10:11 Un impianto di trattamento che sulla carta sembra perfetto può comunque non riuscire a rispettare i limiti di scarico, avere difficoltà a gestire le variazioni dell’afflusso o comportare costi di gestione troppo elevati. Questi problemi spesso insorgono prima ancora dell’acquisto delle attrezzature. La soluzione consiste nel selezionare il processo più adatto sulla base dei dati reali relativi alle acque reflue e delle condizioni specifiche del progetto.
Un impianto di trattamento delle acque reflue è un sistema ingegnerizzato che raccoglie, tratta e gestisce le acque reflue per soddisfare specifici requisiti di scarico o riutilizzo. La sua progettazione dipende dalle caratteristiche delle acque reflue, dalla capacità di trattamento, dalla qualità richiesta dell'effluente, dallo spazio disponibile, dai costi di esercizio e dalle future esigenze di espansione.
Progettazione di impianti di trattamento delle acque reflue: la scelta dei processi di trattamento più adeguati
Un impianto di trattamento industriale ha una responsabilità che va ben oltre il semplice fatto di rendere l'acqua sporca apparentemente pulita. Deve ridurre le sostanze inquinanti, garantire un funzionamento stabile, soddisfare i requisiti ambientali locali e soddisfare le esigenze quotidiane dello stabilimento.
I diversi settori industriali producono diversi tipi di acque reflue. Uno stabilimento alimentare può generare acque reflue con un elevato contenuto di sostanze organiche, oli e grassi. La produzione tessile può rilasciare coloranti, sostanze chimiche e solidi in sospensione. Gli impianti farmaceutici e chimici possono produrre acque reflue contenenti composti organici complessi, sali e sostanze che influenzano l'attività biologica.
Per questo motivo, ogni progetto di trattamento delle acque reflue dovrebbe partire da obiettivi chiaramente definiti.
Tra gli obiettivi principali figurano solitamente:
La portata della sfida è notevole. Secondo l’Agenzia per la protezione dell’ambiente degli Stati Uniti (EPA), gli impianti di trattamento delle acque reflue negli Stati Uniti trattano circa 34 miliardi di galloni di acque reflue ogni giorno. Ciò dimostra perché un’infrastruttura di trattamento affidabile sia importante sia per le comunità che per le industrie.
Un progetto adeguato deve tenere conto dell'intero sistema di trattamento delle acque reflue, dalla raccolta e dal pretrattamento fino allo scarico finale o al recupero.
Scegliere gli impianti prima di aver compreso le caratteristiche dell'acqua in entrata è uno degli errori di progettazione più comuni. Due stabilimenti con la stessa portata giornaliera possono richiedere processi di trattamento completamente diversi, poiché i loro inquinanti e le loro condizioni di produzione sono differenti.
Prima di scegliere un processo di trattamento delle acque reflue, gli ingegneri dovrebbero prelevare campioni rappresentativi ed esaminare il processo produttivo.
Tra i parametri più importanti relativi alla qualità dell'acqua figurano:
| Parametro | Perché è importante |
|---|---|
| Contrassegno | Indica la quantità di inquinanti ossidabili chimicamente |
| BOD5 | Aiuta a valutare l'inquinamento organico biodegradabile |
| TSS | Misura i solidi sospesi presenti nell'acqua |
| pH | Influisce sull'attività biologica e sulle reazioni chimiche |
| Olio e grasso | Potrebbe essere necessaria la separazione prima del trattamento biologico |
| Azoto ammoniacale | Aiuta a determinare i requisiti relativi alla rimozione biologica dell'azoto |
| Azoto totale | Indica la necessità di un controllo dei nutrienti |
| Fosforo totale | Aiuta a determinare i requisiti relativi alla rimozione del fosforo |
| TDS | Indica il contenuto di sali disciolti |
| Temperatura | Influisce sulle prestazioni biologiche e di membrana |
Gli ingegneri dovrebbero inoltre comprendere come si forma l'acqua durante il processo produttivo.
Ad esempio, uno stabilimento può rilasciare acque reflue in modo continuo durante il normale funzionamento, ma scaricarne un volume elevato durante la pulizia delle attrezzature. Un impianto di produzione chimica può avere diversi flussi separati di acque reflue con concentrazioni di sostanze inquinanti diverse.
