Gestione Rifiuti Industria Alimentare

L’industria alimentare genera scarti come risultato del suo processo di fabbricazione e preparazione del cibo. Il consumo di risorse idriche è notevole in molte industrie alimentari, tuttavia, l’impiego dell’acqua differisce tra i vari segmenti dell’industria. A titolo di esempio, il 60% dell’acqua è impiegata per il raffreddamento nella lavorazione della carne, i fabbricanti di condimenti usano il 62% dell’acqua per operazioni di pulizia, mentre i mulini utilizzano il 55% della loro acqua nella fase di estrazione dei semi. Nella produzione di alimenti, l’acqua è impiegata per molteplici funzioni come la sanificazione, il trasporto, la produzione di vapore, lo scambio termico e persino come componente. L’industria, quindi, deve considerare la gestione dei residui e degli scarti come un elemento chiave della catena produttiva e adottare metodi per potenziare produttività, qualità ed efficienza.

Risvolti della Gestione Rifiuti Industria Alimentare

La gestione dei rifiuti provenienti dalle strutture di trasformazione alimentare e dai ristoranti può essere complicata a causa dell’alta presenza di carboidrati, proteine, grassi e minerali. Come esempio,

gli scarti provenienti da latterie, strutture di congelamento e essiccazione, così come i rifiuti derivanti dalla lavorazione delle carni rosse, del pollame e dei prodotti del mare, possono generare odori sgradevoli e un intenso inquinamento idrico se non sono trattati adeguatamente. È indispensabile che i rifiuti organici vengano sottoposti a processi di stabilizzazione biologica prima di essere smaltiti in acque superficiali o nel sistema fognario.

Uno smaltimento improprio dei rifiuti costituisce una minaccia per la salute umana e per la vita acquatica. Questi processi di trattamento includono meccanismi biologici per mitigare l’impatto degli inquinanti.

Lo Statuto integrativo DLgs 59/2005, che implementa in toto la direttiva europea 96/61/CE riguardante la prevenzione e la mitigazione della diffusione inquinante, può introdurre regolamentazioni più severe per specifici settori industriali. Nel settore alimentare, per esempio, ciò concerne particolarmente stabilimenti di ampie dimensioni come fattorie, macelli e compagnie coinvolte nella trasformazione di prodotti animali o vegetali.

L’osservanza dei limiti di tollerabilità per le emissioni di reflue, resi obbligatori dalle leggi in vigore, rappresenta un punto critico per il funzionamento efficiente delle stazioni di trattamento dell’acqua.

L’industria è sollecitata tanto da organismi regolatori quanto dalla comunità ad implementare metodi di trattamento dei rifiuti sempre più raffinati. Produttori e organismi di regolamentazione devono assicurarsi che i rifiuti vengano gestiti prontamente e completamente. L’accumulo di scarti, anche solo temporaneo, può dar luogo a infestazioni da insetti o roditori, creare odori sgradevoli e costituire una fonte di disagio serio, oltre a presentare uno scenario poco piacevole, sia internamente che all’esterno della struttura.

Gestione Rifiuti Industria Alimentare in Maniera Efficiente

Un’efficace gestione dei rifiuti richiede l’integrazione tra processi produttivi controllati con bassi livelli di scarti e un sistema di trattamento e gestione di detriti solidi, liquidi o gassosi. Questo accostamento è determinante per riuscire a maneggiare i rifiuti a costi ragionevoli.

La principale sfida dei rifiuti nell’industria alimentare è data dal fatto che la materia organica offre un

ricco terreno di coltura per i microrganismi. Se hanno a disposizione nutrienti in quantità, questi organismi si riproducono rapidamente, consumando l’ossigeno disciolto nell’acqua. Solitamente, l’acqua contiene circa 8 parti per milione (ppm) di ossigeno disciolto. Il livello minimo standard per il mantenimento della vita acquatica.
La tolleranza dei pesci è definita da una concentrazione minima di 5 ppm di ossigeno dissolto. Ogni riduzione al di sotto di questa soglia può portare alla morte dei pesci. Inoltre, l’assenza di ossigeno nell’acqua, dovuta a un’eccessiva presenza di sostanze organiche, può causare una condizione anossica che produce odori sgradevoli e torbidità dell’acqua.

Se nell’acqua sono presenti proteine che contengono zolfo o elevate quantità naturali di solfati, questa condizione può indurre la formazione di acido solfidrico, che emette un odore sgradevole e può

scurire le superfici.

Gestione dei rifiuti organici e reflui

L’alto livello di materiali organici, quantificabili come domanda biochimica di ossigeno, può renderne pericoloso il rilascio se non adeguatamente trattato. È comune nelle industrie che liberano grandi volumi di acque reflue con un’elevata BOD nelle reti fognarie pubbliche pagare un extra, in quanto rafforzano il carico dei sistemi di trattamento delle acque reflue.

Di conseguenza, molte grandi imprese optano per gestire autonomamente, in tutto o in parte, i propri effluenti. Durante la lavorazione, l’acqua è fondamentale sia per pulire il prodotto che per trasportare i residui non voluti ai sistemi di smaltimento dei rifiuti. Data la presenza di materia organica sospesa e disciolta, l’acqua proveniente da questi processi deve essere adeguatamente trattata.

Per stabilire la quantità e le specificità dei rifiuti da gestire, ogni azienda deve condurre un’analisi meticolosa dei propri processi.

Il primo passo per una rassegna efficace sulla gestione dei rifiuti consiste in un’indagine dei processi che ne generano l’origine. Per mappare tutte le fonti e i sentieri dell’acqua, è necessario esaminare i disegni che mostrano la disposizione dell’impianto.

Il piano delle condutture deve descrivere dettagliatamente i sistemi di approvvigionamento d’acqua potabile, il funzionamento delle acque non inquinate e gli impianti sanitari, insieme al flusso e alla destinazione delle acque sporche. Le illustrazioni dovrebbero specificare le misure delle tubazioni, le loro ubicazioni, le modalità di connessione con i processi di produzione e la direzione del flusso.

Valutazione del funzionamento dello stabilimento

Per comprendere meglio il funzionamento dello stabilimento, è essenziale tenere presente il programma operativo, quantità e tipo di produzione giornaliera, settimanale, mensile, stagionale ed annuale. Tali dati possono essere ottenuti studiando i resoconti produttivi degli anni passati. Un’altra considerazione importante è l’analisi dei registri relativi al consumo d’acqua.

Il primo passo consiste in un’analisi dettagliata dei rifiuti per garantire la conformità con le leggi vigenti in materia di scarico e misure antinquinamento. Un’indagine iniziale accurata

può anche essere utile per determinare la collocazione e la tipologia di apparecchiature richiesta per un programma di monitoraggio permanente. Questa indagine può rilevare la necessità di trattamenti specifici dei rifiuti, in conformità con le normative vigenti, e può aiutare ad identificare le strategie più adeguate per affrontare la questione.

L’analisi dei processi produttivi dovrebbe guidare la ricerca preliminare, identificando i fattori chiave da considerare. Può essere necessario condurre analisi separate per ciascuna stagione se i prodotti elaborati nell’impianto variano notevolmente in diversi periodi dell’anno, come è comune in molte aziende alimentari, in particolare quelle che lavorano con frutta e verdura. Le fasi fondamentali dell’indagine includono la determinazione del bilancio idrico, il campionamento delle acque reflue e la valutazione del loro livello di inquinamento.

Calcolo del Bilancio Idrico

Per calcolare il volume e la portata delle acque di scarico provenienti da varie fonti, si possono

impiegare strumenti di misurazione dislocati lungo tutte le tubature di entrata dell’acqua. Tra i possibili dispositivi di misurazione utilizzabili, si trovano i canali di Parshall, i versatori rettangolari e triangolari, o i tubi di Venturi. Attraverso l’analisi del bilancio idrico di tutto il sistema, è fattibile calcolare, nell’arco di un determinato periodo, la quantità d’acqua rilasciata con i liquidi di scarico, assieme ai volumi persi a causa della fuoriuscita di vapore, evaporazione e altre perdite, inclusi quelli incorporati nei prodotti.

Queste quantità, sommate, dovrebbero equivalere al volume di acqua fornito al sistema nel corso di un dato periodo. Questa analisi può essere impiegata per identificare perdite d’acqua significative o nascoste che potrebbero incidere sul programma di disinfezione e accentuare il rilascio di acque di scarico, con conseguente decremento dei guadagni.

Raccolta di campioni d’acqua di scarico

La raccolta del campione di acque di scarico dovrebbe essere proporzionale alla velocità del flusso. I campioni raccolti in modo arbitrario, ovverosia acquisendo quantità predefinite di acque di scarto dagli scarichi senza tener conto della variazione di volumi, portate e lavorazioni effettuate, hanno scarsa utilità per stabilire le autentiche caratteristiche delle acque di scarico e in effetti possono portare a conclusioni ingannevoli.

L’incorporazione di campioni statistici collegati ai flussi, sia durante i periodi attivi che quelli di inattività, potrebbe fornire informazioni utili riguardo le proprietà delle acque di scarico prodotte dal complesso.

L’apparecchio per la raccolta dei campioni dovrebbe essere posizionato all’interno del sistema di evacuazione delle acque di scarico per fornire un campione rappresentativo. I campioni dovrebbero essere raccolti in luoghi in cui i residui sono omogenei, come sotto un versatoio o un canale. Occorre essere cauti per evitare errori nella raccolta di campioni.

Avviene la formazione di depositi di materia solida dovuti alla sua sedimentazione a monte di un blocco fisico o alla formazione di accumuli di lipidi appena al di sotto di esso. Ci si deve assicurare che il prelievo del campione avvenga vicino al centro del flusso idrico e ad una sezione sottostante il 20-30% della superficie, laddove la velocità del flusso sia in grado di

prevenire il deposito di materiale solido.

Prelievo in condizioni specifiche

In caso di acque reflue e canali di scolo stretti e profondi, i prelievi dei campioni dovrebbero essere eseguiti ad una sezione del 33% a partire dal fondo risalendo. Per una corretta valutazione dell’ossigeno dissolto, si deve prevenire il movimento sconvolgente dei campioni durante il processo di raccolta e lavorazione.

Data la tendenza dei rifiuti provenienti dalle industrie alimentari a decomporre rapidamente a temperature normali, i campioni che non vengono processati immediatamente dopo il prelievo devono essere resi freddi in fretta fino a raggiungere una temperatura tra 0 e 5 °C.

