Gestione e smaltimento dei rifiuti nell’industria alimentare

Gestione e smaltimento dei rifiuti nell’industria alimentare

L’industria alimentare genera un’inevitabile quantità di residui e scarti come risultato dei processi di produzione e preparazione dei cibi. Le attività operative di molte aziende di questo settore richiedono un considerevole utilizzo di acqua, i cui scopi specifici cambiano a seconda dei vari segmenti dell’industria.

Per semplificare, l’industria della carne utilizza il 60% dell’acqua per il sistema di raffreddamento, il 62% delle risorse idriche utilizzate dalle società di produzione di condimenti viene impiegato per compiti di pulizia, e l’industria molitoria dedica il 55% dell’acqua al processo di distinzione dei semi. Nella produzione di prodotti alimentari, l’acqua si rende necessaria per diverse finalità, tra cui

sanificazione, trasporto, generazione di vapore, scambio termico e come ingrediente principale. Di conseguenza, l’industria è chiamata ad integrare il trattamento dei residui risultanti nella catena di produzione e ad implementare tecniche volte a potenziare la produttività, la qualità e l’efficienza.

Complessità nella gestione e smaltimento dei rifiuti nell’industria alimentare

La gestione degli scarti derivanti dalle strutture di elaborazione del cibo e dai servizi di ristoro può essere impegnativa a causa della loro alta composizione di carboidrati, proteine, grassi e minerali. Ad esempio, i rifiuti prodotti dalle industrie del formaggio, dalle strutture di congelamento e disidratazione e quelle che si occupano della lavorazione di carni rosse, pollame e prodotti del mare possono risultare in una forte contaminazione delle risorse idriche e produzione di odori distintivi se non sono trattati correttamente.

Così, il materiale organico ottenuto da questi scarti deve essere sottoposto a processi di stabilizzazione biologica prima di essere liberato nelle acque esterne o nello scarico delle acque reflue.

Le conseguenze di uno smaltimento scorretto di rifiuti

L’eliminazione indebita di rifiuti può rappresentare una minaccia per la salute umana e per gli ecosistemi acquatici. Questi processi di trattamento si concentrano su metodi biologici destinati a ridurre il contenuto inquinante al minimo.

Regole italiane sulla gestione delle acque reflue industriali

Il Decreto Legislativo 152/2006 (“Norme sulla tutela ambientale”), sancisce Parametri di Emissione per le Acque Reflue Industriali.
In base al documento 3 dell’Appendice 5 della Sezione Tre, ci sono norme specifiche riguardo all’emissione massima per gli scarichi industriali nei corpi idrici di superficie e nel sistema di fognature. Le Regioni hanno l’autorità di stabilire parametri divergenti tenendo in considerazione le massime emissioni consentite e le tecniche più efficienti che sono a disposizione.

Restrizioni Addizionali per Settori Specifici
Leggi più severe possono essere applicate ai diversi settori industriali sotto il decreto legislativo 59/2005 (che implementa completamente la direttiva 96/61/CE per la prevenzione e diminuzione complessiva dell’inquinamento). Questo è particolarmente vero per le industrie alimentari di grandissima scala, in particolare quelle dedicate all’allevamento, macelli e aziende di elaborazione di prodotti di origine animale o vegetale.

Gestione Efficiente degli Effluenti

Gli effluenti devono rispettare i limiti di accettazione per le emissioni come definito dalle normative esistenti e rappresentano un elemento cruciale per il funzionamento delle stazioni di trattamento. Aziende e le organizzazioni di vigilanza devono assicurare che gli scarti siano gestiti in maniera efficace e veloce. L’accumulo temporaneo di rifiuti può attrarre parassiti e generare odori sgradevoli, diventando una fonte di disagio significativo e un imbarazzo visivo sia all’interno che all’esterno della struttura.

L’integrazione di processi di produzione con una gestione efficiente degli scarti (solidi, liquidi o gas) è vitale per la gestione dei rifiuti a costi ragionevoli.

Il Problema dei Rifiuti nell’Industria Alimentare

La problematica primaria dei rifiuti nel settore alimentare è che la materia organica può divenire un nutrimento per la proliferazione microbica. Con abbastanza cibo i microrganismi si riproducono velocemente riducendo l’ossigeno disciolto nell’acqua. L’acqua solitamente contiene circa 8 parti per milione (ppm) di ossigeno disciolto. Il livello minimo consigliato per il mantenimento della vita acquatica è di 5 ppm.

I pesci necessitano almeno di 5 ppm di ossigeno dissolto per sopravvivere; se la quantità di ossigeno si riduce al di sotto di questa soglia, rischiano di perire. Inoltre, se gran parte dell’ossigeno viene eliminato dall’acqua a causa dell’eccesso di materia organica, può instaurarsi una situazione anossica che porta a cattivi odori e imbrunimento dell’acqua. Questo fenomeno può verificarsi in ambienti che contengono proteine azotate o acque con alto contenuto naturale di solfati, dando origine ad acido solfidrico, noto per il suo odore sgradevole e capace di annerire le superfici.

Gestione dei Rifiuti e Sviluppo Industriale

L’elevato quantitativo di materia organica, quantificabile in termini di domanda biochimica di ossigeno

(BOD), rende necessario un attento trattamento dei rifiuti provenienti dal settore alimentare e della ristorazione. Le industrie che riversano nelle fognature acque con un alto BOD devono sostenere costi supplettivi, dovuti all’onere del trattamento dei reflui. Per questo motivo, numerose grandi imprese preferiscono gestire autonomamente, in tutto o in parte, i propri scarichi.

L’acqua, durante la lavorazione, svolge un ruolo fondamentale nel lavaggio dei prodotti, nella pulizia e nel trasporto dei residui al sistema di smaltimento dei rifiuti. Per la presenza di materia organica sospesa e disciolta, l’acqua residua deve essere sottoposta a specifici trattamenti.

Strategie di Eliminazione dei Rifiuti

Per stimare la quantità e valutare le caratteristiche dei rifiuti da gestire, ogni azienda necessita di un’accurata indagine interna sui propri processi.

Progettazione dell’Indagine

L’inizio di ogni indagine approfondita sull’eliminazione dei rifiuti si basa sull’analisi dei processi produttivi che ne sono alla base. È indispensabile esaminare i progetti aziendali che mostrano i percorsi di ingresso e uscita dell’acqua nell’organizzazione.

La disposizione del dispositivo di alimentazione, insieme alla cartografia delle condutture, dovrebbe illustrare in dettaglio le tubature designate per l’acqua pulita, il sistema idraulico delle acque grigie e dei servizi sanitari, così come i canali di scolo e le linee di drenaggio delle acque di scarico. È altresì fondamentale annotare le misure dei tubi, i loro punti di attacco, le forme di connessione agli impianti di produzione e la direzione del flusso di acqua all’interno dei disegni.

Analisi del Funzionamento dell’Impianto
Per questa indagine, è essenziale tenere in considerazione la programmazione operativa dell’impianto: la frequenza dei turni, la natura e il volume della produzione quotidiana, settimanale, mensile, stagionale e annuale. Tali dati possono essere ottenuti sottoponendo all’analisi i resoconti produttivi degli anni passati. È altrettanto rilevante esaminare le annotazioni referenti all’uso dell’acqua.

Valutazione Iniziale dei Residui
Un’attenta revisione iniziale della gestione dei rifiuti è cruciale per garantire che l’impianto sia in regola con la legislazione vigente in termini di gestione degli scarichi e misure di protezione ambientale.

Investigazione Preliminare

Un’indagine preliminare metodica può essere utilissima per determinare i requisiti e la collocazione di strumenti essenziali per un programma di monitoraggio ininterrotto. Tra i vantaggi evidenti, vi è la possibilità di rilevare ulteriori necessità di specifici procedimenti di trattamento dei rifiuti per essere in conformità con le normative ambientali, e di identificare i metodi più efficaci per fronteggiare il problema.

Realizzazione delle analisi
L’esaminazione dei processi di produzione dovrebbe fornire suggerimenti su quali elementi privilegiare nell’indagine preliminare. Potrebbe essere richiesto di condurre esaminazioni separate durante l’anno, se la tipologia e il volume dei prodotti elaborati nell’impianto cambiano notevolmente in diverse fasi annuali, come spesso accade in molte industrie alimentari, specialmente in quelle che lavorano frutta e verdura. Le tappe cruciali dell’indagine comprendono: stabilire l’equilibrio idrico, raccogliere campioni delle acque di scarico, e determinare il loro livello di inquinamento.

Calcolare il Bilancio Idrico

Nell’analisi del flusso delle acque reflue da differenti sorgenti, la determinazione può essere effettuata installando apparecchiature di misurazione in ciascuna delle tubazioni di ingresso

dell’acqua. Canali di Parshall, flumi rettangolari o triangolari e tubi Venturi sono alcuni esempi di dispositivi utilizzati a tale proposito. Calcolando il saldo idrico dell’intera struttura, siamo in grado di quantificare nel corso di un periodo specificato, il volume totale di acqua scaricata tramite le acque reflue, compresi i quantitativi persi a causa delle perdite di vapore, evaporazione e altre dispersioni, e anche quelli incorporati nei prodotti. La somma di questi volumi dovrebbe coincidere con l’ammontare di acqua inizialmente fornita alla struttura nel medesimo periodo di tempo. Questa strategia può essere cruciale per rilevare perdite significative o dispersioni d’acqua celate che potrebbero influire negativamente sulla manutenzione e comportare un aumento degli scarichi di acque reflue, riducendo di conseguenza i guadagni.

Metodi di Campionamento delle Acque Reflue

Il processo di raccolta di campioni dagli scarichi dovrebbe essere proporzionale alla velocità del flusso. I campioni ottenuti casualmente, ovvero prelevati da scarichi definiti senza tener conto delle variazioni di volume, portata e processi eseguiti, risulteranno di scarso valore per l’analisi delle caratteristiche effettive degli scarichi e possono persino produrre risultati fuorvianti. In contrasto, un campionamento statistico in relazione ai flussi, pianificato sia in fase di attività che di inattività, può offrire dati accurati sulle proprietà delle acque reflue prodotte dall’impianto.

Per garantire un campione rappresentativo, il dispositivo di campionamento dovrebbe essere posizionato nel sistema di scarico delle acque reflue. I campioni dovrebbero essere raccolti in punti dove i reflui sono uniformi, come ad esempio sotto un fiume o un canale. È fondamentale evitare errori di campionamento che possono derivare da una selezione non casuale del campione o da una dimensione insufficiente dello stesso.

Processo di Rilevamento dell’Inquinamento Idrico

La presenza di rifiuti solidi che si depositano a monte di una diga o l’accumulo di grassi immediatamente a valle, richiede l’estrazione di campioni d’acqua. Questi andrebbero prelevati vicino al cuore del canale e a una profondità che varia dal 20 al 30% sotto la superficie, là dove la velocità dell’acqua è abbastanza alta da impedire l’accumulo di solidi. Quando si tratta di fognature o canali lunghi e stretti, i campioni dovrebbero essere raccolti a una profondità del 33%, calcolata partendo dal fondo del canale verso la superficie.