Queste differenze incidono sul dimensionamento dei serbatoi di equalizzazione, sul dosaggio dei prodotti chimici, sul carico biologico e sulla scelta delle apparecchiature.
Una buona revisione del progetto dovrebbe includere:
Le linee guida dell’EPA statunitense relative alle portate di picco negli impianti di trattamento delle acque reflue spiegano in che modo le variazioni dell’afflusso possano influire sulle prestazioni di trattamento. Si tratta di un aspetto importante da considerare anche nei progetti industriali con programmi di produzione variabili.
Non esiste un processo universale adatto a ogni impianto. La configurazione corretta dipende dagli inquinanti da eliminare, dagli obiettivi di qualità dell'acqua finale e dalle condizioni operative.
Alcuni flussi di acque reflue richiedono una separazione fisica prima del trattamento biologico. Altri necessitano di un pretrattamento chimico per ridurre le sostanze tossiche, regolare il pH o rimuovere contaminanti specifici.
Tra le opzioni terapeutiche più comuni figurano:
| Stato delle acque reflue | Possibili tecnologie di trattamento | Scopo principale |
|---|---|---|
| Particelle di grandi dimensioni e detriti | Selezione | Proteggere le apparecchiature a valle |
| Sabbia e particelle pesanti | Rimozione della sabbia | Prevenire l'abrasione e l'ostruzione |
| Olio e solidi in sospensione | DAF | Separare i materiali galleggianti |
| Elevato inquinamento organico | Trattamento biologico | Ridurre gli inquinanti biodegradabili |
| Portata variabile delle acque reflue | Equalizzazione | Stabilizzare il carico idraulico e quello inquinante |
| Sostanze solide in sospensione fini | UF o MBR | Migliorare la separazione solido-liquido |
| Sali disciolti | RO | Ridurre i contaminanti disciolti |
| Requisiti relativi all'acqua ad alta purezza | RO + EDI | Produrre acqua di processo ad elevata purezza |
Ad esempio, uno stabilimento di trasformazione alimentare può ricorrere alla vagliatura, alla separazione dei grassi, al trattamento biologico e alla filtrazione a membrana. Uno stabilimento tessile può invece necessitare di equalizzazione, regolazione del pH, trattamento chimico, trattamento biologico e separazione a membrana.
Un progetto farmaceutico potrebbe richiedere una caratterizzazione più dettagliata delle acque reflue prima che gli ingegneri possano decidere se i processi biologici convenzionali siano adeguati.
Il punto fondamentale è che i processi di trattamento debbano funzionare in sinergia. L'aggiunta di ulteriori apparecchiature non comporta automaticamente un miglioramento delle prestazioni. Ogni unità dovrebbe avere una funzione chiara e uno scopo progettuale misurabile.
Il processo selezionato può comprendere unità fisiche e biologiche convenzionali, sistemi avanzati di separazione a membrana o una combinazione di entrambi. La configurazione finale dovrebbe rispecchiare le effettive esigenze del progetto, anziché seguire un pacchetto di apparecchiature prestabilito.
Progettazione di impianti di trattamento delle acque reflue: la scelta dei processi di trattamento più adeguati
La capacità di trattamento è uno dei primi dati di cui gli acquirenti discutono con i fornitori. Tuttavia, la portata giornaliera da sola non è sufficiente a determinare le dimensioni corrette dell'impianto.
Un impianto che riceve 500 m³/giorno di acque reflue domestiche a bassa concentrazione potrebbe richiedere una configurazione diversa rispetto a un impianto che riceve lo stesso volume di acque reflue industriali concentrate.
Gli ingegneri devono tenere conto sia del carico idraulico che del carico inquinante.
Un calcolo di base del carico inquinante è il seguente:
Carico inquinante (kg/giorno) = Portata (m³/giorno) × Concentrazione (mg/L) ÷ 1.000
Ad esempio, se uno stabilimento produce 500 m³/giorno di acque reflue con una concentrazione di COD pari a 1.000 mg/L:
500 × 1.000 ÷ 1.000 = 500 kg di COD al giorno.
Questo dato costituisce una base più utile per la valutazione del processo rispetto alla sola portata.
Portata media: Il volume giornaliero normale in entrata nell'impianto.
Pico di flusso: La portata massima prevista in un determinato periodo.
