si gioca l’ultima partita riguardo alla tecnologia fra le due possibili, discarica o inceneritore, che dovrà essere in futuro impiegata per lo smaltimenti dei rifiuti. In un suo articolo reperibile su Internet, il Dott. Federico Valerio di Medici per l’Ambiente Genova così riassume quanto pubblicato dal Wall Street Journal in materia: “ Gli organismi pubblici (americani) che hanno incoraggiato la costruzione di inceneritori hanno posto scarsa attenzione agli aspetti economici dell’incenerimento dei rifiuti. In sintesi, il bilancio economico di questo trattamento è terribile, in quanto costringe i contribuenti a pagare miliardi di dollari all’anno in più rispetto ai costi per il trattamento tradizionale dei rifiuti (la discarica) ”. Il dott. Valerio rincara la dose riportando quanto affermato dal Direttore della divisione rifiuti urbani e industriali dell’EPA: “ Gli inquinanti che un inceneritore manda nell’aria creano problemi sanitari a molte più persone di quante siano danneggiate dai reflui liquidi prodotti dalle discariche ”. Inoltre, secondo il Wall Street Journal, l’elettricità prodotta da un inceneritore ha un costo 4 - 5 volte superiore a quello di mercato. 1

Questo bilancio, già di per sé fallimentare, si aggraverebbe ulteriormente se le ceneri prodotte dagli inceneritori fossero considerate, quali sono, rifiuti pericolosi. A questo punto si potrebbe dire che se questa è la corrente di opinione nel Paese culla degli inceneritori (l’America) la partita è chiusa. Ma non è così. All’inizio degli anni 2000 si stimava che la produzione di rifiuti nei Paesi occidentali ammontasse a circa 400 kg per persona all’anno. Con la diffusione della raccolta differenziata, una buona percentuale di tale produzione viene recuperata ma rimane pur sempre una quantità enorme di rifiuti che devono essere smaltiti. Si tratta di una miniera d’oro a cui ben difficilmente una lobby potente come quella dei costruttori di inceneritori sarà disposta a rinunciare. E quale è la loro ultima arma? L’inquinamento provocato dal percolato, stante la impossibilità di depurarlo quanto meno a costi accettabili. E non hanno tutti i torti. 2. Tecniche di trattamento del percolato In un articolo del 23 aprile 2015 pubblicato su una importante rivista americana e canadese ( Environmental Science Engineering ) si dice testualmente “ On-site leachate treatment systems are attractive alternative to reduce the cost and environmental risk of hauling leachate to off-site treatment facilities ”. Se questo è vero in Paesi come gli Stati Uniti e il Canada figuriamoci in Italia dove le pratiche di smaltimento del percolato presso impianti dislocati anche a centinaia di chilometri hanno portato sull’orlo del dissesto economico tutte le aziende che gestiscono le discariche. La cosa è ancora più grave se si considera che queste aziende sono finanziate con denaro pubblico pagato, non senza sacrifici, dai contribuenti. Il trattamento del percolato presso la stessa discarica è l’unica soluzione per evitare i dissesti economici sopra accennati. Ma esiste una tecnologia proponibile per tale soluzione ? 2.1 Tecniche tradizionali Lo scrivente annovera fra le vere tecniche tradizionali di depurazione il trattamento biologico (a biomassa adesa o sospesa), il trattamento chimico-fisico (a sedimentazione o a flottazione) e il trattamento naturale (fitodepurazione e simili). Questi trattamenti trasformano un liquame inquinato in acqua depurata residuando esalazioni gassose, disperdenti in atmosfera, e materiali solidi palabili e stabilizzati, conferibili in discarica. La letteratura internazionale è particolarmente ricca di lavori scientifici, prove di laboratorio e indagini in scala reale, intesi ad analizzare l’applicabilità delle tecniche tradizionali al trattamento del percolato. Però, la maggior parte di tali lavori è mirata a valutare l’efficienza della singola tecnica nella rimozione dello specifico parametro di inquinamento (BOD, COD, ammoniaca, metalli, sali, ecc). In realtà, in considerazione della presenza diffusa delle diverse sostanze inquinanti nel percolato e la loro variabilità nel corso del tempo durante la vita della discarica, la presente progettazione compendia tutte le tecniche depurative sopra dette più altre operazioni sussidiarie (strippaggio con aria, adsorbimento in carbone attivo) ciascuna finalizzata al trattamento di uno o più specifici inquinanti nell’ambito di un ciclo depurativo completo del percolato. 2

2.2 Tecniche “moderne” Si preferisce non entrare nel merito delle tecniche di ossidazione chimica in considerazione dei costi insostenibili dei reagenti richiesti (ozono, acqua ossigenata) che non si giustificano in alcun modo per il trattamento di un liquame “povero” qual è il percolato. Si ritiene invece opportuno soffermarsi sulle tecniche di separazione, osmosi inversa e distillazione, non fosse altro per mettere in evidenza i danni che stanno provocando ai gestori di discariche che incautamente si sono affidati o intendono affidarsi a queste tecnologie. Negli ultimi anni si è diffuso in tutto il mondo l’impiego delle tecnologie a membrana, in particolare ad osmosi inversa, per il trattamento del percolato. Si tratta di una scelta completamente sbagliata, incoraggiata da produttori di pochi scrupoli, che a lungo andare rischia di portare al dissesto i bilanci economici delle società che gestiscono la raccolta e il trattamento dei rifiuti solidi urbani. Questa asserzione nasce da una semplice considerazione: l’osmosi inversa non è una tecnica di depurazione ma solo di separazione degli inquinanti. Nel caso specifico del trattamento del percolato, questi si ritrovano integralmente in un residuo liquido, chiamato eufemisticamente “concentrato”, che ammonta a più del 20 % del tal quale e quindi contiene tutti gli inquinanti inizialmente presenti ad una concentrazione almeno cinque volte superiore risultando praticamente indepurabile. Ancora oggi, sebbene in maniera meno diffusa che in passato, il cosiddetto concentrato viene ricondotto in discarica con il risultato palese che le sostanze organiche refrattarie, l’ammoniaca, i sali e i metalli, che non vengono biodegradati dai substrati batterici instaurati negli ammassi dei rifiuti, si accumulano peggiorando gradualmente nel corso degli anni la qualità del percolato. A conforto di quanto sopra, si riporta il giudizio espresso da ricercatori tedeschi in un rapporto di rassegna sulle tecnologie di trattamento del percolato ( R. Stegmann et al. - Leachate Treatment, October 2005 ) in cui si legge testualmente ” One of the developments in the last decade for leachate treatment is the riverse osmosis (RO). A disadvantage of RO is the production of the liquid concentrate (about 20 % of the leachate). The technique of back passing the concentrate into the landfill is in the opinion of the authors not the best option.

”. La tendenza attuale è quella di distillare il concentrato dell’osmosi inversa in modo da dimezzare il volume del materiale residuo (10 % del totale). Ammesso (e non concesso) che tale residuo sia palabile, e quindi riconducibile in discarica, resta il problema che anche la distillazione è una tecnica separativa per cui tutte le sostanze inquinanti presenti originariamente nel percolato vengono integralmente (ossia senza nessuna forma di degradazione) ricondotte in discarica dove, ovviamente, si accumulano nel tempo. In buona sostanza, questa sistema di trattamento toglie alla discarica l’acqua che le farebbe tanto comodo per la sua funzione di bioreattore e lascia inalterate le sostanze inquinanti che si accumulano durante la vita della discarica. In altri termini, questo tipo di tecnologia non rimuove l’inquinamento provocato dal percolato e peggiora nel tempo le prestazioni della discarica. 3

Per rendersi conto di questo, basta esaminare la situazione economica e giudiziaria dei gestori di discariche che, negli anni scorsi, hanno dato credito ad aziende incompetenti e/o in malafede. A proposito di aziende incompetenti e/o in malafede, lo scrivente ritiene opportuno soffermarsi su un episodio accaduto due anni fa, quando sul sito di uno Studio di Ingegneria Ambientale di Perugia è stata inserita una relazione, elaborata dallo scrivente, in cui era riportata la frase sopra sottolineata argomentata facendo riferimento a un impianto di trattamento del percolato realizzato nel 1997 dalla multinazionale francese Veolia presso la discarica di Borgo Giglione (PG). L’impianto è basato sulle tecniche della osmosi inversa e della distillazione con l’aggiunta di altra “roba esotica” su cui non è il caso di soffermarsi. L’impianto è costato un milione e mezzo di euro (così dicono) interamente versati dai contribuenti. Il 23 ottobre 2014, allo Studio di Ingegneria Ambientale è pervenuta una raccomandata, firmata dall’Amministratore delegato della Veolia Water Solutions & Technologies Italia, contenente pesanti minacce qualora la relazione non fosse stata rimossa dal sito. Non una parola di contestazione alle argomentazioni sopra riportate. Ovviamente, non essendo responsabile, lo Studio ha eliminato la relazione dal suo sito ma lo scrivente è andato avanti, anche perché due anni dopo è successo che nel Consiglio Regionale dell’Umbria è stata presentata la seguente interrogazione:

QUESTION TIME (4): “URGENTE UN IMPIANTO DI TRATTAMENTO DEL PERCOLATO DELLA DISCARICA DI BORGO GIGLIONE” - LIBERATI (M5S) INTERROGA CECCHINI: “RISPETTATE PROCEDURE E PIANIFICAZIONE”

Andrea Liberati (M5s) ha interrogato l'assessore regionale Fernanda Cecchini Acs ) Perugia, 16 febbraio 2016 – Durante la seduta odierna dell'Assemblea legislativa dell'Umbria, il consigliere sulle problematiche inerenti la discarica di Borgo Giglione, chiedendo di “intervenire con un atto di urgenza onde evitare il ripetersi di quanto accaduto alla ex discarica urbana di Terni, con l'intervento della Magistratura. Chiediamo alla Regione se per Borgo Giglione non voglia intervenire con un atto di urgenza per avviare immediatamente un impianto di trattamento del percolato evitando di mandarlo in giro, con tutti i rischi che ciò comporta e senza spendere altri denari con affidamenti diretti illegali”. A questo punto sorge spontaneo un interrogativo. Ma non c’era già un impianto di trattamento del percolato nella discarica di Borgo Giglione ? 4

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Dati di progetto dell’impianto di trattamento

I sottoprodotti della biodegradazione dei rifiuti che avviene nelle discariche sono il biogas e il percolato. Per evitare la loro diffusione nell’ambiente circostante, le discariche vengono attrezzate con barriere a bassa permeabilità e mezzi di evacuazione adeguatamente conformati. Le problematiche relative allo smaltimento/riuso del biogas esorbitano dai limiti della presente trattazione e comunque si tratta di un sottoprodotto che, se ben governato, consente di recuperare una quantità di energia rinnovabile tutt’altro che irrilevante. Il seguito del presente capitolo è quindi completamente dedicato alla caratterizzazione del percolato. Nel progetto degli impianti di trattamento del percolato prodotti da una discarica si fa generalmente riferimento alle analisi ivi effettuate in un determinato periodo di tempo. Quando il periodo di rilevamento copre un numero limitato di anni, come succede in genere, tali dati sono poco affidabili a causa della variabilità delle caratteristiche del percolato nel corso della vita della discarica. Per questo motivo, i dati di base del presente progetto sono desunti dalle risultanze delle indagini effettuate, soprattutto all’estero, sui percolati prodotti dalle discariche per rifiuti solidi urbani. 1. Generalità sul percolato Il percolato è l’effluente acquoso prodotto nelle discariche dal rilascio del contenuto di umidità dei rifiuti e, soprattutto, dalla infiltrazione delle acque meteoriche nell’ammasso dei materiali accumulati. Nel deflusso attraverso i cumuli, si instaura un processo di lisciviazione per cui le acque piovane percolanti si inquinano per effetto delle reazioni biochimiche a cui sono sottoposte. Il grado di inquinamento del percolato dipende dallo stato di decomposizione dei rifiuti in discarica e quindi dalla sua età. In ogni caso, le concentrazioni di diverse sostanze inquinanti (materie organiche, azoto ammoniacale, cloruri, metalli) sono di gran lunga superiori ai limiti di scarico disposti dalle norme per ogni tipo di corpo recettore (fognatura, corso d’acqua superficiale, suolo). Da ciò deriva l’esigenza della sua depurazione prima dello scarico terminale. 2. Produzione del percolato In un recente articolo di ricercatori dell’Università di Amburgo ( R. Stegmann et al. - Leachate Treatment, 2005 ) viene quantificata la produzione specifica del percolato risultante da una indagine su alcune discariche operanti in Germania. Secondo le misure effettuate, la produzione del percolato in tali discariche si attesta fra il 12 e il 22 % della precipitazione meteorica annuale, con i valori minori riscontrati per le discariche più giovani e i maggiori per le discariche più vecchie. 5