Una consistente parte dei rifiuti rilasciati nelle acque, frutto di lavorazione di ortofrutta, industrie di lavorazione carne e processi di pulizia, è costituita da residui di prodotto (le porzioni più grosse possono essere rimosse tramite filtrazione).

Le particelle più minute, che attraversano il filtro, e i composti organici in soluzione o in stato colloidale presentano di norma una domanda di ossigeno più alta rispetto alla quantità di ossigeno dissolto presente nell’acqua.

Misurazione del livello di inquinamento attraverso la domanda biochimica di ossigeno (BOD)

Uno strumento spesso impiegato per determinare il livello di inquinamento è la domanda biochimica di ossigeno (BOD) a 5 giorni. La BOD dei reflui civili e industriali rappresenta la quantità di ossigeno (misurato in ppm) richiesta dai microbi aerobi durante la stabilizzazione della sostanza organica biodegradabile.

Il campione esaminato viene posto in un contenitore ermeticamente chiuso a una temperatura costante per un periodo di tempo stabilito. Il processo di stabilizzazione completa potrebbe necessitare più di 100 giorni a 20°C. Questi lunghi periodi di tempo sono poco praticabili per valutazioni di routine, dunque la procedura consuetudinaria è leggermente diversa.
Il BOD5, un metodo approvato e utilizzato dall’Association of Official Analytical Chemists (AOAC), implica un periodo di incubazione di 5 giorni. Questo valore funge unicamente da indicatore della presenza di materia organica biodegradabile, senza essere un misuratore esatto dei rifiuti organici.

Esaminando l’acqua di scarico domestica, che è priva di rifiuti industriali, rileveremo un BOD di circa 200 ppm. Al contrario, l’acqua di scarico generata dalla lavorazione degli alimenti tende a mostrare un BOD considerevolmente superiore, spesso oltre 1000 ppm.

Limitazioni del sistema BOD

Il sistema BOD, nonostante sia un metodo di misurazione dell’inquinamento dell’acqua ampiamente utilizzato e relativamente facile da attuare, presenta diverse limitazioni. Ad esempio, impiega molto tempo per fornire dei risultati e non consente una riproducibilità coerente. Come alternativa, test come il Chemical Oxygen Demand (COD) o il Total Organic Carbon (TOC) si rivelano più veloci, più precisi e più ripetibili.

Il test COD permette di valutare il livello di inquinamento attraverso l’ossidazione chimica, piuttosto che biologica, dei composti presenti nell’acqua con l’ausilio di una soluzione di bicromato di potassio (K2Cr2O7). Essendo un analisi chimica, tale test può misurare anche le sostanze non biodegradabili, che non sono identificabili con il metodo BOD. Di conseguenza, quando un’azienda deve monitorare le sue acque reflue destinandole a un impianto di depurazione esterno, le misurazioni del COD risultano particolarmente utili.

Le valutazioni giornaliere del COD forniscono un riferimento strategico per stabilire se e quando un reflusso con proprietà chimiche o biologiche potrebbe causare tumulto allo stabilimento purificatore di acqua. Questo controllo, però, non offre particolari suggerimenti sulla presenza o sul quantitativo di composti organici che possono essere degradati. Alcuni composti non subiscono ossidazione con questo particolare schema di lavorazione. Malgrado una leggera coincidenza, non esiste una corrispondenza precisa tra questo controllo e il valore di BOD.

Ossigeno Dissolto

La densità di ossigeno liquefatto (DO) è un elemento fondamentale sia per le acque usate sia per le

fonti idriche destinate perché disturba la vita marina e ha un ruolo chiave nei metodi di purificazione come l’abitacolo aerato. La quantità di ossigeno disciolto può essere misurata tramite titolazione iodometrica utilizzando azide e permanganato per eliminarne l’influenza, rispettivamente, dai nitriti e dagli ioni ferrici; questo sistema, però, non è considerato molto fidato. In alternativa, la valutazione del DO può essere eseguita mediante elettrodi, molto più veloci e agevolati del metodo di titolazione iodometrica e che si possono usare per la maggior parte delle acque industriali reflue. Tuttavia, la presenza di alcuni ioni metallici, di ossidanti aeriformi più intensi dell’ossigeno e di elevate densità di detersivi può interferire con lo svolgimento di questi elettrodi.

Carbonio Organico Totale

Questo parametro quantifica tutte le sostanze organiche. Nello specifico, si basa sulla quantificazione del biossido di carbonio (CO2) generato dall’ossidazione catalitica a 900°C dello scarto solido presente nelle acque usate. Questo metodo di misura dell’inquinamento è rapido, riproducibile e fortemente associato ai test normativi BOD5 e COD, ma la sua realizzazione è problematica e necessita di attrezzature di laboratorio sofisticate.

Viene presa in considerazione l’analisi del Total Organic Carbon (TOC) specialmente quando la quantità complessiva di soluti è prevalentemente di natura organica ed è richiesta l’esplorazione di volumi ampi. Nonostante ciò, i prezzi associati all’analisi del TOC possono essere proibitivi per le piccole imprese o quelle operative solo in determinate stagioni.

Inquinanti nei residui dell’acqua di scarico

I residui possono essere classificati come agenti inquinanti in quanto influenzano le valutazioni precedentemente condotte. Di norma, i residui dell’evaporazione (soluti totali) e le parti volatili (organiche) e stabili (cenere) vengono determinate.

I soluti sedimentati, rilevanti poiché depositati al fondo entro un lasso di tempo di un’ora, vengono normalmente misurati mediante un cono Imhoff e espresso in mL/L. Questo fornisce una stima del volume di rifiuti solidi che si accumuleranno nelle vasche di sedimentazione e chiarificazione. Detta analisi è di facile attuazione e può essere eseguita in loco.

I solidi sospesi totali, a volte chiamati solidi non filtrabili, vengono individuati filtrando un determinato volume di acqua di scarico attraverso un filtro in fibra di vetro situato in un becher di Gooch. La massa secca dei solidi sospesi totali viene calcolata dopo un’ora a una temperatura oscillante tra 103 e 105°C.

I solidi disciolti totali, o comunque filtrabili, vengono individuati attraverso il peso del campione filtrato dopo evaporazione o mediante la differenza tra il peso del residuo totale dopo evaporazione e il peso dei solidi sospesi totali. La rimozione di questi inquinanti dalle acque reflue è un compito arduo, per cui è fondamentale la conoscenza della loro presenza. Il trattamento necessita dell’azione dei microrganismi, già comunemente presenti, che convertendo tali inquinanti li trasformano in biomassa.

Danni causati da grassi, oli e lubrificanti

Grassi, oli e lubrificanti sono dannosi per la biodiversità acquatica e producono una spiacevole visione estetica. L’interazione tra l’acqua e l’aria viene limitata da un sottile strato di materiale oleoso e grasso che ha un impatto dannoso sulle varie specie di pesci e altre forme di vita acquatica. Gli uccelli marini subiscono danni a causa degli strati di olio pesante. Questi composti aumentano la quantità di ossigeno necessario per una completa ossidazione.

Analisi della Torbidità

La torbidità è un attributo ottico di un campione, causato dalla presenza di materiale sospeso, ad esempio particelle organiche, microrganismi e detriti del terreno. Questa proprietà causa la diffusione e/o l’assorbimento della luce invece che la sua trasmissione. Un turbidimetro è l’apparecchio utilizzato per la sua misurazione, ma non fornisce un calcolo preciso del materiale in sospensione. Tale quantificazione può essere effettuata attraverso la metodologia gravimetrica, che si basa sul peso delle particelle rispetto alle loro caratteristiche ottiche.

Lo Stato dell’Azoto nei Rifiuti

L’azoto nei rifiuti può presentarsi in vari stadi dell’ossidazione, dallo stato di ammonio ridotto a

quello di nitrato ossidato. Concentrazioni eccessive di composti azotati possono essere dannose per alcune piante. I composti azotati più comunemente presenti nelle acque reflue includono l’ammoniaca, le proteine, i nitriti e i nitrati. L’azoto organico e l’ammoniaca – le forme ridotte – possono essere calcolati usando il metodo Kjeldahl per determinare l’azoto totale (Total Kjeldahl Nitrogen, TKN); altri test sono necessari per la misurazione dei nitriti e dei nitrati, le forme ossidate.

Presenza del Fosforo nelle Acque Reflue

Le acque reflue contengono fosforo principalmente come fosfato (ortofosfati e polifosfati); questo componente si può trovare in composti organici e minerali. Anche se le acque naturali contengono solo tracce di fosfati solubili, un’eccessiva presenza di tali composti può essere dannosa per l’ecosistema marino. Le analisi comuni misurano solo l’ortofosfato solubile. I test per i fosfati totali, polifosfati e fosfati precipitati si eseguono trasformando tramite idrolisi acida i polifosfati e fosfati precipitati in ortofosfati, che poi sono determinati con una tecnica colorimetrica. Questi test richiedono l’intervento di un tecnico qualificato, munito di specifici reagenti chimici, e l’uso di un colorimetro o uno spettrofotometro.

L’impiego di biossido di zolfo nel pretrattamento dei frutti o di bisolfito di sodio durante la lavorazione può incrementare notevolmente il contenuto di zolfo nelle acque reflue, dando origine a problemi di inquinamento.

I solfiti e i solfati, sotto forma di ioni o precipitati, rappresentano alcuni degli inquinanti principali in acqua. La concentrazione di solfuri nell’acqua accresce il bisogno di ossigeno. Questi ioni solfuri possono fondersi con diversi ioni metallici multivalenti generando precipitati indissolubili che hanno la capacità di sedimentare e che possono essere eliminati attraverso i fanghi. Questi solfuri possono impartire all’acqua un odore e un gusto spiacevoli. Se i fluidi di scarto confluiscano in un corso d’acqua usato come fonte di acqua potabile, diventa imprescindibile la sorveglianza di questi composti. Un addetto specializzato, con uno strumentario minimo, può eseguire le analisi dei solfati e dei solfuri.

Gestione dei Residui Solidi

Gli scarti solidi, che comprendono rifiuti da lavorazioni, detriti del trattamento dei fluidi di scarto e rifiuti organici e inorganici, possono trovare nuova vita attraverso il processo di biotrasformazione in fertilizzanti. Questo metodo può anche produrre biogas durante una delle fasi del processo di

fermentazione.