Per una corretta identificazione dell’ossigeno disciolto, è importante minimizzare il movimento del campione durante raccolta e gestione. I residui degli impianti di trasformazione degli alimenti tendono a degradarsi rapidamente a temperatura ambiente. Pertanto, i campioni che non possono essere analizzati immediatamente devono essere raffreddati al più presto a 0-5 °C.

Determinazione dell’Ampiezza dell’Inquinamento

I rifiuti provenienti dalla produzione di frutta e verdura, gli scarti provenienti dagli impianti di lavorazione della carne e le operazioni di pulizia contribuiscono significativamente all’inquinamento. Questo materiale, costituito principalmente da frammenti di prodotti (i pezzi più grandi possono essere eliminati attraverso un processo di filtraggio), particelle fini e materiali organici che riescono a passare attraverso i filtri o che si mantengono in soluzione, tendono a richiedere ossigeno in una quantità superiore a quello disciolto nell’acqua.

Domanda Biochimica di Ossigeno (BOD)

La Domanda Biochimica di Ossigeno o BOD (dall’inglese Biochemical Oxygen Demand) è una tecnica comunemente adottata per quantificare il grado di inquinamento. Il BOD dell’acqua reflua, sia civile che industriale, è generalmente quantificato in termini di ossigeno (misurato in ppm) richiesto dai microrganismi aerobi per stabilizzare il materiale organico biodegradabile.

Il procedimento prevede la collocazione del campione in un container sigillato a una temperatura specifica per un determinato periodo. La stabilità totale può necessitare un periodo superiore ai 100 giorni a 20 °C. Tuttavia, questo lasso di tempo è scomodo per le analisi di routine, quindi sono impiegati metodi diversi.

Processo di incubazione di cinque giorni: una valutazione dell’AOAC

Seguito e approvato dall’Association of Officiai Analytical Chemists (AOAC), esiste un metodo che prevede un periodo di incubazione di cinque giorni. Spesso si riferisce a tale processo come BOD5. Va notato che tale valore serve principalmente per quantificare l’entità della sostanza organica biodegradabile, piuttosto che come un indicatore preciso dei rifiuti organici.

Analisi delle acque reflue naturali e industriali

L’acqua residuale domestica che non si mescola con i rifiuti industriali ha di norma un BOD di all’incirca 200 ppm. D’altra parte, l’acqua utilizzata nel trattamento degli alimenti può raggiungere valori significativamente superiori, spesso oltre 1000 ppm. Nonostante i livelli di BOD5 e solidi sospesi tendano a seguire schemi simili, il BOD5 non si correla rigidamente ai solidi sospesi.

Anche se il BOD rientra tra i metodi abituali per la rilevazione del livello di contaminazione dell’acqua ed è relativamente semplice da eseguire, richiede molto tempo ed è riproducibile solo a fatica. Test come COD (Domanda chimica di ossigeno) e TOC (Carbonio organico totale) risultano più celeri, affidabili e riproducibili.

COD: un modo alternativo per valutare l’inquinamento

La domanda chimica di ossigeno (COD) fornisce un’analisi dell’inquinamento attraverso l’ossidazione chimica, piuttosto che biologica, delle sostanze presenti nell’acqua con una soluzione di bicromato di potassio (K2Cr2O7). Dal momento che la sua natura è prevalentemente chimica, tale test riesce a rilevare anche sostanze non bio-degradabili, sfuggenti alla misurazione del BOD. Pertanto, quando un’impresa ha l’esigenza di monitorare le acque reflue da dirigere ad un impianto di depurazione esterno, le misurazioni di COD rappresentano un metodo efficace.
Le misure COD quotidiane fungono da riferimento per stabilire se ed eventuali momenti in cui un refluo con proprietà biologiche o chimiche può causare ostacoli al processo di depurazione. Questa analisi, tuttavia, non dà indicativi sulla presenza e la quantità di materia organica che può essere decomposta. Eccezion fatta per alcune molecole che non subiscono ossidazione in questo processo. Benché vi sia un grado di similitudine, non esiste una correlazione diretta tra il BOD5.1 e questo test. I risultati del COD sono fortemente associati ai solidi organici dissolti.

Ossigeno dissolto (DO, Dissolved Oxygen) e il suo ruolo

L’importanza della concentrazione di ossigeno disciolto (DO) negli effluenti e nelle acque di scarico è fondamentale, dato che può avere effetti nocivi sulla vita acquatica e rappresenta un elemento chiave nei sistemi di trattamento quali i bacini di ossigenazione. La quantità di DO può essere rilevata attraverso una titolazione iodometrica che fa uso di azide e permanganato per eliminare l’interferenza, rispettivamente, dei nitriti e degli ioni ferrosi. Tuttavia, questo metodo non è considerato molto affidabile.

Alternativamente, la misurazione del DO può essere condotta con l’utilizzo di elettrodi, metodi più rapidi e comodi rispetto alla titolazione iodometrica e applicabili nella maggioranza delle acque reflue industriali. Nonostante ciò, la presenza di certi ioni metallici, di ossidanti gassosi più potenti dell’ossigeno molecolare e di alte concentrazioni di detergenti può influenzare l’operatività di questi elettrodi.

Carbonio organico totale (TOC, Total Organic Carbon) e la sua misurazione

Il parametro TOC quantifica tutte le sostanze organiche. Precisamente, si basa sulla rivelazione del biossido di carbonio (CO2) generato dall’ossidazione catalitica a 900 °C del materiale solido presente nelle acque reflue. Questo metodo di valutazione dell’inquinamento è veloce, ripetibile ed altamente correlato ai test standard BOD5 e COD. Tuttavia, è complesso da eseguire e

necessita di attrezzature di laboratorio sofisticate. Risulta particolarmente efficace.

Lo scrutinio dei composti organici totali (TOC) diventa essenziale laddove la presenza di materiale solido è principalmente organica, richiedendo la valutazione di ampi volumi. Nonostante ciò, la spesa associata a queste indagini è spesso troppo elevata per le piccole imprese e quelle che operano su un piano stagionale.

Contaminanti nelle Acque di Scarico

I residui presenti nelle acque di scarico possono essere interpretati come inquinanti in quanto possono modificare i risultati di test precedenti. I depositi dell’evaporazione (solidi totali) e le frazioni organiche volatili e inerti (ceneri) vengono regolarmente controllati.

Solidi Sedimentabili

I solidi sedimentabili (SS) si stabilizzano al fondo entro un’ora. Generalmente, la loro presenza viene verificata mediante un cono di Imhoff graduato e viene rappresentata in mL/L; Quest’indicazione rivela la quantità di rifiuti solidi che si accumulerà nei serbatoi di decantazione e chiarificazione. L’esecuzione di questa indagine è semplice e può essere effettuata in loco.

Solidi Sospesi Totali
I solidi sospesi totali (SST), spesso indicati come solidi non filtrabili, vengono determinati filtrando un volume noto di acqua di scarico attraverso una membrana di filtro (fibra di vetro) in un crogiolo di Gooch. Il peso asciutto dei SST viene rilevato dopo un’ora a una temperatura di 103-105 °C.

Solidi Disciolti Totali
I solidi disciolti totali (SDT), o solidi filtrabili, sono ottenuti via evaporazione del campione filtrato o dalla distinzione tra il peso del deposito prodotto dall’evaporazione (solidi totali) e il peso del SST. È complesso disfarsi di queste sostanze inquinanti, risulta quindi cruciale essere consapevoli della loro esistenza. Il loro trattamento necessita l’interazione di microrganismi generalmente presenti che, assimilando tali inquinanti, li trasformano in biomassa.

Effetti degli Oli e Lubrificanti

Grassi, oli e lubrificanti sono pericolosi per la biota e risultano sgradevoli alla vista. La barriera sottile creata da questi materiali oleosi e grassi diminuisce l’interscambio tra aria ed acqua, risultando dannosa per i pesci e per altri organismi acquatici. Ancor più, gli uccelli d’acqua subiscono danni dalle patine di oli pesanti. Queste sostanze incrementano la necessità di ossigeno per completare il processo di ossidazione.

Turbidità: Quintessenza Optica Di Una Prova

La turbidità si riferisce. al fenomeno ottico che appare quando materiali in sospensione, come elementi organici, microrganismi e detriti di terreno, permeano un dato campione. Ciò provoca una diffusione o un’assorbimento di luce piuttosto che una sua completa trasmissione. L’indice di turbidità può essere quantificato con un dispositivo chiamato turbidimetro. Nonostante ciò, serve solo come indicazione terziaria del materiale sospeso. Un metodo più specifico per determinare tale materiale sarebbe l’approccio gravimetrico – basato sul peso delle particelle più che sulle loro caratteristiche ottiche.

Azoto: Forme E Impatto Sull’Acqua Residua

L’azoto nei rifiuti liquidi può variare in termini di stati di ossidazione, varia spaziando dall’ammonio ridotto al nitrato più ossidato. Alti livelli di composti a base di azoto possono rappresentare una minaccia per alcune specie vegetali. Gli elementi azotati più comuni nell’acqua sporca includono ammoniaca, proteine, nitriti e nitrati. Per determinare gli elementi in forma ridotta, come l’azoto organico e l’ammoniaca, è possibile utilizzare il metodo Kjeldahl per l’analisi dell’azoto totale (TKN). Tuttavia, per misurare le forme ossidate, vale a dire i nitriti e i nitrati, sono necessari test diversi.

Fosforo: Presenza E Rilevamento Nelle Acque Reflue

Il fosforo, presente nelle acque reflue come fosfato (ortofosfati e polifosfati), si può trovare in combinazioni sia organiche che minerali. Mentre le acque naturali ospitano solo piccole tracce di fosfati solubili, un’eccessiva presenza di questi composti può essere nociva per l’ambiente marino. Di solito, test di routine identificano esclusivamente l’ortofosfato solubile. L’analisi per fosfati totali, polifosfati e fosfati precipitati richiede il processo di conversione attraverso l’idrolisi acida in ortofosfati, che poi vengono determinati con un metodo colorimetrico. Questi test possono essere portati a termine da un esperto di laboratorio fornito dei corretti reagenti chimici e un colorimetro o uno spettrofotometro.

Zolfo: Il Suo Ruolo Nelle Acque reflue

L’incorporazione di biossido di zolfo nel pretrattamento della frutta o di bisolfito di sodio durante la fase di elaborazione può risultare in alti livelli di zolfo nelle acque reflue che possono contribuire all’inquinamento.

Monitoraggio dell’Inquinamento

In particolare, si osserva la predominanza di contaminanti sia sotto forma di ioni solfiti e solfati che di

precipitati. Vi è anche un aumento della necessità di ossigeno dovuto alla presenza di solfuri in acqua. I solfuri, associandosi con numerosi ioni metallici multivalenti, generano precipitati insolubili che possono decantare e successivamente essere eliminati nei sedimenti. Causando sapore e odore spiacevoli all’acqua, i solfuri necessitano di controllo, specialmente se l’acqua di scarico si riversa in un corso d’acqua utilizzato come fonte potabile. Tali composti possono essere identificati da un professionista dotato di strumentazione di base.

