Il trattamento delle acque reflue (o depurazione delle acque reflue), nell'ingegneria ambientale e chimica, indica il processo di rimozione dei contaminanti da un'acqua reflua di origine urbana o industriale, ovvero di un effluente che è stato contaminato da inquinanti organici e/o inorganici.
Descrizione Molte attività umane portano alla produzione di scarichi, chiamati acque reflue, che al fine di poter essere restituiti all'ambiente devono essere oggetto di depurazione, poiché la quantità di sostanze inquinanti è superiore alla capacità auto-depurativa di terreno, mare, fiumi e laghi. È dunque necessario l'utilizzo di sistemi di depurazione delle acque reflue che simulino i processi biologici che avvengono in modo naturale, rendendoli più rapidi per effetto della tecnologia impiegata.
Il trattamento di depurazione dei liquami urbani consiste in una successione di più fasi (o processi) durante i quali dall'acqua reflua vengono rimosse le sostanze indesiderate, che vengono concentrate sotto forma di fanghi, dando luogo a un effluente finale di qualità tale da risultare compatibile con la capacità autodepurativa del corpo ricettore (terreno, lago, fiume o mare mediante condotta sottomarina o in battigia) prescelto per lo sversamentoIn generale: a) per "scarico" si intende qualsiasi immissione diretta tramite condotta di acque reflue liquide, semiliquide e comunque convogliabili nelle acque superficiali, sul suolo, nel sottosuolo e in rete fognaria, indipendentemente dalla loro natura inquinante, anche sottoposte a preventivo trattamento di depurazione b) per "acque di scarico" tutte le acque reflue provenienti da uno scarico., senza che questo ne possa subire danni (ad esempio dal punto di vista dell'ecosistema a esso afferente).
Il ciclo depurativo è costituito da una combinazione di più processi di natura chimica, fisica e biologica. I fanghi provenienti dal ciclo di depurazione sono spesso contaminati con sostanze tossiche e pertanto devono subire anch'essi una serie di trattamenti necessari a renderli idonei allo smaltimento ad esempio in discariche speciali o al riutilizzo in agricoltura tal quale o previo compostaggio.
Tipologia di reflui
Negli impianti di depurazione tradizionali, a servizio di uno o più centri urbani (impianti consortili) sono di norma trattate: le acque reflue urbane o scarichi civili: comprendono le acque di rifiuto domestiche e, se la fogna è di tipo unitario, anche le acque cosiddette di ruscellamento. Le acque di origine domestica sono quelle provenienti dalle attività domestiche e dalla deiezione umana, queste ultime ricche di urea, grassi, proteine, cellulosa ecc. Le acque di ruscellamento sono quelle provenienti dal lavaggio delle strade e le acque pluviali. Contengono, in concentrazione diversa, le stesse sostanze presenti nei reflui domestici ma inoltre possono presentare una serie di microinquinanti quali gli idrocarburi, i pesticidi, i detergenti, i detriti di gomma ecc. Una delle principali caratteristiche dei reflui urbani è la biodegradabilità, che ne rende possibile la depurazione attraverso trattamenti biologici. alcune tipologie di acque di rifiuto industriale: gli scarichi industriali hanno una composizione variabile in base alla loro origine. Negli impianti di depurazioni tradizionali possono essere trattati solo quei reflui industriali che possono ritenersi assimilabili dal punto di vista qualitativo a quelli domestici. Tali scarichi possono essere eventualmente sottoposti a pretrattamenti in ambito aziendale, prima del loro scarico in fogna, per rimuovere le sostanze incompatibili con un processo di depurazione biologica. Infatti alcuni scarichi industriali possono contenere sostanze tossiche o suscettibili di turbare l'evoluzione biologica e pertanto tali da compromettere il trattamento biologico che è alla base del sistema depurativo tradizionale. Gli altri scarichi industriali possono avere una natura tale da essere insensibili ai trattamenti biologici pertanto devono essere trattati in maniera diversa direttamente nel luogo di produzione.
