Caratteristiche qualitative delle acque reflue

Caratteristiche Qualitative delle Acque Reflue- Versione preliminare

CARATTERISTICHE QUALITATIVE DELLE ACQUE REFLUE

INDICE

Introduzione 2

1. Parametri Fisici 4

1.1. I Solidi 4

1.2 La Torbidità 6

1.3 Il Colore 7

1.4 La Temperatura 7

1.5 La Conducibilità 8

2. Parametri Chimici 8

2.1 Costituenti inorganici 8

2.1.1 pH 8

2.1.2 Alcalinità 9

2.1.3 Cloruri 9

2.1. 4 Azoto 9

2.1.5 Fosforo 12

2.1.6 Gas Disciolti 13

2.1.7 Metalli 14

2.1.8 Inquinanti prioritari 15

2.2 Costituenti organici 16

2.1.1 BOD 16

2.1.2 COD 20

2.1.3 TOC 21

3. Agenti Patogeni 22

Conclusioni 24

Bibliografia 26 1

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INTRODUZIONE

Soluzioni per lo smaltimento dei liquami domestici vennero elaborate fin

dall'antichità. Tra le rovine dell'antica civiltà cretese e di quella assira sono stati

rinvenuti resti di sistemi di canalizzazione delle acque nere, mentre i canali di

scolo delle acque piovane, costruiti dagli antichi romani, funzionano ancora oggi

come condotti di drenaggio. Verso la fine del Medioevo, in Europa, comparvero le

prime vasche di raccolta per i liquami domestici. Una volta piene, queste vasche,

venivano fatte svuotare a spese del proprietario e i liquami prelevati venivano

utilizzati per concimare i campi o scaricati nei fiumi o su terreni abbandonati.

Qualche secolo più tardi si riprese a costruire, ai bordi delle strade, piccoli canali

di scolo per le acque piovane, nei quali, in un primo tempo, fu tassativamente

proibito riversare qualsiasi tipo di liquame domestico. Agli inizi del XIX secolo si

comprese, tuttavia, che dal punto di vista sanitario e della difesa della salute

pubblica lo scarico di escrementi umani in canali dilavati dalle acque meteoriche,

sarebbe stata una misura più efficace di altre. Fu così che tra il 1859 e il 1875 a

Londra venne realizzato un sistema di canali artificiali per convogliare i liquami e

le acque piovane verso il tratto inferiore del Tamigi. In ampio ritardo rispetto agli

sviluppi della rivoluzione industriale, agli inizi del XX secolo si riconobbe che

scaricare le acque di scolo direttamente nei corpi idrici poteva causare danni alla

salute dell'uomo e fu così che vennero realizzati i primi impianti di depurazione

costituiti dai letti percolatori prima e dagli impianti a fanghi attivi, poi. Come le

relative soluzioni di gestione, le acque reflue hanno subito nel corso dei secoli

altrettante modifiche, essendo strettamente legate allo stile di vita delle civiltà che

le producono. Così, sebbene la gran parte degli inquinanti continui ad essere

costituita da sostanze naturali, le acque reflue si sono arricchite della presenza di

inquinanti prodotti dalle società industriali. La conoscenza dei parametri di

inquinamento caratteristici, di cui si fornisce una prima classificazione in tabella 1,

è fondamentale per gli impatti loro ascrivibili, nonché per le influenze che questi

determinano sulle scelte di trattamento e sul dimensionamento delle unità degli

impianti di depurazione.

Tabella 1: Parametri di inquinamento delle acque reflue

Parametri di inquinamento Impatti sui corpi idrici

Capaci di determinare condizioni di anaerobiosi

Solidi sospesi

Fisici e rallentamenti delle attività metaboliche degli

Torbidità organismi viventi;

Conducibilità

Colore

Temperatura

Composti organici La stabilizzazione può determinare uno

sfruttamento intensivo dell’ossigeno naturalmente

presente nei corsi d’acqua ed il loro rapido

deterioramento.

Composti inorganici Se il quantitativo di nutrienti che entra in un corpo

Chimici idrico a debole ricambio non è controllato può

accelerare i fenomeni di eutrofizzazione.

I metalli sono tossici per molte forme di vita

acquatica e dannosi per la salute umana.

Gli inquinanti prioritari sono considerati sospetti di

cancerogenicità, mutagenicità e tossicità

Agenti patogeni Sono capaci di trasmettere epidemie

Biologici 2

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Lo sviluppo prodotto dalle civiltà industriali ha seguito a lungo un principio di

“espropriazione del mondo”, intervenendo sugli ambienti naturali unicamente per

renderli sempre più adatti all’insediamento ed alla produzione.

Le aree umide naturali sono state utilizzate, per molto tempo, per il “trattamento”

delle acque reflue derivate dalle attività umane, i corsi d’acqua hanno dovuto in

alcuni casi dar fondo alle proprie capacità autodepurative, prima di diventare

categorie da proteggere e i laghi, invecchiati precocemente, hanno mostrato tutta

la vulnerabilità dei loro ecosistema. Quando la velocità di consumo dell’ossigeno

supera la riossigenazione naturale, si possono verificare nei corsi d’acqua

condizioni di anerobiosi, con conseguenze drastiche per la vita delle specie

acquatiche e la riduzione dell’indice di bio diversità. Il rapporto delle

concentrazioni tra C/N/P in un ambiente idrico condiziona lo sviluppo

dell’ecosistema. Se il quantitativo di azoto, fosforo e carbonio che entra in un lago

supera il fabbisogno di nutrienti richiesto dal ciclo biologico, si assiste ad un

progressivo squilibrio dell’intero ecosistema. Il fenomeno prende il nome di

eutrofizzazione e, sebbene avvenga naturalmente in migliaia di anni, può risultare

accelerato, fino a ridursi a valori dell’ordine di dieci anni, in conseguenza di un

eccesso di nutrienti.

Gli oceani, che pure sono stati considerati bacini infiniti di accumulo,

rappresentano, in realtà, degli ecosistemi estremamente fragili. Le acque

oceaniche hanno mantenuto caratteristiche pressoché invariate per milioni di anni:

il mantenimento di condizioni costanti ha indotto negli organismi un adattamento

tale da renderli estremamente vulnerabili rispetto alle più piccole variazioni

ambientali. Depositi di

fondo naturali

Ingresso di

nutrienti in eccesso Scarsa penetrazione Incremento

della luce della biomassa

algale

Ingresso di

nutrienti in eccesso Condizione

anossiche Incremento

della decomposizione

Figura 1. Eutrofizzazione dei laghi 3

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1.PARAMETRI FISICI

1.1 I SOLIDI

Il contenuto di solidi rappresenta una delle caratteristiche principali delle acque

reflue. Esso è indicativo della presenza di particelle di natura grossolana e colloidale.

Tabella 2: Classificazione dei solidi presenti nelle acque reflue

Solidi colloidali

Solidi filtrabili Solidi disciolti

Solidi Totali Solidi sedimentabili

Solidi sospesi Solidi non sedimentabili

I Solidi Totali (ST) sono costituiti dal residuo secco, ottenuto dopo evaporazione a

0

103-105 C,, si misurano in mg/l (o anche ppm) e si distinguono in Solidi Filtrabili

(TFS) e Solidi Sospesi (TSS).

Secondo le metodiche italiane, i solidi filtrabili rappresentano la frazione dei solidi

Φ μm,

totali con diametro < 0.45 eliminabile esclusivamente mediante processi

chimici e biologici. Tale frazione comprende i solidi colloidali con diametro

μm Φ Φ μm,

-3 -3

compreso nel range 10 < < 1μm e i solidi disciolti con diametro < 10

presenti in forma di sali solubili, la maggior parte dei quali non sono generati dalle

attività antropiche ma sono naturalmente presenti come sali minerali.

I Solidi Sospesi (TSS) si definiscono come quei solidi presenti in un filtro standard

μm.

caratterizzato da valori nominali dei pori pari a 0.45

Figura 2. Determinazione dei solidi sospesi : 1) crogiolo con filtro,2) pompa a vuoto

I Solidi Sospesi Totali sono convenzionalmente distinti in Solidi Sedimentabili e

Solidi Non Sedimentabili. Si assume come frazione sedimentabile, quella parte dei

Solidi Totali in grado di depositarsi sul fondo di un cono graduato del volume di un

litro (cono Imhoff) , per effetto della sola forza di gravità in tempi dell’ordine di 1¸2

ore. La misura si esprime come rapporto tra il volume occupato dal fango e quello 4

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iniziale del campione e fornisce un’indicazione relativa alla quantità di fango che può

essere prodotta in un trattamento di sedimentazione primaria.

Figura 3. Determinazione dei solidi sedimentabili : coni Imhoff.

L’altra frazione di Solidi Sospesi Non è Sedimentabile a causa di fattori quali:

dimensioni eccessivamente minute, natura colloidale, concentrazione di cariche

superficiali. Le particelle colloidali possiedono, infatti, una elevata superficie

specifica la cui carica elettrostatica le mantiene in sospensione evitando, in tal modo,

che esse si aggreghino e precipitino. Alcune sostanze chimiche come il solfato di

alluminio sono in grado, se aggiunte alle sospensioni colloidali, di neutralizzare le

cariche elettriche, favorendo i fenomeni di aggregazione che portano alla formazione

di fiocchi che precipitano.

Per ciascuna delle categorie di solidi descritta, un’ulteriore distinzione può

eseguirsi tra Solidi Fissi o Non Volatili e Solidi Volatili.

