Processi depurativi delle acque reflue.

I processi depurativi che avvengono in un impianto di depurazione sono distinti in stadi (o vasche o contenitori o serbatoi) di depurazione separati. In ognuno di questi stadi avviene un processo di trattamento (fase di depurazione) finalizzato a rimuovere un determinato inquinante. Le fasi di depurazione sono diverse per tipologie, per dimensioni e per quantità degli inquinanti da rimuovere. In ogni impianto di depurazione delle acque reflue esiste una successione logica di tali fasi depurative in funzione della quantità del refluo, della quantità e qualità del carico inquinante e dei requisiti di accettabilità richiesti dalla Legge. Qui di seguito si analizza cosa avviene nelle singole fasi.

Grigliatura: all'arrivo dei liquami all'impianto di depurazione si procede a una grigliatura per separare le materie grossolane (stracci, pezzi di legno o di ferro, materie plastiche, ecc.) dalla massa liquida. Le griglie possono essere di tipo fisso, manuali o automatiche in funzione della dimensione dell'impianto.

Dissabbiatura: alla fase di grigliatura segue quella di dissabbiatura in cui sabbie, polveri, scorie, ghiaia e ceneri vengono rimosse mediante sedimentazione in appositi canali o per effetto della forza centrifuga in appositi vasconi circolari. In queste speciali vasche le particelle inorganiche di diametro superiore a 0,2 mm vengono fatte sedimentare sul fondo, mentre quelle più piccole e gran parte della materia organica rimangono in sospensione nel liquame. Gli impianti più moderni sono dotati di unità dissabbiatrici a gravità, di centrifughe o di chiarificatori provvisti di raschiatori meccanici. Nelle vasche a gravità l'aria finemente dispersa, immessa attraverso speciali ugelli, imprime all'acqua un moto a spirale che provoca la separazione dei solidi pesanti e una più netta separazione dei materiali organici. Le unità centrifughe sono, in pratica, dei cicloni e l'acqua viene immessa tangenzialmente in un contenitore cilindrico-conico in cui, per effetto della forza centrifuga, i materiali pesanti sono sospinti verso la parete esterna e cadono verso il basso, mentre l'acqua fuoriesce da un collettore disposto al centro. Le sabbie depositatesi vengono quindi rimosse dall'impianto e stoccate in discarica. Da ogni 4 milioni di litri di liquami vengono estratti, in media, da 0,1 a 0,25 m3 di sabbie.

Disoleatura: questa operazione consente di rimuovere gli oli, i grassi e le altre sostanze che hanno un peso specifico più leggero rispetto a quello dell'acqua (saponi, sughero, frammenti vegetali). Il processo avviene con la decantazione su fondo delle eventuali sostanze pesanti presenti nel liquame e la successiva schiumatura delle fasi galleggianti.

Sedimentazione: dopo la disoleatura i liquami passano in una vasca di quiete idraulica, o sedimentatore, in cui la materia organica e inorganica più minuta viene lasciata sedimentare sul fondo. I fanghi biologici depositati vengono, quindi, rimossi mediante raschiatori meccanici o tubi aspiranti. Grazie al processo di sedimentazione è possibile rimuovere circa il 20 - 40% del BOD e circa il 40 - 60% dei materiali solidi in sospensione. Per accelerare il processo di sedimentazione e per consentire la sedimentazione dei materiali colloidali, in alcuni casi, vengono aggiunte ai liquami particolari sostanze chimiche (come il solfato di alluminio e il cloruro di ferro) o poli-elettroliti in grado di destabilizzare le cariche superficiali delle molecole delle particelle inquinanti e di favorirne, così, l'aggregazione e la precipitazione. I due processi coinvolti, detti di coagulazione e di flocculazione (ovvero di aggregazione delle particelle solide in sospensione) consentono di rimuovere dai liquami più dell'80% dei materiali solidi in sospensione.