Classificazione dei solidi da rimuovere Le acque provenienti da scarichi urbani contengono un elevato quantitativo di solidi di natura organica e inorganica che devono essere rimossi mediante il trattamento di depurazione. Tra le sostanze di natura organica fanno parte anche i microrganismi.
Le sostanze da eliminare si possono dividere in sedimentabili e non sedimentabili. Le prime sostanze sono solide e più pesanti dell'acqua e perciò vanno facilmente a fondo quando la velocità del deflusso si annulla o scende al di sotto di un certo limite. Le sostanze non sedimentabili in parte galleggiano e in parte restano nel liquido: disciolte o allo stato colloidale; lo stato colloidale si può considerare uno stato intermedio tra quello di soluzione e quello di sospensione propriamente detto. In uno scarico di media forza, i solidi totali (espressi in mg/l) si possono così classificare: solidi sospesi: 30%; di cui: solidi sedimentabili: 75% di cui: solidi organici: 75% solidi inorganici: 25% solidi non sedimentabili: 25% di cui: solidi organici: 75% solidi inorganici: 25% solidi filtrabili: 70% colloidali: 10% di cui solidi organici: 80% solidi inorganici: 20% disciolti 90% di cui: solidi organici: 35% solidi inorganici: 65%.
Impianti di depurazione
Gli impianti di depurazione sono costituiti da una serie di manufatti (in genere in calcestruzzo armato) e apparecchiature, ognuno con specifiche funzioni, nei quali viene attuata la depurazione degli scarichi di origine civile e industriale.
Sezioni dell'impianto Solitamente in un impianto di trattamento delle acque reflue si distinguono due linee specifiche: la linea acque; la linea fanghi.
Nella linea acque vengono trattati i liquami grezzi provenienti dalle fognature e di regola comprende tre stadi, chiamati: pretrattamento: un processo di tipo fisico utilizzato per la rimozione da parte delle sostanze organiche sedimentabili contenute nel liquame. Comprende la grigliatura, la sabbiatura, la sgrassatura, la sedimentazione primaria; trattamento ossidativo biologico: un processo di tipo biologico utilizzato per la rimozione delle sostanze organiche sedimentabili e non sedimentabili contenute nel liquame. Comprende l'aerazione e la sedimentazione secondaria: trattamenti ulteriori: sono tutti quei trattamenti realizzati a monte o a valle dell'ossidazione biologica, permettono di ottenere un ulteriore affinamento del grado di depurazione. Comprende trattamenti speciali per abbattere il contenuto di quelle sostanze che non vengono eliminate durante i primi due trattamenti.
Nella linea fanghi vengono trattati i fanghi (separati dal refluo chiarificato) durante le fasi di sedimentazione previste nella linea acque. Lo scopo di tale linea è quello di eliminare l'elevata quantità di acqua contenuta nei fanghi e di ridurne il volume, nonché di stabilizzare (rendere imputrescibile) il materiale organico e di distruggere gli organismi patogeni presenti, in modo tale da rendere lo smaltimento finale meno costoso e meno dannoso per l'ambiente.
L'effluente finale trattato o refluo chiarificato viene convogliato in una condotta detta emissario, con recapito finale le acque superficiali (corsi d'acqua, mare, ecc.), incisioni o lo strato superficiale del terreno (es. trincee drenanti). L'effluente finale se presenta determinate caratteristiche può anche essere usato per l'irrigazione o nell'industria.
Classificazione dei processi I trattamenti che sono svolti all'interno di un impianto di depurazione possono essere classificati in: trattamenti meccanici: si basano sull'azione di principi puramente fisici o meccanici; fanno parte di questa tipologia le operazioni preliminari di rimozioni dei solidi non disciolti; trattamenti chimici: si basano sull'aggiunta di specifiche sostanze per lo svolgimento di particolari reazioni chimiche; a tale categoria appartengono le reazioni di neutralizzazione (utilizzate per aggiustare il pH dell'acqua), l'aggiunta di sostanze per facilitare la precipitazione e per la disinfezione; trattamenti biologici: si basano su processi biologici a opera di microorganismi presenti nell'acqua; a tale categoria appartengono i trattamenti svolti per la separazione dei solidi disciolti in acqua.