Gestione dei Rifiuti Solidi

I rifiuti solidi, costituiti da materiali di lavorazione superflui, scarti del trattamento delle acque reflue e rifiuti organici e inorganici, rappresentano una delle maggiori problematiche che l’industria alimentare deve affrontare. Le organizzazioni che producono alimenti in scatola, ad esempio, devono smaltire quasi il 65% delle materie prime in ingresso come rifiuto solido. Tradizionalmente, la modalità più frequente di smaltimento prevede che i rifiuti vengano imballati su camion e portati in discarica pubblica. Se il deposito non è facilmente raggiungibile, lo smaltimento dei rifiuti avviene all’interno dell’azienda stessa, con la conseguente creazione di problemi associati a odori e cattivi insetti.

Riciclo dei Rifiuti Solidi

Alcune strutture di trattamento si occupano del recupero dei rifiuti solidi attraverso il compostaggio. Il compost risultante può servire come fertilizzante o come correttivo del suolo, essendo composto in media per l’1,25% di azoto, lo 0,4% di fosfati e lo 0,3% di potassio. Alcune società pubbliche di gestione dei rifiuti elaborano e commercializzano rifiuti solidi per l’uso in agricoltura. Nel caso si adotti il compostaggio, è fondamentale stabilizzare la materia organica presente.

Processo di Compostaggio

L’atto di trasformare i rifiuti attraverso l’intervento di microrganismi specifici culmina nella produzione di humus. Quest’ultimo, proveniente dalla stabilizzazione dei rifiuti, possiede potenziali proprietà fertilizzanti e ammendanti. Il protocollo base del compostaggio si sviluppa attraverso quattro tappe principali:

1. Trasformazione degli Rifiuti Solidi: Per favorire l’attività dei microrganismi sul materiale organico, i rifiuti solidi vengono frantumati o ridotti in polvere.
2. Accumulo dei Rifiuti: I detriti frantumati si raccolgono in cumuli di altezza e larghezza approssimativamente di 2 metri e 3 metri rispettivamente.
3. Fornitura di Aria: È imprescindibile garantire una ventilazione estesa e profonda.
4. Considerazioni Finali: Successivamente alla ventilazione prolungata, il compost subisce un’ulteriore triturazione.

Il procedimento di compostaggio può essere velocizzato tramite l’introduzione di microrganismi selezionati. Questa fase, che si realizza mediante microrganismi termofili aerobi presenti nei detriti, si compie in un intervallo di tempo che oscilla tra i 10 e i 20 giorni, in relazione alla temperatura e alla composizione dei rifiuti.

Sfruttamento Dei Rifiuti Alimentari

Oltre al compostaggio, numerosi rifiuti provenienti dal settore alimentare possono essere disidratati e

macinati per l’utilizzo come foraggio. Ad esempio, gli scarti derivanti dalla lavorazione dei pomodori, i residui da produzione di alcool, gli scarti degli agrumi, possono essere essiccati e impiegati come mangime animale, dato che sono ricchi di vitamina B e proteine.

Anche il siero proveniente dalla trasformazione del latte ha un utilizzo significativo nell’industria mangimistica.

Gestione dei Rifiuti Liquidi

In tutte le fasi di manipolazione, trasformazione, confezionamento e conservazione di prodotti alimentari si generano acque reflue. Le caratteristiche, la capacità inquinante, la quantità e la tipologia dei composti presenti in queste acque portano implicazioni sia economiche sia ambientali legate alla loro trattabilità ed eliminazione.

L’impronta economica è determinata dall’entità dei rifiuti generati durante le lavorazioni e dai costi associati alla loro gestione. Le caratteristiche principali che incidono sui costi di trattamento delle acque reflue sono il grado di inquinamento e il volume giornaliero dei rifiuti liquidi.

Gestione ed Ottimizzazione dei Processi di Depurazione

Trasformando le acque di scarto attraverso metodi di depurazione biologica, si riducono i solidi grazie a procedure come la filtrazione e la decantazione. Tuttavia, alcune società di elaborazione tralasciano il passaggio della decantazione prima di trasferire queste acque nei circuiti di smaltimento pubblico. Questa omissione conduce a un aumento dei solidi disciolti, che crea ostacoli alla depurazione, amplificando gli incarichi di manutenzione e i requisiti energetici delle stazioni di depurazione, attribuibili alla densità crescente dei rifiuti liquidi.

Valorizzazione dei Materiali Solidi nei Reflui

I materiali solidi dominanti nei reflui provengono dai residui di operazioni di setacciatura, dai fanghi generati attraverso il processo di flottazione e dai processi biologici. Questi possono essere apprezzati come sottoprodotti, dato che c’è la possibilità di trasformarli in mangimi o fertilizzanti. Nota: i fanghi prodotti dalla flottazione chimica, essendo composti da coagulanti metallici, non possono essere sfruttati nelle diete animali.

Ottimizzazione dell’Uso dell’Acqua e Recupero dei Materiali

I reflui possono essere sfruttati attraverso riciclaggio, riutilizzo e separazione dei solidi. I benefici economici e di conservazione dell’acqua associati al recupero dell’acqua di scarico per un’industria, dipendono da diversi aspetti, tra cui: la presenza di strutture per il recupero dei

materiali dall’acqua, i costi per i trattamenti esterni, il valore sul mercato dei materiali recuperabili, le normative che stabiliscono le caratteristiche degli scarichi, i costi aggiuntivi per gli scarichi immessi nel sistema di smaltimento pubblico e la previsione dei volumi di acque reflue da produrre in futuro.

Efficienza Economica da Prodotto di Scarto

Il guadagno economico derivato dalla valorizzazione di sottoprodotti solidi, o di prodotti concentrati o liquidi, detti anche come impurità, determina la quantità di questi inquinanti che viene evitata nel sistema fognario. Un piano di riduzione dei volumi delle acque reflue dovrebbe considerare la rimozione e la spedizione dei rifiuti solidi organici attraverso metodi “a secco”, evitando lo scarico nelle fogne e facendo uso di quantità minime di acqua durante le attività di pulizia.

Impatto dei Detergenti e Disinfettanti sul Trattamento delle Acque Reflue

Le attività di scaricamento di disinfettanti e detergenti nel sistema di drenaggio creano problemi a causa della loro tossicità per i microbi presenti nelle strutture di depurazione. Nonostante ciò, l’effetto tossico di questi composti può essere attenuato mediante diluizione con acqua. Numerosi componenti utilizzati in detergenti e lubrificanti sono stati classificati come sicuri (note in inglese come GRAS – Generally Recognized as Safe) dalla Food and Drug Administration, paragonabili a molti additivi alimentari.

La principale sfida nella gestione delle acque reflue con residui di prodotti sanificanti è correlata alla variazione del pH e all’esposizione prolungata a minimi livelli di metalli pesanti. Tuttavia, i suddetti problemi possono essere regolati e i residui minimizzati attraverso un design efficiente delle strutture e un uso adeguato di disinfettanti e detergenti.

Influenza del BOD/COD sul Trattamento delle Acque Reflue

I detergenti e i disinfettanti inducono un incremento del BOD/COD a causa della presenza di tensioattivi, chelanti e polimeri così come acidi organici e alcali. Simili componenti, presenti anche nei lubrificanti utilizzati per le corde di trasporto, aumentano il BOD/COD dei reflui. Nonostante ciò, tali elementi costituiscono un contributo inferiore al 10% del BOD/COD nelle acque reflue di un’industria alimentare. La quantità d’acqua collegata alle attività di sanificazione può comporre fino al 30% del totale delle acque reflue generato da un’impresa alimentare. Considerando il lieve impatto sull’aumento del BOD/COD, una delle principali preoccupazioni riguarda il pH delle acque reflue derivanti da stabilimenti alimentari.

Implicazioni Ambientali delle Acque Reflue non Trattate

Se non trattate a dovere, le acque reflue che contengono sostanze biodegradabili che consumano ossigeno possono causare eutrofizzazione nei corpi d’acqua riceventi, alterando l’equilibrio ecologico dell’habitat acquatico.

Utilizzo di Coagulanti e Polimeri nel Trattamento delle Acque Reflue

L’introduzione di coagulanti e polimeri (derivati da cellulosa, amidi e zuccheri), permette la rimozione di oli e grassi attraverso il processo di flottazione, creando materiali che possono essere trattati nei.

Gestione e trattamento delle acque reflue

I digestori operano efficacemente in assenza di ioni metallici come il ferro e l’alluminio. Tuttavia, una sfida significativa quando si utilizzano questi strumenti è trovare un equilibrio tra il costo di operazione e i benefici derivati. Benché la riduzione dei rifiuti e il loro riutilizzo possano spesso rappresentare un investimento più conveniente rispetto agli impianti di depurazione delle acque reflue, molte industrie alimentari rilasciano scarichi che inquinano. Alcune di queste aziende, a causa della capacità limitata degli impianti di depurazione pubblici, devono invece adottare i propri sistemi di trattamento. È importante ricordare che le tecnologie per la depurazione delle acque reflue sono un settore in costante crescita e che richiedono una stretta collaborazione tra le autorità di regolamentazione, i produttori di impianti e le industrie alimentari.

Il pretrattamento delle acque reflue

Prima di introdurre gli scarichi industriali in un sistema di trattamento pubblico, spesso si rende necessario un pretrattamento. Ci sono delle specifiche linee guida che stabiliscono i limiti accettabili per lo scarico delle acque reflue nel sistema di depurazione e quindi definiscono la natura e lo scopo del pretrattamento necessario. Ad esempio, la legge americana pone delle restrizioni sui reflui provenienti da stabilimenti alimentari. Pur contendo raramente sostanze tossiche, questi scarichi possono a volte trasportare rifiuti che non sono trattabili negli impianti di depurazione o che possono causare blocchi e richiedere quindi interventi di manutenzione straordinari. Tra le sostanze che creano maggiori problemi ci sono oli e grassi, tessuti vegetali, animali e altri scarti. Pertanto, è fondamentale sottoporre a una separazione e a un pretrattamento, almeno parzialmente, il flusso di acque reflue, prima di immetterlo nel sistema di depurazione pubblico.

Se la quantità di acque reflue scaricate supera la capacità di trattamento dell’impianto pubblico, è responsabilità dell’impresa alimentare produttrice garantire un pretrattamento più efficace.

Valutazione delle opzioni per il trattamento dei reflui industriali

Negli scenari in cui si richiede un potenziamento o un’estensione del sistema di depurazione pubblico, la società deve ponderare tra l’assorbimento del costo di un trattamento avanzato dei reflui oppure il pagamento di un surplus per sviluppare il sistema pubblico in modo che soddisfi le proprie necessità. Il calcolo di questo surplus si basa su un prezzo unitario per volume, ulteriormente moltiplicato in base a variabili come BOD5, particelle solide in sospensione e grassi.