Per la situazione tipica dell’Italia, dove le discariche sono quasi tutte di età avanzata, si dovrà quindi assumere una produzione specifica del 22 %. Come risulta dalla cartina a lato, la piovosità media annuale nel territorio nazionale risulta indicativamente dell’ordine di 1 m di pioggia all’anno. Assumendo, come sopra anticipato, una produzione del percolato pari al 22 % della precipitazione, consegue che nelle discariche italiane vengono prodotti 2.200 m 3 /anno di percolato per ogni ettaro di discarica attiva. 3. Parametri di inquinamento del percolato Piovosità media annuale in Italia La qualità e la quantità dell’inquinamento del percolato sono influenzate da diversi fattori quali le condizioni climatiche, la tipologia e la composizione dei rifiuti, ecc. ma il fattore di maggior peso è l’età della discarica. L’influenza di tale fattore sui parametri di inquinamento del percolato è desumibile dalla tabella 1 che attualmente è accettata e riportata dalla gran parte degli esperti internazionali del settore nei loro articoli scientifici. Tabella 1 - Inquinamento tipico del percolato in funzione della età della discarica pH Parametro Età della discarica (anni) COD (mg/l) BOD 5 /COD NH 3 -N (mg/l) Metalli pesanti (mg/l) Composti organici Discarica giovane < 1 < 6,5 > 15.000 0,5 - 1 < 400 > 2 80 % VFA Discarica intermedia 1 - 5 6,5 - 7,5 3.000 - 15.000 0,1 - 0,5 400 < 2 5 - 30 % VFA + HA + FA Discarica vecchia > 5 > 7,5 < 3.000 < 0,1 > 400 < 2 HA + FA Le principali sostanze inquinanti presenti nel percolato sono: le materie organiche carboniose biodegradabili, i composti organici non o difficilmente biodegradabili, l’azoto ammoniacale, i metalli pesanti nonché i solidi sospesi, i sali e i composti xenobiotici anche se non ricompresi nella tabella 1. 6

Tali sostanze vengono esaminate in quanto segue con particolare riferimento alla loro formazione durante la vita della discarica alla luce dei dati della tabella 1. 3.1 Materie organiche biodegradabili Le discariche giovani contengono grandi quantità di materiali organici che, anche grazie all’elevato contenuto di umidità e di acqua nei rifiuti, sono soggetti a fermentazione anaerobica da cui vengono generati gli acidi grassi volatili (VFA) che costituiscono la gran parte delle materie organiche biodegradabili presenti nella discarica. Tutto ciò è evidenziato nella tabella 1 dagli elevati valori del COD e del rapporto BOD 5 /COD tipici del percolato risultante da discariche giovani. 3.2 Composti organici non biodegradabili Quando la discarica matura, nei rifiuti si sviluppa una popolazione di microrganismi metanogenici che convertono i VFA in biogas e la frazione organica del percolato è composta prevalentemente da acido umico (HA) e acido fulvico (FA) che sono non o difficilmente biodegradabili. A riprova di quanto sopra, la tabella 1 evidenzia un netto calo del COD e del rapporto BOD 5 /COD nel percolato passando dalle discariche giovani a quelle intermedie e (soprattutto) a quelle vecchie. In altri termini, nel percolato prodotto dalle discariche mature è più contenuto il grado di inquinamento organico ma è più alta la sua frazione non biodegradabile ossia non aggredibile per via biologica. L’acido umico e l’acido fulvico sono fra i principali responsabili del colore scuro del percolato e delle sue esalazioni maleodoranti. Per inciso occorre rimarcare che il colore e l’odore rientrano fra i parametri di inquinamento dei liquami regolamentati dalla tabella 3 dell’allegato 5 alla parte terza del D.Lgs. n. 152/2006. Colore del percolato 3.3 Ammoniaca L’azoto ammoniacale presente nel percolato di discarica deriva dai processi di idrolisi e fermentazione della frazione azotata del substrato biodegradabile dei rifiuti. La concentrazione dell’azoto ammoniacale cresce con l’età della discarica e può arrivare a valori anche molto superiori a quelli riportati nella tabella 1 (oltre 1.000 mg/l di NH 3 -N) sì da rendere impraticabile l’adozione di tecniche depurative tradizionali quale il processo nitro-denitro a singolo stadio. 3.4 Metalli L’EPA definisce i metalli pesanti come gli elementi con alto peso atomico che possono causare danni anche a basse concentrazioni e tendono ad accumularsi nella catena alimentare. La lista di tali elementi comprende: il mercurio, il cromo, il cadmio, l’arsenico e il piombo. Questi sono contenuti nel percolato a concentrazioni ridotte unitamente ad altri metalli quali ferro e zinco che sono presenti in concentrazioni più consistenti. 7

Nella tabella 2 è riprodotto un estratto dei risultati di una serie di indagini sul contenuto dei metalli nel percolato effettuate in cinque stati americani ( S.C. James - Metals in Municipal Landfill Leachate and their Health Effects, 1977 ) raffrontando i valori rilevati con i limiti di emissione previsti dalla Parte terza del D.Lgs. n. 152/2006 per lo scarico in fognatura e in corso d’acqua superficiale (tabella 3 dell’allegato 5) e sul suolo (tabella 4 dell’allegato 5). Tabella 2 - Concentrazione dei metalli nel percolato Ferro Rame Piombo Cadmio Cromo Zinco Mercurio Selenio Concentrazioni (mg/l) rilevate in discarica di: 5 anni 15,2 0,25 0,16 0,008 0,1 7,2 0,036 0,116 20 anni 25 0,19 0,1 0,008 0,034 3,7 0,012 0,06 (1) Sostanze per le quali sussiste il divieto di scarico sul suolo. in fognatura 4 Limiti di emissione (mg/l) con scarico: 0,4 0,3 0,02 in coso d’acqua 2 0,1 0,2 0,02 sul suolo 2 0,1 0,1 4 1 0,005 0,03 2 0,5 0,005 0,03 (1) 1 0,5 (1) 0,002 Secondo i suddetti rilievi, i metalli che maggiormente esorbitano dai limiti di emissione sono il ferro e lo zinco presenti nel percolato in buona percentuale (10 - 30 %) in forma ionica. Ad essi sarà quindi rivolta particolare attenzione agli effetti della configurazione dell’impianto di trattamento. 3.5 Solidi sospesi I solidi sospesi contenuti nel percolato cono costituiti da materie organiche ed inorganiche, substrati argillosi, microrganismi, ecc. La loro concentrazione è praticamente indipendente dall’età della discarica ed è generalmente compresa nel range 100 - 200 mg/l. I relativi limiti di emissione per lo scarico in fognatura e in acque superficiali sono rispettivamente 200 e 80 mg/l mentre quello per lo scarico sul suolo è 25 mg/l. Considerato che i valori limite sono prossimi a quelli rilevati e che gran parte dei solidi sospesi presenti nel percolato sono di natura organica, e quindi biodegradabili tramite un trattamento biologico, questo parametro di inquinamento non viene in genere considerato rilevante ai fini della scelta della tecnica di trattamento depurativo. 8

3.6 Sali Nella tabella 3 sono riportate le concentrazioni dei principali sali presenti nel percolato rilevate da una serie di indagini effettuate su discariche di diversa età ( G.J. Farquhar - Leachate: production and characterization, University of Waterloo, Canada, 1988 ). Come si evince dal raffronto mostrato in tabella, i cloruri rappresentano il sale più esposto al superamento dei limiti normativi di emissione. Tabella 3 - Concentrazione dei sali nel percolato Sali Cloruri Solfati Fosforo 0 - 5 anni Concentrazioni (mg/l) rilevate in discariche di: 1.000 - 3.000 500 - 2.000 100 - 300 5 - 10 anni 500 - 2.000 200 - 1.000 10 - 100 10 - 20 anni 100 - 500 50 - 200 - > 20 anni < 100 < 50 < 10 Limiti di emissione (mg/l) con scarico: in fognatura 1.200 in coso d’acqua 1.200

(1) sul suolo 200 1.000 10 1.000 10 500 2 (1) Escluso lo scarico a mare.. Stando ai dati di cui sopra, quanto meno per le discariche vecchie non ci dovrebbero essere problemi di rispetto dei valori limite. Tuttavia, bisogna considerare che i cloruri riscontrati nel percolato sono originariamente presenti nei rifiuti, soprattutto negli scarti alimentari, per cui è ragionevole supporre che in alcune situazioni locali la loro concentrazione possa essere superiore ai valori riportati in tabella. Ne deriva l’esigenza di evitare o quanto meno impiegare con la dovuta cautela cloruri metallici (ferro, alluminio) quali coagulanti primari. 3.7 Composti organici xenobiotici I principali composti organici xenobiotici (XOCs) presenti nel percolato di discarica sono idrocarburi monocromatici (benzene, toluene, etilbenzene e xileni) e idrocarburi alogenati (tetracloroetilene, tricloroetilene). Anche se non ancora presi nella giusta considerazione nella pratica progettuale degli impianti di depurazione del percolato, per via delle basse concentrazioni riscontrate, tali componenti sono attualmente oggetto di numerosi studi in considerazione dei loro effetti avversi agli ambienti acquatici tanto da essere considerati dall’EPA inquinanti prioritari. 9

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Configurazione dell’impianto

Basta una rapida lettura di quanto argomentato nel capitolo precedente per comprendere la complessità del trattamento autonomo del percolato e quindi del trattamento operato presso la stessa discarica che lo produce. Peraltro tale complessità deriva non solo dall’ampio spettro di inquinanti presenti in misura rilevante nel liquame ma anche dalla variabilità della sua produzione in quanto strettamente condizionata dagli eventi atmosferici. 1. Difficoltà del trattamento autonomo Volendo riassumere in poche parole le difficoltà connesse con il trattamento del percolato, si può affermare che esse derivano dai seguenti fattori: - variabilità quantitativa e qualitativa del percolato durante la vita della discarica e nelle varie situazioni atmosferiche; elevato contenuto di materie organiche biodegradabili (BOD) nel percolato generato da - - discariche giovani o in prima fase intermedia; elevato contenuto di materie organiche non biodegradabili (COD) nel percolato generato da discariche vecchie o esaurite; elevato contenuto di azoto ammoniacale; elevato contenuto di metalli con rilevanza per ferro e zinco; elevato contenuto dei sali con rilevanza per cloruri e solfati; presenza di composti organici xenobiotici che, seppure in basse concentrazioni, possono avere rilevanza per i loro effetti avversi agli ambienti acquatici La rimozione degli inquinanti sopra elencati richiede l’adozione di più tecniche depurative differenti e coordinate fra di loro. Ciò è realizzabile a costi ragionevoli se vengono impiegati componenti impiantistici innovativi con alte caratteristiche di flessibilità e polivalenza. Questo è il principale obiettivo del progetto descritto nella presente relazione. 2. Dimensionamento dell’impianto L’impianto, descritto nel seguito della trattazione e raffigurato negli allegati elaborati grafici, è dimensionato per una portata di 120 m 3 /giorno. L’impianto comprende tre unità operative: il sistema EBAS ®

,

il flocculatore-flottatore monoblocco e il fitodepuratore, funzionanti in serie secondo le specifiche della figura 1 e della tabella 4. 10

Figura 1 - Schema di flusso dell’impianto Percolato Aria Coagulanti PAC (eventuale) Acqua chiariflocculata BOD NH 4+ COD non biodegradabile Fe 2+ , Zn e altri metalli Sistema EBAS ® Emissioni CO 2 ,N 2 ,NH 3 N residuo Acqua biofiltrata Flocculatore-flottatore monoblocco 3 Zn e altri metalli Fango umido Possibili inquinanti residui Fitodepuratore di area ridotta Corpo recettore H 2 SO Scrubber ((NH 4+ ) 2 SO 4 ) Centrifuga 4 Acqua di risulta Rilancio al sistema EBAS ® Tabella 4 - Unità operative dell’‘impianto e relative funzioni nel ciclo depurativo Emissioni CO 2 ,N 2 Atmosfera Fango disidratato Discarica Unità operativa Sistema EBAS ® Scrubber (possibile) Flocculatore-flottatore monoblocco Centrifuga Fitodepuratore 1) 2) 3) 4) 5) 1) 1) 2) 3) 4) 1) 1) Funzione Accumulo del percolato prodotto, equalizzazione del flusso idraulico nell’impianto; rimozione biologica a biomassa adesa (biofiltrazione) del BOD 5 e della frazione biodegradabile del COD; rimozione biologica a biomassa adesa (anammox) dell’ammonio e strippaggio con aria dell’ammoniaca; precipitazione del ferro in idrossido ferrico; strippaggio con aria di altri (eventuali) composti volatili (ad es. tensioattivi). Trasformazione dell’ammoniaca gassosa in solfato di ammonio liquido (produzione di fertilizzante). Rimozione chimico-fisica delle residue sostanze colloidali e sospese; rimozione chimico-fisica dei precipitati metallici; rimozione chimico-fisica ed (eventuale) adsorbimento in PAC dei composti organici non biodegradabili; precipitazione e rimozione chimico-fisica del ferro e di (eventuali) altri metalli (zinco, manganese, …). Disidratazione e stabilizzazione del fango di risulta dal trattamento chimico-fisico (produzione di concime). Rimozione di qualsiasi specie di eventuale inquinante residuo (produzione di acqua per uso irriguo).. 11

3. Risorse recuperabili dalle discariche Come si evince dalla tabella 4, l’impianto proposto dalla presente progettazione persegue il fine di valorizzare, oltre che trattare, il percolato di discarica. In effetti, a fronte di un influente costituto dal percolato proveniente dalla discarica, l’impianto produce un range di effluenti composto da: a) anidride carbonica e azoto molecolare (emissioni gassose disperdenti in atmosfera), b) solfato di ammonio allo stato liquido (fertilizzante); c) residuo solido palabile stabilizzato (concime); d) acqua esente da impurità (acqua per irrigazione). Questi recuperi vanno a sommarsi a quello del biogas utilizzabile per la produzione di energia elettrica. Tutto questo è visivamente rappresentato dalla composizione grafica riportata in copertina. 12