Carico organico: La quantità di materiale biodegradabile o chimicamente ossidabile che entra nel processo biologico.
Tempo di ritenzione idraulica: Il tempo durante il quale le acque reflue rimangono in una determinata unità di trattamento.
Espansione futura: Capacità aggiuntiva che potrebbe rendersi necessaria con l'aumento della produzione.
Nel caso di progetti comunali, una rete fognaria sanitaria può ricevere ulteriori flussi di acque piovane attraverso reti di raccolta miste o difettose. Ciò può comportare un rischio di straripamento in caso di forti piogge.
I progetti industriali devono affrontare diverse sfide, tra cui interruzioni della produzione, cicli di pulizia e scarichi improvvisi di lotti.
Un progetto pratico dovrebbe quindi tenere conto dell'equalizzazione, della capacità di pompaggio, delle apparecchiature di riserva e della flessibilità del processo.
Un impianto completo è costituito da diverse unità collegate tra loro. Ogni componente svolge un ruolo specifico e le apparecchiature devono funzionare come un unico sistema coordinato.
La configurazione esatta varia, ma un impianto industriale tipico può includere le seguenti apparecchiature.
Questo impianto protegge le unità a valle e rimuove i materiali che potrebbero interferire con il processo di trattamento principale.
Le attrezzature più comuni includono:
Se il sistema scelto prevede la sedimentazione, l'acqua può essere pompata in vasche di sedimentazione. Le particelle più pesanti si depositano, mentre quelle più leggere possono essere separate dal liquido.
Le unità biologiche utilizzano una popolazione di microrganismi per decomporre gli inquinanti biodegradabili.
A seconda delle caratteristiche delle acque reflue e degli obiettivi del progetto, gli ingegneri possono scegliere:
Queste opzioni presentano requisiti diversi in termini di volume del serbatoio, aerazione, gestione dei fanghi e funzionamento.
Potrebbero essere necessarie ulteriori apparecchiature di trattamento qualora il progetto richieda un basso tenore di solidi sospesi, una maggiore limpidezza o acqua idonea a un ulteriore processo di depurazione.
Tra le opzioni più comuni figurano:
L'elenco definitivo delle apparecchiature deve essere corredato da calcoli di processo, schede tecniche delle apparecchiature e da un chiaro diagramma di flusso del processo.
La tecnologia a membrana riveste un ruolo importante nei moderni progetti idrici e di trattamento delle acque reflue. Tuttavia, membrane diverse svolgono funzioni diverse. Gli acquirenti non dovrebbero considerare le tecnologie MBR, UF, RO ed EDI come intercambiabili.
La tecnologia dei bioreattori a membrana combina il trattamento biologico con la separazione a membrana.
In configurazioni adeguate, può sostituire la chiarificazione secondaria convenzionale e garantisce un'efficace separazione tra biomassa e acqua trattata.
L'MBR è particolarmente utile quando un progetto richiede:
Banott fornisce soluzioni con membrane MBR sia a fibra cava che a foglio piatto per progetti su misura.
L'ultrafiltrazione rimuove le particelle in sospensione, i colloidi e i microrganismi tramite separazione a membrana.
Viene spesso utilizzato a monte del sistema RO per proteggere le membrane a valle e migliorare la stabilità dell'acqua di alimentazione.
L'osmosi inversa utilizza la pressione per separare l'acqua da molti sali disciolti e da altri contaminanti.
Per i progetti industriali, l'osmosi inversa (RO) può essere utilizzata dopo il trattamento biologico e un adeguato pretrattamento, quando l'obiettivo è il recupero dell'acqua per la produzione o altre applicazioni.
L'EDI combina materiali a scambio ionico e separazione elettrica per rimuovere gli ioni residui dall'acqua pretrattata.
Viene solitamente installato a valle del sistema RO in applicazioni che richiedono acqua ad elevata purezza, come la produzione farmaceutica e quella elettronica.
| Tecnologia | Funzione principale | Posizione tipica |
|---|---|---|
| MBR | Trattamento biologico e separazione a membrana | Trattamento delle acque reflue |
| UF | Filtrazione fine | Pretrattamento o lucidatura |
| RO | Rimozione del sale disciolto | Recupero e depurazione dell'acqua |
| EDI | Deionizzazione ad alta purezza | A valle dell'osmosi inversa |
Non tutti i progetti richiedono l'utilizzo di tutte e quattro le tecnologie. Un team di ingegneri professionisti dovrebbe stabilire quale combinazione sia tecnicamente necessaria ed economicamente ragionevole.