Imprese di minori dimensioni trovano spesso più economico implementare un trattamento minimo dei reflui, in grado di rispettare lo standard per l’ammissibilità delle acque reflue. Al contrario, le grandi aziende industriali considerano più avvantaggiata l’implementazione di trattamenti più completi rispetto a quello minimamente necessario per conformarsi alle norme vigenti. Per alcune grandi strutture, l’applicazione di pretrattamenti può attivare una riduzione della tariffa che pagano per lo scarico delle loro acque reflue. Strutture che trattano grandi volumi di acque reflue scelgono spesso di processare direttamente tutto il loro fabbisogno per eludere costi elevati o a causa dell’inadeguatezza del sistema di depurazione pubblico.

Vantaggi nel considerare trattamenti avanzati

Nell’esaminare l’opportunità di un trattamento previo più intenso di quanto richiesto per rispettare le norme minime, si dovrebbe considerare i seguenti benefici:

• I residui solidi e i grassi, prodotti durante la trasformazione di materiali vegetali e animali, possono avere un buon valore commerciale: richiesti da settori come la saponificazione, la produzione di mangimi e altre industrie, la riuscita nel recupero di questi rifiuti può trasformarsi in un’attività lucrativa, in più ciò diminuisce il volume delle acque reflue da trattare;
• Se le tariffe e i costi aggiuntivi per le acque reflue sono alti, un pretrattamento extra che ne riduca il volume può risultare conveniente dal punto di vista economico;
• La possibilità di essere contestati dalle autorità regionali diminuisce se l’impresa si allinea o supera i requisiti minimi di trattamento delle acque reflue.

Approfondimento sul trattamento avanzato dei rifiuti liquidi

L’adozione di un processo di depurazione preliminare comporta una significativa assunzione di responsabilità da parte dell’azienda nella gestione più efficace dei liquami. Tuttavia, si devono considerare anche alcuni potenziali svantaggi:

Gli impianti dedicati alla depurazione preliminare possono essere prezzo e accrescere notevolmente la complessità dei processi produttivi.
Possono comportare consistenti oneri economici legati alla loro manutenzione, controllo e registrazione dei processi di purificazione dei liquami.

L’importanza di un pretrattamento efficace

Qualora si decidesse di procedere con un pretrattamento, la sua implementazione dovrebbe essere basata sulle informazioni ottenute dalla valutazione iniziale relativa alla gestione dei rifiuti dell’impresa e l’analisi dei metodi disponibili per il riciclaggio dei rifiuti e la riutilizzazione

delle acque. Questi elementi sono fondamentali per identificare ed elaborare il metodo più opportuno e per calcolare i relativi costi. I costi, inoltre, dovrebbero includere anche specifici elementi del pretrattamento come l’implementazione dell’aria per la flottazione e i depuratori d’olio. Pertanto, le spese principali affrontate dall’azienda, legate alla riduzione dei rifiuti e al riciclaggio dell’acqua, dovrebbero essere calcolate tenendo conto delle previsioni di diminuzione del flusso, BOD5, solidi in sospensione e grassi.

Metodi comuni di pretrattamento dei reflui

Le tecniche di pretrattamento più diffuse riguardano l’armonizzazione del flusso e la separazione dei solidi in sospensione e del materiale flottante. Per ampliare l’efficienza di questa procedura, si implementano regolarmente calce [Ca(OH)2] e allume [A12(SO4)3], cloruro ferrico (FeCl3) o polimeri specifici. Per facilitare l’effetto di queste sostanze, si utilizzano a volte agitatori con pale. Di solito la separazione avviene mediante gravità o flottazione d’aria. Schermi vibranti, rotanti o statici vengono impiegati prima della fase di separazione per concentrare i solidi galleggianti o già sedimentati.

L’unificazione e la neutralizzazione del flusso sono implementate per minimizzare le variazioni di portata nel flusso dei liquami. Per conseguire questo obiettivo, sono necessarie un’area di raccolta e un sistema di pompaggio adeguato.

Bacino di Accumulo

Il trattamento diretto delle acque reflue o il loro scarico in un sistema di fognatura pubblico, dopo un adeguato pretrattamento, può rivelarsi economicamente conveniente per le società di trasformazione. A questo scopo, un bacino di accumulo consente di raccogliere le acque reflue, per la successiva riciclabilità o riutilizzo, e di trasferirle all’unità di trattamento in modo fluente e senza interruzioni durante l’intero giorno. Questa procedura presenta un flusso entrante variabile e un flusso uscente stabile. Possibili opzioni per i bacini di equalizzazione possono essere gli stagni o le vasche in cemento o acciaio, che spesso non necessitano di coperchio. Sincronizzare il flusso delle acque reflue provenienti dal ciclo di produzione con la capacità standard dell’unità di trattamento esistente è fondamentale.

Grigliatura
La grigliatura è prevalentemente utilizzata come metodo di pretrattamento. Questo processo può essere eseguito mediante griglie vibranti, statiche o rotanti. Le prime due sono spesso preferite poiché permettono il trattamento di una maggiore quantità di acque reflue contenenti una quantità superiore di sostanze organiche. Questi dispositivi sono particolarmente adatti per l’operatività su un flusso continuo (con rimozione costante dei residui solidi) e sono disposti in una

vasta gamma di formati meccanici e dimensioni delle reti. Durante il pretrattamento le dimensioni delle maglie variano dai 12,5 mm, nelle griglie statiche, fino a 0,15 mm, nelle griglie vibranti circolari ad alta velocità. Per raggiungere l’efficacia desiderata nella rimozione dei solidi, in alcuni casi vengono utilizzate differenti tipologie di griglie in combinazione.

Sgrossatura
Il metodo della sgrossatura viene utilizzato per l’eliminazione dei materiali solidi galleggianti grossolani, i quali vengono in seguito raccolti e avviati per il riciclaggio o lo smaltimento. L’efficienza di separazione dei solidi può essere potenziata aggiungendo calce, cloruro ferrico o alcuni polimeri. L’agitazione meccanica attraverso le palette può essere utile a questo fine.

L’obiettivo fondamentale del trattamento primario è l’eliminazione degli elementi sospesi nelle acque di scarico. Sono ampiamente utilizzati metodi di sedimentazione e flottazione.

Sedimentazione
Il processo di sedimentazione è primariamente impiegato per depurare le acque di scarto dai solidi in essi presenti, che sono solitamente carichi di componenti che si sedimentano facilmente. Le griglie di filtro preliminari e la sedimentazione primaria possono eliminare circa il 40-60% di questi solidi, equivalenti a circa il 25-35% del carico totale di BOD5. Parte dei solidi estraibili sono statici e quindi non contati nel BOD. I bacini di sedimentazione, per lo più a forma rettangolare o tonda, sono abitualmente usati nel trattamento primario. Vari sedimentatori presentano lenti raccoglitori rotanti forniti di palette, che raccolgono i sedimenti sul fondo della vasca e rimuovono la schiuma da superficie.

Quando si progetta un sistema di sedimentazione, bisogna garantire che la vasca riduca al minimo il tempo di fermo delle acque di scarico. Un altro aspetto cruciale è la temperatura delle acque di scarico, che può influenzare la sedimentazione. Infatti, potrebbero crearsi correnti convettive che contrastano la caduta delle particelle. Nel corso della sedimentazione, i grassi vengono eliminati mediante la rimozione della schiuma di superficie.

Flottazione
Questa tecnica permette di sottrarre dalle acque di scarico oli, grassi ed altri elementi sospesi. L’ampio utilizzo dell’estrazione per flottazione nell’industria alimentare si deve principalmente alla sua efficacia nel rimuovere le sostanze oleose.

La flottazione con insufflazione d’aria sottrae le particelle sospese nelle acque di scarico, utilizzando minuscole bollicine d’aria. Si aggiungono polimeri e flocculanti per facilitare la separazione dei grassi, oli e lubrificanti dal liquido.

Metodo di Separazione delle Particelle nell’Acqua Tramite Flottazione

Nell’ambito della purificazione dell’acqua, l’aggregato di particelle che si lega a bolle d’aria esibisce un peso specifico inferiore a quello del liquido. Di conseguenza, queste particelle si dissociano dall’acqua spostandosi in alto, rimanendo attaccate alle bolle. Il ritiro successivo di queste particelle flottanti rende l’acqua purificata. Tale metodologia comporta lo stadio fondamentale di mescolanza dell’acqua in trattamento con un effluente già depurato e riciclato, premendo l’aria all’interno di un recipiente.

Posta sotto pressione, questa miscela viene introdotta nel contenitore di chiarificazione. La decompressione scatena l’emissione di piccole bolle d’aria, che si incamminano verso la superficie dell’acqua e, nel loro percorso, raccolgono le particelle in sospensione.

Genesi delle Bolle d’Aria nella Flottazione

Le bolle d’aria, essenziali per l’eliminazione di oli e particelle sospese nel corso della flottazione, possono originarsi in tre differenti modi nelle acque in trattamento. Tali modalità includono l’utilizzo di turbine o diffusori d’aria per produrre bolle sotto pressione atmosferica; la saturazione del liquido con aria seguita dalla creazione di un vuoto nella miscela risultante; oppure, la saturazione dell’acqua con aria ad alta pressione e la successiva decompressione della miscela.

Generalmente, prima dell’inizio del trattamento di flottazione, le acque reflue vengono trattate con agenti flocculanti. Questo processo è molto utilizzato grazie alla sua rapidità e alla capacità di eliminare particelle solide con densità simili o inferiori a quelle dell’acqua. Tuttavia, tale tecnica necessita di significativi investimenti e comporta costi di gestione elevati, specialmente per quanto riguarda gli additivi chimici e i trattamenti dei fanghi.

Contributo dei batteri e Trattamento dei Fanghi

I procedimenti basati sulla flottazione consentono la persistenza dei batteri in quantità adeguata per favorire la biodegradazione degli inquinanti presenti nell’acqua. Per attuare la disidratazione dei fanghi, questi sistemi possono includere dispositivi come i filtri pressa a nastro. Una volta raccolti, gli oli e i grassi galleggianti possono essere processati chimicamente e successivamente trattati, ricorrendo ad un procedimento di distinzione.

La flottazione è un metodo essenziale utilizzato nelle industrie alimentari per la separazione di solidi-liquidi. Queste aziende generano acque reflue ricche di grassi e oli, per le quali la flottazione diventa un componente cruciale del processo di gestione dei rifiuti. Un tempo, la generazione di correnti turbolente rendeva la flottazione problematica. Ora, tuttavia, grazie ai moderni sistemi di flottazione, questo inconveniente è stato superato.

Gestione Efficiente dei Flussi e della Separazione dei Materiali

Grazie all’introduzione di deflettori verticali, noti come lamelle, è possibile prevenire la creazione di correnti sfavorevoli e vortici. Questo, associato ad un adeguato sistema di alimentazione, ottimizza la separazione solidi/liquidi, permettendo una maggiore concentrazione di solidi nelle pectine gravitative e migliorando la qualità del refluo nei chiarificatori gravitazionali.

