Riassunto impianti con domande

Come si caratterizzano le acque di scarico?

Per la caratterizzazione delle acque di scarico si fa riferimento a tre tipi di parametri: fisici e organolettici (solidi totali, temperatura, odore, colore, torbidità, conducibilità elettrica), biologici (batteri di tipo aerobico, anaerobico o facoltativi, virus e protozoi) e chimici (BOD, COD, TOC, nutrienti, composti inorganici metallici e non).

Parametri chimici delle acque di scarico

BOD rappresenta la quantità di ossigeno richiesta dai batteri per degradare la sostanza organica (ma anche inorganica, ad esempio NH₃). È una misura indiretta, in quanto si va a pesare l'ossigeno necessario per la degradazione. L'unità di misura è il e la produzione procapite è di 60 (vale solo per i liquami urbani), che non va confusa con l'indice di qualità, 60. Le caratteristiche qualitative in termini di BOD dei liquami sono praticamente costanti: = K* (dove k è una costante cinetica dipendente dalla temperatura e dal tipo di liquame, che vale 0,1 per liquami urbani.

Se diciamo che coincide col BOD totale, in quanto significa che dopo 20 giorni il 99% del liquame è stato usato per la degradazione della biomassa. Del BOD totale. Per i liquami urbani, k assume valori diversi e non sono più facilmente correlabili al BOD totale; per questo motivo il trattamento di un liquame industriale presuppone la conoscenza delle sue caratteristiche, perché non esistono regole fisse per la determinazione del suo comportamento.

COD è la quantità di ossigeno richiesta per ossidare chimicamente le sostanze presenti nel liquame, comprese quelle non ossidabili biologicamente. Per i liquami urbani Esso è determinato dalla sostanza organica non ossidabile biologicamente e da quella inorganica ossidabile chimicamente. L'unità di misura è il e la produzione procapite di 120 per i liquami urbani. In un liquame grezzo il COD biodegradabile è l'80%, diviso in 20% solubile e rapidamente biodegradabile e 20% particolato lentamente biodegradabile, e quello non biodegradabile il 20%, di cui il 7% è solubile e il 13% sospeso.

TOC è la quantità di carbonio organico nel liquame in forma inorganica. Si misura tramite ossidazione chimica a 950°C in una corrente di ossigeno di una quantità nota di un campione e mediante la determinazione di CO₂ prodotta si calcola il contenuto di C organico. La presenza di carbonati e carbonio organico potrebbe dare interferenze, perciò bisogna acidificare il campione per convertire i carbonati in CO₂ e strippare la CO₂. Il rapporto = 1.2 – 2.

Elementi caratterizzanti delle acque di scarico

Fosforo è il principale fattore limitante della crescita delle specie acquatiche. È presente come organico (circa il 10% del fosforo totale) o inorganico. La produzione procapite è passata da 3 – 6 a 1.1 – 2.5 in seguito alle legislazioni.

Oli e grassi sono dovuti a grassi e oli di origine animale e vegetale e oli minerali. Hanno scarsa solubilità quindi bassa velocità di degradazione. Sono flottabili e una parte minore è sedimentabile. La produzione procapite è di 12 – 18. In quantità elevate danno problemi di scambio di ossigeno e vanno eliminati prima del processo biologico.

Azoto è presente in forma ammoniacale (N-NH₄), organico (N-org), nitrico (N-NO₃), nitroso (N-NO₂). L'azoto ammoniacale e quello organico formano il TKN, la cui produzione procapite è 12. Nei liquami urbani la percentuale di azoto ammoniacale è 60/70%, quello organico è 3%, nitrico e nitroso 1-5%.

Tensioattivi sono sostanze organiche a catena lunga che provocano schiume e problemi allo scambio di ossigeno, essendo difficili da ossidare dalla biomassa. Vengono sostituiti con LAS, più biodegradabili. Sono classificati come anionici (MBAS), non anionici (TAS), cationici. La produzione procapite è di 2 – 4, e la concentrazione 9 – 18.

Metalli si trovano in tracce derivanti da scarichi industriali e presentano tossicità in quantità eccessive.

Cloruri provengono dal dilavamento di rocce o suoli. Non possono essere rimossi da un impianto biologico a fanghi attivi e condizionano le possibilità di riutilizzare il refluo trattato.