La gestione dei rifiuti solidi rimane una delle questioni più critiche per l’industria alimentare. Per esempio, nelle aziende che fabbricano cibi in scatola, fino al 65% delle materie prime in arrivo deve essere smaltito come rifiuto solido. Caricare i rifiuti su un camion e inviarli a un deposito pubblico è stato storicamente il metodo di smaltimento più comune. Se il deposito non si trova nelle vicinanze e i rifiuti sono smaltiti all’interno dell’impresa, problemi come odori sgradevoli e presenza di insetti diventano inevitabili.

Alcune industrie di lavorazione gestiscono i rifiuti solidi attraverso il compostaggio. Il compost prodotto può essere adoperato come fertilizzante o emendante, poiché contiene mediamente 1′ 1,25% di azoto, lo 0,4% di fosfati e lo 0,3% di potassio. Alcune imprese pubbliche di gestione dei rifiuti trattano e vendono scarti solidi per l’utilizzo in agricoltura. Se si decide per il compostaggio, il materiale organico deve essere necessariamente stabilizzato.
Il compostaggio è un processo biochimico che decompone i rifiuti grazie all’intervento di microrganismi selezionati. Il prodotto finale, chiamato humus, possiede notevoli qualità fertilizzanti e miglioratrici del terreno. Il processo standard del compostaggio si articola in quattro passaggi essenziali:

• La frammentazione dei rifiuti solidi in parti minute per facilitare l’attività decompositrice dei microrganismi.
• La disposizione dei rifiuti triturati in mucchi alti approssimativamente due metri e larghi tre.
• L’apporto di un’ampia ventilazione.

Dopo aver assicurato una ventilazione sufficiente, il compost viene nuovamente triturato.
La velocità di compostaggio può essere potenziata introducendo specifici microrganismi. Questo procedimento, che sfrutta microrganismi aerobici termofili presenti nei rifiuti, si compie in un intervallo di tempo che oscilla fra 10 e 20 giorni, in base alla temperatura e alla composizione dei rifiuti.

Riutilizzo di rifiuti alimentari come mangimi

Oltre al compostaggio, vari scarti alimentari possono essere sottoposti a disidratazione e triturazione

per essere poi impiegati come nutrimento per gli animali; una tipologia di scarto sono i residui della lavorazione dei pomodori. Anche gli scarti della produzione alcolica possono essere disidratati e trasformati in mangimi. Analogamente, i residui della lavorazione degli agrumi, ricchi di vitamina B e proteine, possono essere sfruttati nella nutrizione animale. Infine, il siero ottenuto dalla lavorazione del latte trova vasta applicazione nell’industria mangimistica.

Gestione delle acque reflue

In tutti i processi di manipolazione, trasformazione, imballaggio e conservazione del cibo si generano notevoli quantità di acque reflue. La natura, la potenza inquinante e la quantità dei composti contenuti in queste acque rappresentano fattori economici e ambientali rilevanti, legati alla loro gestione e smaltimento. L’incidenza economica è determinata sia dalle dimensioni dei rifiuti prodotti durante le lavorazioni che dai costi per il loro trattamento. Gli aspetti principali che influenzano il costo del trattamento delle acque reflue includono il grado di inquinamento e il volume giornaliero di acque da trattare.

Trattamento e smaltimento delle acque reflue industriali

A seguito della rimozione dei residui solidi attraverso processi di filtrazione e decantazione, l’acqua di scarto è tipicamente destinata ai cicli di purificazione biologica. Tuttavia, alcune aziende manifatturiere tralasciano la fase di decantazione prima di introdurre queste acque nei sistemi di drenaggio pubblici. Ciò provoca un aumento dei particolati disciolti che ostacolano i processi di depurazione, incrementano il bisogno per la manutenzione e causano un aumento nel consumo di energia per gli impianti di depurazione a causa dell’alta densità delle acque di scarto.

Valorizzazione dei residui solidi provenienti dalle acque reflue

L’acqua di scarto industriale contiene principalmente rifiuti provenienti dal processo di filtrazione e fanghi provenienti dal trattamento di flottazione e da quello biologico. Questi materiali in gran parte possono essere riutilizzati come sottoprodotti grazie alla loro trasformazione in mangimi o fertilizzanti. Tuttavia, i fanghi ottenuti attraverso la flottazione chimica che contengono coagulanti

metallici, sono inadatti per l’uso nell’alimentazione animale.

Il recupero delle acque reflue attraverso il riciclo, il riutilizzo e la separazione dei particolati solidi offre alle industrie la possibilità di risparmiare sui costi di acqua. I benefici economi di tale recupero dipendono da diversi fattori, tra cui la disponibilità di tecnologie per il recupero di materiali dall’acqua, i costi periferici del trattamento, i costi del mercato dei materiali recuperati, la legislazione locale sugli scarichi industriali, i costi supplementari per lo scarico nelle acque pubbliche e la stima dei volumi di acque reflue che saranno prodotte in futuro. La quantità di inquinanti introdotti nel sistema di drenaggio è determinata dal valore economico derivante dal recupero di sottoprodotti, solidi o liquidi.

Strategie per la riduzione del volume di acqua reflua

Un piano efficace per la riduzione del volume delle acque reflue dovrebbe includere l’eliminazione e il trasferimento dei rifiuti solidi organici attraverso metodi “a secco”, evitando di scaricare nella rete fognaria e minimizzando l’uso dell’acqua durante le operazioni di pulizia. Il processo di trattamento conclude normalmente con l’uso di detergenti per la pulizia.
Le sostanze di pulizia e disinfettanti spesso finiscono nella fognatura, causando problemi a causa della loro tossicità per i microrganismi ospitati negli impianti di trattamento delle acque. Tuttavia, l’effetto tossico viene attenuato grazie alla diluizione in acqua. Vari componenti utilizzati nei detersivi e nei lubrificanti sono generalmente riconosciuti come sicuri (GRAS) dalla FDA, al pari di molti additivi per alimenti.

Le principali preoccupazioni riguardo al trattamento delle acque reflue che includono resti di prodotti sanitizzanti sono legati alle alterazioni del pH e a una possibile esposizione a lungo termine a tracce di metalli pesanti. Per fortuna, questi impatti possono essere gestiti e minimizzati attraverso una progettazione ottimale degli impianti e l’uso appropriato dei prodotti per la pulizia.

Effetti dei Detergenti e dei Lubrificanti sul BOD/COD

Detergenti e disinfettanti causano un aumento del BOD/COD poiché contengono tensioattivi, chelanti e polimeri, come anche acidi organici e alcali. Similmente, i lubrificanti usati nei trasportatori a nastro contengono materiali analoghi che elevano il BOD/COD delle acque reflue. Tuttavia, questi elementi costituiscono meno del 10% del BOD/COD totale delle acque reflue di un impianto alimentare. L’acqua associata alle operazioni di sanificazione può rappresentare fino al 30% del volume totale dei rifiuti liquidi prodotti da un’industria alimentare. Considerando il loro limitato contributo all’aumento di BOD/COD, uno dei principali problemi delle acque reflue degli impianti alimentari è rappresentato dal pH.

Se non trattate adeguatamente, le acque reflue contenenti composti biodegradabili che consumano ossigeno possono causare eutrofizzazione negli ambienti idrici, disturbando l’equilibrio ecologico di tali ambienti. Per fortuna, grazie all’uso di coagulanti e polimeri (derivati da cellulosa, amidi e zuccheri), oli e grassi possono essere rimossi per flottazione, che genera materiali che possono essere trattati nei successivi passaggi del processo di depurazione.

L’utilizzo dei digestori, possibilità principale grazie all’assenza di ioni metallici come ferro e alluminio, porta con sé un dilemma. La sfida sta nel raggiungere un bilancio ideale tra investimento e vantaggi derivanti. Nelle circostanze attuali, sembra essere più opportuno puntare sulle pratiche preventive di riduzione dei rifiuti e sulla prospettiva del loro riutilizzo, piuttosto che avviare costosi stabilimenti di trattamento delle acque reflue.

Tuttavia, la realtà industriale della produzione alimentare presenta l’inevitabile generazione di

liquami inquinanti. L’incapacità di numerosi stabilimenti di trattamento dei rifiuti pubblici di gestire adeguatamente tali liquami implica che la gran parte dei produttori alimentari si rivolga a impianti di trattamento proprietari. Le moderne tecnologie per il trattamento delle acque reflue sono in continua evoluzione e richiedono una stretta collaborazione tra enti di controllo, fornitori di impianti e industrie alimentari.

Pretrattamento delle acque reflue industriali

Prima che le acque reflue di tipo industriale possano essere integrate in un sistema di trattamento pubblico, è spesso necessario che vengano sottoposte a un processo di pretrattamento. Specifiche leggi definiscono i criteri di accettabilità per lo scarico delle acque reflue nel sistema fognario, determinando così la natura e la portata del pretrattamento necessario.

In paesi come gli Stati Uniti, i liquami provenienti dagli stabilimenti alimentari subiscono ulteriori restrizioni: sebbene di rado contengano sostanze tossiche, tali liquami possono trasportare scarti che non possono essere processati negli impianti di trattamento dei rifiuti o che potrebbero causare blocchi e richiedere interventi di manutenzione non programmati. Tra i residui più problematici vi sono oli e grassi, resti vegetali e animali e altri materiali di scarto. Quindi, è fondamentale procedere con un pretrattamento almeno parziale del flusso di liquami, prima di convogliarlo nel sistema di depurazione pubblico.

Junior UN Se le acque reflue scaricate superano la capacità di trattamento del sistema di depurazione pubblico, è responsabilità dell’azienda alimentare garantire un pretrattamento più efficace.
Le imprese sono nelle condizioni di dover prendere in considerazione se sia più vantaggioso finanziare un potenziamento del sistema di depurazione pubblico oppure sopportare gli oneri derivanti da un rafforzamento del pretrattamento dei liquami. La valutazione di una tariffa aggiuntiva si origina da un costo base per unità di volume con l’applicazione di coefficienti legati a elementi come BOD5, solidi in sospensione e grassi.

Decisioni delle Aziende in relazione alle Dimensioni

Le imprese di dimensioni ridotte generalmente ritengono più conveniente attuare il minimo pretrattamento delle acque reflue, sufficiente a mantenerli all’interno dei limiti di accettabilità. Al contrario, le aziende di dimensioni maggiori trovano più profittevole effettuare pretrattamenti più intensivi rispetto a quelli necessari per rispettare la norma. Alcune strutture attuano pretrattamenti tali da ottenere riduzioni sulle tariffe applicate allo scarico come incentivo, molti stabilimenti con un volume di liquame significativo quindi decidono di depurare autonomamente tutte le loro acque reflue per evitare di pagare tariffe elevate o perché il sistema di depurazione pubblico non è adeguatamente capiente.