I fanghi generati dal processo di trattamento primario contengono una percentuale di solidi che varia dal 2 al 6%, che dovrebbero essere condensati prima dello smaltimento finale. La gestione e l’eliminazione dei fanghi che non trovano applicazione come fertilizzanti o altre funzioni pratiche rappresentano le spese più significative nel processo di trattamento delle acque reflue.

Riutilizzo dei Fanghi e Tecniche Biodegradative

Alcuni processi di depurazione biodegradano la gran parte del materiale organico e producono limitate quantità di fango, portando alla riduzione dei costi di trattamento e smaltimento. Se il fango viene recuperato come sottoprodotto, il costo dell’eliminazione si riduce, e il suo valore può generare un profitto sufficiente per coprire gli altri costi associati al trattamento. Inoltre, i fanghi possono essere trattati attraverso processi di ossidazione biologica per il loro smaltimento finale. Un approccio sviluppato in precedenza prevede l’uso di coagulanti derivanti dall’amido di mais per separare oli, grassi e solidi in sospensione dalle acque reflue prima dello smaltimento.

Trattamento e gestione delle acque reflue

Promuovendo la coagulazione di molecole di grasso e particelle solide, la fusione e l’eliminazione di questi elementi diventa più semplice. L’ammassamento di grassi e solidi generato dal processo di flottazione può essere processato ulteriormente attraverso il rendering.

Nel processo storico di trattamento delle acque reflue, l’eliminazione di particelle solide da fluidi era un passaggio fondamentale. Oggigiorno esistono dispositivi che impiegano tecniche di circolazione chiusa per filtrare l’acqua prima che raggiunga i dispositivi di raffreddamento, facendola passare attraverso una serie di filtri prima di ritornare verso i dispositivi di raffreddamento. In tutto questo, le Particelle organiche vengono catturate dai filtri, consentendo il riutilizzo dell’acqua. Inoltre, l’acqua che contiene fino al 3% di composti organici può essere riciclata utilizzando essiccatori a dischi, che concentrano le particelle solide in forma di polvere, mentre il vapore prodotto può essere indirizzato verso sistemi di evaporazione e utilizzato come fonte di energia.

Il fango che deriva dai serbatoi di stabilizzazione rappresenta un ulteriore fattore problematico a causa della presenza di composti chimici, organici e inorganici, che si formano in seguito alla decomposizione

delle acque reflue. Perciò, prima dell’eliminazione dei sedimenti, è necessario effettuare un’analisi dettagliata delle acque reflue, preparando una fase di stabilizzazione microbica dei sedimenti prima del loro riutilizzo come fertilizzanti.

Problematiche nella gestione della flottazione

Il processo di flottazione può presentare complicazioni a causa della mancanza di sincronia tra il team di produzione e quello di gestione del flusso. Una delle difficoltà più comuni è l’introduzione di acque reflue in grandi quantità e a temperature troppo alte in maniera eccessivamente rapida, che causa picchi nelle volumetrie, nelle temperature e nel carico di agenti inquinanti che raggiungono il stadio di flottazione. Questo compromette il meccanismo biologico, ostacola il processo di depurazione e incrementa la presenza di inquinanti.

Trattamento Secondario

Il trattamento secondario più comune riguarda la decomposizione del materiale organico.

Processi di Trattamento dei Rifiuti Biologici

La trasformazione dei rifiuti avviene spesso attraverso l’ossidazione biologica o attraverso processi batterici. I metodi di trattamento secondario spaziano dall’impiego di stagni biologici all’uso di procedure con fanghi attivi, e potrebbero includere anche un processo chimico per l’eliminazione di fosforo e azoto o per stimolare la flocculazione dei solidi.

Il Ruolo degli Stagni Biologici

Tipicamente, gli stagni biologici, anche noti come lagune, sono contenitori costruiti nel terreno che ospitano un mix di acqua e rifiuti. Questo miscuglio viene costantemente rimosso senza vuotare completamente lo stagno. La struttura di questi stagni è solitamente simile, circondati da muri o elevazioni del terreno per prevenire lo straripamento e le fuoriuscite. La profondità varia a seconda della quantità di rifiuti da trattare, con una tolleranza aggiuntiva per far fronte a eventi imprevisti come intemperie.

La Profondità degli Stagni Biologici

La profondità extra, mantenuta priva d’acqua, viene tipicamente calcolata in base al livello di precipitazioni registrate nell’arco di 24 ore durante la più brutta tempesta degli ultimi 100 anni o nel mese più piovoso degli ultimi 25 anni. Viene garantito un ulteriore spazio per tener conto delle fluttuazioni causate dal vento e dalla formazione di onde.

La Forma degli Stagni Biologici

Gli stagni di forma quadrata o circolare facilitano la mescolanza ed in genere sono meno onerosi da costruire. In caso di stagni rettangolari, un rapporto di 3:1 tra lunghezza e larghezza è raccomandato. È sconsigliata la presenza di bacini molto stretti, separati dal corpo principale, in quanto possono incentivare l’insorgere di zanzare. Sebbene la profondità degli stagni sia generalmente di circa 3 metri, stagni più profondi necessitano di meno spazio, favoriscono la mescolanza e riducono l’emissione di odori.

Impermeabilizzazione degli Stagni Biologici

È cruciale rendere gli stagni impermeabili, con terreno argilloso pressato o rivestimenti industriali, per evitare infiltrazioni che potrebbero portare alla contaminazione delle acque sotterranee. Uno stagno sarà considerato a prova d’acqua se le sue superfici e il fondo presentano un coefficiente di conducibilità idraulica non maggiore di IO-7 cm/sec.

È usualmente ritenuto adeguato uno spessore di 30 cm per la barriera di argilla, tuttavia le prescrizioni legislative possono differire. La profondità del lago determina la necessità di uno strato impermeabile più o meno spesso. Quando ci si appresta a decidere la collocazione di un lago, è fondamentale tener conto del tipo di terreno, nonché della posizione delle falde acquifere e del substrato di roccia.

Importanza del trattamento primario e secondario dei rifiuti

Nonostante il trattamento primario rimuova i materiali solidi che possono essere raccolti con un vaglio e quelli che sedimentano facilmente, nei rifiuti permangono i solidi in soluzione. L’obiettivo centrale del trattamento secondario è continuare l’eliminazione del materiale organico e generare

un effluente con livelli bassi di BOD e di solidi in sospensione.

I microrganismi più comunemente coinvolti nel processo di ossidazione biologica dei solidi sono quelli naturalmente presenti nelle acque e nei terreni. Questa popolazione di micro-organismi è capace di assimilare parte dei solidi in soluzione, trasformandoli in prodotti finali ossidati come CO2 e acqua, o incorporandoli in biomassa, che poi può essere eliminata.

La flora microbica e la sostanza organica assimilata proseguono la loro degradazione aerobica durante la fase di respirazione endogena, attraverso la seguente reazione:
C5H7O2N + 5O2 -» 5 CO2 + 2 H2O + NH3

Queste reazioni necessitano di ossigeno. Post-trattamento, la biomassa in sospensione viene separata dall’acqua attraverso sedimentazione gravitazionale.

Gestione di solidi in sospensione e carico inquinante

Parte dei solidi in soluzione e dei materiali solidi sospesi di piccole dimensioni, in forma di particelle colloidali o sovracolloidali, evitano la sedimentazione secondaria. Se il carico inquinante è troppo alto, prima di essere scaricato il rifiuto deve essere soggetto a filtrazione o a chiarificazione con l’aggiunta di agenti chimici flocculanti.

Stagni anaerobici

Gli stagni anaerobici possono essere di tipo singolo stadio o multi-stadio. I disagi degli stagni a stadi multipli derivano principalmente dai maggiori costi per la costruzione e l’acquisto di terreni necessari.

Gestione delle acque stagnanti: vantaggi e richieste di manutenzione

Questo tipo di sistema di raccolta delle acque reflue possiede una serie di benefici notevoli:

• Diminuzione di detriti galleggianti nel secondo e terzo livello, che riduce i blocchi del sistema di riciclo o della pompa di irrigazione;
• Prevenzione di eventuali inondazioni nel primo bacino, che solitamente raccoglie una più grande quantità di acqua residuale;
• Mantenimento di una conta batterica adeguata per il trattamento delle acque reflue;
• Trattamento più efficace e completo delle acque reflue.

Avviamento e mantenimento dello stagno

L’inizio del funzionamento dello stagno dovrebbe essere pianificato accuratamente per ridurre al minimo lo stress biologico dei microrganismi presenti, che necessitano di tempo per adattarsi. Dato che i batteri anaerobici hanno un tasso di crescita lento, potrebbe richiedere oltre un anno affinché lo stagno raggiunga una maturità completa. La partenza dello stagno dovrebbe avvenire alla fine della primavera o in estate per favorire l’insediamento batterico durante la stagione più calda, e l’aumento del carico di acque reflue dovrebbe essere attuato gradatamente, in un periodo di 2 o 3 mesi.

Gestione del livello del liquido e rimozione dei fanghi

Con le precipitazioni, il livello di liquido degli stagni aumenta nel tempo e, pertanto, necessita di uno svuotamento periodico. Solitamente, bisogna mantenere il 40-50% del volume attivo dello stagno, e lo svuotamento deve avvenire preferibilmente nei mesi più caldi per garantire che i batteri cercano di moltiplicarsi senza cadere al di sotto della concentrazione minima efficace. In stagni con più stadi, l’effluente deve essere rimosso dalla fase finale.
Dopo un periodo tra i 10 e i 20 anni, è necessario rimuovere i fanghi accumulati per evitare un sovraccarico biologico. Ci sono tre metodi per la rimozione dei fanghi. Il primo approccio richiede l’agitazione dei fanghi con un dispositivo specifico, per sospenderli nell’acqua e poi pomparli fuori una volta completamente miscelati; qualsiasi residuo di fango tornerà a sedimentare dopo aver interrotto l’agitazione. Il secondo metodo coinvolge l’uso di una draga flottante che attraversa lo stagno, mentre una pompa posizionata sulla draga trasferisce i fanghi ad un’altra pompa posizionata sulla riva.

Metodo di gestione dei fanghi

Una pompa avversaria somministra i fanghi ad uno stoccaggio o li disperde nel suolo.  Un metodo diverso prevede il trasferimento del fluido in una riserva separata, così da lasciare i fanghi superflui disidratarsi spontaneamente. Nonostante ciò, è un meccanismo dilatato nel tempo, che può necessitare di un considerevole lasso temporale.

Trattamento e stabilizzazione dei fanghi

I fanghi, originati sia dal procedimento primordiale sia dal successivo, solitamente richiedono un progressivo equilibrio prima dell’eliminazione definitiva. Vasche anossiche e ossidative, frequentemente identificate come bacini di consolidamento, sono adibite sia alla purificazione delle acque di scarico che alla solidificazione dei fanghi. Questo metodo di sanificazione si è consolidato prevalentemente a partire dagli anni ’50 per via dell’esiguità dell’investimento richiesto, dei ridotti costi di esercizio e della semplicità nella gestione. Le vasche anossiche e ossidative non sono appropriate per aree in cui i costi dei terreni sono eccessivi o per quantità di acque di scarto di grande entità.