Funzionamento e dimensionamento di un impianto di grigliatura

La grigliatura serve a rimuovere i solidi grossolani e per la protezione dei trattamenti successivi. È sempre prevista e necessaria, anche solo d'emergenza. Il materiale che non viene fermato si ritrova facilmente in uscita nel corpo ricettore. Il dimensionamento avviene con l'ipotesi delle velocità massime e minime. La tipologia delle griglie dipende dalla spaziatura tra le sbarre: grossolana (sbarre dritte, inclinate per favorire la pulizia manuale), media (sbarre dritte o curve, verticali o poco inclinate, pulizia automatica), microgriglie o finissima (utilità indiscussa, applicazioni moderne, tipologie diverse), stacciatura. Non vi sono rendimenti di rimozione dei parametri inquinanti, il rendimento percentuale di BOD è circa del 10-20%. La quantità di materiale raccolto dipende dalla luce libera nei passaggi, dalla tipologia della rete fognaria, dal tempo di permanenza dei reflui nella fognatura. Le apparecchiature si scelgono in funzione della tipologia della rete fognaria a monte (per quella mista serve una griglia grossolana robusta, per quella nera una griglia media automatica) e dai rendimenti di rimozione funzione delle fasi successive, cioè la destinazione dei fanghi e dei limiti allo scarico. Una carente funzionalità può essere causata da: accumulo dei materiali galleggianti in pozzetti delle pompe dei sollevamenti iniziali, insufficienza di sistemi di recupero nella sedimentazione primaria, presenza di materiali grossolani nell'effluente finale, danni ad apparecchiature della linea fanghi, materiali indesiderati nel fango da smaltire. Possono essere adottati dei sistemi complementari: canali di bypass per garantire l'efflusso del liquame all'impianto se la griglia è intasata, compattatori che disidratano il grigliato e lo compattano, chiusure parziali o totali per limitare l'impatto visivo e agevolare la conduzione delle apparecchiature.

Calcolo della larghezza della griglia

B = 0.05 – 0.1 m, S = 0.01 m, L = 1 m. = 0,3 – 0.4, = 0.5, 1.2, =1.3. Portata minima in tempo asciutto [m] = [m] Portata massima in tempo di pioggia [m] = [m] Calcolo numero sbarre: n = = (n+1)*b + n*s = – n*s [m] Calcolo altezza massima liquame: [m]

Funzionamento e dimensionamento di un impianto di dissabbiatura e disoleatura

La dissabbiatura può essere a canale, aerata o tipo pista e serve a rimuovere le sabbie, cioè tutti i materiali di dimensioni maggiori di 0.15-0.20 mm e di elevato peso specifico. Esse sono da rimuovere perché effettuano un'azione abrasiva su pompe, lame raschiatrici e condotte, occludono le luci di passaggio per gli accumuli successivi, occupano spazio creando volumi morti e costituiscono materiale inerte che non può essere trattato biologicamente. La dissabbiatura avviene nelle fognature miste, raramente in quella nera. La rimozione può avvenire a gravità (il liquame entra nel dissabbiatore e viene mantenuto a 0.3 – 0.5, la sabbia è spazzata via e raccolta in una tramoggia), con la forza centrifuga (viene imposto un moto circolare al liquame, la sabbia è sparata sulle pareti e raccolta in una tramoggia), per insufflazione d'aria (insufflata dal basso, imprime un moto elicoidale: la sabbia decanta ma la sostanza organica resta sospesa, min su). Raramente si usa la stacciatura.

La disoleatura in genere è accoppiata alla dissabbiatura, e serve a rimuovere oli e grassi presenti negli scarichi urbani, provenienti da origine animale-vegetale o minerale. Essi sono da rimuovere perché sono altamente inquinanti per i corpi idrici recettori, creano gravi inconvenienti in molte fasi di depurazione, ostacolano l'adsorbimento nutritivo e lo scambio dell'ossigeno nella vasca a fanghi attivi, aderiscono ai fiocchi di fango tendendo a flottare ostacolando la sedimentazione e defluendo con l'affluente, danno vita alla formazione di schiume in fase di aerazione. È quindi sempre bene prevederla. Può avvenire in modo naturale (affioramento in superficie per il basso peso specifico) o essere aerata (l'insufflazione d'aria dal basso incrementa la velocità di risalita). Il trattamento aerato è solitamente congiunto alla dissabbiatura aerata, quello naturale avviene nella sedimentazione primaria in cui oli e grassi sono rimossi con delle lame. Rimuove solamente oli e grassi allo stato disperso ma non le emulsioni. Se avviene in un bacino separato, va collocata a valle per evitare l'accumulo delle sabbie nel disoleatore; non bisogna inoltre eccedere nell'insufflazione d'aria per evitare la formazione di emulsioni.