Pretrattamenti meccanici I pretrattamenti meccanici comprendono le seguenti operazioni: Grigliatura/Setacciatura Dissabbiatura Disoleatura Equalizzazione e Omogeneizzazione Sedimentazione primaria
I primi quattro trattamenti riportati (indispensabili) sono previsti a monte dei processi di depurazione veri e propri e permettono la rimozione di materiali e sostanze che per loro natura e dimensione rischiano di danneggiare le attrezzature poste a valle e di compromettere l'efficienza dei successivi stadi di trattamento.
Per quanto riguarda l'ultimo trattamento della lista, non tutti gli impianti prevedono il sedimentatore primario anche se è preferibile la sua presenza.
Grigliatura
La grigliatura costituisce un'operazione di filtrazione meccanica grossolana che ha l'obiettivo di trattenere solidi grossolani non sedimentabili (stracci, plastica, ecc.) e solidi grossolani sedimentabili (ghiaia, ecc.).
Questo pretrattamento è sempre necessario, perché l'eliminazione selettiva di tali materiali evita che possano creare accumuli e ostruzioni nelle tubazioni, nelle giranti delle pompe, sugli alberi degli agitatori (mixer) e simili, oltre a migliorare la qualità dei fanghi prodotti dall'impianto di depurazione specialmente se da utilizzare in agricoltura.
La griglia/e viene sempre installata, con una pendenza 1:3, internamente al canale di arrivo all'impianto, alimentato dal collettore terminale della fognatura. Tale canale in corrispondenza della griglia si allarga di una certa aliquota in modo che la velocità dell'acqua a valle, tenuto conto dell'ingombro delle sbarre, si mantenga prossima a quella che si ha nel tratto a monte della griglia.
La velocità di attraversamento della griglia non deve essere troppo bassa da favorire la sedimentazione a monte della stessa ma neanche troppo elevata per non incrementare le perdite di carico - secondo il manuale Cremonese 0,6 m/s < V < 0,9 m/s. Di regola per calcolare lo slargo del canale in prossimità della griglia si impone che la lunghezza del canale, considerando gli interspazi della griglia risulti equivalente alla lunghezza fissata in fase di proporzionamento del canale. Pertanto se: d è il diametro della singola barra; L è la larghezza del canale a monte della griglia; s è la luce netta di passaggio tra barra e barra; h altezza liquida nel canale; Qn è la portata nera si ottiene: n il numero di barre costituenti la griglia con la seguente relazione: (n+1) * s = L B la larghezza dello slargo con la seguente formula B = (n+1) * s + n * d V la velocità attraverso le barre con la seguente formula v = Qn / B*h<V A seconda dell'interasse tra le barre, le griglie si suddividono in: grossolane - interasse di 5÷10 cm; medie - interasse di 2,5÷5 cm; sottili - interasse di 1÷2,5 cm. Di regola la prima fase del trattamento preliminare prevede una grigliatura grossolana seguita da un'altra griglia più fine. In base al sistema di pulizia vengono classificate invece in: manuali: utilizzate principalmente per griglie grosse (poste in testa ai canali di by pass) e per piccoli impianti dove la quantità di solidi grigliabili è da ritenersi trascurabile e/o quando le operazioni di pulizia non risultano troppo onerose; meccaniche: in tutti gli altri casi. Il materiale grigliato è raccolto in un cassonetto per poi essere avviato allo smaltimento finale. In associazione con la griglia possono essere utilizzati degli sminuzzatori che dopo aver triturato il materiale grigliato lo reintroducono a monte della griglia stessa.
Stacciatura