Flottazione: la flottazione è l'inverso della sedimentazione e consiste nel portare in superficie, all'interno di apposite vasche, i materiali in sospensione con un peso specifico prossimo a quello dell'acqua. I liquami vengono saturati d'aria sotto una pressione di 1,75-3,5 kg per cm2 e quindi convogliati in una vasca a cielo aperto, dove le bollicine di aria attaccatesi alle particelle degli inquinanti ne provocano la risalita in superficie. Uno sfioratore provvede a rimuovere il materiale galleggiante. Il processo di flottazione consente di rimuovere oltre il 75% dei materiali solidi in sospensione. La prima fase del trattamento di depurazione può comprendere anche altri passaggi di separazione fisica (o meccanica) dei materiali inquinanti, come il processo di filtrazione e di centrifugazione.

Digestione: è il processo biologico mediante il quale le sostanze organiche vengono trasformate in metano, anidride carbonica e fanghi biologici, attraverso una serie di reazioni che hanno luogo in vasche chiuse (digestori) in assenza di ossigeno o in vasche aperte in presenza di ossigeno. I materiali solidi vengono solubilizzati da speciali enzimi e quindi fermentati da particolari ceppi batterici che li riducono in acidi organici semplici, ad esempio in acido acetico, a loro volta trasformati in prodotti gassosi (metano e anidride carbonica) da altri batteri. I fanghi ispessiti vengono riscaldati e introdotti a più riprese nel digestore, dove nel giro di 0-30 giorni vengono definitivamente decomposti. Con il processo di digestione è possibile ridurre la concentrazione di materia organica nei liquami del 45-60%. Per accelerare i processi biologici di depurazione delle acque di scarico vengono utilizzate svariate soluzioni tecniche. Tra le più diffuse si annoverano quella a filtri percolatori, quella a fanghi attivi e quella a lagune.

Filtri percolatori: sono costituiti da un letto poroso o da torri di riempimento, formati da materiali in pezzatura grossolana (sassi, carbone fossile o materie plastiche) rivestiti da un film di batteri attivi. I liquami spruzzati sul letto, percolando verso la base, consentono alla popolazione batterica che compone il film biologico di venire a contatto con la materia organica inquinante e, quindi, di decomporla, trasformandola in anidride carbonica e acqua. Unita al processo di sedimentazione, la degradazione mediante filtri percolatori consente di eliminare circa l'85% del BOD5 immesso nell'impianto.

Fanghi attivi o attivati: l'ossidazione a fanghi attivi avviene all'interno di una vasca di aerazione nella quale l'ossigeno viene fornito mediante aeratori meccanici o insufflazione d'aria. Ai liquami vengono aggiunti fanghi batterici attivi, detti fiocchi, formati da milioni di batteri degradatori tenuti insieme da una sostanza gelatinosa. Sono per l'appunto questi batteri ad assorbire la materia organica e a trasformarla in svariati sottoprodotti. Il processo di depurazione a fanghi attivi consente di eliminare circa il 60-85% del BOD5. I sistemi a filtri percolatori o a fanghi attivi sono spesso integrati da chiarificatori secondari, nei quali i fanghi batterici vengono separati dai liquidi depurati, prima che questi vengano scaricati nel bacino idrico recettore.

Lagune o vasche di stabilizzazione: le lagune sono vasche di grandi dimensioni e, dato il notevole ingombro, sono utilizzate soprattutto nelle aree rurali. Spesso superano 1,5 m di profondità e la loro superficie misura parecchi mq. Nei modelli più diffusi la materia organica viene decomposta sia in condizioni aerobiche (prevalenti negli strati più superficiali), sia in condizioni anaerobiche (prevalenti negli strati più profondi, che normalmente non vengono aerati). I materiali solidi, ovvero i fanghi, vengono decomposti in condizioni anaerobiche, mentre le sostanze organiche disciolte o colloidali vengono decomposte negli strati superiori da batteri aerobi. Con questo processo è possibile eliminare il 75-85% del BOD5.