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Sistema

EBAS ® Acronimo di Equalizzatore, Biofiltro, Anammox, Stripper, EBAS ® consiste in un bacino di raccolta e accumulo delle acque reflue, tal quali o pretrattate, che provvede contestualmente a equalizzarne il flusso idraulico e a disinquinarle mediante i trattamenti di rimozione biologica a biomassa adesa aerobica delle materie organiche carboniose e dell’azoto ammoniacale (processo anammox) e di strippaggio dei composti volatili, fra cui in particolare l’ammoniaca e i tensioattivi. In tal modo, il sistema è in grado di produrre un effluente depurato che può essere scaricato nel corpo recettore (fognatura, corso d’acqua superficiale, suolo) ovvero recuperato per usi di irrigazione, lavaggio o altro, previo eventuale trattamento finale di finitura fra cui, in particolare, la fitodepurazione. Per i suoi elementi di innovazione, il sistema EBAS ® è coperto da brevetto per invenzione industriale con registrazione del marchio. 1. Caratteristiche costruttive Il sistema EBAS ® è composto tipicamente da una o più vasche monoblocco prefabbricate in cemento armato vibrato, costituenti il bacino di contenimento, ciascuna attrezzata con uno o due filtri biologici realizzati con pacchi di riempimento fisso rialzati dal fondo della vasca e corredati da aeratori di profondità, pompe di ricircolo dell’acqua percolante con relativi distributori “splash-plate” e pompe di rilancio dell’acqua biofiltrata comandate da interruttori di livello di minima e di massima. Generalmente le vasche sono interrate a livello della condotta di scarico. La tipica configurazione del bacino di contenimento del sistema EBAS ®

è

schematizzata nella sottostante composizione grafica e descritta in quanto segue in ogni dettaglio costruttivo. Schema costruttivo (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) LEGENDA Bacino di contenimento Filtri biologici Diffusori tubolari dell’aria a bolle fini Collettori di profondità dell’aria Tubazioni discendenti dell’aria Tubazione di mandata dell’aria compressa Gruppo compressore Pompe di rilancio dell’acqua biofiltrata Tubazioni di ricircolo dell’acqua biofiltrata Tubazione di mandata dell’acqua biofiltrata Pompe di ricircolo dell’acqua percolata Tubazioni di ricircolo dell’acqua percolata Distributori “splah-plate” 13

1.1 Bacino di contenimento Il bacino di contenimento può essere realizzato con l’impiego di varie tipologie di vasche. Nella specifica applicazione in esame viene impiegata una vasca monoblocco prefabbricata in cemento armato vibrato a pianta rettangolare di dimensioni esterne 2,5 x 10 m, altezza 2,5 m, capacità 52 m 3 , a cui corrisponde un volume utile che, decurtato dei franchi superiore e inferiore, è pari a 41 m 3 . Questa vasca è prodotta e attrezzata dalla Cancellotti s.r.l. presso lo stabilimento di Perugia. Vasche Strutture di rialzo e copertura Stabilimento di produzione Come illustrato negli allegati elaborati grafici, l’impianto di cui alla presente applicazione comprende sei vasche disposte secondo due serie parallele da tre vasche collegate fra di loro dal basso mediante un sistema a tubo passante con relative flange di tenuta. Al loro interno, le vasche vengono trattate con una doppia mano di vernice epossidica specifica per la protezione delle strutture in cemento dalla azione chimica dei liquami aggressivi. Stanti le dimensioni sopra specificate, le tre vasche di ciascuna serie conseguono una capacità di accumulo di 123 m 3 per cui il volume utile complessivo del bacino di contenimento ammonta a 246 m 3 . Nella posa in opera, le vasche vengono installate fuori terra su un piano di appoggio realizzato in massetto di cemento armato all’uopo predisposto. Le vasche sono sopraelevate e ricoperte al piano di calpestio tramite strutture, anch’esse monoblocco prefabbricate in cemento armato, composte da un anello di rialzo ed un solaio di copertura pedonale spessore 10 cm. Sulle coperture sono praticate aperture munite di chiusini in ghisa di classe adeguata sufficienti, in numero e disposizione, a garantire l’ispezione interna delle vasche e l’accesso per le operazioni di manutenzione oltre alla transitabilità della copertura. In quanto realizzate a getto in soluzione monoblocco, le vasche impiegate forniscono la massima garanzia di tenuta idraulica, resistenza strutturale e durata nel tempo. 1.2 Attrezzature In ogni vasca sono installati due filtri biologici realizzati con moduli plastici parallelepipedici a canali esagonali incrociati (pacchi di riempimento) aventi una superficie specifica di 240 m 2 /m 3 e una frazione di vuoto del 96 %. I pacchi sono ripartiti in due cataste a base rettangolare (una per ogni filtro) ciascuna avente dimensioni di 2,1 x 4,4 m, altezza 1,5 m, da cui consegue un volume complessivo dei filtri biologici installati nel bacino del sistema EBAS ® di 168 m 3 . Pacco di riempimento 14

Le due cataste sono disposte alle estremità della vasca e sono tamponate lungo tre lati dalle pareti di cemento e nel restante lato con pannelli di plastica non aventi funzione di contrasto in quanto i pacchi sono autosostenenti. Le cataste sono sopraelevate di 50 cm dal fondo sorrette da una struttura di appoggio e di rialzo realizzata con travetti di acciaio inossidabile. Sul fondo della vasca, nelle intercapedini sottostanti le cataste, sono installati due aeratori di profondità a bolle fini (uno per ogni catasta) che provvedono a ossigenare i pacchi di riempimento tramite un flusso d’aria ascensionale. Ciascun aeratore è composto da dieci diffusori d’aria tubolari a bolle fini del tipo a membrana di gomma sintetica microfessurata, lunghezza di aerazione 75 cm, raccordati ad un collettore dell’aria appoggiato sul fondo della vasca lungo l’asse mediano delle cataste e costituito da uno scatolare di acciaio inossidabile 200 x 100 mm. Lo scatolare è alimentato dalla rispettiva tubazione discendente realizzata in acciaio inossidabile Ø 1”¼ munita di valvola di regolazione della portata. Tutte le tubazioni discendenti di ciascuna vasca sono raccordate al tubo di mandata della soffiante. Aeratore di profondità Il gruppo compressore è composto da due soffianti (di cui una di riserva) ciascuna erogante una portata di 684 m 3 /h ad una pressione di 250 mbar con un impegno di potenza di 11 kW. Le soffianti conferiscono all’aria Soffiante compressa un salto di temperatura di 42 °C. Per resistere al conseguente calore e preservarlo, i tubi di mandata dell’aria alle vasche sono realizzati in acciaio inossidabile Ø 4” coibentati con manicotti di lana di roccia. Sul fondo di ciascuna delle due vasche di estremità in uscita sono installate due pompe di rilancio dell’acqua biofiltrata al flocculatore-flottatore monoblocco mentre in ciascuna delle sei vasche sono installate due pompe di ricircolo in testa ai filtri biologici dell’acqua percolata. Tutte le pompe sono del tipo sommergibili centrifughe con girante a vortice liquido specifiche per la movimentazione di acque contenenti corpi solidi in sospensione. Pompe Ciascuna delle due pompe di rilancio eroga una portata di 15 m 3 /h ad una prevalenza di 2,5 m con un impegno di potenza di 0,37 kW tramite una tubazione di mandata realizzata in acciaio inossidabile Ø 2”. Una pompa (di servizio) è comandata da un interruttore di livello posizionato a 20 cm dal fondo della vasca mentre l’altra pompa (di emergenza) è comandata da un interruttore posizionato in corrispondenza della condotta di scarico per troppo pieno innestata sulla vasca di estremità. Le pompe erogano una portata di rilancio superiore a quella di progetto per cui l’eccesso di portata deve essere ricircolato nel bacino attraverso una apposita diramazione munita di valvola di regolazione della portata. Questa procedura semplifica le operazioni di regolazione della portata di rilancio e minimizza le possibilità di ostruzioni lungo la relativa linea. 15

Ciascuna delle dodici pompe di ricircolo dell’acqua percolata in testa ai filtri biologici eroga una portata di 21 m 3 /h ad una prevalenza di 2,5 m con un impegno di potenza di 0,55 kW tramite tubazioni di mandata realizzate in acciaio inossidabile Ø 2” tracciate elettricamente e avvolte in guaine di isolamento elettrico e termico. Tali tubazioni riscaldano l’acqua percolata secondo la tecnica della “trace heating” attraverso cavi elettrici avvolti sul tubo e collegati ad un apposito alimentatore. I cavi sono autoregolanti nel senso che la loro resistenza elettrica aumenta con la temperatura per cui, una volta raggiunto un determinato limite (set point), si annulla la trasmissione di energia elettrica e quindi il flusso di calore. In tal modo è possibile imporre un limite massimo alla temperatura dell’acqua defluente nella tubazione. Nella specifica applicazione in esame, tale limite è 90 °C. Tubo riscaldatore dell’acqua percolata Le pompe di ricircolo non sono asservite ad alcun interruttore di livello e ciascuna di esse eroga una portata effettiva superiore a quella di rilancio. In corrispondenza delle sezioni di sbocco delle due tubazioni di ricircolo sono montati altrettanti distributori di flusso, del tipo “splash-plate”, costituiti da piatti metallici sagomati in maniera tale che, investiti inferiormente dal getto d’acqua, distribuiscono il flusso radialmente in modo da irrigare uniformemente le cataste sottostanti. 2. Principi generali di base, modalità di funzionamento e elementi di innovazione I principi basilari e le modalità di funzionamento del sistema EBAS ® sono estesamente descritti in quanto segue in modo da evidenziare le sue peculiarità in raffronto ai sistemi tradizionali.. 2.1 Principi di base Come si evince dalla sua denominazione, il sistema EBAS ® possiede la peculiarità di condizionare le acque inquinate operando in un unico ambiente i trattamenti di equalizzazione, biofiltrazione, anammox e strippaggio. Per comprendere appieno l’importanza di tale modalità di funzionamento è opportuno richiamare i principi che sono alla base dei suddetti trattamenti. Equalizzazione Le acque reflue prodotte sia dagli insediamenti domestici che da quelli produttivi sono sempre caratterizzati da una portata di scarico e da una composizione chimica e fisica variabili nel tempo. 16

Le acque reflue domestiche e urbane vengono prodotte preminentemente durante il giorno con punte di scarico nella mattina e negli intervallo di pranzo e cena. Anche la composizione dei liquami varia essendo più ricca dei residui del metabolismo umano (urina, feci) durante la mattina e dei residui della cucina (oli, grassi) durante le ore dei pasti. L’ampiezza delle oscillazioni di tali parametri nell’arco delle 24 ore giornaliere aumenta al diminuire della entità dello scarico. Per tale motivo, il problema della equalizzazione degli scarichi non si pone tanto per i grandi comuni quanto per i piccoli comuni, le frazioni comunali, i centri residenziali e i fabbricati isolati. Per le acque reflue industriali il problema è molto più sentito. Bene che vada, gli scarichi delle aziende sono limitati all’intervallo lavorativo (8 - 10 ore al giorno) ma per alcune di esse sono concentrati in intervalli temporali ancora più ristretti, come ad esempio nelle aziende agroalimentari dove gli scarichi sono originati soprattutto dalle operazioni di pulizia delle attrezzature, delle cisterne, dei locali, dei prodotti finiti, dei mezzi di trasporto, ecc. dove, peraltro, le prime acque di lavaggio sono molto più inquinate di quelle successive di risciacquo. In senso lato, l’equalizzazione delle acque di scarico può ritenersi comprensiva di due processi: il bilanciamento idraulico e l’omogeneizzazione. Il bilanciamento idraulico è il procedimento che rende la portata del flusso d’acqua uscente da un bacino indipendente da quella del flusso entrante. Nella fattispecie del trattamento acque, il bilanciamento idraulico è operato da un bacino munito di pompa sommersa dove le acque reflue vengono conferite secondo un andamento temporale che dipende dalla origine dello scarico e vengono rilanciate con una portata costante in un determinato arco di tempo (24 ore o anche in più giorni) in genere pari al valore orario medio nell’intervallo. Da ciò si evince che il bacino di bilanciamento idraulico deve possedere una capacità di accumulo sufficiente ad assorbire i picchi di scarico che eccedono la portata media durante tale intervallo. Secondo uno dei primi rapporti sull’argomento ( Flow Equalization, EPA 1974 ), il volume del bacino necessario per bilanciare uno scarico urbano con fognatura separata equivale al 10 - 20 % della portata media giornaliera. Per gli scarichi di acque reflue industriali il problema è più complesso e variegato. Nel caso particolare del percolato di discarica, la prima funzione del bacino è quella di contenere e accumulare il liquame prodotto in occasione di eventi meteorici eccezionali. Il bilanciamento idraulico degli scarichi comporta un beneficio sul dimensionamento e sul funzionamento dei componenti dell’impianto di trattamento preposti alla separazione per gravità fra acqua e fango, quali sono in particolare il sedimentatore primario e quello secondario. In mancanza del bacino di bilanciamento idraulico, tali componenti devono essere dimensionati sulla base della portata di punta che in alcuni casi (scarichi di piccole utenze domestiche e di aziende agroalimentari) può essere drasticamente superiore al valore medio. L’omogeneizzazione degli scarichi viene ottenuta installando all’interno del bacino un dispositivo di miscelazione delle acque che può essere un agitatore meccanico oppure un aeratore di profondità. L’aeratore si lascia preferire soprattutto nelle applicazioni agli scarichi domestici dove è necessario evitare fenomeni di setticizzazione dei liquami con conseguente insorgenza di odori molesti. 17