Nell’analizzare la convenienza di un pretrattamento più efficace rispetto al necessario, ci sono alcuni vantaggi da considerare:

• I residui solidi e i grassi derivanti dalla lavorazione di prodotti vegetali e animali spesso hanno

  

  un buon valore sul mercato: la domanda da parte di mangimifici, saponifici e altre industrie può convertire il recupero di questi rifiuti in un’attività remunerativa, allo stesso tempo, riducendo il volume di acque reflue da trattare;

• Se le tariffe e i costi aggiuntivi applicati alle acque reflue sono elevati, un pretrattamento supplementare che ne comporti la diminuzione può risultare economicamente vantaggioso;
• La possibilità di contenziosi da parte delle autorità pubbliche si abbassa se l’azienda mantiene i propri reflui all’interno dei parametri accettabili.

Responsabilità nell’elaborazione avanzata dei rifiuti liquidi

L’obbligo di gestire una porzione significativa del processo di depurazione dell’acqua potrebbe ricadere sul pretrattamento. Tuttavia, ci sono vari inconvenienti nel pretrattamento delle acque di scarico che potrebbero disincentivarne l’uso:

• Le apparecchiature necessarie per il pretrattamento sono onerose e complicano il metodo produttivo.
• I costi associati alla manutenzione, al controllo e all’archiviazione dei registri dei procedimenti di purificazione potrebbero essere alti.
• Qualora si decida di procedere con il pretrattamento, è essenziale considerare le informazioni ottenute dall’esame iniziale sulle modalità di eliminazione dei rifiuti dell’azienda e dall’esame dei sistemi di recupero dei rifiuti e riutilizzo dell’acqua presenti sul mercato.

Queste valutazioni sono fondamentali per identificare e pianificare l’implementazione del sistema più adatto, nonché per calcolarne i costi.

La stima dei costi dovrebbe comprendere anche elementi del pretrattamento come l’insufflazione aria per la flottazione e i dispositivi per la separazione degli oli. I costi addizionali sostenuti dell’impresa per ridurre l’ammontare di rifiuti e riciclare l’acqua possono essere calcolati in base alle previsioni di riduzione del flusso, del BOD5, dei solidi in sospensione e dei grassi.

Usualità e tecnica del pretrattamento

I metodi più frequenti di pretrattamento coinvolgono l’armonizzazione del flusso e la scissione del materiale galleggiante e dei solidi in sospensione. Per intensificare l’efficienza della scissione, si aggiungono spesso elementi come la calce [Ca(OH)2] e l’allume [A12(SO4)3], il cloruro ferrico (FeCl3) o specifici polimeri. Per potenziare l’efficacia di tali materie, si utilizzano occasionalmente agitatori di vario tipo.

Tra le tecniche consolidate per la separazione sono incluse la separazione per gravità o per flottazione ad aria. Strumenti che vibrano, ruotano o stazionano vengono usati per filtrare prima del processo di scissione, permettendo di concentrare i solidi che galleggiano o che sono già sedimentati.

L’armonizzazione e la neutralizzazione del flusso sono applicate per limitare le oscillazioni del tasso di

portata nel flusso di acqua di scarico. A tal fine, sono necessari un serbatoio di accumulo e un impianto di pompaggio adeguato.
Un approccio economicamente favorevole per le imprese di lavorazione potrebbe essere gestire autonomamente le loro acque reflue o sversarle in reti fognarie comuni dopo un pretrattamento. Un serbatoio di raccolta può fungere da deposito per acque reflue destinate al riciclo o reimpiego, conducendole all’unità di trattamento in modo fluente e ininterrotto lungo la giornata. In sostanza, questa fase prevede un flusso variabile in ingresso e un flusso stabile in uscita. Le strutture come bacinetti o miscelatori in acciaio o calcestruzzo, di frequente senza copertina, possono servire come serbatoi di equalizzazione. E’ fondamentale adattare il flusso delle acque reflue provenienti dalla produzione alla capacità standard dell’unità di trattamento in uso.

Pretrattamento con Grigliatura

La grigliatura è il mezzo più diffuso per il pretrattamento, che può essere eseguito tramite griglie vibranti, rotative o fisse. Le prime due tipologie sono le più preferite in quanto permettono di gestire un volume maggiore di acque reflue con una concentrazione più alta di sostanze organiche. Questi dispositivi sono particolarmente efficienti su un flusso continuo (con eliminazione permanente dei solidi catturati) e disponibili in un’ampia gamma di soluzioni meccaniche e dimensioni di mesh. Durante il pre-trattamento, le dimensioni della mesh possono variare da 12,5 mm, per le griglie statiche, a 0,15 mm, per le griglie circolari vibranti ad alta velocità. Spesso si impiegano diverse forme di grigliature in combinazione per raggiungere l’efficacia desiderata nella rimozione delle particelle solide.

La tecnica di separazione grossolana si applica per l’eliminazione dei residui solidi galleggianti più grandi, che in seguito vengono raccolti e destinati allo smaltimento o al riciclo. L’efficienza della separazione dei solidi può essere potenziata aggiungendo calce, cloruro ferrico o alcuni polimeri; mentre la movimentazione meccanica attraverso pale può potenziare l’agitazione.

Il fulcro del trattamento primario dell’acqua è l’eliminazione di particelle nelle acque reflue. Le due metodologie principali applicate in questo processo sono la flottazione e la sedimentazione.

Il ruolo della Sedimentazione

Il trattamento primario dell’acqua di solito ricorre alla sedimentazione. Lo scopo principale di questo metodo è l’isolamento dei solidi dalle acque reflue, che spesso presentano una significativa presenza di materiali rapidamente sedimentabili. Le operazioni di prefiltrazione insieme al processo di sedimentazione primaria consentono l’eliminazione di circa il 40-60% dei solidi, equivalendo a quasi il 25-35% del totale del BOD5. Alcuni di questi solidi sono teoricamente inerti e non registrabili tramite il BOD.
In questo processo si adoperano tipicamente bacini di sedimentazione configurati in forma rettangolare o circolare. Numerosi sedimentatori sono dotati di raccoglitori rotanti a bassa velocità con pale che rimuovono i fanghi accumulati sul fondo del bacino e riducono la schiuma sulla superficie.

Nel disegno di un’installazione per la sedimentazione, è cruciale considerare una dimensione del

bacino abbastanza grande da garantire un periodo di ritenzione sufficiente per le acque reflue. Un altro fattore da valutare è la temperatura dell’acqua, che potrebbe influenzare la sedimentazione producendo correnti convettive che impediscono la deposizione di particelle. Nel corso della sedimentazione, i grassi sono rimossi tramite la rimozione della schiuma in superficie.

Il processo di flottazione offre la rimozione di oli, grassi e altri materiali in sospensione dalle acque reflue. Il successo nello sradicare gli agenti oleosi è un fattore chiave che ha fatto aumentare l’utilizzo della flottazione nel settore alimentare.

La flottazione efficace grazie alla soffiatura d’aria allontana lo sporco sospeso dalle acque di scarico. Si somministrano coagulanti e polimeri per agevolare la divisione dell’acqua dai grassi, oli e lubrificanti.

Le singole particelle che si attaccano alle bolle d’aria diventano più leggere rispetto all’acqua. In questo modo, si distaccano dal liquido e si dirigono verso l’alto, restando agganciate alla bolla d’aria. Dopo questo, viene effettuata l’eliminazione delle particelle flottanti dall’acqua. Il procedimento prevede l’integrazione delle acque reflue non trattate con un effluente depurato e riciclato, compresso in un serbatoio attraverso l’inserimento di aria. Il flusso composto si dirige alla vasca di chiarificazione e, a causa della depressurizzazione, prendono forma minuscole bolle d’aria che, spostandosi verso la superficie dell’acqua, trascinano con sé le particelle sospese.

Metodologie per la creazione delle bolle d’aria nell’acqua reflua

Le bolle d’aria, essenziali per l’eliminazione di oli e particelle sospese durante la fase di flottazione, possono essere generate nelle acque reflue attraverso tre metodi:

1. Impiegando turbine o diffusori d’aria per generare bolle a pressione atmosferica;
2. Saturando il liquido con aria e applicando successivamente il vuoto alla miscela risultante;
3. Saturando il liquido con aria a pressione elevata e poi depressurizzando la miscela ottenuta.

Prima dell’inizio di un trattamento di flottazione, le acque reflue vengono tipicamente mescolate con agenti flocculanti. Questo processo viene ampiamente utilizzato in quanto è rapido e permette di rimuovere solidi la cui densità è pari o inferiore a quella dell’acqua. Nonostante questa tecnica necessiti di ingenti investimenti e comporti costi di gestione elevati, soprattutto per gli additivi chimici e i trattamenti dei fanghi, è molto efficace.

I sistemi che sfruttano la flottazione favoriscono la sopravvivenza dei batteri in concentrazioni adeguate per contribuire alla biodegradazione degli agenti inquinanti presenti nelle acque. Per gestire la deidratazione dei fanghi, questi sistemi possono includere dispositivi come i filtri pressa a nastro. Dopo la raccolta, gli oli e i grassi flottanti possono essere sottoposti a un trattamento chimico e successivamente condizionati, tramite un procedimento di separazione.

Il processo di flottazione è un metodo popolare per la gestione dei rifiuti nelle organizzazioni alimentari. Questo metodo, che si occupa principalmente dello smaltimento di acque di scarico contenenti masse significative di grassi e oli, è un componente essenziale di molti sistemi di gestione dei rifiuti. Originariamente, la flottazione era afflitta da problemi legati a flussi d’acqua turbolenti, ma questi problemi sono stati superati con lo sviluppo di mezzi per la flottazione ad alta efficienza.

Soluzioni di Flottazione Moderna

Le soluzioni moderne per la flottazione includono l’installazione di lamelle o deflettori verticali. Questi sono progettati per prevenire la generazione di movimenti d’acqua contrari e vortici e, quando sono abbinati al giusto tipo di alimentazione, può ottimizzare la separazione tra solidi e liquidi. Questo non solo porta a una maggiore concentrazione di solidi nelle sedimentazioni per gravità, ma anche a un’effluente di qualità superiore nei chiarificatori per gravità.

