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Impianto a Fanghi Attivi

Descrizione

Impianto a fanghi attivi piccolo sistema di trattamento acque reflue

Categoria/tipologia: biomassa sospesa, ossidazione prolungata a portata costante.
Ambiti d’uso: trattamento secondario acque reflue.
Popolazione equivalente (PE): da 2 fino a 50 abitanti equivalenti.
Riferimenti normativi e garanzie: UNI EN 12566-3 e UNI EN 12566-6, Regolamento (UE) n. 305/2011, D.Lvo 152/06, normative regionali.
Materiali: calcestruzzo, polietilene, polipropilene, vetroresina.


Il termine fanghi attivi si riferisce ai fiocchi di batteri aerobici in sospensione nel reattore che consumano e rimuovono le sostanze organiche biodegradabili contenute nelle acque reflue attraverso reazioni aerobiche. Gli impianti a fanghi attivi possono trattare acque nere e grigie domestiche o assimilabili e acque reflue industriali contenenti inquinanti organici biodegradabili.
Il refluo a monte necessita di un pre-trattamento meccanico (come per esempio la grigliatura) per bloccare i corpi grossolani e di tipo primario come decantazioni o fosse settiche.
Fondamentale è il pre-trattamento di acque grigie contenenti oli e grassi organici (origine animale e vegetale) attraverso l’utilizzo del degrassatore.
Il funzionamento dei reattori a fanghi attivi si basa su processi aerobici a massa sospesa. Esistono diversi sitemi per garantire una corretta ossigenazione e miscelazione del refluo: insufflando aria o ossigeno puro nella zona di digestione attraverso diffusori sommersi oppure utilizzando aeratori superficiali e miscelatori.
I microrganismi ossidano il carbonio organico contenuto nel refluo per il metabolismo e per la sintesi cellulare, producendo anidride carbonica (CO2) e acqua.
I fiocchi (agglomerati di particelle di fango) sono sospesi nel reattore e trascinati con il refluo depurato in uscita, i fanghi sono quindi rimossi nel sedimentatore secondario per gravità. Gran parte di viene ricircolata nel reattore per aumentare la concentrazione dei fanghi e quindi l’efficienza dell’impianto. L’effluente può essere scaricato in un corpo recettore (eventuale disinfezione a valle) o sottoposto ad ulteriori trattamenti a seconda degli standard depurativi richiesti (trattamenti terziari).
I reflui in uscita possono essere ulteriormente trattati ai fini del riutilizzo delle acque (si veda recupero acque reflue).
Il sistema richiede allacciamento elettrico e necessita di interventi di manutenzione da parte di manodopera specializzata.
E’ possibile una notevole automatizzazione delle operazioni per limitare l’intervento del personale ed ottimizzare il funzionamento degli impianti.
Per esempio è possibile automatizzare il sistema di ricircolo dei fanghi e di rimozione di fanghi di supero con relativo serbatoio di accumulo e chiarificazione. Tale accorgimento, nonostante richieda un manufatto aggiuntivo e una maggiore complessità dell’impianto (anche se non estremamente rilevante), permette di ridurre la frequenza degli interventi di spurgo portando un notevole risparmio in termini di costi di gestione (da considerarsi per tutta la vita utile dell’impianto).