L'automazione aiuta gli operatori a gestire impianti di trattamento complessi con un minor numero di regolazioni manuali e un migliore accesso alle informazioni operative.
Un sistema di controllo moderno è in grado di monitorare pompe, soffianti, valvole, dosaggio di sostanze chimiche, filtrazione a membrana e altre apparecchiature.
Un'architettura di controllo tipica può includere:
Ad esempio, un PLC può regolare il funzionamento della pompa in base ai livelli del serbatoio e controllare la portata del ventilatore in base alle esigenze di processo. I sistemi a membrana possono inoltre utilizzare sequenze programmate di filtrazione, rilassamento, controlavaggio o pulizia, a seconda della loro configurazione.
La disinfezione può prevedere l'uso di sostanze chimiche come il cloro, mentre i sistemi a raggi ultravioletti rappresentano un'altra opzione a seconda dell'applicazione richiesta e delle caratteristiche dell'acqua.
L'automazione non serve solo a ridurre la manodopera. Aiuta anche gli operatori a individuare condizioni operative anomale prima che causino problemi gravi.
Per gli appaltatori EPC e i proprietari di impianti industriali, un sistema di controllo ben progettato dovrebbe essere corredato da schemi elettrici, descrizioni dei sistemi di controllo, elenchi degli allarmi e chiare istruzioni operative.
Progettazione di impianti di trattamento delle acque reflue: la scelta dei processi di trattamento più adeguati
Il flusso di liquido rappresenta solo una parte di un progetto di trattamento. Il processo produce anche materiali residui che devono essere gestiti in modo sicuro.
Tra questi possono figurare residui di vagliatura, sabbia, precipitati chimici, fanghi biologici e rifiuti derivanti dalla pulizia delle membrane.
La gestione dei fanghi dovrebbe essere presa in considerazione già nella fase iniziale di progettazione, piuttosto che dopo l'installazione dell'impianto.
Un tipico sistema di gestione dei fanghi può comprendere:
A seconda della sua composizione e delle normative locali, il fango disidratato può essere destinato a un impiego vantaggioso autorizzato, a un ulteriore trattamento o allo smaltimento in discarica.
Anche il flusso del liquido richiede una verifica finale. L'effluente deve rispettare i limiti previsti prima di essere reimmesso nell'ambiente o inviato a un ulteriore trattamento finalizzato al riutilizzo.
Per i progetti comunali, gli impianti di trattamento di proprietà pubblica devono rispettare l’autorizzazione allo scarico applicabile. Negli Stati Uniti, l’EPA stabilisce i requisiti federali, mentre il governo federale e quelli statali hanno responsabilità diverse in materia di autorizzazioni e controllo ambientale.
La fase finale dovrebbe prevedere un campionamento e analisi adeguati per i parametri specificati nei requisiti del progetto.
Una corretta gestione dei residui riduce i rischi ambientali e contribuisce a evitare costi operativi superflui.
La scelta di un produttore è una decisione importante in materia di acquisti. Un preventivo basso per le attrezzature non sempre comporta un costo ridotto del progetto.
Gli acquirenti dovrebbero valutare le competenze ingegneristiche del fornitore, la qualità della produzione, la documentazione tecnica e l'assistenza post-vendita.
Ecco otto controlli importanti.
| Area di valutazione | Cosa dovrebbero verificare gli acquirenti |
|---|---|
| Esperienza nel settore ingegneristico | Capacità di analizzare i dati effettivi relativi alle acque reflue |
| Progettazione dei processi | Flusso di processo chiaro e motivazione tecnica |
| Produzione | Capacità interne di produzione e assemblaggio |
| Qualità delle attrezzature | Materiali, componenti e controlli adeguati |
| Tecnologia a membrana | Materiali e configurazione adeguati per le membrane |
| Automazione | PLC, HMI, SCADA e funzioni di monitoraggio |
| Documentazione | PFD, P&ID, schede tecniche e manuali di funzionamento e manutenzione |
| Assistenza post-vendita | Messa in servizio, formazione e ricambi |
Un fornitore affidabile dovrebbe spiegare perché una determinata configurazione di trattamento sia adatta al progetto.