Lo smaltimento dei fanghi che non sono riutilizzati come fertilizzanti o per altre applicazioni pratiche possono rappresentare la parte più costosa dell’intero processo di trattamento dei reflui. Tuttavia, ci sono sistemi di purificazione che degradano gran parte del materiale organico e producono relativamente piccole quantità di fanghi, risultando in una riduzione dei costi di trattamento e smaltimento.

Attraverso il recupero dei fanghi come sottoprodotti, i costi di smaltimento potrebbero ridursi notevolmente e il loro valore potrebbe portare a benefici economici tali da coprire i costi di trattamento. Tra le opzioni di smaltimento finale dei fanghi ci sono metodi di ossidazione biologica. Un processo precedentemente sviluppato ha introdotto l’uso di coagulanti derivati dall’amido di mais per separare oli, grassi e solidi sospesi dalle acque di scarico prima dello smaltimento.

Interventi rivolti a ridurre l’elettricità statica di solidi e grassi contribuiscono a promuoverne la fusione e l’eliminazione successiva. I residui solidi e grassi, provenienti da processi di flottazione, possono in seguito essere diretti verso il rendering.

Storia e Tecnologia del Trattamento delle Acque Reflue

Storicamente, il processo di trattamento delle acque reflue implicava la separazione dei solidi dagli elementi liquidi. Oggigiorno, sono a disposizione strumentazioni che utilizzano sistemi chiusi per depurare l’acqua prima dell’arrivo in un raffreddatore, e fanno scorre attraverso una sequenza di filtri prima di reindirizzarla verso il raffreddatore. In questo ciclo, le sostanze organiche vengono fermate dai filtri e l’acqua potrebbe essere riutilizzata. Inoltre, l’acqua con una percentuale inferiore al 3% di materiale organico può essere riciclata grazie all’uso di asciugatrici a dischi, che aggregano i solidi come polvere, mentre il vapore viene indirizzato nei sistemi di evaporazione e sfruttato come fonte energetica.

Il fango derivante dalle cisterne di stabilizzazione costituisce una difficoltà ulteriore, a causa del sovraccarico di agenti chimici, organici ed inorganici, risultato dell’infinita decomposizione dei rifiuti provenienti dalle acque reflue. Dunque, lo svuotamento e l’igienizzazione delle cisterne dovrebbero essere anteceduti da un’analisi minuziosa delle acque reflue, includendo una fase di stabilizzazione controllata microbiologicamente dei fanghi prima del loro utilizzo come

fertilizzanti.

L’ottimizzazione della flottazione appare complicato a causa della mancanza di sincronizzazione tra i responsabili della produzione e gli operatori dell’infrastruttura di flottazione. Una delle complicanze più usuali è l’introduzione troppo precipitosa di acque reflue in abbondanza e a temperature eccessive, che causano un aumento dei volumi, della temperatura e delle sostanze inquinanti che arrivano alla fase di flottazione, causando complicanze per il procedimento biologico, ostacolando la depurazione e incrementando la presenza di contaminanti.

Trattamento Secondario

Il metodo del trattamento secondario può variare, includendo tecniche che vanno dalla

decomposizione biologica alla ossidazione batterica. In aggiunta, potrebbe integrare un processo chimico per eliminare elementi come l’azoto e il fosforo, o per facilitare l’aggregazione dei rifiuti solidi.

L’importanza delle lagune biologiche nel trattamento dei rifiuti

Generalmente, le lagune biologiche, chiamate anche stagni biologici, sono depressioni del suolo ricolme di una miscela liquida di acqua e rifiuti. Questa soluzione viene costantemente eliminata senza svuotare completamente la laguna.

Obiettivamente, la maggioranza delle lagune ha una formazione simile. Usualmente, questi bacini sono confinati da una diga o un rilievo per bloccare possibili fuoriuscite o inondazioni. La profondità delle lagune varia in funzione del quantitativo di rifiuti da processare. Una certa ampiezza viene riservata in caso di catastrofi inattese quali cattivo tempo o tempeste.

La profondità addizionale, che rimane priva di liquidi, viene tipicamente calcolata in base alla quantità d’acqua piovana registrata nel periodo di 24 ore durante la peggiore tempesta degli ultimi cento anni, oppure durante il mese con il massimo indice pluviometrico degli ultimi 25 anni.

Una porzione ulteriore dello spazio viene mantenuta inutilizzata, per compensare le possibili variazioni dovute all’effetto del vento o alla formazione di onde.

Le forme delle lagune sono ideali se quadrate o circolari, infatti, questi tipi promuovono un migliore mescolamento e la loro costruzione risulta generalmente meno costosa. Per quanto riguarda stagni rettangolari, è suggerito un rapporto 3:1 tra altezza e ampiezza. Bacini stretti che si allontanano dal corpo principale dovrebbero essere evitati poiché potrebbero incoraggiare la proliferazione degli insetti.

Pur essendo usualmente profonde al massimo 3 metri, le lagune potrebbero richiedere maggior profondità in base alla necessità di risparmiare suolo, migliorare il mescolamento e diminuire l’emissione odorosa.

L’Impermeabilizzazione degli Stagni

Appare fondamentale che gli stagni siano impermeabili, grazie a suoli argillosi compatti o a rivestimenti industriali, al fine di prevenire infiltrazioni che danneggerebbero le acque sotterranee.

Uno stagno viene definito impermeabile se le pareti e il fondo hanno un tasso di conduttività idraulica che non superi i 1×10-7 cm/sec.
A standard generalmente accettato, come sostenuto da Safley e altri nel loro studio del 1993, prevede che sia necessario un componente di argilla di almeno 30 cm per l’impermeabilizzazione degli stagni. Tuttavia, la legislazione relativa può presentare discrepanze. La profondità dello stagno avrà un effetto diretto sulla necessità di aumentare lo spessore della barriera impermeabile. È di fondamentale importanza prendere in considerazione l’ambiente del suolo, la località delle falde idriche e del substrato roccioso nel momento della scelta del luogo adatto per collocare un stagno.

Nonostante l’eliminazione dei materiali solidi vagliabili e di quelli che si depositano facilmente mediante un trattamento preliminare, rimangono comunque solidi disciolti nei reflui. L’indispensabilità del trattamento secondario risiede nel continuare a svolgere l’eliminazione della materia organica producendo così un effluente con una bassa concentrazione di BOD e materiali sospesi.

Sono prevalentemente gli organismi microscopici presenti nelle acque e nei suoli a contribuire all’ossidazione biologica dei solidi. Questi microrganismi, chiamati microflora, sono in grado di assorbire una quantità dei solidi disciolti, trasformandoli infine in prodotti ossidati come CO2 e H2O, o inglobandoli in biomassi, che possono successivamente essere rimossi.

La flora microbica insieme alla materia organica assorbita continua a subire una degradazione aerobica durante la fase di respirazione endogena, come indicato dalla seguente reazione: C5H7O2N + 5O2 -> 5 CO2 + 2 H2O + NH3

Separazione e ulteriori fasi di trattamento

Queste reazioni necessitano di ossigeno. Dopo questa fase, la biomassa in sospensione viene separata dall’acqua attraverso un processo di sedimentazione gravitazionale. Alcuni elementi sospesi e materiali solidi più piccoli, presenti sotto forma di particelle colloidali o super colloidali, possono non essere rimossi durante il processo di sedimentazione secondaria. Se la contaminazione è eccessiva, il refluo deve essere filtrato o deve essere eseguita una chiarificazione con l’aggiunta di agenti flocculanti chimici prima dello scarico.

Gli stagni anaerobici possono essere progettati con un solo strato o con vari strati. Tuttavia, la realizzazione di stagni a vari strati presenta come svantaggi un aumento dei costi di costruzione e l’acquisto di terreni aggiuntivi. L’approccio a fase multipla nella creazione di stagni offre vari benefici. Ad esempio, le fasi secondarie e terziarie mostrano una drastica riduzione dei detriti galleggianti, che a sua volta minimizza il rischio di ostruzione del sistema di ricircolo o della pompa di irrigazione. Inoltre, il primo bacino, che detiene una voluminosa quantità di acque di scarto, non ha la probabilità di traboccare.

Inoltre, questo schema garantisce una fornitura sufficiente di batteri necessari per la depurazione delle acque reflue. E infine, con questo tipo di impiego, le acque reflue vengono trattate in maniera più estensiva.

Lanciare uno stagno con preparazione diligente

Avere uno stagno richiede una pianificazione accurata per ridurre il disordine biologico degli agenti microbiologici interessati che necessitano di un periodo di adattamento. Poiché i batteri anaerobi crescono a ritmo lento, uno stagno potrebbe aver bisogno di più di un anno prima di raggiungere la piena maturità.

Lo stagno dovrebbe iniziare il suo funzionamento all’inizio dell’estate o alla fine della primavera, favorendo l’adattamento dei batteri al clima caldo. È inoltre importante aumentare gradualmente la quantità di acque reflue introdotte in un periodo di 2 o 3 mesi.

A causa delle piogge, gli stagni tendono a raccogliere liquidi che devono essere eliminati con regolarità. Normalmente, si dovrebbe mantenere il 40-50% del volume attivo dello stagno. La rimozione dei liquidi dovrebbe essere programmata nei periodi più caldi dell’anno al fine di garantire che i batteri si moltiplichino senza scendere sotto la minima concentrazione efficace. Nei sistemi di stagni a più stadi, l’acqua di scarico dovrebbe essere eliminata dall’ultimo bacino.

Dopo un periodo di 10 o 20 anni, i sedimenti cumulati devono essere rimossi per prevenire l’iper popolazione microbica. Tre tecniche sono usate per la rimozione dei sedimenti. La prima coinvolge l’uso di un dispositivo specifico per agitare i sedimenti, portandoli a galleggiare e quindi pomparli quando completamente mescolati; i sedimenti rimanenti avranno la tendenza a riassestarsi una volta terminata l’agitazione. Il secondo metodo implica l’uso di una draga che attraversa la laguna; una pompa sulla draga trasferisce i sedimenti fino a un’altra pompa posizionata sulla riva.

Una pompa secondaria può essere impiegata per trasferire i fanghi in una cisterna o per disperderli attraverso il suolo. Un’altra abilità è la possibilità di canalizzare il liquido in una vasca separata, facilitando così l’essiccamento naturale dei fanghi rimasti. Questo procedimento, però, è notoriamente di lunga durata e può estendersi per molti mesi.