In questo caso, secondo il succitato rapporto EPA, la portata d’aria necessaria per mantenere condizioni aerobiche nel liquame non deve essere inferiore a 0,56 - 0,9 m 3 /h di aria per m 3 di accumulo. L’omogeneizzazione delle acque di scarico serve soprattutto a evitare il verificarsi di shock organici sui reattori biologici dell’impianto di trattamento e a migliorarne le prestazioni grazie alla uniformazione dei substrati presenti nelle acque durante le varie fasi di scarico. Biofiltrazione Il principio di base della biofiltrazione è che su una superficie esposta all’acqua inquinata si genera spontaneamente un film biologico in cui stazionano i microrganismi (biomassa adesa) che governano i processi di degradazione degli inquinanti contenuti nell’acqua. I biofiltri oggi reperibili sul mercato possono essere grosso modo divisi in due categorie: quelli in cui il mezzo di supporto del film biologico è emerso dall’acqua e quelli in cui è sommerso. Sono emersi i filtri percolatori caratterizzati dal fatto che, quale che sia la loro configurazione, il mezzo di supporto è sempre posizionato al di sopra del livello della superficie libera dell’’acqua. Il mezzo di supporto è costituito da letti di pietrisco (ormai in disuso) oppure da riempimenti in materiale plastico composti da pacchi lamellari sovrapposti o da corpi accatastati alla rinfusa. I riempimenti sono confinati in strutture di tamponamento aventi funzione di contrasto solo per i corpi alla rinfusa in quanto i pacchi sono autosostenenti. In ogni caso, le strutture di confinamento creano un effetto camino per cui l’aria riscaldata dai processi biologici che si verificano all’interno del filtro risale per convenzione naturale diffondendosi nel film biologico e apportandovi ossigeno. In altri casi, soprattutto nelle installazioni interrate, i filtri possono essere sottoposti a ventilazione forzata ad opera di aeratori di profondità. L’acqua inquinata, irrorata in testa al filtro da un dispositivo di distribuzione del flusso, percola attraverso il mezzo di riempimento lambendone le superfici esposte. Le sostanze organiche contenute nell’acqua vengono adsorbite nel film biologico e biodegradate ad opera dei microrganismi ivi annidati. In genere l’acqua percolata viene ricircolata in testa al filtro, mentre il surplus, pari alla portata entrante, fuoriesce. I microrganismi catalizzatori delle reazioni di biodegradazione tendono a moltiplicarsi ma parte di essi viene trascinata dall’acqua percolante, di modo che il film biologico si stabilizza ad uno spessore (in genere dell’ordine di qualche millimetro) per cui la quantità di biomassa generata è uguale a quella trascinata. In virtù di questo meccanismo, il filtro si autopulisce e non necessita di alcuna operazioni di controlavaggio. E’ ormai accertato che i filtri percolatori sono in grado di operare in un singolo stadio i trattamenti di rimozione delle materie organiche carboniose e di nitrificazione dell’azoto ammoniacale con rendimenti che dipendono soprattutto dal carico organico volumetrico applicato al filtro. Secondo il Water Environment Federation ( Aerobic Fixed-Growth Reactors, WEF 2000 ), operando con un valore del carico organico volumetrico da 0,6 e 3,2 kg BOD 5 /m 3 x giorno (alto carico), un filtro percolatore con riempimento in materiale plastico rimuove dal 90 al 60 % del BOD 5 mentre a carichi minori di 0,6 kg BOD 5 /m 3 x giorno (basso carico) si ottengono efficienze depurative superiori al 90 %. 18

Secondo Environmental Protection Agency ( Trickling Filter Nitrification, EPA 2000 ), per conseguire efficienze di nitrificazione di una certa consistenza (75 - 85 % dell’azoto ammoniacale) è necessario operare a condizioni di carico molto basse.(0,3 - 0,2 kg BOD 5 /m 3 x giorno). Secondo Sustainable Sanitation and Water Management ( Trickling filter, SSWM 2014 ) operando con un valore del carico organico volumetrico di 1 kg BOD 5 /m 3 x giorno, un filtro percolatore può rimuovere il 60 - 85 % del BOD e nitrificare fino al 35 % dell’azoto ammoniacale con rimozioni particolarmente esigue del fosforo totale (10 - 15 %). In tutti i lavori sopra menzionati, non vengono evidenziate rimozioni apprezzabili dei solidi sospesi mentre, sulla base dei pochi dati disponibili, la produzione del fango biologico di supero è caratterizzata da un buon grado di sedimentabilità e si attesta in un range di valori compresi fra 0,4 e 0,7 kg SS/kg BOD 5 rimosso. Le prestazioni tipiche dei filtri percolatori possono quindi essere sintetizzate come segue: buoni rendimenti di rimozione del BOD 5 soprattutto in condizioni di basso carico, consumi energetici contenuti; gestione molto semplice; bassa produzione e buona sedimentabilità e ispessibilità del fango di supero; minimo fabbisogno di manutenzione; resistenza agli shock organici e tossici. Fra i filtri sommersi rientrano a vario titolo i sistemi a biomassa adesa noti in letteratura con gli acronimi RBC (Rotating Biological Contactor), SAF (Submerged Aerated Filter), BAF (Biological Aerated Filter) e MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor). Peculiarità comune a questi filtri è che il mezzo di supporto del film biologico è totalmente sommerso nell’acqua e aerato artificialmente. Fanno eccezione i biodischi che ruotano parzialmente sommersi nell’acqua per cui il film biologico adsorbe l’ossigeno durante l’intervallo di emersione. La discussione che segue viene focalizzata sui filtri sommersi aerati (SAF) in quanto, fra le varie tipologie di filtri sommersi è quella che ha più attinenza con il sistema di trattamento in esame. La loro configurazione costruttiva è del tutto simile a quella dei filtri percolatori con la sola differenza che il mezzo filtrante, sia esso costituito da pacchi lamellari o da corpi di riempimento alla rinfusa, è completamente sommerso ed è attraversato dall’acqua dall’alto verso il basso o viceversa e dall’aria insufflata da un aeratore di profondità. A differenza dei filtri percolatori, i SAF sono in grado di operare con buoni rendimenti di rimozione del contenuto organico delle acque anche a valori elevati del carico organico volumetrico. Secondo Environmental Technology Centre ( Submerged Aerated Filters, 2014 ) il campo più appropriato di applicazione dei filtri sommersi aerati è compreso fra 3 e 6 kg BOD 5 /m 3 x giorno. Secondo una rassegna pubblicata da Asian Network for Scientific Information ( Improvements in Biofilm Processes for Wastewater Treatment, 2012 ), le migliori prestazioni dei SAF per la rimozione delle materie organiche carboniose si verificano con un carico organico volumetrico di 3 kg BOD 5 /m 3 x giorno mentre per la nitrificazionw si ottengono buone prestazioni con un carico volumetrico dell’azoto ammoniacale di 1 kg N-NH 3 /m 3 x giorno. Dalla stessa fonte si ricavano utili informazioni riguardo ad alcuni parametri di funzionamento del bacino. Queste riguardano in particolare, la richiesta specifica di ossigeno, che viene stimata pari a 1 - 1,5 kg O 2 /kg BOD 5 rimosso, e la produzione giornaliera di fango biologico di supero che ammonta a 0,6 - 1 kg SS/kg BOD 5 rimosso. 19

Questi dati consentono di dimensionare l’aeratore impiegato a servizio del sistema EBAS ® e valutare l’inquinamento residuo da solidi sospesi dell’acqua biofiltrata. Da quanto sopra si arguisce che le prestazioni di un filtro sommerso aerato, in termini di rimozione delle sostanze inquinanti, sono migliori di quelli di un filtro percolatore, soprattutto per la sua capacità di operare con alti rendimenti ad elevati valori del carico organico. Tuttavia, a fronte di questi vantaggi, occorre considerare che a differenza dei filtri percolatori, dove la rimozione del fango è operata automaticamente dal dilavamento delle superfici esposte ad opera dell’acqua percolante, nei filtri sommersi aerati il fango viene rimosso quasi esclusivamente dall’aria che risale attraverso il riempimento per cui, non di rado, soprattutto quando vengono impiegati moduli plastici ad elevata superficie specifica (come nel caso in esame), si possono generare ostruzioni che richiedono operazioni di controlavaggio le quali indubbiamente appesantiscono la gestione dell’impianto. A questo va aggiunto il consumo energetico dovuto alla aerazione che non trova riscontro nei filtri percolatori qualora operanti a convezione naturale. Anammox Acronimo di ANaerobic AMMonium OXidation, anammox è un processo di rimozione autotrofa dell’azoto ammoniacale dalle acque reflue le cui reazioni sono catalizzate da un particolare gruppo di microrganismi scoperti negli anni 80 e attualmente oggetto di numerosi studi e ricerche sperimentali sia in Italia che all’estero. Il processo anammox è articolato in due fasi: una prima fase in ambiente aerobico dove avviene l’ossidazione parziale (circa la metà) dell’ammonio in nitrito (nitritazione) ad opera dei batteri ammonio ossidanti (AOB) seguita da una seconda fase in ambiente anossico in cui i batteri anammox catalizzano l’ossidazione dell’ammonio residuo ad azoto molecolare (gassoso) attraverso la riduzione del nitrito. I vantaggi di questo processo rispetto al trattamento tradizionale nitro-denitro derivano dalla minore richiesta di aerazione per la nitrificazione, con conseguente riduzione dei consumi energetici, dalla natura autotrofa dei batteri, che evita l’impiego di una sorgente organica esterna, e dalla minore produzione di fango biologico di supero. Si stimano risparmi dei costi di gestione dell’ordine del 40 %. Secondo un recente rapporto del Politecnico di Milano ( T. Liotti el al. - Rimozione completamente autotrofa dell’azoto con batteri anammox: passato, presente e futuro, 2014 ) il processo di rimozione completamente autotrofa dell’azoto può essere realizzato in due reattori biologici in serie, di cui il primo è aerato il secondo anossico, oppure in un unico reattore dove le condizioni aerobiche si alternano con quelle anossiche. L’alternanza può avvenire nel tempo (funzionamento discontinuo degli aeratori) o nello spazio, cioè nello spessore di un biofilm sia esso granulare autoaggregante sia esso adeso ad un supporto inerte. A conforto di quest’ultima asserzione, nel rapporto è riportata l’immagine al microscopio di granuli prelevati da un reattore operante il processo anammox. Le immagini evidenziano la presenza di una flora batterica AOB nello strato aerobico esterno e di una copiosa popolazione batterica anammox nello strato anossico interno. 20

Il meccanismo di rimozione dell’azoto si svolge come sopra preannunciato. La parziale nitritazione dell’ammonio, ad opera dei batteri AOB, si verifica nello strato superficiale del film a spese dell’ossigeno ivi adsorbito. L’ammonio residuo penetra insieme con il nitrito nello strato interno dove viene ossidato ad azoto molecolare ad opera dei batteri anammox. Processo anammox in un film biologico La presenza di batteri anammox all’interno di film biologici è stata dimostrata da diversi studi. In un recente rapporto cinese ( Yu Tao et al. - Attached growth gains and advantage over suspended growth on enrichment of anammox bacteria, Harbin Institute of Technology, 2014 ) è riportato uno studio di laboratorio in cui sono stati sperimentati quattro impianti operanti secondo il processo anammox di cui due a biomassa sospesa e due a biomassa adesa. Le immagini al microscopio hanno evidenziato l’abbondante popolazione batterica anammox (colore rosso) che si forma sulle superfici delle particelle di supporto del biofilm. Batteri anammox in un film biologico Come recita lo stesso titolo del rapporto, i risultati delle prove hanno dimostrato che la velocità di crescita dei batteri anammox nei reattori a biomassa adesa è decisamente superiore a a quella riscontrata nei rettori a biomassa sospesa. La frenetica attività di ricerca sull’argomento sopra esposto darà risultati che rivoluzioneranno la tecnica di trattamento delle acque ad alto contenuto di azoto (percolato di discarica i reflui zootecnici, ecc.) che attualmente costituiscono uno spinoso problema ambientale. Strippaggio Lo strippaggio consiste nel trasferimento dei componenti volatili di un liquido ad una controcorrente d’aria con cui viene in intimo contatto. Questa tecnica è impiegata per rimuovere le sostanze inquinanti volatili dalle acque reflue. L’equilibrio delle sostanze disciolte in un liquido a contatto con una corrente d’aria è regolamentato dalla legge di Henry secondo cui il rapporto fra la concentrazione molare della sostanza nella fase gassosa e quella nella fase liquida in equilibrio con la corrente gassosa è una costante. I composti volatili sono caratterizzati da un’alta tensione di vapore e una bassa solubilità in acqua e quindi da un elevato valore della costante di Henry, per cui possono essere strippati dall’acqua. Poiché tale costante aumenta con la temperatura, lo strippaggio è favorito se il liquido è caldo. 21

Ogni apparecchiatura che promuove il contatto fra aria e acqua può essere utilizzata per strippare i composti volati dall’acqua. Nella pratica corrente, uno stripper ad aria è costituito da una torre in cui l’acqua e l’aria si mescolano in controcorrente attraverso un mezzo di riempimento plastico composto da pacchi lamellari o corpi alla rinfusa identici a quelli impiegati per il filtro biologico sopra discusso. Le principali sostanze inquinanti che, in quanto volatili, vengono rimosse per strippaggio sono i cosiddetti composti BTEX (benzene, toluene, etilbenzene, xilene) che sono presenti nei derivati del petrolio e inquinano soprattutto le acque di processo nonché le acque meteoriche di dilavamento dei siti di produzione e distribuzione di petrolio e gas naturale. Un discorso a parte meritano l’azoto ammoniacale e i tensioattivi per la loro importanza nell’inquinamento delle acque reflue sia domestiche che industriali. L’azoto ammoniacale esiste in soluzione acquosa sotto due forme, ammoniaca (NH 3 ) e ione ammonio (NH 4 + ), di cui soltanto l’ammoniaca è volatile e quindi strippabile. La sua frazione, ricavata dalla equazione di equilibrio, dipende dal valore del pH e della costante di ionizzazione che a sua volte dipende dalla temperatura. L’andamento di tale frazione, illustrato nei diagrammi a lato, dimostra che alla temperatura tipica delle acque reflue (15 - 25 °C) ed al valore del pH (7,5 - 8,5) solo una minima parte dell’azoto ammoniacale (~ 10 %) può essere strippato. [NH 3 ] / ([NH 3 ] + [NH 4+ ]) in funzione del pH e della temperatura Quindi lo strippaggio dell’azoto ammoniacale richiede un alto valore della temperatura e/o del pH. Occorre sottolineare a riguardo che, come precisato nel paragrafo precedente, l’aria insufflata nel bacino è di circa 60 °C superiore a quella esterna, per cui è ragionevole ipotizzare che, anche grazie al vigoroso ricircolo operato nel bacino, l’acqua si riscaldi di conseguenza. La rimozione dei tensioattivi entro i limiti tabellari è il principale problema per la messa a norma degli scarichi delle aziende dedite alle attività di lavaggio con l’impiego di detersivi, prime fra le altre le lavanderie industriali e gli autolavaggi. Il frazionamento della schiuma è nato come processo di separazione In cui le proteine ed altri anfipatici sono assorbite nella superficie di bolle d’aria che vengono rimosse dalla soluzione in forma di schiuma ( Paul Stevenson, Xueliany Li - Foam Fractionation: Principles and Process Design, 2014 ). Questo processo è stato applicato alla rimozione dei detergenti dalle acque di scarico delle lavanderie ( Stripping Mode Fractionation ) mediante una torre di strippaggio operante con modalità del tutto simili a quelle del sistema EBAS ® di seguito descritte. 22

2.2 Modalità di funzionamento Il funzionamento del sistema EBAS ® è descritto con riferimento al sottostante schema di flusso. Schema di flusso del sistema EBAS ® Attraverso la condotta di entrata (1) le acque di scarico tal quali o pretrattate defluiscono nel bacino del sistema EBAS ® da cui vengono rilanciate tramite l’apposita pompa (2) alla condotta di scarico terminale o alla unità di trattamento successivo con la portata oraria di progetto. In eccesso di entrata rispetto al rilancio, il livello dell’acqua nel bacino si alza mentre in difetto si abbassa, tenuta peraltro in agitazione dall’aeratore (3) e dalla pompa di ricircolo (4). Pertanto, grazie alla propria capacità di accumulo e di miscelazione, il bacino assorbe e omogeneizza le punte di scarico equalizzando la portata e le caratteristiche chimico-fisiche del flusso idraulico nelle 24 ore, o anche in più giorni. Le acque entrano nel bacino in testa al filtro biologico (5) e da qui percolano attraverso i pacchi di riempimento del filtro in controcorrente con l’aria insufflata dagli aeratori di profondità. Grazie alla conformazione a canali incrociati dei pacchi, l’acqua percolante si distribuisce su tutta la sezione trasversale del filtro lambendo le superfici esposte dei corpi di riempimento. Dal fondo del bacino l’acqua percolata viene in parte ricircolata in testa alle cataste, dove viene ridistribuita su tutta la sezione trasversale ad opera dei distributori di flusso “splash plate” (6) e in parte rilanciata. La portata di ricircolo è almeno cinque volte superiore a quella di rilancio per cui l’acqua viene ricircolata per lungo tempo prima di essere rilanciata. Peraltro, poiché la pompa di ricircolo non è comandata da interruttore di livello, l’acqua percolata viene ricircolata in continua anche quando le pompe di rilancio sono disattivate dai propri interruttori. Nel corso delle sue escursioni, la superficie libera dell’acqua nel bacino oscilla fra i livello di minima e di massima coincidenti rispettivamente con il livello di attacca della pompa di rilancio (7) e con il livello di troppo pieno (8) coincidente con quello di attacca della pompa di emergenza. Stante la sopraelevazione delle cataste dal fondo della vasca e la sua altezza, con acqua al livello di minima il filtro biologico è completamente emerso e opera come filtro percolatore a ventilazione forzata mentre al livello di massima è totalmente immerso e opera come filtro sommerso aerato. 23

Nella situazione intermedia, che è la più ricorrente, il filtro biologico è in parte emerso e in parte immerso per cui opera contestualmente come filtro percolatore a ventilazione forzata nella parte emersa e come filtro sommerso aerato nella immersa. In ambedue i casi, il filtro esplica le funzioni di rimozione delle materie organiche carboniose e dell’azoto ammoniacale che vengono operate, con le modalità descritte nel paragrafo predente (biofiltrazione, anammox), dalla flora batterica annidata all’interno del film biologico adeso alle superfici esposte del filtro a spese dell’ossigeno contenuto nell’aria che attraversa i pacchi di riempimento in senso ascensionale. I microrganismi partecipi delle reazioni biologiche tendono a moltiplicarsi ma parte di essi viene trascinata dall’acqua soprattutto nella parte emersa del filtro. Pertanto il film biologico si stabilizza ad uno spessore per cui la quantità di biomassa generata è uguale a quella trascinata L’aerazione controcorrente e il vigoroso ricircolo operati all’interno del bacino possono determinare le condizioni per cui le sostanze inquinanti volatili, fra cui in particolare l’azoto ammoniacale e i tensioattivi, vengono strippate ed evacuate con l’aria. Le rimozioni ottenute per strippaggio vanno ovviamente a sommarsi a quelle operate per via biologica. 2.3 Elementi di innovazione L’impiego di un bacino di equalizzazione in un impianto di depurazione biologica è una prassi ormai consolidata soprattutto nel trattamento dei reflui aziendali i cui scarichi sono in genere puntuali oltre che limitati all’intervallo di lavorazione giornaliera (8 - 10 ore). L’inserimento del filtro biologico all’interno del bacino del sistema EBAS ® rende superflua la realizzazione di una vasca dedicata alla sola equalizzazione. Ciò comporta una riduzione consistente dei costi di costruzione dell’impianto, soprattutto nelle applicazioni al trattamento degli scarichi presso aziende che richiedono grossi volumi di accumulo. Al vantaggio economico si aggiunge quello derivante dalle prevedibili prestazioni del filtro biologico. Operando contestualmente come filtro percolatore a ventilazione forzata e come filtro sommerso aerato, il filtro biologico presenta i pregi dell’una e dell’altra tecnica senza soffrirne i difetti. Tutto ciò si evince da quanto finora esposto in via generica così come puntualizzato dalle seguenti specifiche considerazioni. a) Stanti le escursioni del livello dell’acqua nel bacino, il filtro risulta prevalentemente almeno in parte sommerso per cui la sua efficienza di rimozione delle materie organiche carboniose è comparabile con quella dei filtri sommersi aerati che, come anticipato nella rassegna precedente, è una delle più elevate fra i depuratori a biomassa adesa Peraltro le condizioni ottimali di funzionamento della parte emersa del filtro (≤ 3 kg BOD 5 /m 3 x giorno) sono sinergiche rispetto a quelle della parte sommersa (≥ 3 kg BOD 5 /m 3 x giorno) per cui è ragionevole ipotizzare che, nel complesso, il filtro biologico installato nel bacino sia in grado di operare con elevati rendimenti in un range di condizioni operative talmente esteso da risultare praticamente inaccessibile per un filtro di tipo tradizionale. 24

b) La possibilità che all’interno del film biologico adeso alle superfici esposte del filtro si instaurino le condizioni per la formazione e la sopravvivenza di una flora batterica in grado di sostenere un consistente processo anammox è tutto da dimostrare e studiare. Quello che si può affermare allo stato attuale è che in tutte le applicazioni del sistema EBAS ® al trattamento di acque reflue ad elevato contenuto di azoto tale inquinante è stato sempre quasi completamente rimosso. c) L’aerazione contro corrente dell’acqua percolante e il suo vigoroso ricircolo unitamente alle alte temperature determinano una azione di strippaggio dei composti volatili, quali ad esempio l’azoto ammoniacale e i tensioattivi, che comporta una ulteriore rimozione di tali inquinanti oltre a quella operata per via biologica. Peraltro, l’acqua biofiltrata risulta abbondantemente ossigenata e quindi predisposta per un eventuale trattamento finale di tipo biologico. d) Ogni qualvolta il filtro emerge dalla superficie libera, l’acqua percolante esercita una forza di trascinamento in grado di rimuovere la pellicola biologica in eccesso per cui la sua capacità autopulente è comparabile con quella dei filtri percolatori. Ne consegue che il filtro non necessita di alcuna operazione di controlavaggio e quindi la sua gestione si riduce ad un semplice ispezionamento periodico per verificare il funzionamento delle pompe e degli aeratori.. e) Il consumo energetico derivante dall’impiego dell’aeratore può sembrare un punto di debolezza del sistema EBAS ®

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In realtà non lo è se si considera che l’aerazione del bacino è comunque necessaria per la sua funzione di equalizzazione degli scarichi. Ad ogni buon conto, l’impiego del sistema soffiante - diffusori tubolari a bolle fini richiede consumi energetici molto limitati. f) Poiché la cinetica delle reazioni microbiologiche che avvengono nella pellicola è quella tipica di tutti i depuratori a biomassa adesa, è prevedibile che la produzione specifica del fango biologico di supero sia in ogni caso abbastanza contenuta quale che sia la tipologia delle applicazioni in cui il sistema EBAS ® viene impiegato. Peraltro, in quanto residuato da un processo biologico, il fango di supero risulta biodegradabile e quindi rimovibile ad opera di una eventuale unità finale di trattamento biologico che, ove consistente in una tecnica naturale di depurazione come la fitodepurazione, potrebbe annullare completamente il residuo del fango biologico sgravando la gestione dell’impianto dal relativo onere di smaltimento. 3. Applicabilità del sistema EBAS ® al trattamento del percolato Da almeno tre anni lo scrivente sta tentando di installare una vasca prototipica, attrezzata secondo il sistema EBAS ® all’interno di una discarica al fine di verificare in campo la applicabilità di tale sistema al trattamento del percolato. Pare che per lungaggini burocratiche legate alle autorizzazioni questa impresa non sia possibile. Pertanto l’unico modo per acquisire elementi di valutazione in merito alla suddetta applicabilità è fare riferimento alle applicazioni del sistema al trattamento di altre acque reflue. Quelle più affini al percolato sono le acque di scarico delle cantine per via degli elevati contenuti di materie organiche carboniose e di azoto ammoniacale e della variabilità quali-quantitativa degli scarichi. 25

Nella composizione grafica sottostante si riportano i risultati delle prove di collaudo dell’impianto di trattamento delle acque di scarico della cantina Terre de la Custodia (proprietà Farchioni). Acqua in entrata e in uscita dal sistema EBAS ® BOD 5 COD Parametri Solidi sospesi Azoto totale Fosforo totale Concentrazioni (mg/l) Entrata 1.960 - 12.210 4.350 7.500 30 - 134 13 Uscita 3 71,5 150 1,03 9,24 Per amore di verità occorre considerare che le acque reflue enologiche, a differenza del percolato proveniente da discariche vecchie o esaurite, sono prontamente biodegradabili ma è anche vero che la funzione del sistema EBAS ® nel ciclo depurativo dell’impianto è quella di rimuovere le materie organiche carboniose biodegradabili e l’ammoniaca e non i composti organici refrattari al cui trattamento sono preposte le successive unità operative. Si conclude l’argomento con un esempio riferito al bacino di accumulo del percolato prodotto nella discarica di Pietramelina (Perugia) che rende bene l’idea delle opportunità derivanti dall’impiego del sistema EBAS ® all’interno di una discarica. Vista coperture Vista laterale Sistema di collegamento delle vasche Il bacino raffigurato nella composizione fotografica possiede una capacità complessiva di accumulo di 624 m 3 ed è composto da dodici vasche monoblocco prefabbricate in cemento armato vibrato progettate dallo scrivente e prodotte dalla Cancellotti s.r.l. di Perugia. Le vasche avrebbero potuto essere attrezzate secondo il sistema EBAS ® con un extracosto indicativo del 30 - 40 %. 26

In tal modo si sarebbe potuto avviare la costruzione di un impianto di trattamento autonomo che avrebbe evitato di trasportare in giro per l’Italia migliaia di tonnellate di acqua piovana con i risultati economici che attualmente sono sotto gli occhi di tutti. Se, grazie agli accorgimenti adottati (quale in particolare il riscaldamento dell’acqua percolata lungo le tubazioni di ricircolo), si riesce a strippare l’ammoniaca dal percolato rimane il problema di separarla dall’aria di ventilazione che, a tal fine, viene evacuata dal bacino di raccolta e accumulo del percolato mediante una canalizzazione a perfetta tenuta che la conferisce ad un abbattitore ad umido (scrubber) dove viene fatta reagire con una soluzione di acido solforico. Nella configurazione più semplice ed usuale, lo scrubber è costituito da un serbatoio metallico o di plastica contenente un corpo di riempimento di materiale fisso o alla rinfusa che agevola la miscelazione fra l’aria in moto ascendente e il reagente iniettato in controcorrente. La reazione di neutralizzazione della ammoniaca con l’acido solforico produce solfato di ammonio ((NH 4 + ) 2 SO 4 ) allo stato liquido che si raccoglie sul fondo del serbatoio mentre l’aria ormai deammonificata fuoriesce dall’alto essendo riscaldata dal calore prodotto dalla reazione. Il solfato di ammonio viene quindi inviato alle successive lavorazioni in genere mirate alla produzione di fertilizzanti. Scrubber Nel bacino del sistema EBAS ® il percolato è sottoposto ad una intensa aerazione, e conseguente ossigenazione, in un regime di pH prossimo alla neutralità. Secondo letteratura ( P.W. Lankford - Removal of Metal to Nontoxic Levels, 1990 ) in queste condizioni il ferro presente nel percolato sotto forma di ione ferroso (Fe 2+ ) si ossida a ione ferrico (Fe 3+ ) che è praticamente insolubile e precipita sotto forma di Idrossido ferrico Fe(OH) 3 . Il processo di ossidazione del ferro può essere rallentato dalla presenza di agenti complessanti ed inoltre il precipitato di idrossido di ferro possiede un basso peso specifico che inibisce la sua separazione per gravità dall’acqua rendendo necessario l’impiego di sedimentatori di grosse dimensioni oltre che una stazione di filtrazione finale e l’aggiunta di calce con tutto quello che ne consegue in termini di volumi di fango residuati. Tutto questo non è un problema per l’impianto in esame dove il processo di ossidazione precipitazione-chiarificazione viene avviato nel sistema EBAS ® e completato in un flottatore dove la leggerezza delle sospensioni da rimuovere costituisce un vantaggio piuttosto che un problema. 27

V

Flocculatore-flottatore monoblocco

Il flocculatore-flottatore monoblocco è una macchina progettata in via generale per la depurazione chimico-fisica dei liquami inquinati non biodegradabili, tipicamente di origine industriale, che presentano un elevato grado di inquinamento. La macchina consiste in un chiariflocculatore monoblocco composto da un canale di flocculazione, miscelato con aria compressa, solidale e sovrastante una vasca di flottazione ad aria disciolta a sua volta abbinata ad una stazione di disidratazione del fango. Per la sua innovativa soluzione costruttiva, l’impianto è coperto da brevetto di cui lo scrivente è titolare. 1. Tecnica depurativa La presenza negli scarichi industriali di sostanze inquinanti allo stato colloidale non separabili per gravità e di sostanze non biodegradabili rendono problematico il trattamento dei reflui tramite procedimenti di sola separazione fisica o di depurazione biologica. Per tale motivo, il trattamento operato dalla macchina è basato sulla tecnica della depurazione chimico-fisica. In linea generale, tale tecnica consente di rimuovere dai liquami inquinati le sostanze contaminanti di natura sospesa e colloidale tramite un procedimento articolato in due fasi successive: nella prima fase (flocculazione) il liquame viene miscelato con additivi chimici che provocano l’agglomerazione in fiocchi dei contaminanti, nella seconda (chiarificazione) i fiocchi vengono separati dall’acqua e rimossi sotto forma di fango da avviare al trattamento di disidratazione. Ove richiesto per la presenza nelle acque reflue di particolari sostanze inquinanti, gli additivi necessari per la flocculazione possono essere integrati con carbone attivo in polvere (PAC) che opera un ulteriore trattamento depurativo tramite adsorbimento degli inquinanti. 2. Caratteristiche costruttive e funzionali Come già anticipato, il flocculatore-flottatore monoblocco opera le fasi di trattamento sopra dette (flocculazione e chiarificazione del liquame, disidratazione del fango residuo) tramite un canale di flocculazione, miscelato con aria compressa, solidale e sovrastante una vasca di flottazione ad aria disciolta a sua volta abbinata ad una stazione di disidratazione. Questa innovativa soluzione costruttiva conferisce all’impianto una particolare compattezza che, unitamente ai vantaggi tipici della tecnica di chiarificazione adottata (flottazione) e all’elevato grado di automazione della macchina, comporta, rispetto ai depuratori chimico-fisici tradizionali disponibili sul mercato, una serie di vantaggi che sono descritti nel seguito della trattazione. 28

Il flocculatore-flottatore monoblocco, nella configurazione reperibili sul mercato, è raffigurato nella sottostante composizione grafica unitamente allo schema di flusso a cui si fa riferimento nella descrizione della macchina. Alla macchina è asservita ad una stazione di dosaggio degli additivi chimici. Per applicazioni a scarichi di piccola entità, il flocculatore-flottatore monoblocco viene abbinato ad un disidratatore a sacchi drenanti. Nelle applicazioni più consistenti, come quella in esame, la macchina viene abbinata ad un minidecanter di capacità tale da disidratare tutto il fango residuato dal ciclo depurativo. Flocculatore-flottatore monoblocco Schema di flusso 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. Minidecanter LEGENDA Bacino di raccolta delle acque di scarico Pompa di alimentazione dell’impianto Interruttore di livello Canale di flocculazione Compressore dell’aria Diffusori d’aria a tubi forati non intasabili Contenitore - dosatore del coagulante primario Contenitore - dosatore del correttore del pH Contenitore - dissolutore - dosatore del coagulante ausiliario Vasca di flottazione ad aria disciolta Tubo di deflusso dell’acqua depurata e di livello nella vasca Tubo di ricircolo dell’acqua depurata Flussimetro - regolatore della portata dell’aria Pompa di ricircolo e di sovrasaturazione Manometro Valvola di pressurizzazione Scolmatore del fango Disidratatore del fango a sacchi drenanti Il flocculatore-flottatore monoblocco viene installato fuori terra su una apposita piazzola alimentato dalle pompe di rilancio dell’acqua biofiltrata dal bacino del sistema EBAS ® con una portata oraria di 5 m 3 /h che è il dato di progetto per l’applicazione in esame. I vari componenti della macchina, le stazioni di dosaggio degli additivi chimici e di disidratazione del fango residuo sono descritti in quanto segue in ogni dettaglio costruttivo e funzionale. 29

2.1 Stazione di dosaggio degli additivi chimici La flocculazione richiede normalmente l’impiego abbinato di tre tipi di additivi chimici: il correttore del pH, il coagulante primario e il coagulante ausiliario. Correttore del pH Il correttore del pH ha la funzione di modificare il pH del liquame per ricondurlo nel campo dei valori ottimali per l’azione del coagulante ausiliario che in genere risulta prossimo alla neutralità. A tal fine viene impiegato un acido forte o una base forte che, dissociandosi completamente in acqua, liberano gli ioni idrogeno o idrossido necessari per neutralizzare l’acidità o l’alcalinità iniziale del liquame nonché l’azione acidificante del coagulante primario. I prodotti commerciali normalmente utilizzati nelle applicazioni del flocculatore-flottatore monoblocco per la correzione del pH sono soluzioni acquose di acido cloridrico (HCl) quale additivo acidificante e di idrossido di sodio (NaOH) quale additivo alcalinizzante. Coagulante primario Il coagulante primario ha la funzione di coagulare in microfiocchi le sostanze inquinanti presenti nel liquame sotto forma di particelle colloidali. I reagenti impiegati sono sali di metalli trivalenti che, dissociandosi completamente in acqua, liberano gli ioni positivi dei metalli che interagiscono con le cariche elettriche superficiali negative delle particelle colloidali annullando le forze elettrostatiche di reciproca repulsione. Una volta scariche, le particelle si raggruppano in coaguli che vengono meccanicamente inglobati nei microfiocchi risultanti dalla precipitazione dell’idrossido metallico. Fra i prodotti commerciali disponibili sul mercato, i coagulanti primari impiegati con maggiore frequenza per la depurazione chimico-fisica sono i seguenti: - policloruro di alluminio (Al n (OH) m Cl 3n-m ) commercializzato unicamente in soluzione acquosa con titolo minimo del 10% in peso di Al 2 O 3 ; cloruro ferrico (FeCl 3 ) commercializzato in forma idrata in grani al 60% in peso di FeCl 3 oppure in soluzione acquosa al 40%; solfato di alluminio (Al 2 (SO 4 ) 3 ) commercializzato in forma idrata in polvere o in grani al 15-17% in peso di Al 2 O 3 oppure in soluzione acquosa al 6-8%. Nella scelta del coagulante primario nella applicazione in esame è opportuno tener conto della cautela raccomandata nel capitolo Il circa l’impiego di coagulanti a base di cloruri. Coagulante ausiliario Il coagulante ausiliario ha la funzione di agglomerare i microfiocchi risultanti dalla coagulazione primaria e i solidi sospesi originariamente contenuti nel liquame in macrofiocchi agevolmente separabili dall’acqua chiarificata. I polielettroliti impiegati a tal fine sono polimeri organici di sintesi le cui molteplici catene molecolari hanno la capacità di formare legami di natura elettrica e meccanica fra i corpuscoli presenti nel liquame. 30

Tali prodotti sono commercialmente classificati a seconda del segno della carica elettrica delle loro molecole (anionici a carica negativa, non ionici e cationici a carica positiva) e a seconda dell’entità di tale carica (deboli, medi e forti). Il prodotto più indicato quale coagulante ausiliario nella gran parte delle applicazioni del flocculatore-flottatore è un polielettrolita anionico medio specifico per la flottazione. Il prodotto, reperibile in polvere sul mercato, deve essere disciolto in acqua tramite miscelazione lenta in percentuale non superiore a 1,5‰ in peso per 1-2 ore (periodo di maturazione). Stazione di dosaggio Dal punto di vista costruttivo, la stazione di dosaggio è costituita dai serbatoi di preparazione e/o contenimento delle soluzioni acquose dei tre additivi chimici sopra specificati e dalle rispettive pompe dosatrici. Nella applicazione in esame, la stazione è conformata come segue. Il contenitore-dosatore del correttore del pH è costituito da un serbatoio di contenimento di almeno 1000 l, in genere messo a disposizione dallo stesso fornitore del prodotto, e da una pompa dosatrice volumetrica a portata variabile a regolazione automatica comandata da un pHmetro. La pompa è del tipo a impulsi elettromagnetici erogante una portata massima di 18 l/h ad una contropressione di 1 bar con un impegno di potenza di 24 W. Il contenitore-dosatore del coagulante primario è costituito da un analogo serbatoio da 1000 l e da una pompa dosatrice volumetrica a portata variabile a regolazione manuale. La pompa è del tipo a impulsi elettromagnetici erogante una portata massima di 18 l/h ad una contropressione di 1 bar con un impegno di potenza di 24 W. Il dissolutore-dosatore del coagulante ausiliario è costituito da un serbatoio di polietilene da 5.000 l equipaggiato con agitatore ad elica erogante 70 giri/min con un assorbimento di potenza di 1,5 kW e da una pompa dosatrice volumetrica a regolazione manuale del tipo a pistone erogante una portata massima di 70 l/h ad una contropressione di 10 bar con un impegno di potenza di 250 W. Come il coagulante ausiliario, anche la polvere di carbone attivo deve essere disciolta in acqua per essere iniettata nel liquame all’interno del canale di flocculazione. A tal fine, il relativo dissolutore dosatore è dimensionato ed equipaggiato alla stessa maniera. Tutte le pompe dosatrici sono comandate dagli interruttori di livello delle pompe di rilancio dell’acqua biofiltrata dal bacino del sistema EBAS ® . Secondo le schede tecniche dei produttori, il correttore del pH e il coagulante primario, quali che siano i prodotti utilizzati, sono da considerare corrosivi e irritanti e, limitatamente al caso di ingestione, tossici e nocivi e quindi devono essere classificati come agenti chimici pericolosi. Pertanto, fermo restando le cautele nella manipolazione specificate nel documento di valutazione dei rischi, come seconda sicurezza, i relativi contenitori sono alloggiati in un invaso di capacità tale da contenere tutti i prodotti in caso di fuoriuscita accidentale. La stazione di dosaggio degli additivi chimici deve essere messa a punto prima dell’avviamento dell’impianto. In particolare, una volta approvvigionati i prodotti chimici prescelti, devono essere regolate le tre pompe dosatrici a ché vengano erogate le portate stabilite in fase di progetto. 31

2.2 Unità di chiariflocculazione L’unità di chiariflocculazione, di seguito descritta, consiste in una macchina monoblocco completamente realizzata in lamiera di acciaio inossidabile, spessore 3 mm, composta da un canale di flocculazione, miscelato con aria compressa, solidale e sovrastante una vasca di flottazione ad aria disciolta con cui comunica attraverso una tubazione discendente.. Canale di flocculazione e vasca di flottazione Canale di flocculazione Il canale di flocculazione è suddiviso internamente in tre comparti tramite due setti divisori i quali, operando da stramazzo, determinano i livelli di superficie libera dell’acqua ivi defluente. Le loro funzioni nel processo di flocculazione sono sotto raffigurati. Correzione del pH e coagulazione primaria Coagulazione ausiliaria Deflusso della miscela flocculata Il canale di flocculazione è costituito da un meato di deflusso dell’acqua a sezione rettangolare solidale e sovrastante la vasca di flottazione ad aria disciolta e ad essa collegato attraverso la tubazione di discesa della miscela flocculata. Il canale è suddiviso internamente in tre comparti tramite due setti divisori i quali, operando da stramazzo, determinano i livelli di superficie libera dell’acqua ivi defluente. Il primo comparto è alimentato dalla pompa di rilancio dell’acqua biofiltra dal bacino del sistema EBAS ® ed è additivato dalle pompe dosatrici del correttore del pH e del coagulante primario che determinano la neutralizzazione e la precoagulazione dell’acqua. Il comparto avente dimensioni di base 2,35 x 0,3 m, profondità 0,7 m, livello dell’acqua 0,5 m, possiede un volume utile di 352,5 l che, rapportato alla portata di alimentazione (5 m 3 /h) determina un tempo di contatto di 4,23 min. Il secondo comparto è alimentato dall’acqua precoagulata tracimante dal primo stramazzo divisorio ed è additivato dalla pompa dosatrice del coagulante ausiliario che determina la flocculazione dell’acqua. Il comparto avente dimensioni di base 3,3 x 0,3 m, profondità 0,7 m, livello dell’acqua 0,45 m, possiede un volume utile di 445,5 l che, rapportato alla massima portata di alimentazione (5 m 3 /h) determina un tempo di contatto di 5,35 min. Il terzo comparto è alimentato dalla miscela flocculata tracimante dal secondo stramazzo divisorio ed è collegato con la tubazione di discesa della miscela flocculata alla vasca di flottazione realizzata con tubi e raccordi in acciaio inossidabile ø 4". 32

I primi due comparti del canale di flocculazione sono attrezzati con circuiti di aerazione di profondità, del tipo a tubi forati non intasabili, realizzati con tubazioni e raccordi in acciaio inossidabile ø 1"½. Soffiante Circuiti di aerazione I circuiti sono alimentati, tramite un collettore e relative diramazioni munite di valvola di regolazione della portata, da una soffiante del tipo bistadio a canale laterale erogante una portata di 54 m 3 /h ad una prevalenza di 0,5 m con un assorbimento di potenza di 0,4 kW. Vasca di flottazione ad aria disciolta La vasca di flottazione ad aria disciolta provvede alla separazione dell’acqua chiarificata dal fango presente nella miscela flocculata ivi defluente per gravità dal sovrastante canale di flocculazione. La vasca, di dimensioni in pianta 2,35 x 1 m, è divisa in due comparti tramite un setto trasversale. Il primo comparto, di dimensioni in pianta 2 x 1 m, è preposto alla separazione e alla scolmatura del fango dalla miscela flocculata. Il comparto è attrezzato con uno scolmatore di superficie a palette che convoglia il materiale scolmato a una tramoggia di raccolta collegata al tubo di scarico del fango di risulta dal ciclo depurativo. Le palette sono trainate da due catene guidate da Separazione e scolmatura del fango ruote dentate movimentate da un motoriduttore che ruota a una velocità di 9,3 giri/min con un impegno di potenza di 0,25 kW. Il secondo comparto, di dimensioni in pianta 0,35 x 1 m, comunica con il primo attraverso due tubi, innestati sulla parte inferiore del setto divisorio, che si sollevano per una altezza di 1,2 m dal fondo della vasca (peraltro tale altezza è regolabile tramite manicotti di testa). Sulla parete frontale, a una altezza dal fondo della vasca di 0,9 m, è innestata la tubazione di scarico dell’acqua depurata. Regolazione del livello Questi tubi consentono al contempo il deflusso l’acqua sottonatante nel secondo comparto e la regolazione del livello della superficie libera nel primo. In base a tale livello (1,2 m) il primo comparto possiede una superficie di 2 m 2 ed un volume di 2,4 m 3 che, rapportato alla portata di alimentazione (5 m 3 /h), determina un tempo di contatto nella vasca di flottazione di 4,23 min.. Dal secondo comparto si diparte una linea di ricircolo, realizzata con tubi e raccordi in acciaio inossidabile ø ¾", su cui si innesta una diramazione dal tubo di mandata dell’aria della soffiante a servizio del canale di flocculazione dotata di flussimetro e valvola di regolazione della portata. 33

Lungo la linea di ricircolo, a valle dell’innesto della diramazione dell’aria, è installata una pompa multifase, specifica per la movimentazione di acqua con elevato contenuto di aria, in grado di erogare una portata d’acqua di 4 m 3 /h contenente una percentuale del 7,5 % d’aria alla pressione di 7 bar con un impegno di potenza di 2,2 kW. Linea di ricircolo La mandata della pompa è dotata di manometro e valvola laminatrice e nel tratto terminale si innesta nella tubazione di discesa della miscela flocculata. Conformata e attrezzata come sopra detto, la vasca di flottazione ad aria disciolta opera con le modalità descritte in quanto segue. L’acqua contenuta dal secondo comparto viene aspirata dalla pompa di ricircolo e addizionata lungo la tubazione di aspirazione dall’aria diramata dalla linea di mandata del compressore con una portata misurata e regolata attraverso il flussimetro e la valvola montati sulla diramazione. Opportunamente parzializzata, la valvola laminatrice mette in pressione (6 - 7 bar) la miscela di acqua e aria aspirata dalla pompa di ricircolo per cui, grazie alla agitazione indotta dalla rotazione della girante (2900 giri/min), una quantità di aria (7,5 % della portata di ricircolo) si solubilizza nell’acqua fino alla sua completa saturazione. A valle della valvola laminatrice, la pressione dell’acqua Nebulizzazione dell’aria diminuisce bruscamente al valore del battente idraulico riducendo proporzionalmente la solubilità dell’aria (legge di Henry) per cui l’acqua diventa sovrasatura di aria la quale si polverizza in una moltitudine di microbolle. All’innesto con la tubazione di discesa della miscela flocculata, le microbolle d’aria aderiscono e alleggeriscono i fiocchi che, una volta sboccati nella vasca di flottazione, risalgono in superficie dove formano uno strato galleggiante che viene rimosso dallo scolmatore e travasato nella tramoggia di raccolta e da questa nel tubo di scarico del fango di risulta dal ciclo depurativo. L’acqua sottonatante, completamente chiarificata, defluisce nei due tubi di comunicazione con il secondo Risalita del fango comparto da cui viene in parte scaricata e in parte ricircolata. 2.3 Stazione di disidratazione del fango Il fango di risulta dal ciclo depurativo operato dall’impianto possiede un contenuto di secco che si aggira normalmente intorno al 4 %. Non essendo palabile (occorrerebbe almeno 20 % di secco) tale fango non può essere conferito in discarica né utilizzato in agricoltura. Pertanto è necessario prevedere un trattamento di disidratazione ad opera di un apposito dispositivo. 34

Il dispositivo prescelto per l’applicazione in esame è un minidecanter centrifugo che possiede la specificità di operare in un range di portate molto basso (0,6 - 0,9 m 3 /h). In via generale, la separazione del fango dall’acqua per centrifugazione viene operata all’interno di un tamburo rotante ad elevato numero di giri dove la miscela acqua-fango si immette all’interno di un tubo distributore assiale al tamburo. Per effetto della forza centrifuga, il fango si addensa sulle pareti interne del tamburo da cui viene rimosso ad opera di una coclea ruotante nello stesso verso del tamburo ma con velocità minore. Nel percorso verso lo scarico, il fango perde parte dell’acqua che fuoriesce attraverso una apertura posizionata sul lato opposto. Schema della centrifuga (ERSAF Lombardia) Secondo dati del costruttore, il minidecanter impiegato per la disidratazione del fango di risulta dalla depurazione chimico-fisica, quindi chimicamente condizionato, si può ipotizzare una concentrazione residua della sostanza secca nel fango disidratato dell’ordine del 20 %. 3. Applicabilità del flocculatore-flottatore monoblocco al trattamento del percolato Il flocculatore-flottatore monoblocco esplica nel ciclo depurativo del percolato la funzione di rimozione delle sostanze inquinanti che sicuramente sfuggono al trattamento del sistema EBAS ®

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in particolare i composti organici non biodegradabili e le sostanze non strippabili, nonché quella di salvaguardia nella ipotesi che risulti necessario un trattamento suppletivo di alcune sostanze, come l’ammoniaca, non completamente rimosse dal sistema EBAS ®

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In ogni caso, il flocculatore flottatore monoblocco non ha l’incombenza di rimuovere le sostanze organiche biodegradabili e/o volatili, il che riduce drasticamente il consumo di reagenti chimici e la produzione di fango residuo. 3.1 Rimozione di solidi sospesi, COD e colore In un lavoro di ricerca eseguito presso la Universiti Sains Malaysia ( Zin et al., Removal of Color, Suspended Solids, COD and Ammonia from Partially Stabilized Landfill Leachate by using Iron Chloride trough Coagulation Process, december 2013 ) è stata eseguita una serie di prove sistematiche di laboratorio (jar tests) al fine di determinare l’efficienza del trattamento chimico-fisico del percolato. Nel diagramma a lato sono riportati i valori sperimentali delle rimozioni percentuali di solidi sospesi, COD, colore e ammoniaca in funzione del dosaggio del coagulante primario (nella fattispecie cloruro ferrico). Rimozione chimico-fisica degli inquinanti 35

Come si evince dal diagramma, nell’intervallo di dosaggio fra 1500 e 2000 mg/l di FeCl 3 si conseguono rimozioni pari a 95 % dei solidi sospesi e del colore, 65 % del COD e 5 - 10 % dell’ammoniaca. Una valutazione a parte meritano i dati relativi al colore e al COD. È opinione corrente che gli acidi umici (HA e FA) contribuiscono per circa il 30 % al COD del percolato e conferiscono un contributo determinante al suo colore scuro. Una rimozione contestuale del 95 % del colore e 65 % del COD, lascia immaginare che tutti gli acidi umici e quindi gran parte dei composti organici non biodegradabili vengono rimossi dal trattamento chimico-fisico. In un lavoro di ricerca eseguito presso la stessa Universiti Sains Malaysia ( Adlan et al., Dissolved air flotation (DAF) process for colour and chimical oxygen demand (COD) removal in landfill leachate treatment, january 2010 ) è stata eseguita una serie di prove sistematiche su impianto pilota al fine di determinare l’efficienza del trattamento chimico-fisico del percolato usando la tecnica della flottazione ad aria disciolta. Nel diagramma a lato sono riportati i valori sperimentali delle rimozioni percentuali di COD e colore in funzione del dosaggio del coagulante primario (nella fattispecie cloruro ferrico). Rimozione per flottazione degli inquinanti Rispetto alle risultanze dei jar tests, dove la separazione fra acqua e fango avviene per sedimentazione, le prove effettuate con un flottatore pilota dimostrano rimozioni analoghe del colore (93 %) e del COD (77 %) ma con un dosaggio di coagulante (600 mg/l) drasticamente inferiore a quello (1500 - 2000 mg/l) necessario per la sedimentazione. A questo bisogna aggiungere che il fango di risulta dalla flottazione possiede in genere un contenuto di secco del 4 % a fronte dell’1 % conseguibile con la sedimentazione. Questo vuol dire che il volume del fango di risulta dal trattamento chimico-fisico con flottazione è all’incirca quattro volte inferiore a quello risultante dal trattamento con sedimentazione. Alcuni riscontri del lavoro di ricerca sopra citato possono essere particolarmente utili per la valutazione di conformità dell’impianto proposto nella presente relazione. Dalle prove risulta che, per il conseguimento delle prestazioni ottimali, il tempo di contatto del liquame con il coagulante primario deve essere non inferiore a 2 min ed il tempo di permanenza della miscela flocculata nella vasca di flottazione deve essere non inferiore a 20 min. Questi limiti sono ampiamente sopperiti da quelli (4,2 e 28,8 min) adottati nella presente progettazione e difficilmente conseguibili con i flottatori tradizionali, attualmente reperibili sul mercato, dove la flocculazione del liquame viene operata in linea tramite circuiti tubolari. Questa tecnica, a differenza dei canali di flocculazione adottati (e brevettati) nel flocculatore-flottatore monoblocco, in genere consegue tempi di contatto fra il liquame e i coagulanti particolarmente limitati e comunque molto inferiori ai valori limiti risultanti dalle prove sopra descritte. 36

3.2 Rimozione dei metalli Come già anticipato nel paragrafo 3 del capitolo l V, la precipitazione del ferro sotto forma di idrossido ferrico dovrebbe verificarsi nel bacino del sistema EBAS ® per effetto della intensa aerazione a cui il percolato è sottoposto. In tal caso, al flocculatore-flottatore monoblocco rimane soltanto l’incombenza della rimozione del precipitato. Quest’ultimo possiede un basso peso specifico che rende impraticabile la sua separazione tramite sedimentazione mentre favorisce quella ottenuta mediante la flottazione. A conforto di questa asserzione, nella sottostante composizione grafica viene raffigurata una sequenza di foto relative a prove di coagulazione-flocculazione eseguite dallo scrivente su un’acqua ad alto contenuto di ferro. Dalla quarta fotografia si evince chiaramente la inconsistenza del fango residuato dal trattamento. Liquame tal quale Coagulazione primaria Separazione del fango Coagulazione ausiliaria L’apporto del flocculatore-flottatore monoblocco alla rimozione di altri metalli (in particolare zinco e manganese) dovrà essere valutata sulla base delle concentrazioni di tali sostanze e sulla opportunità di lasciare questa incombenza al terzo stadio depurativo, la fitodepurazione, alla luce delle considerazioni riportate a riguardo nel capitolo che segue. 3.3 Trattamento con carbone attivo Nello schema di flusso dell’impianto, riportato in figura 1, è indicata la eventualità del trattamento con polvere di carbone attivo (PAC) contestualmente con la coagulazione-flocculazione a monte della flottazione ad aria disciolta. Questa scelta parte dalla considerazione che l’adsorbimento su carbone attivo migliora le prestazioni della depurazione chimico-fisica con riguardo alla rimozione di tutte le sostanze inquinanti finora esaminate. Di converso, l’appesantimento dei costi di gestione che ne deriverebbe consiglia di utilizzare questa opzione solo in caso di assoluta necessità. 37

3.4 Depurazione chimico-fisica dell’acqua biofiltrata I risultati ottenute tramite la depurazione chimico-fisica del percolato, riportati in letteratura, non sono direttamente estrapolabili al trattamento dell’acqua biofiltrata, essendo quest’ultima già ampiamente depurata quanto meno riguardo a BOD, COD biodegradabile, ammoniaca e metalli. Purtroppo, stante la pluriconclamata impossibilità di eseguire prove in campo, si può solo ricorrere alle prestazioni ottenute dall’abbinamento fra il sistema EBAS ® e il flocculatore - flottatore monoblocco nel trattamento di liquami caratterizzati da un inquinamento similare quali sono giustappunto gli scarichi delle cantine. Flocculatore-flottatore abbinato al sistema EBAS ® Tal quale, biofiltrato, chiariflocculato Le fotografie sopra riportate evidenziano l’effetto della depurazione chimico-fisica operata dal flocculatore-flottatore monoblocco a valle del trattamento biologico attuato dal sistema EBAS ®

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La evidente rimozione del colore e della torbidità lascia presagire che, nel caso dell’impianto in esame, le prestazioni della unità di chiariflocculazione saranno migliori di quelle, di per sé già confortanti, riscontrate in letteratura sulla depurazione chimico-fisica del percolato tal quale, senza considerare il risparmio degli additivi chimici e la consistente riduzione del fango residuo per effetto del minore grado di inquinamento dell’acqua biofiltrata rispetto al percolato. 38

V I

Fitodepuratore ad area ridotta

L’unità di finitura dell’acqua depurata è costituita da un fitodepuratore a flusso sommerso orizzontale che si preferisce a quello verticale per la maggiore semplicità ed economicità di costruzione e di gestione. Nella specifica applicazione in esame, dovendo trattare un’acqua già abbondantemente depurata, il fitodepuratore è caratterizzato da un’area del letto filtrante drasticamente minore di quella che sarebbe necessaria per il trattamento del percolato tal quale. 1. Descrizione generale del fitodepuratore Il fitodepuratore è costituito da un invaso ricavato sul terreno, impermeabilizzato artificialmente, con il fondo in leggera pendenza. All’interno dell’invaso è realizzato un letto di materiali inerti (mezzo filtrante) idoneo a supportare la crescita di piante idrofite emergenti ed al contempo caratterizzato da una conducibilità idraulica tale da assicurare il deflusso orizzontale subsuperficale dell’acqua. Un esempio di invaso così conformato è raffigurato per le varie fasi di costruzione nella sottostante composizione grafica. Letto in fase di sbancamento Letto in fase di piantumazione Il mezzo filtrante ha una superficie libera perfettamente in piano ed una altezza dal fondo dell’invaso di 70 cm in corrispondenza del suo lato frontale anteriore. L’altezza aumenta nel senso longitudinale del letto (ossia nel verso del deflusso dell’acqua) per via della inclinazione del fondo. 39

A partire da tale lato, nel verso del deflusso dell’acqua, il mezzo filtrante è composto da un vespaio di entrata di lunghezza 2 - 3 m, una zona di trattamento ed un vespaio di uscita di lunghezza 1 - 2 m. I vespai di entrata e di uscita sono realizzati con ghiaione 32 - 64 mm, la zona di trattamento è coperta da uno strato superficiale di torba di 5 cm ed è realizzata con ghiaia grossa 16 - 32 mm. Il fondo dell’invaso ha una pendenza compresa fra 0,5 e 1 % e, laddove il terreno non sia naturalmente impermeabile (suoli con conducibilità idraulica minore di 10 - 8 m/s), viene impermeabilizzato tramite la posa in opera di teli di plastica (in genere polietilene) aventi spessore di 0,5 - 1 mm e caratteristiche tecniche tali da risultare resistenti alla azione delle radici delle piante e dei raggi UV. Impermeabilizzazione del letto Nella zona di trattamento sono trapiantate le macrofite acquatiche di cui la più utilizzata è la cannuccia di palude (phragmites australis) che viene preferita in virtù della sua capacità di trasportare ossigeno atmosferico fino in profondità del mezzo filtrante grazie ai suoi Letto piantumato con cannuccia di palude lunghi rizomi creando in tal modo delle microzone che vengono colonizzate da batteri aerobici. La cannuccia di palude è una specie erbacea perenne a rapida crescita e moltiplicazione che non richiede particolari impegni di manutenzione (le piante morte e i detriti vegetali non vengono rimossi in quanto costituiscono una lettiera in lenta decomposizione). Le piante sono accettabili dal punto di vista estetico per quanto, qualora sussistano particolari esigenze paesaggistiche, è possibile prevedere la messa a dimora di particolari piante ornamentali lungo i bordi dell’invaso. Infine, tale specie è in grado di resistere per periodi anche lunghi senza alimentazione di refluo e per questo è particolarmente indicata per applicazioni a utenze variabili o stagionali. L’impianto è completato dalla canaletta di entrata e di distribuzione dell’acqua biofiltrata e dal collettore di fondo per la raccolta e lo scarico dell’acqua fitodepurata il quale è collegato con un pozzetto esterno equipaggiato con il dispositivo di regolazione del livello dell’acqua nel letto (pozzetto livellatore) e comunicante con la condotta di scarico dell’acqua depurata nel corpo recettore o nel bacino di accumulo e recupero. Canaletta di entrata e distribuzione 40 Pozzetto livellatore

La canaletta di entrata e distribuzione dell’acqua è posizionata lungo il lato frontale anteriore del letto, realizzata con lamiere di acciaio inossidabile e conformata con bordo di sfioro a profilo Thomson a garanzia della uniformità del flusso entrante nel letto. Sul lato frontale opposto è installato il collettore di raccolta del flusso di acqua in uscita costituito da una canaletta metallica interrata sul fondo dell’invaso che si estende trasversalmente per tutta la larghezza del letto ed è raccordata centralmente alla condotta di uscita dell’acqua fitodepurata. La canaletta è ricoperta con una griglia anch’essa metallica di spaziatura inferiore a 3 cm e quindi in grado di contenere i materiali di riempimento sovrastanti (ghiaione 32 - 64 mm). Nella posa in opera, la canaletta viene accuratamente saldata ai teli impermeabili onde evitare ogni possibilità di infiltrazione di acqua nel terreno sottostante. La condotta di uscita dell’acqua dal letto si immette in un pozzetto esterno dove si raccorda con un tronco di tubo verticale la cui altezza, regolabile tramite una bocchetta avvitata sulla estremità filettata, determina il livello dell’acqua defluente nel mezzo filtrante. Il pozzetto è collegato con la condotta di scarico al corpo recettore ed è conformato in modo da consentire il campionamento dell’acqua depurata. Le configurazioni della canaletta di entrata e distribuzione e del collettore di raccolta e uscita dell’acqua scongiurano qualsiasi possibilità di cortocircuito idraulico all’interno del mezzo filtrante. Peraltro, il pozzetto determina un livello di pelo libero dell’acqua nella sezione di entrata del mezzo filtrante maggiore della profondità (60 cm) delle radici sviluppate dalla cannuccia di palude. Inoltre, la composizione e quindi la conducibilità idraulica del mezzo filtrante viene scelta sulla base di un calcolo dettagliato del moto dell’acqua al suo interno (legge di Darcy). Pertanto viene evitato in ogni momento l’affioramento dell’acqua dalla superficie libera del letto per cui vengono scongiurate situazioni potrebbero provocare l’insorgere di esalazioni maleodoranti e la proliferazione di insetti (questi effetti sarebbero in ogni caso mitigati dall’abbinamento dell’impianto di fitodepurazione con il sistema EBAS ® in quanto l’acqua da questo rilanciata è abbondantemente depurata e biofiltrata). In via generale, il letto di fitodepurazione viene dimensionato principalmente sulla base del carico organico delle acque di scarico e quindi del numero di abitanti equivalenti serviti (in genere le norme prescrivono 5 m 2 per abitante equivalente). Nella applicazione in esame, questo criterio di dimensionamento non ha senso in quanto il carico organico biodegradabile dell’acqua addotta al fitodepuratore è presumibilmente trascurabile e, come si vedrà in quanto segue, il fitodepuratore ha una funzione nel ciclo depurativo principalmente mirata a rimuovere i sali, in particolare i cloruri, piuttosto che le sostanze organiche. 2. Applicabilità del fitodepuratore al trattamento del percolato La fitodepurazione è un sistema naturale di disinquinamento delle acque basato sul principio della autodepurazione che avviene negli ambienti acquatici e umidi. Questo sistema, conosciuto sin dall’antichità, si è diffuso negli ultimi anni come una vera e propria tecnica di depurazione delle acque inquinate grazie ai minori costi di costruzione e di manutenzione e alla maggiore affidabilità di funzionamento rispetto ai depuratori tradizionali. 41

2.1 Generalità L’applicazione di questa tecnica al trattamento del percolato sta suscitando un interesse crescente presso gli operatori del settore delle discariche. Tuttavia non risultano a tutt’oggi applicazioni rilevanti di questo tipo in Italia, mentre cominciano ad essere numerose quelle effettuate all’estero, come ad esempio l’impianto di fitodepurazione realizzato di recente presso una discarica canadese raffigurato a lato. Ottawa Valley Waste Recovery Centre’s La principale controindicazione di un impianto di fitodepurazione risiede nella elevata estensione di superficie necessaria per consentire agli agenti attivi del letto filtrante (substrato inerte, piante, microrganismi) di eseguire i processi fisici, chimici e biologici che determinano la rimozione delle sostanze inquinanti dalle acque. Nella applicazione in esame questo problema è fortemente mitigato dal fatto che il fitodepuratore esercita nel ciclo depurativo dell’impianto la sola funzione di finitura dell’acqua depurata se non di salvaguardia in caso di deficienza depurativa delle unità operative installate a monte. 2.2 Dati di letteratura La disponibilità in letteratura di dati relativi alla applicazione della fitodepurazione al trattamento del percolato è piuttosto esigua. Un buon lavoro di ricerca a riguardo è stato eseguito in Slovenia ( T.G. Bulk - Long term performance of a constructed wetland for landfill leachate treatment, 2006 ). Nello studio sono state eseguite prove in campo intese a valutare le prestazioni di un prototipo composto da tre letti di fitodepurazione per un’area complessiva di 311 m 2 alimentati con una portata progettuale di 10 m 3 /giorno dal percolato prodotto dalla discarica (matura) a servizio della capitale slovena. Il lavoro è stato avviato nel 1995 ed è durato sette anni con i seguenti risultati. Il fitodepuratore ha rimosso il 60 % del BOD, il 50 % circa del COD e dell’ammoniaca, l’84 % del ferro ed il 35 % dei cloruri. Su quest’ultima prestazione è opportuno fare una riflessione. Secondo opinioni di letteratura, le uniche tecniche in grado di rimuovere i cloruri sono l’osmosi inversa e lo scambio ionico. Lo scrivente continua a ripetere che queste sono tecniche separative e non depurative per cui bisogna ricorrere ad altre soluzioni fra cui, stanti i risultati del lavoro sopra citato, il trattamento tramite fitodepurazione. I risultati della ricerca a riguardo, riprodotti nel diagramma a lato, sembrano confermare Rimozione dei cloruri le rimozioni sopra stimate le quali, nel caso del trattamento del percolato, sarebbero, anche se di stretta misura, sufficienti a conseguire i limiti normativi di emissione. 42