I primi rappresentano l’aliquota residuale del campione, preventivamente essiccato,

0 C fino a costanza di peso, mentre i secondi si

portato a una temperatura di 550

ottengono dalla differenza tra il peso iniziale del campione essiccato e i solidi fissi. I

solidi volatili sono costituiti prevalentemente da sostanze organiche, poiché queste

0

alla temperatura di 550 C vengono integralmente volatilizzate. Benchè i solidi di

natura organica non possano essere identificati con i solidi volatili, poiché a

0

temperature già inferiori a 550 C, anche alcune sostanze inorganiche sono soggette a

decomposizione, è ragionevole considerare la frazione volatile come la componente

organica dei solidi . 5

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Organici 40 mg/l

Colloidali 50 mg/l Minerali 10 mg/l

Filtrabili 500 mg/l Organici 160 mg/l

Disciolti 450 mg/l Minerali 290 mg/l

Totali 720mg/l Organici 120 mg/l

Sedimentabili

160 mg/l Minerali 40 mg/l

Sospesi 220 mg/l Organici 45 mg/l

Non sedimentab.

60 mg/l Minerali 15 mg/l

Figura 4. Contenuto dei solidi nei reflui

1.2 TORBIDITA’

La torbidità è un indice della capacità dell’acqua di filtrare la luce, si misura in

NTU, acronimo dell’inglese Nephelometric Turbidity Units.

La misura della torbidità si ottiene con l’ausilio di un torbidimetro: le sostanze

colloidali sospese assorbono le radiazioni luminose emesse nello strumento e dalla

frazione di luce assorbita si risale alla misura di torbidità. In generale, non sussiste

relazione tra torbidità e la concentrazione di solidi sospesi totali

Relativamente allo scarico in acque naturali, un incremento di torbidità può essere

causa di un rallentamento delle attività metaboliche di fotosintesi, perché

determina una diminuzione delle radiazioni luminose negli strati profondi. 6

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1.3 COLORE

La colorazione delle acque reflue è indicativa dell’età del liquame: con

l’aumentare della permanenza nel sistema di collettamento, il colore delle acque

varia dal grigio al grigio scuro, fino al nero, indice dello sviluppo di condizioni

settiche. Oltre che alla decomposizione anaerobica delle sostanze organiche, la

presenza del colore è ascrivibile alla presenza di scarichi industriali di origine

manifatturiera.

1.4 TEMPERATURA

La temperatura delle acque reflue costituisce un parametro significativo per gli

impatti prodotti sugli ecosistemi acquatici, la solubilità di gas e la cinetica delle

reazioni chimiche. La densità e il peso specifico di un’acqua reflua sono,

influenzati dalla temperatura: le variazioni locali di densità sono all’origine di

correnti sia nelle unità di impianto che nei sistemi naturali.

Lo sversamento di acque, a temperatura elevata rispetto a quella del corpo idrico

ricettore, apporta nello stesso un innalzamento termico, comportando oltre

all’accelerazione dell’attività metabolica dei microrganismi, una diminuzione

della concentrazione di ossigeno disciolto.

Mentre nelle acque reflue domestiche generalmente la temperatura è piuttosto

costante, in presenza di scarichi industriali si rilevano variazioni repentine che

richiedono opportune misure di gestione negli impianti di depurazione. Per quanto

riguarda la maggioranza dei microrganismi eterotrofi il range di variabilità

0 0

tollerato varia dai 4 ai 40 C, con un optimum intorno ai 30 C. Per temperature

0

inferiori ai 10 C, si assiste ad una diminuzione dell’attività biochimica, mentre dai

0

10 ai 35 C la velocità delle reazioni aumenta di circa il doppio per ogni

0

incremento di 10 C.

Le influenze della temperatura sulle velocità delle reazioni chimiche sono descritte

dalla relazione di Van’t Hoff- Arrhenius:

d ln k E

= (1)

2

dT RT

dove:

k: costante cinetica di una generica reazione

0 C]

T: temperatura [

E: costante caratteristica della reazione ( energia di attivazione) [J/mol]

R: costante universale dei gas perfetti. e T , cui corrispondono le costanti

Integrando l’equazione 1 tra le temperature T

1 2

e k :

k 1 2 ( )

−

k E T T

=

2 2 1 (2)

ln k RT T

1 1 2

Assumendo costante il rapporto E/RT T e pari a C, l’equazione (2) può essere

1 2

riscritta: k ( )

= −

2 (3)

ln C T T

2 1

k 1 7

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k −

= C T T

( )

2 (4)

e 2 1

k 1 θ,

C

assumendo il parametro e costante e pari ad un coefficiente si ottiene :

k θ −

= ( T T )

2 (5)

2 1

k 1

che è l’espressione più nota della formula di Van’t Hoff- Arrhenius, comunemente

usata nell’ingegneria ambientale per valutare gli effetti prodotti dalla temperatura.

1.5 CONDUCIBILITA’

La conducibilità è una misura della capacità dell’acqua di condurre una corrente

elettrica. È espressa in mS/cm. Essendo la corrente elettrica trasportata dagli ioni

presenti in soluzione, la conducibilità aumenta con la concentrazione di ioni e

consente una stima del contenuto di sali presenti (salinità). La salinità costituisce

d’altra parte, uno dei parametri di principale interesse sia nella valutazione dei

processi di depurazione, che nell’ambito della caratterizzazione delle acque reflue

destinate al riuso. Negli impianti di depurazione una elevata salinità nelle acque

reflue da trattare può