I fanghi generati sia dai processi di trattamento primario che secondario, necessitano tipicamente di un’ulteriore stabilizzazione prima dell’eliminazione finale. Gli stagni anaerobici e aerobici, spesso descritti come vasche di stabilizzazione, sono utilizzati sia per trattare le acque reflue che per stabilizzare i fanghi.

Diffusione della Tecnica

L’adozione di questa tecnica di trattamento si è incrementata soprattutto dal decennio degli anni ’50, in quanto comporta investimenti di dimensioni medie, relativamente bassi costi operativi ed è semplice nella gestione. Tuttavia, gli stagni anaerobici e aerobici non sono adatti per territori con alti costi di terreno e volumi particolarmente grandi di acque reflue.

Alla base del funzionamento degli stagni biologici ci sono l’ossidazione biologica e la sedimentazione dei solidi. I solidi, se siano dissolti, sospesi o sedimentati, sono trasformati in gas quali ossigeno, biossido di carbonio e azoto – acqua e biomassa rappresentata da microflora, macroflora e fauna. Gli stagni attuano un processo di equalizzazione dei flussi di rifiuti diretti verso altri sistemi di trattamento o corpi idrici recettori.

La profondità di questi stagni anaerobici oscilla tra i 2,5 e i 3 metri; il rapporto superficie/volume deve essere il più ridotto possibile. Le condizioni anaerobiche sono indotte in tutto l’intero bacino dalla presenza di carichi organici pesanti. In queste circostanze, il materiale organico viene digerito da microrganismi anaerobi. Il carico viene quantificato secondo BOD5, COD, SS o altri metodi per unità di volume. Le temperature operative devono raggiungere almeno i 22 °C, mentre il periodo di ritenzione varia tra i 4 e i 20 giorni.
La riduzione del BOD varia tra il 60% e l’80%, dipendendo dal BOD originale e dalla durata del trattamento. I microcosmi anaerobici risultano essenziali nel trattamento primario o secondario di effluenti che albergano cariche organiche considerevoli o nella gestione dei residui solidi. In genere, questi sono associati ai bacini aerobici o ai filtri di percolazione, dato che i prodotti del loro trattamento contengono ancora alte concentrazioni di sostanze organiche (ad esempio, oltre 100 mg di BOD5).

La Sinergia tra Trattamenti Anaerobici e Aerobici

Ci sono diversi processi che sfruttano l’accoppiamento tra trattamenti anaerobici e aerobici. Un bioreattore anaerobico a miscelazione completa crea le condizioni adatte per sciogliere composti organici complessi in CO2, CH4 e altri semplici composti organici. Questo tipo di bioreattore (o digestore) consente una riduzione del BOD5 dell’85-95%. L’acqua separata dai gas contiene approssimativamente il 65-70% di CH4. I liquami vengono quindi indirizzati a un reattore aerobico per un trattamento ulteriore.

L’approccio in questione comporta il trasferimento dell’acqua trattata da condizioni anaerobiche ad un serbatoio deputato alla degassificazione e alla flocculazione, seguito da un sedimentatore lamellare. Qui i microorganismi anaerobici vengono isolati e rimandati al digestore. La parte liquida di un campione, o surnatante, procede per via gravitazionale in un bacino di aerazione dove sono presenti apparecchi per l’aerazione. In quanto lo stadio aerobico è responsabile solamente del 5-15% della riduzione del BOD5 iniziale, il requisito energetico per l’ossigenazione è minore. Ciò implica l’ulteriore sedimentazione delle scorie aerobiche nel sedimentatore finale, da cui si ritorna al bacino di aerazione. I residui solidi in eccesso vengono riciclato nel digestore, dove facilitano l’attività batterica e vengono scomposti.

Il mix tra processi anaerobici e aerobici permette di gestire significative variazioni nell’effluente. In effetti, l’approccio anaerobico mostra una risposta lenta alle variazioni del flusso a causa della lenta crescita dei microrganismi anaerobici. Tuttavia, la più rapida proliferazione dei microrganismi aerobi offre soluzioni.
Gli aerobi stagni operano essenzialmente con aeratori meccanici che immettano ossigeno nel sistema per soddisfare la necessità di ossidazione biologica. Gli aeratori servono a spostare l’aria all’interno dell’acqua, consentendo così all’ossigeno di disperdersi e mantenendo un livello di ossigeno disciolto tra 1-3 mg/L al fine di supportare un carico organico giornaliero massimo di 450 kg BOD5 per ettaro.

A causa dell’ossigenazione sottomarina, non c’è pericolo di congelamento o di ostruzione. Questi stagni possono essere di tipo aerobico-anaerobico, o parzialmente in sospensione, o completamente in sospensione. Gli stagni possono anche variare in base alla loro capacità di tenere in sospensione i solidi.

Processo di Conversione BOD negli Aerobi Stagni

Circa il 20% del BOD immesso in uno stagno aerobico viene trasformato in fanghi solidi, con una diminuzione del BOD dal 70 al 90%. Negli stagni facoltativi, una parte dei solidi generati viene degradata nei fanghi anaerobici che si depositano sul fondo. D’altro canto, gli effluenti completamente mescolati richiedono generalmente un trattamento supplementare come la chiarificazione o i bacini di finissaggio.

I filtri percolatori, che sono formati da un letto di materiale inerte – generalmente pietrisco – su un fondo che permette il drenaggio, lavorano per l’abbassamento di BOD e SS tramite azione batterica e ossidazione biologica. Questo avviene perché l’acqua reflua scorre sottilmente sulla superficie del materiale.

I microrganismi aerobi, come zooglea, che crescono sulla superficie del materiale, svolgono un ruolo essenziale nell’ossidazione biologica. Il processo si svolge in maniera molto simile ai fanghi attivi, tuttavia, nel filtro percolatore, i batteri aerobi formano un biofilm fissato sul materiale inerte. L’aerazione avviene esponendo ampie superfici di acque reflue all’atmosfera.

Se il contenuto di pesi nelle acque reflue è superiore ai 100 mg/L, un trattamento primario diventa necessario prima di procedere con qualsiasi altro processo.

L’Influenza delle Variabili sui Filtri Percolatori

La performance del filtro percolatore può essere alterata da vari fattori come la temperatura, la composizione delle acque reflue, la portata idraulica sulla superficie, le proprietà del materiale inerte e la profondità del filtro. La dimensione, gli spazi vuoti e l’area superficiale del materiale di riempimento, così come la portata idraulica superficiale, sono elementi che impattano l’efficienza del filtro più di ogni altro fattore. Indipendentemente dal carico organico superficiale, l’efficacia dell’eliminazione rimane stabile all’interno di un range specifico.

L’uso di materiali di riempimento in plastica, che presentano un’area superficiale e uno spazio vuoto superiori rispetto ai materiali rocciosi, ha portato a un miglioramento nella progettazione e nell’efficienza dei filtri percolatori. Questo approccio è considerato notevolmente semplice in termini operativi e richiede meno manutenzione rispetto ai sistemi che utilizzano fanghi attivi.

Un’altra tecnica comunemente utilizzata per il trattamento delle acque reflue è l’impiego di fanghi attivi. Questo processo necessita della presenza di un reattore, che può essere un serbatoio o un bacino di aerazione, di un sedimentatore e di un sistema di pompaggio che permette di riportare una frazione del fango sedimentato al reattore e di smaltire il fango eccedente. É possibile che sia necessaria o meno l’applicazione di un trattamento primario in questa fase.

Questo processo consiste nel riciclare parte del fango depositatosi nel sedimentatore e nell’unire questa porzione con le acque reflue in arrivo nel reattore. Questo porta ad una concentrazione di solidi biologici nel reattore più alta rispetto a quella che ci sarebbe senza il riciclo. I fanghi attivi contengono microrganismi che degradano la materia organica nelle acque reflue da trattare, da qui deriva il nome. Questa combinazione di acque reflue in ingresso e di fanghi riciclati viene chiamata miscela aerata. Il metodo dei fanghi attivi è un sistema frequentemente impiegato.

Il processo di trattamento dell’acqua: sistema a fanghi attivi

In termini di trattamento biologico dell’acqua, esistono diverse tecniche. Tra queste, il sistema ad ossidazione fluida e i filtri percolatori, noti anche come sistemi a letto fisso. Tuttavia, una delle metodologie più comunemente usate è il processo standard a fanghi attivi. Questo metodo è stato ideato per l’implementazione continua del trattamento secondario dei rifiuti domestici.

Questo sistema si dimostra altamente efficiente nello sradicare qualsiasi materia organica presente nelle acque reflue. Tuttavia, risulta inefficace quando si tratta di eliminare i solidi inorganici dissolti. L’aria diffusa o gli aeratoli superficiali possono essere utilizzati in questa procedura per ottenere la miscelazione necessaria.

Nel sistema a fanghi attivi, gli affluenti organici sono combinati con i fanghi e vanno incontro a degradazione biologica durante il loro viaggio dal punto di ingresso al punto di scarico del reattore. A seconda delle condizioni di inquinamento delle acque reflue e del tipo di intervento adottato, il tempo di permanenza nel reattore può variare tra le 6 ore e i 3 giorni.

Quando il fango attivo interagisce con i rifiuti in entrata, si verifica una fase rapida (meno di 30 minuti) in cui il materiale particellare all’interno dell’effluente viene rapidamente assorbito nella matrice gelatinosa del fango di ricircolo. Questo meccanismo consente di eliminare una quantità significativa di BOD entrante.

Costi, efficienza e varianti del processo

Le strutture elettriche e meccaniche necessarie per l’areazione nel metodo a fanghi attivi tendono a essere abbastanza costose e comportano un consumo energetico considerevole. Nonostante ciò, questo sistema può raggiungere un’efficienza molto elevata, tra il 95 e il 98%, oltre a essere modificabile per rimuovere l’azoto e il fosforo senza l’utilizzo di sostanze chimiche.

Uno studio particolare di questo procedimento comprende l’implementazione degli impianti a fanghi attivi con areazione estensiva. Questo tipo di processo è particolarmente vantaggioso nei sistemi di ossidazione Pasveer e Carrousel, che sono comuni nei grandi centri urbani di vari Paesi, incluso quelli europei.