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Principi di progettazione

Il processo a fanghi attivi è generalmente una parte di un sistema di depurazione più complesso. Sono infatti detti trattamenti secondari e solitamente sono utilizzati dopo trattamento primario (grigliatura o sedimentazione primaria). I reattori biologici, a seconda delle esigenze logistiche e di flessibilità, possono essere suddivisi in più linee di ossidazione per ovviare al prblema di variabilità stagionali delle portate (per esempio hotel, campeggi, ecc.) o per garantirne il funzionamento anche durate le operazioni di manutenzione.
All’interno del volume di reazione sono previsti dispositivi di aerazione (diffusori), e un dispositivi per la miscelazione per mantenere il fango in sospensione (a volte è possibile che aerazione e miscelazione siano un unico sistema).
Al reattore biologico segue un chiarificatore secondario per separare la biomassa dall’effluente; il chiarificatore, generalmente non lineare, detto anche sedimentatore secondario, spesso prevede il ricircolo dei fanghi. I fanghi secondari vengono ricorcolati a monte per aumentare la concentrazione della miscela aerata (MLSS) e l’età del fango. Il fango di supero viene periodicamente rimosso e inviato all’ispessimento. Il surnatante dei fanghi viene reintrodotto nella linea acque.
A valle possono essere previsti trattamenti di affinamento (vedi filtrazione terziaria o disinfezione). I processi biologici che si verificano permettono di rendere trattenibili con processi di sedimentazione sostanze organiche prima disciolte e colloidali, con processi economici e produzioni relativamente ridotte di fango di supero.
Il reattore biologico può essere progettato per la nitrificazione e denitrificazione biologica, così come per la rimozione biologica del fosforo (nutrienti).
Il principale parametro di dimensionamento per reflui civili o assimilabili è il concetto di abitante equivalente (AE); normalmente ci si riferisce ad esso con un apporto di 60 g BOD5 al giorno e una portata tra i 150 e 200 litri al giorno.
La popolazione equivalente (spesso abbreviata in PE o p.e.) è utilizzato anche come parametro di conversione per la valutazione dell’apporto inquinante degli scarichi non domestici in rapporto a quelli domestici fissato dalla direttiva CEE (direttiva 91/271 / CEE concernente il trattamento delle acque reflue urbane) a 60 grammi al giorno di BOD5.
La normativa europea definisce la popolazione totale PT) come la somma della popolazione reale e di quella equivalente.
Il progetto deve essere basato su una stima accurata della composizione delle acque reflue la quantità di inquinante organico e il volume giornaliero scaricato; con una più precisa caratterizzazione del refluo è possibile stabilire in modo più corretto quali sono i carichi in ingresso e il rapporto con i nutrienti necessari alle reazioni biologiche, valutando l’opportunità di dosare additivi per permettere le reazioni biologiche.
Il dimensionamento è normalmente condotto in riferimento all’equivalenza in abitanti rispetto al carico organico (BOD5); è importante stabilire con precisione a quali parametri fanno riferimento i prodotti sul mercato; in diversi paesi d’Europa sono utilizzati differneti valori per definirlo.
Il ricircolo dei fanghi permette di svincolare il tempo di ritenzione idraulico dal tempo effettivo in cui le masse batteriche stazionano nella vasca di aerazione (SRT).
Il fango di supero richiede un trattamento per ridurre il suo contenuto di acqua e una stabilizzazione per lo smaltimento finale.
Rispetto ai trattamenti primari, il dimensionamento deve essere più preciso; il processo biologico richiede alimentazione del refluo (e quindi della sostanza organica che alimenta le reazioni) più costante.
Il costo delle operazioni di manutenzione e la frequenza degli spurghi sono parametri fondamentali per la valutazione reale dell’investimento necessario per l’impianto.
Nonostante sia concesso un certo grado di flessibilità, è consigliabile, per grandi impianti, suddividere il trattamento in più linee.
Per medie e piccole dimensioni è possibile aggiungere comparti equalizzazione per garantire uniformità qualitativa e quantitativa del refluo in ingresso.

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Gestione e manutenzione

Per la corretta gestione dell’impianto non sempre richiesto personale qualificato per le operazioni di manutenzione, a differenza di impianti SBR o MBR. Le più semplici operazioni di manutenzione possono essere effettuate da personale non altamente specializzato.
Le apparecchiature meccaniche (mixer, aeratori e pompe) devono essere oggetto di controlli periodici e regolare manutenzione.
È necessario garantire un regolare apporto di ossigeno nel comparto di ossidazione.
Per una corretta gestione dell’impianto è importante il controllo delle concentrazioni, dei livelli di fanghi e di ossigeno disciolto (OD) nelle vasche di aerazione mediante apposita strumentazione (pH-metri, la temperatura, misuratori di ossigeno, cono Imhoff, ecc.). Anche le acque in ingresso sono oggetto di controllo, sia per valutare i rendimenti del processo depurativo che per evitare, in caso di necessità, apporti anomali di inquinanti che potrebbero bloccare o arrestare completamente il processo biologico o facilitare lo sviluppo di organismi nocivi che potrebbero incidere sul processo (ad esempio, batteri filamentosi).
Un problema molto grave che riguarda il processo a fanghi attivi è il fenomeno noto come bulking. Per controllare il processo e migliorarne l’efficienza spesso si ricorre al dosaggio di nutrienti o integratori. Queste operazioni, così come i controlli e le misure, possono essere realizzati con un sistema parzialmente o totalmente automatico dotato anche di telecontrollo.
La soluzione impiantistica è adatta per portate di acque reflue costanti; lunghi periodi di inattività posso portare all’arresto della reazioni biologiche e quindi richiede un nuovo avvio dell’impianto.alizzazione per garantire uniformità qualitativa e quantitativa del refluo in ingresso.