Principi di funzionamento di laghetti biotici

I fondamenti operativi dei laghetti biotici sono l’ossidazione vitale e la sedimentazione dei solidi. I solidi disciolti, sospesi e sedimentati si trasformano in gas (come l’ossigeno, l’anidride carbonica e l’azoto), acqua e biomassa (in forma di microbiota, flora e fauna). I laghetti equalizzano i flussi di scarti diretti ad altre strutture di trattamento o a corpi acquatici destinatari.

Caratteristiche degli stagni anossici

La profondità degli stagni anossici oscilla tra i 2,5 e i 3 metri; il rapporto tra superficie e volume dovrebbe essere il minore possibile. Le condizioni anossiche sono indotte nel bacino per la presenza di ingenti carichi organici: in queste situazioni, la sostanza organica è metabolizzata da batteri anossici. Il carico è indicato in termini di BOD5, COD, SS o altre unità di misura per unità di volume; i carichi organici di superficie variano da 225 a 1120 kg BOD5/ha/giorno. È necessaria una temperatura di funzionamento di almeno 22°C, con un periodo di trattenimento che varia da 4 a 20 giorni.

Concetto di trattamento delle acque reflue

Comunemente il BOD si aggira tra il 60-80%, variando a seconda del BOD primario e della durata della ritenuta. Vengono utilizzate vasche anaerobiche per il trattamento principale o supplementare delle acque reflue profuse di carichi biologici, o per la gestione dei fanghi. Normalmente questi bacini sono succeduti da stagni aerobici o filtri di percolazione, dal momento che le acque reflue da questi contengono ancora una notevole quantità di sostanze organiche, per esempio, oltre a 100 mg di BOD5.

Processi di trattamento biologico

Vi sono processi che implicano l’associazione di procedure anaerobiche e aerobiche. Un bioreattore anaerobico a totale processamento fornisce una condizione favorevole per il smantellamento di composti organici in CO2, CH4 e altri elementi organici più semplici. Questo bioreattore, noto come digestore, diminuisce il BOD5 dell’85-95%. I gas che se ne distaccano contengono circa il 65-70% di CH4. L’acqua di scarico viene successivamente condotta a un reattore aerobico per un ulteriore trattamento.

Il flusso di acqua trattata e separazione batterica

La procedura descritta prima prevede il movimento delle acque depurate in condizioni anaerobiche verso un serbatoio dedicato alla deflazione del gas e alla flocculazione. Successivamente, l’acqua viene avviata verso un sedimentatore lamellare, dove i microrganismi anaerobici vengono separati e restituiti al digestore. La parte acquosa scorre grazie alla gravità in un bacino di aerazione dove delle attrezzature meccaniche riforniscono ossigeno. Poiché la fase di aerazione necessita di eliminare solo dal 5 al 15% del BOD5 originale, l’esigenza energetica aerobica risulta ridotta.

Specializzazione del processo di trattamento

Questo metodo implica la successiva sedimentazione dei fanghi aerobici nel sedimentatore finale, con ritorno al bacino di aerazione. I fanghi che superano la quantità necessaria vengono rimessi nel circolo del digestore, dove facilitano l’attività batterica e subiscono una decomposizione. L’associazione di procedure anaerobiche e aerobiche permette una gestione significativa delle variazioni nel refluo. Infatti, il processo anaerobico risponde lentamente a tali modifiche a causa della bassa velocità di crescita dei microrganismi anaerobici. Tuttavia, l’incremento più celere dei microrganismi aerobici facilita.

Gestione di carichi elevati in fluidi anaerobici

Aerazione e circolazione sono determinanti nello aerazione degli stagni. L’utilizzo di apparecchiature meccaniche che iniettano aria atmosferica favorisce il processo di ossidazione biologica. Gli agitatori meccanici, espressamente progettati per forzare l’aria sotto la superficie dell’acqua, in sinergia con le correnti orizzontali, producono una saturazione di ossigeno disciolto di 1-3 mg/L, ideale per affrontare un carico organico superficiale fino a 450 kg BOD5/ha/giorno. Grazie alla posizione sottomarina, non vi è pericolo di congelamento o ostruzione. Il contesto operativo degli stagni aerati risulta diversificato, potendo essere divisi in sottocategorie quali aero-anaerobico, parzialmente sospeso, noto anche come facoltativo, o completamente sospeso.

Riduzione del carico organico

A causa del processo di aereazione, il 20% del BOD inserito in uno stagno aerobico viene convertito in fanghi solidi. L’effetto di riduzione del BOD può variare dal 70 all’90%. In particolare, negli stagni facoltativi, i solidi generati vengono parzialmente degradati come fanghi anaerobici sul fondo dello stagno, mentre gli effluenti completamente miscelati necessitano di un trattamento addizionale, come chiarificazione o bacini di finitura.

Utilizzo di filtri percolatori

In aggiunta, l’applicazione di filtri percolatori – composti da uno strato di materiale inerte normalmente di ghiaia, su una base filtrante – consente di far scorrere le acque reflue in una pellicola sottile, portando alla riduzione di BOD e SS attraverso azione batterica e ossidazione biologica grazie a microrganismi aerobici come la zooglea che si sviluppa sulla superficie del filtro. Il sistema di degradazione biologica non si differenzia molto da quello dei fanghi attivi, se non per il fatto che nei filtri i batteri aerobi formano un biofilm sul materiale inerte. L’aerazione è assicurata dall’esposizione all’atmosfera delle ampie superfici di acque reflue. Con una quantità adeguata di solidi, il processo procede in modo efficiente.

Sistema di Filtri Percolatori per il trattamento delle acque reflue

Qualora la quantità di solidi nelle acque reflue oltrepassi i 100 mg/L, è necessario introdurre una fase di trattamento primario prima del processo di filtrazione. L’efficacia del sistema di filtri percolatori può essere soggetta a modificazioni in base a fattori quali la temperatura, le proprietà delle acque reflue, il volume dell’afflusso idraulico, la natura del materiale inerte e la profondità del filtro.

L’importanza del materiale di riempimento del filtro, ossia la sua dimensione, l’area superficiale e lo spazio vuoto, così come il volume dell’afflusso idraulico, hanno un impatto considerevole sull’efficienza del filtro percolatore, più di altri elementi. Lo smaltimento di solidi mostrerà un grado di efficienza relativamente instabile, senza tenere in considerazione un vasto intervallo, dal carico organico superficiale.

L’uso di un materiale di riempimento in plastica, che presenta una maggiore area superficiale e una maggiore quantità di spazio vuoto rispetto ai materiali rocciosi, ha favorito uno sviluppo significativo nella progettazione e nell’efficienza dei sistemi di filtrazione. Questa forma di trattamento è stimata come la più semplice in termini operativi, e prevede una manutenzione degli impianti più agevole rispetto ai sistemi a fanghi attivi.

Impianti a Fanghi Attivi

I sistemi a fanghi attivi sono in larga misura utilizzati per il trattamento delle acque reflue. Questo metodo necessita di un reattore, come una vasca o bacino di aerazione, un sedimentatore e un sistema di pompe per riciclare una parte del fango sedimentato al reattore e smaltire la parte rimanente (fango eccedente). Il trattamento primario non è obbligatorio in questo processo.

In questa operazione, una quota del fango che si deposita nel sedimentatore è riprocessata e miscelata con le acque reflue in entrata nel reattore. Di conseguenza, la concentrazione di solidi biologici risultanti è molto più elevata rispetto a quella che si otterrebbe senza questo riutilizzo. La definizione di “fanghi attivi” è dovuta al fatto che i fanghi riutilizzati contengono microrganismi capaci di degradare attivamente la sostanza organica all’interno delle acque reflue da trattare. Questa soluzione di acque reflue in entrata e di fanghi riutilizzati è denominata miscela aerata. Il processo a fanghi attivi è frequentemente considerato come un sistema.

Processo Biologico di Ossidazione e Purificazione dell’Acqua

In termini di trattamento delle acque, la tecnologia a letto fluido indica un sistema di ossidazione biologica, mentre il dispositivo a letto fisso è comunemente riferito al metodo di filtraggio percolante. Progettato appositamente per lo smaltimento continuo dei rifiuti domestici, il tradizionale procedimento dei fanghi attivi è estremamente efficiente nel rimuovere tutti gli elementi organici presenti nelle acque reflue. Tuttavia, questo metodo non è altrettanto efficace nel rimuovere i solidi inorganici sciolti.

Al fine di favorire la miscelazione, il sistema può sfruttare sia gli aeratori di superficie, sia i diffusori d’aria. Questo processo implica un’interazione tra gli influenti organici e i fanghi attivi, causando una decomposizione biologica dalla fase d’ingresso allo stadio di scarico del reattore. Il periodo di permanenza all’interno del reattore oscilla tra le 6 ore e i 3 giorni, basandosi sul livello di inquinamento delle acque reflue e sui protocolli operativi implementati.

Dinamiche del Processo

Appena i fanghi attivi vengono a contatto con i reflui in ingresso, c’è un intervallo breve, inferiore a 30 minuti, durante il quale la parte particellare presente nei residui viene velocemente assorbita dalla matrice gelatinosa dei fanghi di riciclo, rimuovendo così una quantità significativa della domanda biochimica di ossigeno. Le risorse elettriche e meccaniche necessarie per l’aerazione in un sistema di fanghi attivi tendono ad essere piuttosto costose, con un alto consumo energetico.

Efficienza e Varianti del Processo

Questo metodo può ottenere un’elevata efficienza, con valori che variano dal 95% al 98%, e può essere adattato per eliminare l’azoto e il fosforo senza il ricorso a prodotti chimici. Un’opzione di questo sistema è costituita dalle piante di fanghi attivi ad aerazione diffusa, utilizzate principalmente nelle trincee di ossidazione Pasveer e Carrousel. Queste ultime servono larghe aree urbane e sono implementate in vari paesi, incluso l’ambito europeo.

La particolare natura di questo processo permette di ridurre la produzione di fanghi da esaurire, risultando in un incremento dell’intervallo di aerazione per mantenere i solidi sospesi all’interno della miscela aerata a livelli tali che consentono una sedimentazione efficiente.

Aerazione e Stabilizzazione

La mineralizzazione del residuo fangoso trasforma il fango in una forma che non necessita di ulteriori trattamenti in digestore prima della disidratazione. Tuttavia, si registra un maggiore utilizzo di energia nei sistemi di aerazione intensiva, in quanto stabilizzano completamente la materia organica in maniera aerobica. La maggiore forza di questo approccio, senza bisogno di trattamenti preliminari, è la notevole capacità di riduzione del BOD (95-98% in media), esigendo un minimo intervento nel trattamento dei residui fangosi.