Questo metodo avanzato permette di ridurre la produzione di fanghi da smaltire, prolungando il tempo di areazione necessario per mantenere i solidi sospesi all’interno della miscela aerata a livelli che consentono una sedimentazione efficiente.
Quando si parla della mineralizzazione del fango derivante dall’impianto purificatore, il livello raggiunto non necessita ulteriori passaggi nel digestore prima della disidratazione. Nonostante ciò, i sistemi con aerazione estensiva richiedono un maggiore consumo energetico, data la completa stabilizzazione aerobica dei materiali organici. Ciò nonostante, il

principale vantaggio di tale processo, non necessitante di trattamenti secondari, risiede nel raggiungimento di un’elevata efficienza nella riduzione del BOD (con percentuali che variano dal 95 al 98%) e nell’attenuazione del trattamento dei residui da smaltire.

I processi di digestione aerobica dei fanghi, simili a quelli anaerobici in termini di completamento della stabilizzazione dei solidi volatili, richiedono una fornitura di aria attraverso metodi meccanici o pneumatici. Una tale tecniche può essere utilizzata per stabilizzare l’ammontare eccessivo di fanghi biologici generati dai processi a fanghi attivi o da quelli tramite filtri percolatori. Essa può anche essere utilizzata prima del trattamento biologico per stabilizzare i fanghi primari risultanti dalla sedimentazione.

Variazioni nei Processi a Fanghi Attivi

Un esempio di variazione dei processi a fanghi attivi è la stabilizzazione tramite contatto, che offre il vantaggio di un’eliminazione del substrato in due step. Il primo, che va da 0,5 a 1 ora, implica l’adsorbimento rapide delle parti organiche colloidali, finemente sospese e solute nei reflui, attraverso l’uso dei fanghi attivi. Durante il secondo, il materiale organico adsorbito viene separato per sedimentazione e la miscela aerata concentrata viene ossidata nell’arco di 3-6 ore. Il passaggio del materiale organico assorbito alla sedimentazione avviene nel corso del primo stage della fase di assorbimento, mentre l’ossidazione biologica avviene nel corso della seconda tappa.

Nei sistemi che utilizzano vasche di stabilizzazione, la formazione di uno strato solido sulla superficie delle stesse genera un aumento della produzione di fango sul fondo. Questo comporta una riduzione del tempo di detenzione (e quindi una diminuzione del volume utile), creando difficoltà nella funzionalità del sistema.

L’elaborazione dell’acqua di scarico grazie al processo biologico risulta essere un modo per mantenere costantemente mescolati e aerati i detriti, grazie alla convivenza prolungata con la biomassa del fango per un periodo tra le 20 e le 30 ore. Una volta che i solidi sospesi si sono equilibrati, procedono verso un chiarificatore (noto anche come un serbatoio di sedimentazione), per la loro ulteriore rimozione a seguito della sedimentazione.

Dettagli del carico e del turnover del trattamento

L’ammontare del carico di BOD (Domanda Biochimica di Ossigeno) per metro cubo di volume aerato disponibile nella fossa di ossidazione può variare tra 200 e 500 grammi al giorno. Il turnover, o periodo di ritenzione (conosciuto anche come l’età del fango), dovrebbe essere mantenuto tra i 16 e i 20 giorni. Per ogni chilo di BOD presente, si può aspettare una produzione di nuovi fanghi di circa 200-300 grammi, con la riduzione della BOD che si aggira tra il 90 e il 95%.

In queste fosse di ossidazione, un cambiamento nelle temperature può avere un impatto notevole sulla eliminazione efficace dei solidi. In quelli climatici più rigidi, si possono formare minuscole particelle (o “capocchia di spillo”) di materiale biologico, che riducono l’efficacia del processo se sversate con l’effluente in uscita dal chiarificatore.

Un tipico disegno di una fossa di ossidazione include un unico anello chiuso o più anelli chiusi collegati in serie. Un aspetto positivo delle fosse di ossidazione è la loro gestione, che richiede uno sforzo minimo una volta impostata la corretta operatività. Vengono utilizzate ampiamente dalle industrie alimentari per il trattamento dei liquami.

Utilizzo specifico nel trattamento delle acque reflue industriali e domestiche

Per il trattamento delle acque reflue da produzioni alimentari, domestiche e industriali, viene raccomandata l’ossidazione a barriera totale (TBOD, Total Barrier Oxidation Ditches). Questa tecnica permette una depurazione biologica dell’acqua scaricata attraverso la mescolanza con ossigeno dei solidi in essi presenti e consente ai batteri di nutrirsi di tali inquinanti. L’alta capacità nel trasferimento di ossigeno in zone specifiche della fossa consente un controllo efficace.

Il procedimento si svolge in modo efficiente, offrendo flessibilità nel disegno del meccanismo. Grazie a ciò si assicura un flusso ininterrotto e vigoroso delle acque di scarico, prevenendo l’accumulo di biomassa nella parte inferiore del dispositivo. L’apparato per il pompaggio e l’aerazione è composto da un set di aeratori subacquei equipaggiati con tubi a turbina. Questi facilitano il trasferimento di ossigeno nel fluido aerato.

Le metodologie più efficaci di smaltimento al suolo sono l’impiego dell’infiltrazione-percolazione e del deflusso superficiale. Se utilizzate impropriamente, queste tecniche possono causare danni alla vegetazione, al terreno e alle acque sotterranee. Tuttavia, entrambe possono eliminare efficacemente il carbonio organico da acque di scarico ad alto carico. L’eliminazione delle sostanze inquinanti può raggiungere un tasso del 98% con l’infiltrazione e l’84% con la deflussione superficiale. Nonostante l’infiltrazione risulti più efficace, viene contrappesata dal suo elevato costo e dal complesso sistema di distribuzione. Il deflusso superficiale, in contrasto, genera una minore contaminazione delle falde acquifere.

Nonostante in passato lo smaltimento al suolo fosse adottato per la rimozione dei rifiuti di alcune industrie alimentari, oggi il suo uso è più ristretto. I volumi crescenti di acque reflue richiederebbero un’area terrestre eccessivamente vasta. Una deflussione superficiale e un’adeguata applicazione dei nutrienti può portare a una riduzione della vegetazione. L’accumulo a lungo termine di minerali e altri materiali nel suolo può causare un’inquinamento del terreno.

Processo dei Biogestori Rotativi

I biogestori rotativi o biodisks rappresentano un sistema di trattamento biologico con biomassa aderente, concettualmente analogo a quello dei filtri percolatori. Sebbene l’impianto presenti costi iniziali elevati, i costi di gestione e lo spazio richiesto sono ridotti. Questo metodo implica l’utilizzo di serie di dischi di plastica di ampio diametro (circa 3 m).

Separati da una distanza intervallare di 2-3 cm per impedire possibili collisioni tra i vari elementi di biomassa, i biodischi sono allineati su un asse orizzontale. Questi vengono raggruppati o raccolti in mazzi, separati da deflettori per diminuire l’agitazione. I biodischi ruotano a una velocità modesta (0.5 – 10 giri al minuto) e rimangono immersi per il 30-40% in un serbatoio orizzontale aperto, usualmente semicircolare al fondo in modo da accomodarsi alla morfologia dei dischi. All’interno di questa vasca scorrono le acque di scarto.

Il funzionamento dei biodischi è possibile grazie ai microbi che si attaccano e proliferano sulla loro superficie, assorbendo i nutritivi presenti nelle acque di scarto. L’aerazione della vegetazione sui dischi che escono dallo scarto avviene sia attraverso la ventilazione del tenue strato acquoso che si attacca alla superficie del disco. Amplificando la velocità di rotazione, aumenta la quantità di ossigeno sciolto nella vasca. Similmente ai filtri percolatori, la biomassa si stacca dai biodischi e viene eliminata al termine del suo ciclo vitale. Nonostante questo procedimento sia considerato un trattamento secondario, la sedimentazione primaria può essere abolita se la concentrazione dei solidi sospesi nelle acque di scarto non è eccessivamente alta (fino a 240 mg/L).

La Separazione Magnetica

Questo sistema fisico secondario è altresì applicato ai trattamenti terziari. I detriti organici solidi sospesi sono trattati chimicamente con magnetite (Fe3O4); il successivo inserimento di solfato d’alluminio o cloruro ferrico provoca la coagulazione per flocculazione, dunque le particelle coagulate contengono magnetite.

Il processo viene eseguito in una stanza contenente una matrice di filo d’acciaio inossidabile posta in un campo magnetico. Quando le acque reflue attraversano il campo magnetico della camera, le particelle coagulate magneticamente presenti in sospensione si attaccheranno al filo d’acciaio inossidabile. Azzerando il campo magnetico, i materiali solidi raccolti in questo modo possono essere separati dal supporto e rimossi.
Una procedura di pulizia pre-uso, originaria dell’Australia, ha guadagnato popolarità esclusivamente limitata nell’America del Nord.

Il trattamento tertio o avanzato è stato introdotto per rafforzare la qualità delle acque reflue derivanti dal processo di trattamento per farlo aderire ai parametri stabiliti dalla legge. L’industria alimentare adotta spesso il trattamento tertio per eliminare specifici effetti collaterali delle operazioni di produzione come coloranti, flavorizzare e salamoie. Gli stessi processi utilizzati nel trattamento tertio del settore pubblico sono spesso applicati nel trattamento principale delle acque di scarico da parte di diverse industrie di trasformazione alimentare.

Meccanismo di Separazione Fisica

Sono stati creati sistemi di separazione basati su filtri di sabbia o microfiltri (microstacci) per la purificazione e il trattamento tertio delle acque reflue.

Il microfiltro è realizzato come un cilindro rotante avvolto con una tela molto fine (generalmente nylon o stoffa metallica), disposto in orizzontale in un bacino aperto. L’acqua di scarico entra nel cilindro e viene filtrata attraverso la stoffa superfine, che trattiene le particelle solide. Come il cilindro ruota lentamente, la sezione esposta sopra la superficie dell’acqua di scarico è coinvolta in un processo di pulizia inversa per pulire il filtro e dirigere le particelle solide raccolte in un canale separato.

La rimozione delle particelle attraverso la microfiltrazione dipende dalla dimensione delle maglie del filtro, solitamente tra 20 e 65 pm. Questo rappresenta un approccio a basso costo al trattamento tertio, poiché i filtri sono autopulenti e richiedono costi operativi e di manutenzione minimi. L’unico svantaggio è l’occlusione parziale del filtro, che a volte ne riduce la durata.

Nel ciclo di rinnovamento dei liquami secondari, è possibile riscontrare una presenza di microrganismi responsabili della creazione di agglomerati vischiosi. Per ridurre tali accumuli, si è soliti far ricorso all’esposizione alla radiazione ultravioletta o alla clorazione.