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Inquadramento normativo

La normativa europea EN 12566-3 “specifica i requisiti, i metodi di prova, la marcatura e la valutazione di conformità per impianti di trattamento delle acque reflue domestiche preassemblati e/o assemblati in sito per una popolazione fio a 50 abitanti […]”
La designazione nominale di un impianto è il valore appropriato per il carico organico giornaliero espresso in kg di BOD5 al giorno e per la portata idraulica giornaliera espressa in metri cubi (QN) (3.7).
Inoltre, sempre nella citata normativa, si dice che l’impianto deve dimostrare la conformità alle prestazioni di efficienza […] e ai dati operativi dichiarati dal fabbricante e la dichiarazione deve essere espressa in termini percentuali.
Si precisa inoltre che il comportamento strutturale e l’efficienza idraulica possono essere provati anche solo su un modello rappresentativo della gamma: il primo sul più grande, presunto come quello con comportamento strutturale peggiore, il secondo sul più piccolo, presumendo che rappresenti l’efficienza di trattamento peggiore.
La normativa descrive i metodi statici e idraulici per determinare resistenze al carico e efficienza idraulica.
Sono dettagliate anche le informazioni da riportare nei rapporti di prova e nella marcatura CE (allegato ZA.3)
Pertanto, per impianti a fanghi attivi al disotto di 50 abitanti equivalenti, è richiesta una Dichiarazione di prestazione (DoP) secondo quanto indicato dal Regolamento UE n. 305/2011.

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Applicabilità

Un processo a fanghi attivi convenzionale è idoneo per un impianto di trattamento di reflui con portate e apporto di inquinante abbastanza costante e si adatta meglio all’utilizzo di medie o grandi comunità.
Esso necessita di un personale qualificato, di connessione alla linea elettrica e attrezzature tecniche (pezzi di ricambio, apparecchi di monitoraggio, ecc.).
Il processo a fanghi attivi è appropriato in quasi tutti i climi. Tuttavia la capacità di trattamento e i rendimenti sono molto sensibili alla temperatura. In climi più freddi sarà necessario dimensionare l’impianto con volumi superiori.
Gli impianti a fanghi attivi, con idonei pre-trattamento sono impiegati per il trattamento dei reflui di origine civile domestica o assimilabile di piccoli nuclei abitativi e di medie e grandi dimensioni.

Vantaggi

  • resistente a shock biologici e idraulici;
  • buona riduzione del BOD e patogeni;
  • possibile riduzione dei nutrienti;
  • buona qualità dell’effluente;
  • personale altamente qualificato non richiesto;
  • aree occupate ridotte rispetto a sistemi naturali;
  • nessuna omogeneizzazione del refluo (equalizzazione raccomandata);
  • integrazione con altri sistemi (terziari, recupero acque, ecc.);
  • possibilità di gestione automatizzata e controlli in remoto;
  • fanghi di supero molto stabili e in ridotte quantità.

Svantaggi

  • Maggiore investimento iniziale rispetto ai soli trattamenti primari;
  • necessita di allacciamento elettrico;
  • adatto a scarichi costanti (non per lunghi periodi di inattività);
  • avviamento impianto necessario;
  • pezzi di ricambio (manutenzione programmata);
  • dimensionamento accurato;
  • trattamento o allontanamento dei fanghi di supero.

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