Essiccamento fanghi: In ogni fase del processo di depurazione vengono prodotti materiali di scarto (fanghi), che prima di essere smaltiti in discarica vengono sottoposti a un particolare trattamento, finalizzato soprattutto a ridurne il volume. I fanghi vengono ispessiti, omogeneizzati e quindi disidratati, esponendoli su letti di sabbia installati all'aperto (nelle aree secche e relativamente calde) o in speciali camere riscaldate artificialmente, simili a serre. L'essiccamento avviene per effetto della percolazione dei liquidi nella sabbia e della loro evaporazione. In alcuni casi i fanghi essiccati vengono utilizzati come ammendanti o fertilizzanti, in virtù del loro contenuto di azoto (2%) e di fosforo (1%).

Fossa settica: la fossa settica è uno dei sistemi più usati nelle aree rurali per trattare i liquami domestici. Le fosse settiche sono, in pratica, grandi cisterne, realizzate, per la gran parte, in calcestruzzo o metallo, in cui i liquami vengono scaricati e lasciati parzialmente sedimentare. I materiali solidi contenuti nelle acque di scarico si depositano sul fondo del pozzo, mentre quelli galleggianti salgono in superficie. Passando attraverso un sifone i liquidi parzialmente chiarificati si riversano in fosse sotterranee piene di pietrisco e percolano, cosi, nel suolo, dove vengono ossidate aerobicamente. I materiali galleggianti e quelli sedimentati rimangono invece per periodi più o meno lunghi (da sei mesi a qualche anno) nella fossa, dove vengono decomposti anaerobicamente.

Fossa Imhoff: o vasche settiche di tipo imhoff, sono delle unità di trattamento primario di tipo anaerobico, costituite da un comparto inferiore detto digestore e uno superiore detto sedimentatore. L'effluente entra nel sedimentatore, che ha lo scopo di trattenere le sostanze pesanti e il materiale flottante; da questo comparto, attraverso l'apertura sul fondo passa al comparto inferiore di digestione. Digestore e sedimentatore sono dimesionati in marniera tale che nel primo si abbia una stabilizzazione biologica delle sostanze organiche sedimentate (fermentazione e digestione anaerobica) e che nel secondo si crei quella zona di calma che permetta una idonea sedimentazione dei solidi presenti nei reflui. Periodicamente devono essere prelevate dal fondo le sostanze mineralizzate (i fanghi) e le sostanze flottanti dalla zona superiore. Dal punto di vista della depurazione il trattamento in vasca imhoff rappresenta una grossa chiarificazione del liquame. La sola fossa Imhoff, però, si è dimostrata insufficiente a garantire una qualità dello scarico compatibile con la tollerabilità del corpo ricettore (acqua superficiale). Può essere comunque ancora utilmente impiegata, se abbinata ad ulteriori sistemi di trattamento.

Evacuazione dell'effluente finale: l'acqua depurata è in genere scaricata in un corpo idrico ricettore, che può essere un lago, un fiume oppure il mare; nelle regioni caratterizzate da una crescente penuria di risorse idriche, ma non solo in quelle, viene spesso utilizzata per

  • rialimentare le falde acquifere,
  • irrigare coltivazioni di prodotti agricoli non commestibili,
  • alimentare infrastrutture civili ricreative o processi industriali.

Negli impianti che recapitano nei laghi da cui si recuperano le risorse idriche (in America come in Europa), i liquami, dopo essere stati sottoposti ai normali trattamenti di tipo primario e secondario, subiscono un'ulteriore chiarificazione (eseguita in ambiente alcalino) che serve alla rimozione dei composti organici in sospensione. Successivamente i liquami vengono "ricarbonati" per ristabilirne i normali valori di pH e, quindi, filtrati facendoli passare attraverso vari strati di sabbia e carbone di legna. L'ammoniaca viene poi eliminata per ionizzazione, mentre i pesticidi e gli altri materiali organici disciolti vengono assorbiti da un filtro granulare a carbone attivo. Virus e batteri vengono quindi uccisi mediante ozonizzazione e gli effluenti, già relativamente puri, per maggiore sicurezza vengono nuovamente sottoposti a un trattamento di assorbimento con carbonio e di osmosi inversa e quindi addizionati con biossido di cloro.