Metodi per il Trattamento Terziario delle Acque Reflue

Per la purificazione terziaria del liquame, si utilizzano spesso filtri veloci a rena, filtri sovrapposti o a raccoglitore unico e sistemi di filtraggio continuo in opposta direzione. Questi metodi di cura necessitano delle apparecchiature di scarico per l’evacuazione dei fluidi depurati e di un sistema per il recupero dei detriti solidi raccolti. Sono disponibili sistemi automatici di lavaggio a controcorrente per l’autopurificazione dei filtri.

L’acqua di scarto derivante dalle industrie alimentari ha una notevole presenza di solidi praticamente soluti, che possono essere rimossi efficacemente attraverso vari processi di separazione fisico-chimica. L’adsorbimento al carbonio attivo è uno dei metodi più economici per eliminare composti organici resistenti a vari trattamenti. La compatibilità della particella organica con il carbonio dipende dalla tipologia del carbonio stesso e dal coefficiente di solvibilità dell’elemento organico nell’acqua.

I metodi che sfruttano lo scambio ionico permettono di eliminare i sali minerali, sostituendo le loro forme ioniche (sia di cationi che di anioni) con altri ioni mediante resine cariche. In genere, i cationi multivalenti sono sostituiti da quelli monovalenti, come Na+ o H+, e gli anioni da OH- o Cl-. L’obiettivo principale di questa tecnica è di eliminare i sali minerali considerati dannosi per l’acqua oppure recuperare minerali utili dai liquidi di scarto industriali. La resina utilizzata per lo scambio ionico consiste solitamente in un insieme di molecole organiche, note come polimeri, che sono unite trasversalmente e contengono gruppi funzionali attivi che possono essere fortemente acidi, debolmente acidi o fortemente basici. La resina è caricata con ioni come H+ e Na+, che vengono poi sostituiti dagli ioni multivalenti presenti nel liquido di scarto che attraversa la resina. Le resine necessitano periodicamente di rigenerazione.
Il processo di ricostituzione dell’equilibrio ionico originale utilizza principalmente sostanze fortemente acide o basi. Questa tecnica di scambio ionico risulta particolarmente efficace nel procedimento di demineralizzazione dell’acqua e del plasma.

L’Efficacia dell’Elettrodialisi

Per eliminare i minerali dalle soluzioni salate e per demineralizzare il plasma, viene frequentemente impiegata l’elettrodialisi. Questa pratica implica l’applicazione di una corrente elettrica ad una massa d’acqua, in cui sono posizionate verticalmente, seguendo un ordine alternato, le membrane selettive cationiche e anioniche. Essendo attratti dalla corrente elettrica i cationi attraversano la membrana cationica, mentre gli anioni attraversano la membrana anionica. Di conseguenza, all’interno del contenitore dell’elettrodialisi, si creano degli scompartimenti arricchiti di anioni o cationi, mentre l’acqua restante viene demineralizzata.

Tuttavia, l’efficacia dell’elettrodialisi è limitata. La precipitazione dei sali, l’ostruzione delle membrane causata dai componenti organici dell’acqua e l’intasamento degli elettrodi, sono problematiche che riducono l’efficacia di questo metodo come procedimento di trattamento terziario.

I laghi di finitura o laghi di maturazione, si applicano per il trattamento terziario dei reflui secondari, originari dai fanghi attivi o dai filtri di percolazione. L’ossigeno necessario per questa procedura è reso disponibile attraverso aerazione naturale o meccanica o prodotto tramite la fotosintesi. Il peso superficiale organico oscilla solitamente tra 17 e 34 kg BOD5/ha/giorno, con un range di riduzione di BOD e SS dall’80 al 90%. L’efficienza di questo sistema nella rimozione dei residui è influenzata dalla temperatura. Sebbene questi laghi non richiedano attrezzature o energia e necessitano un minimo intervento giornaliero, richiedono un’estensione di terreno maggiore rispetto alle altre tecniche di trattamento.

Ossidazione Chimica

Esiste un processo per potenziare l’ossidazione dei residui liquidi durante la fase terziaria del trattamento, impiegando l’ozono. Questa modalità di trattamento con ozono è molto efficiente, resa accessibile dalle spese moderate dei dispositivi generanti ozono.

L’ozono, un potente agente ossidante, subisce una decomposizione in presenza d’acqua, formando ossigeno e ossigeno monoatomico. Quest’ultimo interagisce immediatamente con la materia organica. Il processo fornisce anche diversi benefici, come la disinfezione e l’eliminazione di sapori e odori, oltre ad avere un effetto sbiancante. Altri agenti chimici impiegati nel processo di ossidazione includono cloro, biossido di cloro, ossigeno e permanganato.

Il principale obiettivo della disinfezione è la diminuzione dell’intera popolazione batterica e l’annientamento dei batteri patogeni presenti nel refluo. Per essere considerata potabile, l’acqua deve esibire una concentrazione batterica assai ridotta, preferibilmente assente.

Per valutare l’adeguatezza dell’acqua e l’efficacia della disinfezione, si utilizza spesso il conteggio totale di coliformi per unità di volume, piuttosto che la presenza di specifici agenti patogeni.

Disinfezione prima dello Smaltimento

Per ragioni di salute pubblica, le acque reflue devono essere disinfettate prima della loro eliminazione. A tal fine, sono disponibili sia disinfettanti chimici che metodi fisici di disinfezione. Durante l’addizione di un disinfettante chimico all’acqua, bisogna garantire un tempo di contatto sufficiente per assicurare un’azione battericida efficace. Questo è reso possibile dall’eliminazione di microrganismi durante i trattamenti primari e secondari, e dalla morte dei patogeni dovuta alla loro prolungata esposizione all’ambiente.
Quando questo avviene in maniera naturale, l’intensità della purificazione dell’acqua di scarico trattata tende a essere più debole. La sterilizzazione dell’acqua può avvalersi di vari composti come: cloro, iodio, bromo, sali di ammonio quaternario e ozono. Il cloro, sia nella sua forma gassosa che per mezzo dei suoi derivati, quali gli ipocloriti di calcio e di sodio, è il prodotto chimico più adoperato data la sua economicità, efficacia rilevante e semplicità di impiego.

La procedura di pre-clorazione dell’acqua, come passaggio preliminare, mira a minimizzare i problemi operativi legati alla creazione di sedimenti biologici viscosi su filtri, condutture e serbatoi e a precludere la nascita di sapori e odori insoliti. La disinfezione finale dell’acqua di scarico mediante post-clorazione costituisce una tattica primaria per la diminuzione della presenza microbica nelle acque purificate. Abitualmente, il cloro viene introdotto o immediatamente prima o immediatamente dopo il flusso attraverso un filtro a sabbia. Al fine di evitare potenziali reazioni tra sterilizzanti e materia organica, usualmente l’acqua di scarico viene purificata al termine del processo di trattamento.

Vari Metodi di Disinfezione dell’Acqua

Per la sterilizzazione, si usano agenti chimici ossidanti, esposizione a raggi ultravioletti, gamma e microonde, e metodi fisici come il trattamento con ultrasuoni o il calore. Recentemente, l’uso della clorazione è stato affrontato con più circospezione a causa della generazione di composti organo-alogenati potenziali cancerogeni che si formano nelle acque clorate. Merita anche nota il fatto che la clorazione delle acque scaricate nei corpi d’acqua può rivelarsi tossica per la vita acquatica. La clorazione e altri processi chimici non eliminano tutti i microrganismi: alcune alghe, microrganismi sporogeni e virus (inclusi patogeni) resistono al trattamento di clorazione.

La performance di un sistema di purificazione dell’acqua può essere ostacolata da vari elementi. Tra questi, il pH, i disinfettanti, il volume di acqua trattata, la temperatura, i solidi, le sostanze dannose e il carico organico giocano un ruolo cruciale. Se però i disinfettanti vengono manipolati secondo le linee guida del fabbricante, usualmente non disturbano gli equilibri microbici dei processi che avvengono nella maggioranza dei sistemi di purificazione dell’acqua. Ricordiamo che un riversamento eccessivo o incidentale di disinfettanti chimici potrebbe complicare la depurazione.

Disinfettanti nell’Industria Alimentare

I disinfettanti che generano più dubbi nell’industria alimentare sono i composti di ammonio quaternario. Questi sono tanto stabili quanto efficaci in un’ampia serie di livelli di pH. Nonostante questo, l’attività antimicrobica di questi elementi nei sistemi di purificazione potrebbe essere ostacolata da molti fattori, ad esempio l’inattivazione, l’assorbimento, l’acclimatazione e la biodegradazione.

In gran parte dei sistemi di purificazione dell’acqua vengono introdotti sufficienti composti cationici per neutralizzare gli sali di ammonio quaternario. Allo stesso tempo, sia il cloro che lo iodio perdono velocemente la loro attività nel flusso dell’acqua e raramente raggiungono il sistema di purificazione. D’altra parte, normalmente la diluizione dei disinfettanti acidi determina un innalzamento del pH (superiore a 4,0), riducendo la loro attività antimicrobica.

Simile al cloro, i disinfettanti a base di acido peracetico risultano molto instabili quando mescolati con l’acqua proveniente dal processo produttivo e non si prevede che raggiungano il sistema di purificazione.

L’uso di raggi ultravioletti per disinfettare minori quantità di acqua risulta essere un metodo efficace che non danneggia la vegetazione o la fauna degli ecosistemi che la ricevono. Benché siano efficaci, i metodi termici non si rivelano adatti per disinfettare ampie quantità d’acqua.

Applicazione delle Membrane Tecnologiche nel Trattamento dell’Acqua

L’acqua purificata potrebbe essere pienamente salubre e tuttavia presentare un odore o un gusto non piacevole, spesso conseguenza dell’azione di determinati enti microscopici, come le alghe, soprattutto nei mesi più caldi. In tal senso, diventa fondamentale un’opera di deodorizzazione per risolvere tale problema.

Incrementando l’area di contatto tra acqua e atmosfera, i processi di strippaggio con aria e lo spargimento d’acqua accelerano lo scambio gassoso tra le due fasi. Queste procedure vengono impiegate in particolar modo per rimuovere l’odore di solfuro d’idrogeno, ridurre la richiesta di calce in fase di addolcimento (eliminando anidride carbonica), ed eliminare tracce di sostanze organiche volatili inquinanti.

Alcuni dei sistemi per la deodorizzazione dell’acqua includono torri di riempimento, ugelli spruzzatori, lastre di colonne e degassatori sottovuoto.