Noi di Banott forniamo prodotti a membrana e soluzioni integrate per il trattamento dell’acqua e delle acque reflue a appaltatori EPC, società di ingegneria, proprietari di impianti industriali e distributori internazionali.
Le nostre competenze comprendono:
Forniamo inoltre assistenza nella valutazione dei processi, nell'integrazione delle apparecchiature, nell'automazione basata su PLC, nella documentazione tecnica, nella preparazione alla messa in servizio e nella cooperazione tecnica a lungo termine.
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Anche un sistema ben progettato necessita comunque di una corretta produzione, installazione e messa in servizio per garantire le prestazioni previste.
Prima dell'avvio della produzione, gli acquirenti dovrebbero confermare l'ambito tecnico ed esaminare la documentazione tecnica.
Tra i documenti importanti figurano:
L'ispezione in fabbrica rappresenta un'altra fase importante. Ove richiesto, il fornitore dovrà effettuare i test di accettazione in fabbrica (FAT) per verificare l'assemblaggio delle apparecchiature, le funzioni elettriche, la logica di controllo e i punti di ispezione concordati.
Durante l'installazione e la messa in servizio, il team di progetto deve verificare:
Un esempio calzante è quello di uno stabilimento di trasformazione alimentare che intende aumentare la propria capacità produttiva. L’impianto esistente potrebbe disporre di un volume dei serbatoi sufficiente per la portata media, ma di una capacità di equalizzazione e di pompaggio insufficiente durante le operazioni di pulizia.
Anziché limitarsi ad acquistare un bacino biologico più capiente, gli ingegneri dovrebbero innanzitutto esaminare il programma di produzione effettivo, la portata di picco, il carico inquinante e le attrezzature disponibili. La soluzione potrebbe prevedere un miglioramento del sistema di equalizzazione, un pretrattamento aggiuntivo e una configurazione rivisitata dell’impianto biologico o a membrana.
Ecco perché è importante effettuare una revisione tecnica prima dell'acquisto delle attrezzature.
Per un funzionamento a lungo termine, gli acquirenti dovrebbero inoltre verificare la disponibilità dei pezzi di ricambio, i programmi di manutenzione, la formazione degli operatori e le modalità di assistenza tecnica.
I principali fattori di costo comprendono la capacità di trattamento, le caratteristiche dell’affluente, la qualità richiesta dell’effluente, la configurazione del processo, i materiali delle apparecchiature, il livello di automazione, le condizioni di installazione e la gestione dei fanghi. I costi operativi dovrebbero inoltre includere l’energia elettrica, i prodotti chimici, la manutenzione e, ove applicabile, la sostituzione delle membrane.
Sì, ma il progetto deve tenere conto delle caratteristiche di ciascun flusso di acque reflue. Alcuni flussi possono essere combinati dopo la stabilizzazione, mentre altri richiedono un pretrattamento separato per evitare reazioni chimiche o l’inibizione biologica.
No. Il sistema MBR è adatto a numerosi progetti che richiedono un trattamento biologico efficace e una separazione a membrana, ma prima di sceglierlo è necessario valutare la tossicità delle acque reflue, il contenuto di oli, la salinità, la temperatura e il carico organico.
Sì. A seconda dei requisiti finali di qualità dell'acqua, potrebbero essere necessarie ulteriori tecnologie di ultrafiltrazione (UF), osmosi inversa (RO), disinfezione o altre tecniche di rifinitura. Il livello di trattamento richiesto dipende dall'applicazione prevista.
Un sistema containerizzato integra le apparecchiature in una struttura trasportabile, il che può ridurre i lavori di costruzione in loco e semplificare l'installazione. Un sistema convenzionale può invece prevedere l'utilizzo di serbatoi e edifici di dimensioni maggiori. La scelta più adeguata dipende dalla capacità, dalle condizioni del sito, dai limiti di trasporto e dai piani di espansione futuri.
I tempi dipendono dalla complessità del progetto, dalla produzione delle attrezzature, dai lavori di ingegneria civile, dalla spedizione, dall’installazione e dalla messa in servizio. Un sistema compatto e preassemblato può richiedere un intervento in loco minore, mentre un grande progetto industriale o comunale necessita di una progettazione e di un coordinamento più dettagliati.
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