La Digestione Aerobica dei Fanghi

La digestione aerobica, come quella anaerobica, permette la completa stabilizzazione delle soluzioni volatili; richiede però l’intervento di aerazione meccanica o pneumatica. Questa misura è spesso adottata per stabilizzare il surplus di fango biologico prodotto dai processi di fanghi attivi o da quelli di filtri percolatori. Può essere anche utilizzata, prima della terapia biologica, per stabilizzare i fanghi primari ottenuti dalla sedimentazione.

Impianti di Contatto-Stabilizzazione

Un’alternativa al processo di fanghi attivi è la stabilizzazione per contatto. Questo metodo ha il beneficio di un’eliminazione del substrato in due stadi. Il primo stadio, che si svolge nel lasso di 0,5-1 ora, coinvolge un rapido assorbimento delle parti organiche colloidali, finemente sospese e dissolte nei reflui, da parte dei fanghi attivi. Durante la seconda fase, il materiale organico assorbito viene separato per sedimentazione e la miscela aerata concentrata viene ossidata nel corso di 3-6 ore. Mentre la prima fase si svolge nella vasca di contatto, la seconda avviene nella vasca di stabilizzazione: pertanto, l’assorbimento è segregato dalla fase di ossidazione biologica.

Metodo delle Vasche di Stabilizzazione

Nei sistemi che si avvalgono delle vasche di stabilizzazione, si forma uno strato solido sulla superficie delle vasche, incrementando la produzione di fango sul fondo, riducendo il tempo di detenzione e intralciando la funzionalità del sistema.

Fosse di Ossidazione

L’implementazione di questa tecnica deve la sua diffusione alla sua efficienza.

La gestione dei rifiuti ricorre alla tecnica della miscelazione e aerazione costante permettendo alla biomassa di fango di interagire con i rifiuti liquidi. Questa interazione si protrae per una durata tra le 20 e le 30 ore, consentendo un trattamento efficace ed efficiente.

Processo di Trattamento e Sedimentazione

Dopo essere stati in un reattore biologico, i solidi galleggianti stabilizzati vengono immersi in un chiarificatore, una vasca specifica per la sedimentazione. Qui, la sedimentazione procede all’eliminazione dei solidi.

Carico e Turnover dei Fanghi

La capacità di un impianto di ossidazione può gestire carichi di BOD che variano tra 200 e 500 g/giorno per ogni metro cubo di volume aerato disponibile. Il tempo di detenzione dei fanghi, noto anche come età del fango, dovrebbe essere entro i 16-20 giorni. A seconda del BOD fornito, può corrispondere una generazione di nuovi fanghi pari a 200-300 grammi, con una prevista riduzione del BOD che raggiunge il 90-95%.

Influenza della Temperatura

La temperatura può svolgere un ruolo critico nell’efficiente rimozione dei solidi nelle unità di ossidazione. Durante i periodi freddi, possono formarsi minuscoli aggregati di materiale biologico, noti come “capocchia di spillo”, che, una volta scaricati insieme all’acqua in uscita dal chiarificatore, possono ridurre l’efficacia complessiva del processo.

Struttura Tipica di un’Unità di Ossidazione

Un’unità di ossidazione consueta si basa sulla struttura di un singolo canale circolare o molteplici canali circolari che operano in serie. Una volta impostato correttamente, lo sforzo necessario per gestire un impianto di ossidazione è relativamente limitato, rappresentando un vantaggio significativo.

Applicazioni Industriali

Molte imprese nel settore alimentare rivolgono la propria attenzione alle unità di ossidazione per il

trattamento dell’acqua reflua. Per eliminare biologicamente i rifiuti attraverso la miscelazione con l’ossigeno dei solidi presenti nei rifiuti e poi fornire nutrimento ai batteri, le unità di ossidazione a barriera totale (TBOD, Total Barrier Oxidation Diteli) stanno emergendo come soluzioni particolarmente promettenti per il trattamento delle acque reflue domestiche e industriali, particolarmente per quelle derivanti dalla trasformazione degli alimenti. Grazie all’alta efficienza nel trasferimento dell’ossigeno in specifiche zone del dispositivo, si ottiene un eccezionale controllo del processo.

Gestione Ottimizzata del Processo e Flessibilità di Progettazione

Un flusso d’acqua ininterrotto e vigoroso è essenziale per impedire l’accumulo di biomassa sul fondo del serbatoio. L’unità che assicura il pompaggio e l’aerazione si basa su aeratori sommersi con tubi aspiranti a turbina, indispensabili per la trasmissione efficiente dell’ossigeno nell’acqua aerata.

Metodi Effettivi di Disposizione Terrestre

L’infiltrazione-percolazione e il flusso di superficie sono tra gli approcci di smaltimento a terra più efficaci. Tuttavia, se queste tecniche non sono adeguatamente applicate, possono condurre danni alla vegetazione, al suolo e alle acque sotterranee. Il carbonio organico proveniente dalle acque reflue ad alta carica può essere efficacemente rimosso da entrambi i metodi. L’infiltrazione può raggiungere una percentuale di rimozione dei contaminanti fino al 98% e il flusso di superficie fino all’84%. Tuttavia, l’efficacia superiore dell’infiltrazione è bilanciata dal costo più alto e dalla complessità del suo sistema di distribuzione, mentre il flusso di superficie riduce ulteriormente l’inquinamento delle acque sotterranee.

La Ristrettezza dell’Utilizzo del Smaltimento Terrestre

Una volta, lo smaltimento terrestre era ampiamente utilizzato per l’eliminazione dei rifiuti delle industrie alimentari. Ma oggi, a causa dei volumi crescenti di reflui da trattare, questo metodo è limitato perché richiede una grande quantità di terreno. L’esecuzione corretta della tecnica di scorrimento superficiale e un corretto utilizzo dei nutrienti possono limitare il danno alla vegetazione. Tuttavia, l’accumulo di minerali e altri materiali nel suolo può, a lungo andare, inquinare il terreno.

Applicazione dei Biodischi

Il concetto di biodischi o dischi biologici è simile a quello dei filtri percolatori. Questi sistemi di trattamento biologico utilizzano biomassa aderente. Nonostante le spese iniziali elevate, i costi operativi e lo spazio richiesto sono relativamente ridotti. Il sistema si avvale di una serie di dischi di materiale plastico di ampio diametro, circa 3 metri.

Funzionamento dei biodischi

I biodischi sono fissati a una distanza di 2-3 cm l’uno dall’altro per impedire interazioni tra le biomasse. Sono disposti su un supporto orizzontale, raggruppati o divisi in pacchetti con l’uso di deflettori per limitare l’agitazione. Questi dischi girano a una velocità variabile da 0,5 a 10 giri al minuto e sono sommersi per il 30-40% in una vasca orizzontale, che di solito ha una forma semicircolare per adattarsi ai dischi, dove scorrono le acque reflue.

I biodischi funzionano in base alla aderenza e crescita di microrganismi sulla superficie dei dischi, che assimilano i nutrienti nelle acque reflue. L’ossigenazione dei microrganismi avviene sia attraverso l’aria che tocca la superficie del disco, sia attraverso l’aerazione del sottile film d’acqua che si attacca al disco. Aumentare la velocità di rotazione consentirà un maggiore apporto di ossigeno disciolto nella vasca.

Come succede nei filtri percolatori, la biomassa che ha completato il proprio ciclo vitale si stacca dai dischi e viene allontanata. Questo metodo è considerato un trattamento secondario, ma può sostituire la sedimentazione primaria se la presenza di solidi sospesi nelle acque reflue non è troppo alta, ovvero fino a 240 mg/L.

La separazione magnetica

La separazione magnetica è un’altra tecnica fisica secondaria utilizzata anche nel trattamento terziario. I rifiuti solidi organici sospesi sono trattati con magnetite (Fe3O4). L’aggiunta successiva di solfato di alluminio o cloruro ferrico provoca la coagulazione per floculazione, con la conseguenza che le particelle coagulate contengono magnetite.

Questo processo si svolge in una stanza dotata di una griglia di lana d’acciaio inossidabile posizionata in un campo magnetico. Quando le acque reflue passano attraverso il campo magnetico della stanza, le particelle coagulate con magnetite aderiscono alla lana d’acciaio inossidabile. Una volta eliminato il campo magnetico, i rifiuti solidi raccolti possono essere rimossi e smaltiti.

Pre-lavaggio ed Origine

L’iniziale procedura di pre-lavaggio venne formulata in Australia, anche se l’uso è rimasto parzialmente inutilizzato in Nord America.

Il Trattamento Avanzato

Determinate procedure di depurazione avanzate, conosciute anche come metodi di trattamento terziario, sono strumenti essenziali per migliorare la purezza del liquame generato da acque reflue. Queste procedure sono regolate da specifiche direttive per assicurare che i residui delle acque industriali aderiscano ai requisiti di sicurezza. Particolarmente nel settore agroalimentare, il trattamento terziario si rivela efficace nell’eliminazione di residui da processi produttivi, tra cui coloranti, additivi aromatici e salamoie. Varie metodologie di trattamento terziario nel trattamento delle acque di scarto sono comuni in diverse imprese di trasformazione alimentare e quindi utilizzate anche per il trattamento primario nei depuratori metropolitani.

Procedura Fisica di Separazione

Vari metodi di separazione fisica sono stati attuati per l’efficace depurazione dell’acqua, inclusi quelli basati su filtri di sabbia o micro filtri (microstacci). Entrambe queste tecniche permettono la rimozione di particelle sospese di dimensioni microscopiche. Un microfiltro è un dispositivo cilindrico rotante rivestito con una rete molto sottile (generalmente in nylon o metallo), posizionato orizzontalmente in un contenitore aperto. L’acqua di scarto passa attraverso il cilindro e viene depurata dalla rete ultra sottile, che intrappola le particelle solide. Mentre il cilindro ruota lentamente, la porzione esposta sopra la superficie dell’acqua di scarto viene sottoposta a lavaggio inverso per pulire il filtro e direzionare le particelle filtrate in un canale distinto. L’efficacia dei microstacci nel rimuovere le particelle dipende dalla grandezza delle maglie del filtro, che vanno generalmente dai 20 ai 65 pm. Trattamenti terziari con questa tecnica sono relativamente economici poiché i filtri si autogenerano e i costi operativi e di manutenzione sono bassi. La capacità del trattamento è parzialmente limitata dalle ostruzioni del filtro che spesso ne diminuiscono la vita operativa.

Trattamenti delle Acque Reflue

Nel cilindro, i microrganismi contenuti nei reflui secondari possono portare alla generazione di sedimenti densi. Per prevenire tale formazione, viene applicato un trattamento con luce ultravioletta o un processo di clorazione.

Per quanto riguarda il trattamento terziario delle acque reflue, si fa uso diffuso di filtri a flusso rapido di sabbia, filtri stratificati o misti, e sistemi di filtrazione reversa continua. Queste tecniche di trattamento necessitano di un sistema di drenaggio per asportare i liquidi decantati e un altro per il riciclo dei solidi catturati. Al fine di mantenere puliti i filtri, vengono utilizzati meccanismi automatici di retro-lavaggio.

Separazione fisico-chimica

Le acque reflue provenienti dalle industrie alimentari presentano elevati livelli di solidi disciolti, i quali possono essere rimossi efficacemente con diversi metodi di separazione fisico-chimica. L’assorbimento con carbone attivo è uno dei metodi meno onerosi per eliminare le sostanze organiche resistenti ad altri trattamenti. L’affinità dell’organico in soluzione con il carbone varia a seconda del tipo di carbone e del coefficiente di solubilità in acqua del soluto.

I processi di scambio ionico riescono a rimuovere i minerali salini sostituendo le loro forme ioniche (sia cationi sia anioni) con altri ioni attraverso resine caricate. Normalmente, i cationi multivalenti vengono sostituiti con monovalenti, come Na+ o H+, e gli anioni con OH- o Cl-. Questa tecnica ha come finalità principale quella di rimuovere i sali minerali la cui presenza nell’acqua potrebbe essere dannosa o recuperare minerali utili dalle acque reflue industriali. Normalmente, la resina a scambio ionico è costituita da una struttura di molecole organiche – i polimeri – intrecciate, che contengono gruppi attivi che possono essere fortemente acidi, debolmente acidi o fortemente basici. La resina è carica con ioni come H+ e Na+, che verranno sostituiti dagli ioni multivalenti presenti nel correlato refluo. Periodicamente, le resine devono essere rigenerate.

Il metodo dello scambio ionico

Le molecole negative e positive originali possono essere ripristinate attraverso lo scambio ionico, un processo che necessita dell’impiego di acidi o basi potenti. Questa tecnica riveste un ruolo chiave nell’eliminazione dei minerali dall’acqua e dai liquidi corporei.

L’elettrodialisi come struttura di cura

L’elettrodialisi viene impiegata per l’estrazione di sali minerali da liquidi come la salamoia e per la

demineralizzazione del siero. Questa procedura prevede l’uso di un campo elettrico in un mezzo liquido contente membrane cationiche e anioniche orientate verticalmente in una sequenza alternata. Grazie alla corrente elettrica, in corrispondenza del fluire delle soluzioni ioniche, gli ioni positivi vengono filtrati attraverso la membrana cationica mentre gli ioni negativi attraversano la membrana anionica. Di conseguenza, alcuni settori nell’apparato di elettrodialisi saranno arricchiti di cationi o anioni, come l’acqua demineralizzata. Tuttavia, a causa di complicazioni relative alla sedimentazione del sale, all’ostruzione degli elettrodi e al blocco delle membrane da residui organici nell’acqua, l’elettrodialisi offre una funzionalità limitata come tecnica di cura di terzo livello.

Stagno di finissaggio

Gli stagni di finissaggio, noti anche come stagni di maturazione, sono utilizzati nell’ultimo stadio del trattamento degli scarti secondari risultanti da sedimenti attivi o da filtri permeabili. La profondità di questi bacini varia da 0.3 a 1.5 metri. L’ossigeno viene fornito tramite ventilazione naturale, meccanica, o prodotti da fotosintesi. Il carico di sostanze organiche superficiale fluttua usualmente da 17 a 34 kg BOD5/ha/giorno, con una percentuale di riduzione di BOD e SS che arriva all’80-90%. L’efficienza di questa tecnica nel rimuovere i residui dipende dalla temperatura. Così, all’infuori della necessità di pochissimo impegno nel loro mantenimento quotidiano, gli stagni di finissaggio non necessitano né di utensili né di energia. Tuttavia, la loro realizzazione prevede l’acquisizione di una quantità di terreno più grande rispetto a quella necessaria con altre procedure di cura.

Ossidazione chimica
L’impiego di varie sostanze può indurre l’ossidazione chimica.

Ossidazione nel Trattamento dei Rifiuti con Ozono

L’ozono è utilizzato per avviare un processo di ossidazione avanzata durante il trattamento terziario dei rifiuti. Esso è facilmente implementabile, soprattutto considerando l’economicità dei generatori di ozono. Questo potente ossidante si disgrega nell’acqua, generando ossigeno diatomico e monoatomico, i quali interagiscono velocemente con materiale organico. Un’accresciuta peculiarità di tale processo è la disinfezione e la rimozione di gusti e odori sgraditi. Dispone inoltre di un’azione sbiancante. Altri agenti chimici impegnati nel processo di ossidazione includono il cloro, il biossido di cloro, l’ossigeno e il permanganato.

Disinfezione

La finalità primaria della disinfezione è la diminuzione del totale dei batteri e l’eliminazione di potenziali patogeni contenuti nell’acqua di scarico. Per essere considerata potabile, l’acqua deve avere una quantità di batteri praticamente nulla o quantomeno estremamente ridotta. Al posto della presenza di specifici agenti patogeni, spesso è l’ammontare dei coliformi totali per volume unitario ad essere utilizzato come indicatore dell’efficacia del processo di disinfezione e della qualità igienico-sanitaria.

Per ragioni di sicurezza sanitaria, prima della fine dello smaltimento, le acque di scarico trattate necessitano di essere disinfettate. Per questo motivo, sono disponibili sia disinfettanti chimici che naturali. Dopo l’aggiunta di un disinfettante chimico all’acqua, è essenziale concedere un tempo adeguato per garantire un’efficace azione antimicrobica. Questo processo è favorito dal ridotto numero di microrganismi dovuto ai trattamenti primari e secondari e dall’eliminazione di patogeni successiva ad una lunga esposizione all’ambiente.

Disinfezione naturale dell’acqua

Nell’ambito del trattamento naturale, la purificazione delle acque di scarico può risultare meno intensiva. È possibile utilizzare vari componenti chimici per il processo di disinfezione dell’acqua, quali: cloro, iodio, bromo, sali di ammonio quaternario e ozono.

Utilizzo comune di Cloro

Il cloro in forma gassosa e le sue varie sostanze, incluse entità come l’ipoclorito di calcio e di sodio, sono tra i prodotti chimici più frequentemente usati grazie al loro costo contenuto, alla grande efficacia e alla semplicità d’uso. La pre-clorazione è un pretrattamento dell’acqua con l’obiettivo di minimizzare le questioni operative legate alla formazione di incrostazioni biologiche su filtri, condotti e serbatoi, e di prevenire l’insorgenza di sapori e odori inconsueti.

La post-clorazione, considerata come stadio di disinfezione delle acque di scarico conclusivo, rappresenta un punto cardine per la diminuzione del numero di microbi presenti nell’acqua trattata. Normalmente il cloro può essere aggiunto immediatamente prima o dopo il filtraggio sulla sabbia. Per eliminare eventuali reazioni fra disinfettanti e sostanze organiche, le acque di scarico vengono generalmente disinfettate al termine del ciclo di trattamento.

Tecniche di disinfezione

Oltre ai composti chimici, si ricorrono a mezzi fisici per la disinfezione, tra i quali ci sono l’irradiazione con raggi ultravioletti, gamma e microonde, metodi fisici come il trattamento con ultrasuoni o l’impiego del calore.

Attenzione all’impiego del cloro

Nel corso degli ultimi tempi, si è adottato un approccio più cautelato nell’utilizzo della clorazione, a seguito della scoperta che l’acqua clorata può dar vita a composti organoalogenati potenzialmente cancerogeni.
Inoltre, è importante sottolineare che la clorazione delle acque di scarico immesse nei corpi idrici potrebbe risultare tossica per la vita acquatica. La clorazione e altri processi chimici non riescono a neutralizzare tutti i microbi: alcune specie di alghe, germi sporigeni e virus (inclusi virus patogeni) restano resistenti alla procedura di clorazione.

Disinfettanti antimicrobici

Varie componenti come disinfettanti, pH, volume di rilascio, solidità, temperatura, contenuto organico e sostanze potenzialmente dannose possono mettere a rischio l’efficacia di un sistema di trattamento delle acque di scarico. Tuttavia, quando i disinfettanti vengono maneggiati correttamente, in conformità con le direttive del produttore, di solito non interferiscono con i processi microbiologici delicati che si verificano nella maggior parte dei sistemi di trattamento delle acque reflue. Eccessiva o accidentale fuga di disinfettanti o agenti chimici può tuttavia porre una sfida al processo di purificazione.

Un’occhiata ai disinfettanti utilizzati nell’industria alimentare

I cloruri di ammonio quaternario tra i disinfettanti usati nell’industria alimentare sono quelli che causano la maggiore preoccupazione; questi disinfettanti sono infatti stabili e funzionano in un’ampia gamma di pH. Nonostante ciò, vari elementi, come l’inattivazione, l’assorbimento, la biodegradazione e l’acclimatamento, possono ostacolare l’azione antimicrobica dei disinfettanti nei sistemi di trattamento delle acque reflue.

Di solito, la quantità di composti cationici che entrano nella maggior parte dei sistemi di trattamento delle acque reflue è sufficiente per inattivare i cloruri di ammonio quaternario. Inoltre, nel flusso di acque reflue, cloro e iodio perdono rapidamente efficacia e raramente arrivano al sistema di trattamento. La diluizione degli agenti disinfettanti acidici di solito comporta un aumento del loro pH (oltre 4,0), diminuendo così la loro attività antimicrobica.

Disinfettanti a base di acido peracetico e disinfettanti a raggi ultravioletti

Come il cloro, anche i disinfettanti a base di acido peracetico sono molto instabili quando mescolati con le acque reflue del processo produttivo e non si pensa che raggiungano l’impianto di depurazione. La disinfezione con raggi ultravioletti di piccole quantità di effluenti è un metodo efficace e non ha effetti collaterali sulla flora o la fauna degli ecosistemi di ricezione.

Sebbene i trattamenti termici siano efficaci, non sono presi in considerazione per la disinfezione di grandi volumi d’acqua.

Tecnica di deodorizzazione

Anche se l’acqua depurata può essere perfettamente potabile, la presenza di certi microscopi viventi quali le alghe, possono causare un sapore o odore spiacevole, specialmente durante i periodi più caldi dell’anno. Di conseguenza, è fondamentale attuare una corretta deodorizzazione per affrontare questo problema. 

Miglioramento dei processi di deodorizzazione

Un modo efficace per risolvere il problema degli odori include l’aumento dell’area di interazione tra l’acqua e l’aria. Questo può essere realizzato attraverso processi di deodorizzazione che coinvolgono l’aria, come lo “strippaggio” dell’aria e l’aerazione, che velocizzano l’interscambio di gas tra le due fasi.

Tali metodi risultano particolarmente utili per l’eliminazione di elementi quali il solfuro di idrogeno, responsabile dell’odore spiacevole, l’anidride carbonica, utilizzata per ridurre il fabbisogno di calce nel successivo procedimento di addolcimento, e piccole quantità di contaminanti organici volatili.

Sistemi di deodorizzazione in uso

Alcuni dei sistemi più comuni per la deodorizzazione dell’acqua includono torri di riempimento, ugelli spray, colonne con piattelli e degassatori sotto vuoto.