Calcolo del volume (criterio del tempo di permanenza)

Min [espressa in Calcolo della superficie (criterio del carico idraulico): [Rapporto ideale: = 5* [m]   [Calcolo altezza: [m] Calcolo fornitura d'aria:

Trattamenti di preaerazione, equalizzazione e omogeneizzazione

La preaerazione aumenta il tenore di OD in liquami settici, elimina la porzione di gas nei liquami per lo strippaggio, migliora la miscelazione del liquame e produce la flocculazione naturale con un incremento delle rese nella sedimentazione primaria, migliora la separazione delle sabbie, della frazione organica e dei materiali flottanti, mantiene in sospensione i solidi sedimentabili nei canali di collegamento. È realizzata in vasche in cui si insuffla l'aria ed è congiunta a dissabbiatura e disoleatura; può avvenire in canali a cielo aperto che collegano le varie fasi depurative. Può essere però causa di emissioni gassose maleodoranti: è infatti consigliabile coprire la vasca e trattare gli aeriformi captati.

Equalizzazione e omogeneizzazione servono in caso di scarichi industriali allacciati alla fognatura che potrebbero infastidire il processo.

Trattamento di sedimentazione primaria

La sedimentazione è un trattamento fisico-meccanico che sfrutta la forza di gravità per separare dal liquame le particelle solide sedimentabili (con peso specifico apparente, cioè l'inverso della flottazione). Il decantatore primario rimuove i solidi sospesi sedimentabili ma non i colloidi, vi è la riduzione della sostanza organica e la rimozione di oli, grassi e schiume se non c'è il disoleatore. La sua applicazione si colloca dopo i pretrattamenti e prima dell'ossidazione. Avviene in tre modalità a seconda del tipo di fango: per il fango granuloso avviene nel dissabbiatore, le particelle sedimentano indipendentemente e a velocità diverse in funzione delle loro dimensioni; per il fango fioccoso, si ha l'ingrandimento dei fiocchi e variano le velocità di decantazione; sedimentazione di massa.

Avviene in tre diverse fasi: immissione, in cui la sedimentazione è disturbata dalla turbolenza creata dai dispositivi di immissione; sedimentazione vera e propria; sfioro, in cui vi è il disturbo dato dal richiamo dello sforo. La traiettoria delle particelle che entrano nella vasca con, cioè il caso più sfavorevole della velocità di caduta della particella più piccola, è diagonale: le particelle con velocità di trasporto dovuta alla portata, , raggiungono prima il punto finale. I sedimentatori possono essere longitudinali (rettangolari), radiali o a flusso verticale.

Come avvengono i processi biologici?

Sono basati sull'attività di microrganismi di vario tipo rivolta alla distruzione dei composti organici. I microrganismi possono essere: eterotrofi, cioè usano il carbonio organico per la sintesi cellulare; denitrificanti, cioè trasformano i nitrati in azoto gassoso; autotrofi, che usano il carbonio inorganico per la sintesi cellulare; nitrificanti, che ossidano l'azoto nitroso in nitrico.

I processi aerobici sono basati sull'attività dei microrganismi aerobici facoltativi che proliferano nell'OD, dall'ossidazione (respirazione) si produce l'energia necessaria per la sintesi di nuove cellule e per la motilità nel sistema biologico. La respirazione assimilativa è connessa all'ossidazione del BOD, quella endogena è relativa alla respirazione del fango. I processi anaerobici o anossici si basano sull'attività dei microrganismi in ambienti senza OD; essi usano l'ossigeno legato chimicamente ai composti disciolti in acqua: nei processi anossici (denitrificazione, linea acque) e nei processi anaerobici (digestione fanghi, linea fanghi).

Per elementi nutritivi intendiamo: oligoelementi (Na, Ca, Mg, Mn, Zn, che non sono mai fattori limitanti della crescita); C, N, P, costituenti fondamentali delle cellule, fattori limitanti. Il fabbisogno medio ponderale è dato da BOD/N/P = 100/5/1.

Come avviene il processo a fanghi attivi?

Esso si basa su due effetti combinati: