Poste Italiane Spa - Sped. Abb. Post. - D.L. 353/2003 (conv. in L. 27/02/2004 n° 46) art.1, comma 1, - DCB Milano - BE-MA EDItrICE Via Teocrito, 47 • 20128 Milano - Supplemento a Acqua&Aria n. 8/2009 UV e Ozono per la chimici Tecnologie depurazione senza addiTivi 3 UV e Ozono Tecnologie per depurazione senza additivi chimici Sommario www.bema.it/acquaearia www.ediliziainrete.it 4 5 Supplemento al numero 8 ottobre 2009 di Publisher/Direttore Responsabile Gisella Bertini Malgarini Coordinamento Introduzione 6 utilizzo dell’ozono nel trattamento delle aCque di sCariCo 45 Antonella Fossati Le possibilità applicative dell’ozono nei processi depurativi delle acque di scarico 47 Autori Il trattamento Wedeco con UV 8 i proCessi di ossidazione ChimiCa avanzata (aop) 49 Giuseppe Faretra
[email protected] Giacomo Scaramuzzi
[email protected] CaratteristiChe della radiazione ultravioletta 8 Le combinazione con la tecnologia UV per una disinfezione avanzata 51 Marco Donato Ricci
[email protected] il funzionamento del proCesso 9 l’utilizzo in italia 51 Mensile: 9 numeri all’anno. riattivazione batteriCa 10 utilizzo dell’ozono nei proCessi di minimizzazione dei fanghi biologiCi 53 sensibilità dei miCrorganismi e dosi uv 11 L’azione dell’Ozono 54 Organo Ufficiale di A.I.S.A. Associazione Italiana Scienze tipologia di lampade uv e loro utilizzo 13 L’inserimento nel processo biologico esistente 55 Ambientali Lampade a mercurio a bassa pressione ed alta resa (LPHO) 13 Valutazione della capacità di disintegrazione 56 L’abbonamento decorre dal primo numero raggiungibile Italia € 70,00 - Europa € 100,00 - Numeri arretrati € 8,00 Lampade LPHO ad amalgama 13 impianto ad ozono 57 Ufficio Abbonamenti:
[email protected] Lampade a media pressione 13 Poste Italiane Spa - Sped.in a.p. - D.L.353/2003 (conv. tipi di reattore e loro appliCazione 15 Considerazioni economiche 59 in L.27/02/2004 n.46) art.1,comma 1, - DCB Milano - Componenti prinCipali 17 Cenni sulla normativa per i sistemi di depurazione delle acque 61 ISSN: 1591-237X Aut. Trib. di Milano n. 80 del 17/03/75 fattori Che influenzano il trattamento Con uv 19 quadro legislativo di riferimento 61 Pubblicità non eccedente del 45% Testata volontariamente sottoposta a certificazione di tiratu- la progettazione di un impianto di trattamento Con uv 20 Delibera Interministeriale 4 febbraio 1977 61 ra e diffusione in conformità al Regolamento C.S.S.T. Calcolo del dosaggio con il metodo della sommatoria di punto di origine 27 Legge 18 maggio 1989, n.183 e successive modifiche e integrazioni 61 Legge 5 gennaio 1994, n.36 (c.d. Legge Galli) 62 La tecnologia Wedeco nel trattamento Decreto Legislativo 11 maggio 1999, n.152 modificato e integrato dal Decreto Certificato n. 2008-1711 del 26/02/2009 Per il periodo 01/01/2008 - 31/12/2008 delle acque con Ozono 29 Legislativo 18 agosto 2000, n. 258 62 Tiratura media n. 6.034 copie Cos’è l’ozono 29 note sulla normativa italiana 62 Diffusione media n. 5.720 copie prinCipio di formazione dell’ozono 30 Stampa e legatura il proCesso di generazione dell’ozono 32 Gamma UV Wedeco 66 SATE - 24049 Zingonia Verdellino (Bg) l’uso dell’ozono nel trattamento delle aCque 34 utilizzo dell’ozono nel trattamento delle aCque potabili 35 Gamma Ozono Wedeco 67 Produzione tecnica Maria Pilia Le applicazioni Ozono nel trattamento di potabilizzazione delle acque 36 Il controllo del sapore e dell’odore 36 Tutti i diritti sono riservati - È vietata la riproduzione anche I solfuri 37 parziale senza l’autorizzazione dell’Editore I fenoli 37 All rights reserved - No part of this publications may be Le alghe 37 reproduced without permission of the Publisher Decolorazione con ozono 39 © BE-MA EDITRICE - Milano Ossidazione dei composti inorganici 39 Via Teocrito 47 - 20128 Milano Coagulazione migliorata (micro-flocculazione) 40 Tel. +3902252071 - Fax +390227000692
[email protected] Ossidazione dei composti organici 40 Sottoprodotti di disinfezione (DBPs) / Trialometani, Acidi Aloacetici 40 Rimozione dei composti Organici con Carbone attivato biologicamente (BAC) 41 Ozono: l’agente disinfettante 42 In collaborazIone con: L’effetto dell’ozono su alcune specie batteriche, virus e spore 41 ITT Water & Wastewater Italia S.r.l. I bromati nelle acque potabili 44 Viale Europa, 30 - 20090 CUSAGO (MI) Tel. 0290358.1 - Telefax 029019990 Considerazioni finali 44 www.ittwww.it e-mail:
[email protected] 6 7 Introduzione se, per ciò che attiene alle quantità di inquinanti ammesse, gli allegati delle leggi permettono di avere un quadro abbastanza chiaro. Il tutto viene però completato (e a volte complicato) dalle normative a Il trattamento delle acque è senza dubbio uno degli argomenti di maggiore attualità, non solo per la livello regionale, da cui dipende una parte della legislazione. sua comune accezione di bene che in futuro diventerà sempre più scarso e prezioso ma anche per il Qui analizzeremo le soluzioni WEDECO (marchio di ITT Water & Wastewater) mediante il trattamento fatto che la tecnologia mette oggi a disposizione dei tecnici svariate soluzioni. delle acque con raggi UV, per l’abbattimento della carica microbica patogena (batteri, virus e spore) e Tradizionalmente il trattamento delle acque è stato affrontato mediante l’impiego di sostanze chimiche tramite ozono, molecola triatomica dell’ossigeno ad elevato potere ossidante. in grado di agire da antagonisti per gli inquinanti, affidando loro il compito di eliminare selettivamente Con il progresso tecnologico conseguito negli ultimi decenni, anche la principale barriera al massiccio gli elementi nocivi e patogeni. Con tale metodica però, l’uso di additivi chimici spesso comportava un utilizzo di questi nuovi sistemi, rappresentata da fattori economici e gestionali, si è ormai affievolita differente tipo di inquinamento per cui il loro impiego, risolvendo un problema specifico finivano per al punto che, considerate tutte le variabili in gioco, in molti casi si può parlare di perfetta equivalenza crearne altri. dei costi. Basti citare per esempio l’uso del cloro, che esplicando la sua azione disinfettante ed antibatterica, Il trattamento delle acque reflue viene normalmente suddiviso in piu step, che meglio ne individuano comporta la formazione di sottoprodotti nocivi quali lo ione clorito oppure odori e/o sapori sgradevoli obiettivi e finalità secondo una gerarchia di affinamento qualitativo crescente. che, in definitiva, risolvendo un problema serio come la contaminazione batterica finiscono per crearne Il trattamento preliminare ha lo scopo di separare dalle acque reflue le sostanze solide estranee in grado un secondo, magari di minore entità, ma pur sempre segnale di uno scadimento del prodotto finale di creare problemi ai trattamenti successivi (rimozione dei detriti, eliminazione rifiuti solidi di maggiori del trattamento. dimensioni e di sabbie, abbattimento del contenuto di olii, ecc.). Viene effettuato di solito per via mec- Due banchi Lo screening di soluzioni ecologicamente sostenibili, è stato quindi uno dei campi di ricerca più attivi canica e fisica, mediante processi di grigliatura e di filtraggio con dissabbiatori e disoleatori. dei 12 canali degli ultimi anni, che ha permesso la messa a punto di sistemi in grado produrre un trattamento delle Il trattamento primario ha poi lo scopo di eliminare dall’acqua i contenuti solidi in sospensione, preva- dell’impianto di disinfezione dell acque senza l’uso di prodotti chimici. Qualsiasi soluzione tecnologica deve fare i conti con la normativa lentemente di natura organica. Viene effettuato con processi fisici e/o chimici con l’obiettivo di ottenere acque con UV vigente per quanto concerne i parametri di abbattimento degli inquinanti. In Italia, con il recepimento una abbattimento di almeno il 50% dei solidi sospesi e di almeno il 20% del BOD5 (domanda di ossigeno di Manukau in delle Direttive Europee, la situazione normativa non presenta un quadro semplice e le leggi nazionali biochimico in mg/L di O2, assunto come misura indiretta del carico organico inquinante biodegrada- Nuova Zelanda: è il più grande in vigore sono il risultato di successive modificazioni di norme precedenti, con parziali modifiche ed bile). I trattamenti primari possano avvalersi di sostanze coagulanti e/o flocculanti che aumentano del mondo. abrogazioni. Come spesso accade con la Legislazione Italiana, orientarsi è spesso difficoltoso, anche l’aggregazione delle sostanze inquinanti solide e ne permettono la rimozione per sedimentazione o con altri procedimenti fisici. Il trattamento secondario dei reflui deve poi proseguire con l’abbattimento delle sostanze organiche biodegradabili e la rimozione dei solidi in forma colloidale, non separabili con procedimenti fisici e quindi non sedimentabili. In genere, appartengono a questa fase un processo biologico con sedimentazione secondaria, ovvero con altri processi con cui sia possibile nell’effluente rispettare i requisiti qualitativi contenuti nella Tabella 1 dell’Allegato 5 della Parte III del D. Lgs. n. 152/2006, che richiede la riduzione senza nitrificazione dell’80% del BOD5, del 75% del COD (domanda di ossigeno chimico in mg/L di O2 assunta come misura indiretta del carico organico inquinante totale - biodegradabile e non) e dei SST (Solidi Sospesi Totali) del 90%. Il Trattamento terziario ha poi lo scopo di perfezionare la depurazione mediante la riduzione del carico di elementi nutrienti (quali sono principalmente fosforo e azoto), l’ulteriore diminuzione del contenuto di sostanze poco biodegradabili, non eliminate precedentemente, e la disinfezione, ossia la riduzione del contenuto di microrganismi dell’effluente a valori di concentrazione ritenuti accettabili dal punto di vista sanitario e ambientale. Il D. Lgs. 152/2006 dispone che tutti gli impianti di trattamento delle acque con potenzialità superiore a 2000 A.E. (Abitante Equivalente: esprime il carico inquinante di una particolare utenza, civile o indu- striale, in termini confrontabili con le utenze di tipo civile), con esclusione degli impianti che impiegano tecnologie depurative di tipo naturale (come la fitodepurazione o il lagunaggio), debbano essere dotati di un impianto di disinfezione atto a garantire il raggiungimento dei requisiti qualitativi necessari per gli usi del corpo idrico recettore. 8 9 Il trattamento Wedeco con UV Il funzionamento del processo Sono tre le leggi fondamentali della fotochimica: Caratteristiche della radiazione ultravioletta 1 - Perché avvenga una reazione fotochimica è necessario che la luce sia assorbita da una La luce è una delle molte forme di energia sotto forma di radiazione. Questa si estende molecola. (Legge di Grotthuss-Draper). dalle onde radio fino ai raggi cosmici ed è catalogata in 16 differenti tipi secondo la loro Tale legge, che sembrerebbe scontata, avverte però che le molecole che non vengono lunghezza d’onda. L’energia viene trasmessa dalle radiazioni in pacchetti discreti chiamati colpite da una luce di una particolare lunghezza d’onda non possono essere coinvolte fotoni. Quando un fotone colpisce una molecola e ne provoca l’eccitazione, tale trasfe- da una reazione fotochimica. rimento energetico dalla radiazione alla molecola può portare ad una reazione chimica. Tale fenomeno viene classificato come fotochimica. 2 - Per ciascun fotone assorbito in una sostanza chimica viene attivata una sola molecola per Normalmente la lunghezza d’onda della radiazione che si considera nella fotochimica è com- una reazione fotochimica. Ovvero la quantità di fotoni che riesce a colpire le molecole deve preso tra 100 e 1000 nm. essere almeno pari al numero delle molecole perché si abbia una reazione fotochimica Tra 700 e 1000 nm siamo nel campo della radiazione chiamata infrarosso, non visibile all’occhio completa. umano e, se si eccettuano alcuni tipi di fotosintesi batterica, gli infrarossi non posseggono energia sufficiente per dare luogo a significativi processi fotochimici. 3 - L ’energia di un fotone assorbita da una molecola deve essere uguale o maggiore del legame Tra 400 e 700 nm siamo nel campo della luce visibile. Questa radiazione agisce nei processi più debole nella molecola. Se l’energia assorbita da una molecola è inferiore a quella di fotosintesi clorofilliana delle piante e delle alghe. del legame più debole all’interno della molecola non si avrà una reazione fotochimica. Tra 100 e 400 nm la radiazione prende genericamente il nome UV (ultravioletto) ed è stata In questo caso, l’energia assorbita verrà trasformata in calore o, addirittura la mole- a sua volta suddivisa nella radiazione UVA (tra 315 e 400 nm), nella radiazione UVB (tra cola riemetterà il fotone che ha assorbito (fenomeno della fluorescenza oppure della 280 e 315 nm), nella radiazione UVC (tra 200 e 280 nm) e, infine, nella radiazione VUV fosforescenza). (Vacuum Ultra Violet con lunghezze d’onda comprese tra 100 e 200 nm). Differenti sono le reazioni fotochimiche che ciascuna di queste radiazioni UV provoca: gli UVA Per la funzione di abbattimento della carica batterica dell’acqua con gli UV bisogna considerare il meccanismo di inattivazione dei microrganismi. Il concetto di inattivazione è importante in quanto è stato dimostrato che, anche se l’assorbimento degli UV non produce la distruzione di un microrganismo, può produrre la inattivazione, ovvero il microrganismo, pur essendo meta- Raggi X luce ultravioletta Luce visible Infrarossi bolicamente attivo, è di fatto inabilitato a svolgere la sua funzione patogena. Ciò è ovviamente sufficiente per considerare esplicata la funzione di disinfezione con un trattamento UV. Quando una luce UV nel range compreso tra 200 e 300 nm attraversa un microrganismo Vacuum- UV-C UV- UV-A viene assorbita da numerosi componenti cellulari. Si osserva però che soltanto le proteine UV B e i nucleotidi che formano DNA e RNA assorbono dosi sufficienti di UV. Tuttavia, in rela- zione alla lunghezza d’onda, ciascuno di questi elementi assorbe differenti quantità della radiazione UV. Per esempio le proteine assorbono molta della luce con lunghezza d’onda inferiore a 230 nm e solo una frazione poco significativa della luce nel restante campo tra 100 200 280 315 400 780 Lunghezza Lampada UV Eliminazione dei d'onda (nm) Spektrotherm 254 nm microorganismi hanno un livello energetico basso e provocano principalmente reazioni a livello epiteliale e sono responsabili dell’abbronzatura, gli UVB hanno un contenuto energetico superiore rispetto agli UVA e possono provocare effetti nocivi non di particolare rilievo sull’organismo umano, gli UVC hanno un contenuto energetico superiore e possono provocare il cancro della pelle e sono stati studiati soprattutto perché possono essere validamente impiegati in processi di disinfezione batterica e dei virus in quanto la loro energia viene assorbita dalle molecole di DNA, RNA e dalle proteine provocandone una modificazione significativa. I raggi VUV hanno un livello energetico ancora superiore ma essendo la loro lunghezza d’onda molto ridotta, vengono completamente assorbiti dall’aria, dall’acqua e, ovviamente dai solidi (anche se trasparenti): si tratta quindi di radiazioni che si propagano soltanto nel vuoto e pertanto il loro utilizzo nella fotochimica non è rilevato sulla Terra. 10 11 230 e 300 nm, dove invece l’assorbimento maggiore è costituito dai nucleotidi. Al di sopra Sensibilità dei microrganismi e dosi UV del 210 nm solo gli aminoacidi assorbono una quota significativa della radiazione UV. La sensibilità di ciascuna specie di microrganismo agli UV è, ovviamente, differente. Con op- In considerazione del fatto che l’acqua assorbe gran parte della radiazione UV con frequenza portune apparecchiature di laboratorio in grado di misurare la effettiva dose di UV che riceve non inferiore a 230 nm, per la disinfezione delle acque quindi si prendono in considerazione un campione di microrganismo, sono state effettuate numerose prove per definire quali siano frequenze comprese tra 230 e 280 nm. le dosi specifiche per giungere alla inattivazione delle varie specie di microrganismo. Il problema a cui i teorici ed i tecnici si sono applicati con particolare meticolosità è stabilire La dose di UV, detta fluenza, viene espressa in mJ cm-2, ovvero come quantità di energia da quale sia la lunghezza d’onda più profittevole per un impiego degli UV nella inattivazione trasmettere per centimetro quadrato di campione. batterica. La fotochimica del RNA e soprattutto del DNA, elemento di base per la vita, è stata In generale, i vari tipi di microrganismi che possano essere inattivati dagli UV si comportano affrontata analizzando il comportamento fotochimico dei “mattoni” che costituiscono la secondo questa scala qualitativa: doppia elica del DNA. I quattro elementi costituenti sono, come è noto, Adenina, Citosina, Guanina e Timina. Il grafico riportato nella pagina precedente schematizza qualitativamente batteri – protozoi > virus > spore di batteri > adenovirus > alghe l’assorbimento di UV da parte del DNA e dei suoi costituenti. (più sensibilità)-------------------------------------------(minore sensibilità) Come si vede si ha un picco di assorbimento intorno alla frequenza di 254 nm. In particolare, la inattivazione del DNA avviene specificamente per la capacità degli UV di creare un ponte Si noti che gli adenovirus sono menzionati separatamente in quanto la loro sensibilità agli UV (dimero) tra due basi di Timina adiacenti. La formazione di dimeri di Timina (e di altri dimeri è decisamente inferiore si quella di altri tipi di virus. simili) distrugge la struttura del DNA in quanto ne impedisce la replicazione e ciò previene le infezioni esplicando quindi l’azione disinfettante per effetto degli UV. Le tabelle qui di seguito riportano la dose di UV a 254 nm necessaria per la inattivazione al 99,99% del campione di vari batteri, di alcuni virus e di alcuni protozoi. È importante qui notare che i valori tabellati sono il risultati di test di laboratorio in cui tutti i microrganismi ricevono la medesima dose di UV per il fatto che i campioni sono perfetta- Lu mente omogenei. Questo non è il caso reale in cui non ci può essere la garanzia di uniformità ce uv Dose di UV a 254 nm necessaria per la inattivazione al 99,99% del campione di vari batteri Citosina Timina Timina Dose di UV (mj cm-2) per l’inattivazione Citosina Citosina Adenina Timina Adenina Timina Timina Dimeri del 99,99% del campione Batterio Senza fotoriattivazione con fotoriattivazione* Adenina Guanina Guanina Aeromonas hydrophila 5 ND Adenina Guanina Adenina Bacillus anthracis spores >60 - Bacillus subtilis spores 80 - Enterobacter cloacae 10 33 Enterocolitica fecium 17 20 Campylobacter jejuni 4,6 ND Riattivazione batterica Citrobacter diversus 11,5 ND Alcuni microorganismi, in particolare i batteri, hanno dei meccanismi che possono riparare Clostridium perfringens 23,5 ND o bypassare i dimeri di Timina nel DNA nel processo di replicazione cellulare. Anche alcuni Corynebacterium diphtheria 6 ND virus possono riattivarsi utilizzando degli enzimi degli ospiti in cui si sono insediati. Questi Coxiella bumetti 3 ND meccanismi di riattivazione si dividono in riattivazione al buio e in presenza di luce. Escherichia coli (ATTC 11229) 10 28 La riattivazione al buio avviene per sostituzione dei dimeri di Timina con una nuova sintesi delle due molecole di Timina che ripristina la situazione originaria del DNA riattivando il microrgani- Escherichia coli (O157:H7) 6 25 smo. In altri casi durante la replicazione del DNA le zone non danneggiate dagli UV vengono Echerichia coli (wild type) 8,1 ND utilizzate per sostituire i dimeri di Timina operando la riattivazione. Klebsiella pneumoniae 20 31 In presenza di luce, invece, il meccanismo di riattivazione avviene utilizzando l’energia dei Klebsiella terrigena 11 ND fotoni per rompere il legame del dimero e ripristinare con una reazione fotochimica la situa- Legionella pneumophila 9,4 ND zione originale. Questi processi quindi non avvengono nel trattamento delle acque disinfettate Mycobacterium smegmatis 20 27 con UV che non sono successivamente esposte alla luce (per esempio che sono conservate Mycobacterium tuberculosis 20 ND in serbatoi chiusi), mentre possono accadere nel caso in cui, dopo il trattamento, le acque Pseudomonas aeguginosa 11 19 vengono stoccate staticamente in bacini aperti, laghi, corsi d’acqua, ecc. Pseudomonas mallei 14,5 ND È per questo che a volte si ricorre ad una modesta additivazione delle acque depurate con UV Salmonella anatum (da feci umane) 15§ ND Segue tabella con prodotti chimici che hanno soltanto il compito di impedire i meccanismi di riattivazione. Salmonella enteritidis (da feci umane) 10 ND alla pag. seguente Per tale motivo le dosi di prodotti chimici come il Cloro sono sensibilmente inferiori a quelle Salmonella tiphi (ATTC 19430) 8,2 ND necessarie per esplicare una funzione primaria di disinfezione. ‹‹‹‹ 12 13 Dose di UV a 254 nm necessaria per la inattivazione al 99,99% del campione di vari batteri del materiale che viene attraversato per l’irraggiamento. La dose totale di radiazione UV che Dose di UV (mj cm-2) per l’inattivazione ciascun microrganismo riceve è il prodotto della intensità che ciascun volume riceve per il del 99,99% del campione numero di secondi necessario per il passaggio di quel volume all’interno del reattore. Siccome Batterio Senza fotoriattivazione con fotoriattivazione* ogni percorso è differente la dose di UV ricevuta dai vari microrganismi è differente. Con Salmonella tiphimirium (da feci umane) 9 ND metodi matematici è possibile calcolare la dose media di irraggiamento che, moltiplicata per Salmonella marcescens 13 30 il tempo medio di passaggio idraulico attraverso il reattore da la dose massima di UV teorica Shigella dysenteriae (ATTC 2927) 3 ND a cui è sottoposto il fluido che attraversa il reattore. In realtà però non si può avere garanzia Shigella sonnei (ATTC 9290) 8,2 ND della perfetta miscelazione del liquido (che comporterebbe una distribuzione omogenea nel Staphilococcus aureus 10,4 ND volume dei microrganismi) e quindi si deve concludere che la dose reale dell’irraggiamento Staphilococcus faecalis (ATTC 29212) 11,2 ND UV è sempre inferiore a quella teorica. Per tale motivo, nei casi pratici e per il trattamento delle acque si utilizza un valore di 400 J/m2 Vibrio cholerae (ATTC 259872) 2,9 21 per una completa disinfezione in grado di evitare anche la fotoriattivazione. Naturalmente il Yerisìnia enterocolitica (ATTC 27729) 4,6 ND discorso diviene più complesso per i reflui per via delle normative vigenti che variano secondo * campioni esposti alla luce solare dopo l’esposizione ad UV il Paese, e all’interno di questo, da Regione a Regione, nonché dai differenti obiettivi che ci ND – Non Disponibile si prefigge per il trattamento (sversamento delle acque in corsi d’acqua superficiali, riutilizzo § valore per giungere a 99,9% di inattivazione in irrigazione o in industria, ecc.). Dose di UV a 254 nm necessaria per la inattivazione al 99,99% del campione di vari virus Tipologia di lampade UV e loro utilizzo Dose di UV (mj cm-2) per l’inattivazione Il componente più importante per il trattamento con UV è ovviamente la lampada in grado di del 99,99% del campione generare una radiazione UVC compresa tra 200 e 300 nm, la cui efficienza viene misurata dal rapporto tra la potenza elettrica per alimentarla e la potenza degli UV emessi nell’intervallo Batterio Classificazione senza fotoriattivazione con fotoriattivazione* di lunghezza d’onda con funzione germicida. Adenovirus Type 40 dsDNA 124§ - Esistono numerosi tipi di lampade che differiscono sia per il principio di funzionamento che Adenoviurus Type 41 dsDNA 112§ - per il campo di applicazione, come mostra la tabella seguente: B40-8 phage 28 - Coxsackievirus B5 ssRNA 36 - Classificazione delle lampade per UV Hepatitis A (HM175) ssRNA 16 - Tipo di lampada Caratteristiche Campo di emissione Esempio Hepatitis A ssRNA 21 - Lampada a Filamento caldo (per es. MS2 Bacteriophage ssRNA 62 - 350-800 nm Bulbo ad incandescenza incandescenza tungsteno) in gas inerte Poliovirus Type 1 ssRNA 27 - Lampada a scarica Due elettrodi all’estremità di 150-800 nm lampada a fluorescenza, PRD-1 phage 30 - un cilindro contenente vapori lampade a bassa, media o metallici (solitamente alta pressione di vapori di ΦX174 phage ssDNA 10 - mercurio) mercurio Rotavirus SA11 dsRNA 36 - Diodi ad emissione Semiconduttori solidi in gradi 250-600 nm indicatori in strumenti S.aureus phage A994 38 - luminosa (LED) di emettere luce quando elettronici * per i virus non si osservano fenomeni di fotoriattivazione attraversati da una corrente § USEPA stabilisce un valore si 186 mj cm-2 per inattivazione del 99,99% degli adenovirus, considerando una attendibilità Lampade ad eccimeri Scarica elettrica in un gas Luce relativamente Lampade di tipo sperimentale dell’80% del dato. inerte (come lo Xeno) o monocromatica in un campo alogeno tra 170 e 300 nm Dose di UV a 254 nm necessaria per la inattivazione al 99,99% del campione di vari protozoi Dose di UV (mj cm-2) per l’inattivazione del 99,99% del campione Vi sono quattro tipi di lampade a scarica al mercurio: a bassa pressione (LP), a bassa pressione alta-resa (LPHO), LPHO con amalgama e a media pressione (MP). senza con Batterio Lampade al mercurio LP fotoriattivazione fotoriattivazione* Operano a temperature comprese tra 20 e 40 °C, con una pressione dei vapori di mercurio Giardia lamblia <10 - tra 0,1 e 10 Pa. Emettono luce in bande di lunghezza d’onda molto ristrette, al di fuori delle Giardia lamblia <10 - quali l’emissione è praticamente nulla. Una lampada a bassa pressione a vapori di mercurio Giardia muris§ <10 - emette l’82% della sua luce alla lunghezza d’onda di 253,7 nm, il 6,6 % a 184,9 nm ed il resto in percentuali inferiori da altre lunghezze d’onda fino a 600 nm. Cryptosporidium parvum <10 - La quantità di UV emessi da una lampada LP dipende molto dalla temperatura; quella * per i protozoi non si osservano fenomeni di fotoriattivazione ottimale è circa 40 °C. La maggior parte delle lampade UV per il trattamento delle acque è dotata di una protezione esterna in quarzo (uno dei pochi materiali che non assorbe gli 14 15 UV) che provvede a mantenere separata la lampada vera e propria dall’acqua da trattare. Grazie a questa “guaina” la temperatura di lavoro della lampada si mantiene intorno a valori ottimali anche se l’acqua circostante ha una temperatura più bassa. Con l’acqua circostante a 20-25°C una lampada LP può funzionare correttamente. In im- pianti a canale aperto installati in regioni dal clima freddo, in cui l’acqua può fluire anche a solo 0,5°C, il problema della temperatura diventa importante e, con lampade LP si possono addirittura presentare casi in cui l’accensione delle lampade diventa difficoltosa. Lampade a mercurio a bassa pressione ed alta resa (LPHO) Si tratta di lampade LP standard modificate con un filamento rinforzato posto a 40-60 mm dall’estremità. Grazie a questo dispositivo è possibile aumentare l’alimentazione degli elettrodi da 1,5 a 2 volte e l’emissione di UV risulta aumentata da 1,5 a 3 volte. Lampade LPHO ad amalgama A questa “famiglia” appartengono le lampade ad amalgama di mercurio. Si tratta di lampade contenenti un amalgama di mercurio solido che funziona da “regolatore” della pressione del gas di mercurio all’interno del tubo permettendone il funzionamento con correnti più elevate ed in grado di emettere UV da 4 a 5 volte superiori di quelli di una normale lampada LP convenzionale. Poiché le lampade LPHO hanno temperature di funzionamento intorno a 100 °C, sono virtualmente insensibili alla temperatura dell’acqua in cui vengono immerse. Lampade a media pressione Tipi di reattore e loro applicazione Si tratta di lampade con la pressione dei vapori di mercurio a circa 1 atm. In questo caso Gli impianti di trattamento con UV si dividono essenzialmente in due categorie: impianti a la maggiore densità del vapore di mercurio, per effetto di un valore molto più elevato di canale aperto e impianti in condotta. I primi sono principalmente impiegati per il trattamento collisione delle molecole gassose, ha una emissione luminosa policromatica, in un range di con UV dei reflui nella depurazione delle acque, mentre i secondi sono tipici degli impianti di lunghezze d’onda tra 180 e 600 nm. La temperatura di lavoro è molto elevata e la potenza trattamento per acquedotti e per la potabilizzazione. Negli impianti in condotta il reattore è può arrivare anche a 30000 W. composto da una camera di sezione cilindrica o rettangolare in cui sono poste le lampade e le attrezzature ausiliarie (sensori UV, contenitori al quarzo per le lampade e, di norma, anche i meccanismi di pulizia per i tubi al quarzo). Comparazione lampade UV Per questi impianti si possono avere le seguenti tipologie: Tecnologia Convenzionale LP Recente LPHO Wedeco Media pressione • Tipo 1 – una lampada in un reattore anulare. Consiste semplicemente in un cilindro in cui bassa pressione , Bassa pressione bassa pressione è posta una lampada orientata longitudinalmente, bassa intensità media intensità alta intensità protetta da un tubo al quarzo attorno al quale passa Modello G64T5L - SLR32143HP - il flusso dell’acqua: si tratta di reattori idonei a piccoli Lunghezza arco 1473 mm ∼1473 mm 1430 mm ∼280 mm flussi di acqua che possono essere installati localmente in prossimità dei punti di utilizzo dell’acqua disinfet- Consumo elettrico 70 W max 250 W 360 W fino a 2800 W tata (impianti domestici, in navi, treni o altri mezzi di trasporto). Le lampade sono solitamente di tipo Output UV 27 W 55 - 100 W 150 W ∼420 W (UVC) LP o LPHO. (254 nm) (254 nm) (254 nm) ∼280 W (254 nm) • Tipo 2 – più lampade parallele al flusso. Anche in que- sto caso il reattore ha una sezione cilindrica in cui sono Efficienza 38% 33 – 40% 41% < 15% poste longitudinalmente più lampade in posizione concentrica rispetto all’asse longitudinale del reattore Reattori UV stesso. È idoneo per il trattamento di flussi variabili in condotta Wedeco ha sviluppato le lampade Spektroterm di tipo LPHO ad amalgama ad elevata efficienza solitamente in un range tale da coprire un ampio per impianti di acque in grado di offrire il miglior rendimento con una elevata emissione di UV. ventaglio di esigenze applicative (condomini, piccole potabili, con comunità, acquedotti di medie dimensioni ecc.). Le una lampada lampade sono solitamente di tipo LP o LPHO. centrale o più lampade • Tipo 3 – Più lampade perpendicolari al flusso dell’ac- parallele al qua. In questo caso le lampade possono essere molte flusso. 16 17 e, insieme ai tubi al quarzo, il loro posizionamento Componenti principali perpendicolare al flusso dell’acqua (in verticale Per il corretto funzionamento di un reattore a UV è innanzitutto necessario che sia conosciuta ed in orizzontale in modo da formare un reticolo) in ogni momento l’intensità della radiazione a cui viene esposta l’acqua da trattare. Per questo permette il trattamento di flussi importanti come motivo vengono adottati dei sensori UV in grado di monitorare la quantità di irraggiamento nel caso degli impianti di distribuzione negli acque- reale. Si tratta nella gran parte dei casi di sensori costituiti da un semiconduttore sensibile alla dotti. La sezione del reattore può essere circolare luce ultravioletta che non viene attivato da radiazioni con lunghezza d’onda superiore a 300 o rettangolare. Le lampade possono essere di tipo nm (spettro visibile) e che per questo viene chiamato “solar blind”. Un sistema di filtraggio LP, LPHO o MP. della luce che raggiunge il sensore ne limita il funzionamento alle lunghezze d’onda comprese Gli impianti a canale aperto sono solitamente i tipo tra 200 e 300 nm, quelle che esplicano una reale funzione germicida. Il posizionamento nel modulare a sezione rettangolare e la loro progettazio- reattore dei sensori UV viene effettuato in modo che, dopo le opportune tarature nella fase ne viene effettuata di caso in caso, in considerazione di collaudo dell’impianto, il sensore rilevi le variazioni di potenza della radiazione ricevuta dal dei fattori specifici (come per esempio la necessità di liquido. Queste variazioni possono avvenire sia per un calo della potenza emessa dalle lam- installazione all’interno di un impianto preesistente). pade che per un eccessivo assorbimento dei cilindri protettivi in quarzo, per una variazione Le lampade possono essere installate longitudinal- della trasmittanza del liquido, ovvero dell’assorbimento di UV da parte del liquido per una mente o trasversalmente (tipologia ormai non più variazione della sua trasparenza dovuta a corpi estranei in sospensione. Ovviamente anche la molto utilizzata) al flusso dell’acqua e la scelta del superficie del sensore che “legge” la potenza degli UV può sporcarsi ed essere quindi soggetta tipo di lampada utilizzato può essere sia del tipo ad una diminuzione di funzionalità. Opportuni cicli di pulizia e manutenzione dell’impianto Reattore UV per impianti di acque potabili con più LP, MP o LPHO, con prevalenza per quest’ultima lampade perpendicolari al flusso. provvedono a mantenere pulite le superfici di lettura del sensore e di trasmissione della radia- tipologia. Spesso, per migliorare l’efficienza della zione da parte delle protezioni in quarzo delle lampade, mentre la rilevazione della variazione disinfezione, vengono impiegati dei regolarizzatori della trasmittanza del liquido o della potenza di emissione delle lampade viene gestita da un del flusso che uniformano le velocità di passaggio del liquidi su tutta la sezione del canale in sistema elettronico di controllo dell’impianto attivando specifiche procedure di manutenzione modo da rendere il più possibile uniforme l’irraggiamento. (o allarmi) che consentono di ripristinare la piena funzionalità del reattore. Qui sopra uno schema di un impianto di disinfezione con UV a canale aperto in cui uno o più banchi di lampade, in Fondamentale per l’efficienza della disnfezione con UV è la pulizia costante dei contenitori delle lampade per evitare che relazione al flusso, irraggiano l’acqua. assorbano una quota significativa della radiazione destinata al liquido. 18 19 Sono detti “sleeves” (tubi) i cilindri in quarzo entro cui vengono poste le lampade. La loro sottoposta a trattamento UV. Testato con reflui provenienti da trattamenti terziari (in condi- funzione è quella di proteggere e isolare le lampade dal liquido che passa nel reattore, di zioni estremamente severe quindi) la vita di questi anelli è di oltre 30000 passaggi in modo stabilizzare la temperatura a cui queste lavorano. La loro pulizia periodica, insieme a quella che la loro sostituzione coincida (approssimativamente) con gli interventi di manutenzione dei sensori UV è essenziale per mantenere in efficienza il reattore. Molti sali minerali disciolti per la sostituzione delle lampade. nell’acqua (di calcio, magnesio, ferro, ecc.) hanno una solubilità che decresce con l’aumento Componenti ausiliari, ma di fondamentale importanza, sono i sistemi di alimentazione delle della temperatura. Poichè la superficie del quarzo a contatto con l’acqua è normalmente più lampade e le logiche di controllo del funzionamento del reattore. calda del liquido che passa nel reattore UV, con il tempo si possono depositare sulla superficie Per l’alimentazione, una piccola scheda elettronica, detta ballast, provvede a regolare l’ali- del quarzo quantità non trascurabili di sali minerali che assorbono parte della radiazione UV mentazione occupandosi anche del filtraggio delle armoniche e di altre funzioni (riaccensione destinata ad esplicare la sua funzione germicida nel liquido. in casi di interruzione dell’alimentazione, ecc.) tese a proteggere la lampada aumentandole La loro pulizia può avvenire per via chimica o per via meccanica. La prima, meno utilizzata, la “vita” utile. prevede il fermo del funzionamento del reattore e una procedura che comporta l’immissione Tranne che nel caso di piccoli reattori per utilizzo domestico, che hanno questi componenti di opportune sostanze chimiche in grado di rimuovere i sedimenti depositato sulla superficie integrati nel reattore, si tratta di attrezzature poste a distanza dal reattore stesso, preferibil- esterna del quarzo. Più comune è invece la pulizia meccanica delle superfici: negli impianti mente in locali separati. I grandi impianti non solo richiedono elevate potenze di alimentazione domestici e nei piccoli impianti viene solitamente effettuata manualmente con una certa ma richiedono anche un controllo della temperatura ambientale e sovente vengono dotati di periodicità che dipende dalla qualità specifica dell’acqua trattata, mentre negli impianti di sistemi di smaltimento del calore che si produce negli ambienti in cui sono installate le unità maggiori dimensioni viene posto un apposito meccanismo in grado di effettuare tale pulizia che forniscono potenza alle lampade. meccanica senza necessitare del fermo dell’impianto. Per quanto concerne al controllo, il moderno progresso dell’elettronica non solo permette una Analoghi sistemi meccanici vengono adottati negli impianti a canale aperto, con una gestione gestione ottimale di tutte le fasi ma anche la rilevazione storica dei dati di funzionamento e da parte dei sistemi elettronici di monitoraggio e controllo dell’impianto. persino la connessione per la trasmissione dei dati in remoto che permette la supervisione e Wedeco utilizza degli anelli attorno a tubi di quarzo collegati ad un carrello che meccanica- la gestione a distanza di interi impianti costituiti da numerosi reattori. mente li fa scorrere per tutta la lunghezza delle lampade. La pulizia dei depositi organici ed inorganici avviene per raschiamento ed interessa tutta la superficie dei quarzi e il sensore UV Fattori che influenzano il trattamento con UV tramite apposite spazzole solidali al carrello. Gli anelli di pulizia sono in realtà composti da più Tra i parametri che influenzano la progettazione di un impianto di trattamento delle acque anelli due esterni in teflon ed uno interno in Viton, una tecnologia denominata da Wedeco “Tri- con UV hanno una notevole rilevanza anche alcune delle caratteristiche del liquido che deve Blade” in grado esplicare la sua migliore efficacia in entrambi i sensi di scorrimento dell’anello. essere sottoposto al trattamento. Il carrello di guida degli anelli scorre avanti e indietro grazie ad un cilindro pneumatico o una La qualità dell’acqua è il primo di questi fattori. Viene valutata determinando la sua trasmit- vite senza fine ed il movimento è quindi completamente meccanico. La gestione dei cicli di tanza ovvero la percentuale di UV che viene trasmessa dall’acqua, nel campo di lunghezze pulizia (come anche la posizione dei pulitori quando sono in stand-by) è affidata ad un PLC d’onda compreso tra 200 e 300 nm. esterno e può essere programmata in base alle caratteristiche specifiche dell’acqua che viene Negli impianti con lampade LP o LPHO è di particolare rilevanza il valore della trasmittanza per la lunghezza d’onda di 254 nm. Wedeco commercializza uno strumento apposito che permette una misurazione manuale reale e veloce della trasmittanza (rif. TUV.5) ed anche uno strumento per la misurazione in continuo della trasmittanza in impianti a canale aperto (rif. Hippo). Anche la trasmittanza dei quarzi in cui sono poste le lampade ha una importanza notevole. Come accennato sulla superficie di questi elementi si possono depositare residui organici o inorganici che progressivamente assorbono una parte della radiazione UV destinata alla disinfezione per effetto della precipitazione di elementi a bassa solubilità nell’acqua (carbonati solfati e fosfati di Manganese, Ferro, Calcio e Alluminio) che si depositano a causa della maggiore temperatura degli “slevers” rispetto a quella del flusso d’acqua che li lambisce. I depositi di particelle solide in sospensione nell’acqua sono i principali responsabili del lento diminuire della trasmittanza dei quarzi. I cicli di pulizia periodica (manuali o automatici) provvedono a mantenere elevata la trasmittanza di questi componenti per un corretto funzionamento dell’impianto. La torbidità dell’acqua è un altro fattore che deve essere valutato. Essa è dovuta alla pre- senza di particelle sospese nell’acqua che interferiscono con la trasmissione degli UV. Alcune particelle hanno la caratteristica di diffrangere la luce incidente (nella lunghezza d’onda considerata) e ne deviano quindi il percorso ma non ne assorbono l’energia. La La grande sala con loro influenza sulle prestazioni del reattore è quindi di minima rilevanza. Altre particelle gli “armadi” per invece assorbono gli UV che ricevono e quindi diminuiscono la trasmittanza dell’acqua. In l’alimentazione generale, sono le particelle relativamente grandi (diametro tra 1 e 10 µm) che hanno una delle lampade dell’impianto di reale influenza sulle prestazioni dell’impianto. La torbidità del liquido è particolarmente Milano San Rocco. importante negli impianti di trattamento dei reflui. 20 21 Questo parametro è influenzato da tutte le componenti che determinano la funzionalità dell’im- pianto secondo uno schema concettuale che può essere rappresentato come il grafico qui riportato: Azione germicida Dose UV Intensità Lampade Acqua Flusso Volume Impianto di Disposizione Potenza Trasmittanza Trasmittanza Reg. lamiare trattamento UV lampade lampade di Chioggia. Torbidità Reg. turbolento Fattori di scala Studi di laboratorio hanno stabilito che una torbidità inferiore a 5 NTU (Nephelometric Turbidity Colore Miscelazione Unit) non ha significativi effetti sui trattamenti con UV. Poiché in genere nelle acque potabili Tipo la torbidità è intorno a 0,1 NTU in tutti i processi di potabilizzazione questo parametro non funzionamento viene considerato. Nei trattamenti dei reflui con UV invece il problema può essere rilevante e per tale motivo questi impianti possono prevedere un prefiltraggio del liquido che abbassi il invecchiamento più possibile il contenuto dei solidi sospesi prima del trattamento con UV, soprattutto quando l’obiettivo della disinfezione è particolarmente spinto (es. riutilizzo irriguo). la progeTTazione di un impianTo di TraTTamenTo con uv La correlazione tra la dose di UV e le concentrazioni finali ed iniziali della concentrazione Gli elementi di cui tenere conto nella progettazione del trattamento con UV delle acque e il batteriologica dell’acqua prima e dopo il trattamento è espressa dalla seguente relazione: planning del processo di progettazione sono numerosi. dove: Innanzitutto deve essere stabilito il fine dell’impianto. Che si tratti della disinfezione delle acque in un acquedotto o del trattamento di reflui per il loro riutilizzo in agricoltura o per il semplice sversamento in bacini o fiumi, che si debba provvedere all’abbattimento della carica batterica dell’acqua di un impianto domestico oppure della medesima funzione in una industria di produzione di bibite, è ovvio che le necessità progettuali risulteranno differenti. A questo proposito grande importanza deve essere data alle normative specifiche che regolano la qualità delle acque in relazione al loro utilizzo dopo il trattamento. Si rimanda l’argomento Parametro Note al capitolo specifico che chiarisce quali siano i reali target del trattamento per ciascun impiego N = concentrazione batteriologica in uscita delle acque trattate. N0 = concentrazione batteriologica in entrata In generale, si deve progettare un impianto che non sia sovradimensionato per l’obiettivo d = coefficiente di dispersione (idraulica) Questo parametro dipende dalla miscelazione nel canale e dipende dai parametri idraulici del flusso finale in modo da raggiungerlo con minimi costi di installazione e di gestione. Come primo parametro va quindi considerato se si tratta di un impianto in condotta o di k = rapporto di inattivazione batterica (m2/J) Questo parametro dipende dalla sensibilità di ciascun microrganismo agli UV un impianto in canale a pelo libero. Poi si considera il flusso di acqua da sottoporre a trat- D = Dose di UV C (J/m2) tamento, i principali parametri qualitativi dell’acqua ed eventuali vincoli per la realizzazione SS = concentrazione di solidi sospesi (mg/L) Questi parametri esprimono la densità dei microrganismi dell’impianto. associati al contenuto di solidi sospesi e sono specifici dei c = costante (empirica) Per un dimensionamento dell’impianto si opera per approssimazioni successive. Il parametro reflui m = costante (empirica) base che il progettista deve determinare è la cosiddetta Dose UV, definita come il prodotto La formula utilizzata da Wedeco deriva direttamente dalle normative americane EPA. Tutti i parametri sono strettamente dell’intensità media dell’irraggiamento del liquido per il tempo di esposizione. correlati al tipo ed alla disposizione del sistema di irraggiamento e pertanto la Dose di UV rimane il principale parametro per il dimensionamento dell’impianto. Dose UV C [J/m2] = Intensità media [W/m2] x Tempo medio di esposizione [s] 22 23 Graficamente la formula nella pagina precedente porta ad un grafico di questo tipo: sono stati da molto tempo considerati organismi indicatori d’inquinamento ed hanno assunto un importante ruolo come marcatori microbiologici per definire la qualità degli ambienti idrici. Tuttavia, poiché il gruppo dei coliformi contiene numerose specie ampiamente diffuse nell’am- biente, il sottogruppo dei coliformi fecali ha assunto un significato più specifico di contaminazione di origine fecale. Le più recenti normative sulle acque, in ogni caso, fanno riferimento alla specie Escherichia Coli, un microrganismo che è in rapporto più diretto ed esclusivo con il tratto gastro intestinale dell’uomo e degli animali a sangue caldo, il quale, insieme agli enterococchi, rappresenta un parametro più specifico ed accurato di contaminazione da materiale fecale. Si assume che il valore degli Escherichia Coli è circa l’80% del valore dei Coliformi Fecali. Una Dose di UV C di 100 J/m2 porta ad un abbattimento del valore dei Coliformi Fecali di 1 log. Analoga sensibilità agli UV presentano i Coliformi Totali, ma si deve tenere presente che poiché i Coliformi Fecali sono circa il 20% dei Coliformi Totali, la Dose di UV deve essere proporzional- mente più elevata se si richiede un analogo livello valore di inattivazione batterica con UV. Con queste premesse, se ad esempio la concentrazione dei Coliformi Fecali all’ingresso dell’im- pianto con UV è di 1.000.000 di Coliformi Fecali / 100 ml e si richiede un valore in uscita di 1.000 Coliformi Fecali / 100 ml, il valore di inattivazione è di 106/103 = 3 log. Con un semplice calcolo, note le condizioni iniziali dell’acqua ed il valore finale si può stabilire un primo valore che mostra il valore della inattivazione batterica (CFU - Colony-Forming Unit – misura il della dose di UV che l’impianto deve fornire. numero di batteri o funghi in un campione biologico) con il variare della Dose di UV C. Aiuta in questa definizione della Dose di UV la tabella teorico-empirica, riporatata nella pagina Nell’esperienza pratica possono riscontrarsi dei discostamenti tra il valore teorico e quello seguente, di prima valutazione che Wedeco suggerisce. misurato nel caso dei liquami. Ciò è dovuto al fatto che i valori assegnati ai parametri sono Per procedere con il dimensionamento iniziale si deve adesso ipotizzare uno schema di im- il frutto di un adattamento dei dati alle esperienze pratiche. Si può quindi affermare che in pianto, che poi sarà eventualmente modificato ottimizzando i vari parametri. generale la formula offre delle predizioni della inattivazione batterica abbastanza affidabili Va detto qui che tale processo è più rilevante nel caso di impianti a canale aperto per il trat- ma che la sua validità non può essere assunta acriticamente per ogni tipo di microrganismo tamento dei reflui. Infatti, nel caso di un impianto di potabilizzazione in condotta i moduli ed ogni tipo di liquame. sono certificati e le condizioni dell’acqua in ingresso sono molto più omogenee e semplici da I parametri per il progetto di una unità di trattamento con UV si dividono in tre principali valutare. Per la progettazione di massima bisogna valutare innanzitutto il volume di acqua da categorie: trattare in metri cubi per ora. 1. parametri di progetto Si sceglie quindi il numero di canali dell’impianto. In generale, impianti a più canali hanno un flusso massimo maggiore costo di impianto ma una maggiore flessibilità di gestione che comporta la possibilità minimo valore della trasmittanza di risparmi economici nel corso del funzionamento in relazione alla variabilità delle portate a livello di disinfezione richiesto cui un impianto è normalmente soggetto. conoscenza dei trattamenti a monte 2. Parametri di rischio massima concentrazione di solidi sospesi massima concentrazione di microrganismi in ingresso variazioni di flusso 3. Parametri di dettaglio conoscenza precisa delle fasi di trattamento a monte distribuzione della dimensione delle particelle sospese valori di concentrazione delle altre caratteristiche dell’acqua (COD, BOD, Fe, Mn, ecc.) Di grande variazione della qualità dell’acqua importanza negli impianto a Il problema che bisogna quindi risolvere per una corretta progettazione è la determinazione canale aperto è la regolarizzazione del della Dose di UV necessaria per raggiungere il target dell’impianto. Questa dipende, ovviamente, flusso dell’acqua dalla qualità dell’acqua in ingresso e dal valore di inattivazione batterica che si vuole ottenere. per avere la Tale valore è di solito espresso come logaritmo. milgliore uniformità delle velocità I parametri che si prendono in considerazione, visto oltretutto che la normativa vi fa esplicito di “transito” riferimento, sono i Coliformi Fecali, i Coliformi Totali e gli Streptococchi Fecali. nella zona di I coliformi, essendo presenti nelle feci umane in elevate concentrazioni, dell’ordine di 109/g, irraggiamento. 24 25 Acquedotto Tabella teorico-empirica suggerita da Wedeco per la determinazione di Helsinki: dei principali parametri di progetto di un impianto UV disinfezione dell’acqua con un Dose UV (PSS) in % trasmittanza Num. Coliformi 100 ml (media UV in condotta. geometrica su Num. banchi richiesto per disinfezione (per 100 ml) in ingresso Filtrazione UV per cm per canale SS (Solidi Livello di Sospesi) in mg/L mJ/cm2 30 gg) Note 1.000 Coliformi 105 max. 10 - 55 20 Fecali max. 20 - 55 26 max. 30 - 55 30 200 Coliformi Fecali 105 max. 10 - 55 25 max. 20 - 55 30 max. 30 - 55 37 100 Coliformi Fecali 105 max. 5 Filtrazione 65 25 – 30 Min. 2 max. 10 a sabbia 60 30 - 35 banchi 100 Coliformi Totali 105 aver. 5 Filtrazione 65 40 - 50 Min. 2 max. 10 a sabbia banchi 23 Coliformi Fecali 105 Ø 5, max. 10 Filtrazione 65 40 - 50 Min. 2 a sabbia. banchi 10 Coliformi Fecali 105 Ø 2-3, max. 5 Filtrazione 65 45 - 50 Min. 2 Ø 5, max. 10 a sabbia 60 50 - 60 banchi 100 Coliformi Totali 105 Ø 2-3, max. 5 Filtrazione 65 80 -90 Min. 2 a sabbia banchi 2,2 Coliformi Fecali 105 Ø 2, max. 4-5 Filtrazione 65 80 - 90 Min. 2 Torbidità a sabbia banchi < 2 NTU Wedeco propone tre differenti tipi di moduli, che si differenziano sostanzialmente per la 2,2 Coliformi Totali 105 Ø 2, max. 4-5 Filtrazione 65 160 - 200 Min. 2 Torbidità distanza delle lampade come mostra la tabella qui riportata. a sabbia banchi < 2 NTU Questa tabella fornisce indicazioni di massima, soggette a numerose restrizioni: Distanza • sono valide per reflui sottoposti a un trattamento secondario con una dimensione dei solidi sospesi di 10-30 µm derivanti distanza tra lampade Perdite Tipo Dosaggio UV tra le Trasmittanza UV da processi di flocculazione e/o filtrazione a sabbia e parete del canale di carico lampade • sono basate sui valori di picco del flusso. Se si considera un flusso costante i valori indicati vanno aumentati approssimativamente del 20 – 25% L basso 130 mm 60 mm ≥ 55 % basse • sono valide per solidi sospesi con dimensioni inferiori a 30 µm; particelle più grandi richiedono Dosi più elevate ma possono anche limitare il livello di inattivazione batteria indipendentemente dalla Dose applicata M medio 120 mm 55 mm da 35 a 55 % o dose medie • i Coliformi Fecali hanno concentrazioni più elevate degli Escherichia Coli secondo un fattore moltiplicativo di circa 1,2 richiesta più • il valore dei Coliformi Totali si ottiene moltiplicando il valore dei Coliformi Fecali circa per 4 S alto 100 mm 47,5 mm ≤ 35 % alte elevata • si noti che la media aritmetica o percentili maggiori del 50% sono più stringenti della media geometrica e comportano quindi Dosi più elevate o un migliore livello di pretrattamento I moduli di lampade hanno influenza sulle perdite di carico idrauliche del canale. Si ipotizzano la profondità del canale e la sua larghezza (essendo l’area della sezione del ca- Lo step successivo della progettazione prevede il calcolo dell’irraggiamento del refluo da nale determinata dal flusso di acqua da trattare e dal numero di canali scelto). Per questioni trattare. Per questo vengono effettuati dei calcoli con appositi software che sono in grado di omogeneità del flusso Wedeco suggerisce che il rapporto tra profondità e larghezza del di fornire i principali parametri dell’impianto in modo da poterli confrontare con i dati canale debba essere compreso tra 0,5 e 1. empirici della tabella sopra riportata. Wedeco effettua per il cliente la verifica delle ipotesi La profondità viene scelta in base al numero di elementi di ciascun modulo di lampade. Queste di progetto con un proprio software fornendo, per ogni ipotesi, valori relativi a: sono disposte a coppie e Wedeco indica un numero variabile tra 2 e 9 coppie di lampade. • la dose di UV in funzione della trasmittanza tenendo conto delle possibili perdite di potenza In relazione alla larghezza del canale si determinerà quindi il numero di moduli di lampade dovute allo stato dei quarzi ed all’invecchiamento delle lampade; da affiancare. Wedeco indica un numero variabile tra 1 e 12 per banco. Il numero di banchi • la velocità di flusso, che deve risultare in ogni caso superiore a 0,2 m/s in quanto al di sotto da porre in serie in ciascun canale è un altro degli elementi che deve stabilire il progettista. In di questa soglia vi è il concreto rischio che il flusso si trasformi da turbolento in laminare, generale più elevato è il livello della disinfezione e maggiore deve essere il numero dei banchi condizione non prevista per un corretto funzionamento dell’impianto. Inoltre, in condizioni in serie. Per valori finali di 100 Coliformi Totali / 100 ml o inferiori sono vivamente consigliati di picco del flusso la velocità nel canale deve risultare superiore a 0,4 – 0,5 m/s (tipicamente almeno due banchi in serie per canale mentre se il valore finale dei Coliformi Totali / 100 ml si ottengono valori di 0,7 – 0,8 m/s). Se i valori ottenuti sono lontani dai valori suggeriti, si è 5 o inferiore il numero minimo di banchi in serie suggerito da Wedeco è 3. considera l’ipotesi di variare la sezione trasversale del canale oppure di ridurre o aumentare 26 27 I grandi banchi di lampade il calcolo dei dosaggi dei canali Wedeco calcola i dosaggi delle proprie unità in base al metodo UVDIS della sommatoria di punto di dell’impianto origine. Si tratta di un metodo che parte dal presupposto che ogni lampada UV è costituita da una serie di Manukau in Nuova Zelanda di punti radianti di coordinate (xi, yi, zi) dislocati spazialmente sui suoi assi. Ciascuno di questi punti “sorgente” emette un UV-output, denominato in seguito con P, uniforme in tutte le direzioni. Ad una distanza R da ciascun punto origine viene quindi irradiata l’intensità I calcolata come: L’attenuazione della radiazione all’aumentare della distanza R dal punto di origine in funzione della trasmittanza T, è schematizzata dalla legge di Lambert-Beer: Nel punto (x, y, z) l’intensità interna nella camera di radiazione, misurata dal punto di origine (xi, yi, zi) è quindi: L’intensità nel punto (x, y, z) emessa dalla lampada di lunghezza L nel piano (xi, yi) risulta dalla inte- grazione della precedente espressione lungo l’asse zi. Ciò corrisponde a considerare la sommatoria dei punti “sorgente” siti sugli assi xi ed yi della singola lampada. L’intensità piana totale, sempre calcolata nel generico punto (x, y, z), dovuta al totale di lampade di cui è composto il sistema, sarà quindi: il numero dei canali per ottenere in ciascun canale dei flussi che siano all’interno del range di velocità indicato; • le perdite di carico per canale (non per banco). Queste non debbono superare i 50 mm, so- glia oltre la quale la differenza di livello dell’acqua nel canale tra ingresso ed uscita diventa inaccettabile. Con un flusso costante le perdite di carico possono essere ridotte aumentando la sezione del canale e incrementando il numero di lampade oppure scegliendo un interasse Mediando il valore ottenuto dalla espressione che precede sul volume V di irradiazione (cioè quello maggiore tra le lampade, oppure ancora scegliendo una configurazione differente dei ban- disponibile per la disinfezione), si ottiene l’intensità media: chi con interasse tra le lampade maggiore e una diversa distribuzione dei moduli per ogni banco di lampade o, infine, ridistribuendo su più canali uno dei banchi in modo da ridurre le perdite di carico in ogni canale. Per valori elevati della trasmittanza (>65%) possono essere accettate perdite di carico superiori a 50 mm ma sempre al di sotto della soglia massima di 60 mm per canale. Il software di calcolo adottato da Wedeco fornisce inoltre anche informazioni sulle dimensioni di ciascun canale (incluso il volume di irraggiamento), il numero totale delle lampade, il numero di Reynolds, il diametro idraulico e il tempo di irraggiamento. Da tutto quanto detto finora risulta quindi che: 28 29 Lo schema di lavoro può quindi essere sintetizzato così: La tecnologia Wedeco nel trattamento delle acque con Ozono Parametri iniziali Cosè l’Ozono - Flusso massimo L’Ozono è una molecola metastabile prodotta dall’ossigeno elementare, costituita da tre - Contenuto massimo di solidi nel liquido atomi legati in forma ibrida, secondo una struttura simmetrica diamagnetica, con un angolo - Livello di disinfezione richiesto di 116,5°, il cui simbolo chimico è O3. Determinazione empirica Dose UV Ipotesi impianto Utilizzando la Tabella Wedeco si Oltre ai dati inizali si ipotizzano il determina empiricamante la Dose UV numero dei canali, le dimensioni del e le altre indicazioni relative (numero canale (l e h), il numero di lampade dei banchi, valori massimi della per modulo, il loro interasse (L-M-S), trasmittanza, dimensone max dei solidi il numero di moduli par banco, il numero sospesi, necessità di filtrazione a di banchi per canale. sabbia, ecc). Variazione Calcolo con software Wedeco ipotesi inserendo i dati ipotizzati si hanno Si presenta come un gas incolore, ma che concentrato tende al bluetto, fortemente reattivo, impianto risposte sulle prestazioni e sulle Sono differenti per nuovo caratteristiche dell’impianto: dal caratteristico odore pungente, le cui principali caratteristiche sono riportate nella tabella e/o non calcolo seguente: congruenti - la dose di UV in funzione della trasmittanza Ozono - la velocità di flusso Peso molecolare 48 g/mol ? - le perdite di carico per canale Punto di ebollizione (a 1013mbar) 161,5 K Comparazione fornisce inoltre anche informazioni sulle tra la Dose UV dimensioni di ciascun canale (incluso Punto di fusione (a 1013 mbar) 80,6 K calcolata e la il volume di irraggiamento), il numero Densità (a 1013 mbar, 0°C) 2,14 kg/m3 Dose UV totale delle lampade, il numero di empirica Reynolds, il diametro idraulico e il Valore massimo in ambiente consentito 0,1 ppm tempo di irraggiamento 0,2 mg/m3 di aria Soglia di percezione odore 0,1 ppm Sono uguali Potenziale Redox 2,07 V o congruenti Il suo potenziale redox, inferiore solo a quello del fluoro, è circa il 52% maggiore di quello del Cloro, largamente utilizzato nel trattamento dell’acqua, rendendolo quindi l’agente disinfet- Affinamento parametri e verifiche economiche tante più energico disponibile in commercio. La sua elevata reattività lo rende instabile e non conservabile, per cui deve essere prodotto sul posto, cioè subito prima di essere utilizzato. Rispetto all’Ossigeno mostra un’elevata reattività in fase di reazione e basse energie di attiva- zione per reazioni eterogenee. Ha un forte potere ossidante direttamente sulla superficie dei metalli nobili e non, quali Argento, Piombo, Rame e dei metalloidi come lo Zolfo. dove abbiamo posto in colore giallo la sezione calcolata da Wedeco con il suo software. La sezione successiva, dopo il dimensionamento di massima precede una serie di verifiche di Agente Ossidante Potenziale Redox fattibilità e di calcolo dei costi. In generale, la seguente tabella fornisce indicazioni per il lavoro Radicale OH 2,80 V di affinamento partendo dall’ipotesi di mantenere costante il numero di lampade. Ossigeno (atomico) 2,42 V Ozono 2,07 V Flessibilità in termini di Costo di Perdite Ipoclorito 1,49 V commutazione dei banchi investimento di carico Cloro 1,36 V Aumentando il numero dei canali aumenta aumenta sono costanti Biossido di Cloro 1,27 V Aumentando il numero dei banchi aumenta aumenta aumentano Ossigeno (molecolare) 1,23 V 30 31 si rivela di bassa valenza commerciale. La gene- L’esistenza dell’Ozono è nota sin dall’antichità. Già Omero, in alcuni passi dell’Iliade, descriveva razione Ozono per via elettrolitica ha un ruolo l’odore aspro e pungente che l’aria acquistava al passaggio di un temporale, e nel libro XII dell’Odis- importante nella storia dell’Ozono, perché le sea, descrive Zeus mentre colpisce una nave con una saetta piena di odori sulfurei. Sebbene nel 1785, sperimentazioni condotte da Schobein sulla ge- Van Marum osservava che l’aria in prossimità di scariche elettriche generava un tipico odore, solo nel nerazione sintetica dell’Ozono prevedevano la 1840 Christian F. Schönbein, durante esperimenti di elettrolisi dell’acqua, intuì che lo strano odore sua formazione a partire dall’elettrolisi dell’acido era dovuto alla presenza nell’aria di un gas che si formava in seguito al rilascio di scariche elettriche solforico. Questa soluzione presenta il vantaggio nell’aria durante i temporali. Ad esso fu attribuito il termine “Ozono” (dal greco ozein, che ha odore). di richiedere apparecchiature abbastanza sem- Schönbein riteneva che questa molecola fosse monoatomica e solo negli anni successivi si dimostrò la plici per cui può essere presa in considerazione vera forma triatomica, e la decomposizione per via termica, in Ossigeno. per produzioni di piccola taglia o per utilizzazioni in aree remote. I vantaggi potenziali sono notevoli: Nei confronti delle sostanze organiche agisce rapidamente dando luogo a numerose reazioni chi- - si utilizza corrente (DC) a bassa tensione; miche. Particolare è la reattività rispetto al doppio legame C=C delle sostanze organiche insature, - non si prevede un gas di preparazione; reazione che è comunemente definita ozonolisi. Non lasciando alcun residuo chimico, l’Ozono è - poche e semplici apparecchiature; assolutamente ecologico. A riprova di ciò, l’Ozono è stato definito come un agente sicuro “GRAS” - generazione direttamente nel fluido (acqua) (Generally Recognized As Safe) dall’Ente statunitense Food and Drug Administration (F.D.A.), da trattare. anche se il suo impiego è assoggettato a leggi e prescrizioni di sicurezza. Per contro, i principali svantaggi sono: principio di formazione dell’ozono • bassa capacità di produzione; Per spiegare come si produce l’Ozono, è bene non dimenticare che la sua formazione è da • potenziale corrosione ed erosione degli considerarsi come una condizione di equilibrio tra un processo di generazione che coinvolge elettrodi; nello stesso momento anche degli schemi di distruzione dell’Ozono creato. • l’acqua da trattare deve avere bassa conducibilità. Dal punto di vista termodinamico, la sua formazione presenta aspetti contrastanti tali da far Per spiegare la generazione dell’Ozono per via elettrolitica si riprende il principio di elettrolisi apparire tendenzialmente impropria la dicitura “forma allotropica” dell’Ossigeno. dell’acqua. Applicando una differenza di potenziale, tramite una sorgente esterna, che superi Di conseguenza, un generatore Ozono è sempre il risultato di un compromesso in cui ven- il potenziale di decomposizione dell’acqua, si ha un passaggio di corrente tre i due elettrodi, gono presi in considerazione fattori legati al costo della generazione ed alla facilità di fun- con formazione di bollicine di gas. zionamento del macchinario. In generale, il principio di generazione dell’Ozono, prevede, Si osserva la scissione della molecola nei suoi elementi, con conseguente migrazione dell’Ossi- secondo diverse modalità, la dissociazione dell’ossigeno molecolare e la formazione interme- geno verso l’anodo e dell’Idrogeno verso il catodo. La quantità di gas formata è direttamente dia di radicali di ossigeno atomico, che reagiscono a loro volta con l’Ossigeno molecolare. proporzionale alla carica elettrica che passa attraverso la cella. Successivamente, per produrre L’energia che rende possibili questi meccanismi, viene fornita dagli elettroni o da fotoni. l’Ozono si ha una elettrocatalisi dell’anodo. Aumentando il potenziale dell’elettrodo oltre i Le principali modalità di formazione dell’Ozono sono le seguenti: 2,3V, si ha la possibile produzione di ossigeno libero, che reagisce rapidamente con l’ossigeno 1) da radiazione UV (via Fotochimica) molecolare per formare l’Ozono. 2) per via Elettrolitica La produzione Ozono da scarica elettrica si ha a partire dall’Ossigeno molecolare (O2) contenuto 3) per effetto di una scarica elettrica (Effetto Corona) in un fluido gassoso deumidificato di alimentazione (cold plasma). Nel primo caso, sin dai primi anni del 1900 si Tale fluido attraversa una cella di generazione Ozono, composta da due elettrodi separati da osservava la formazione di Ozono a partire da un dielettrico (molto spesso composto da vetro borosilicato) ed uno spazio d’aria. Un elet- Ossigeno esposto ad una radiazione UV compresa trodo è collegato all’alta tensione, mentre l’altro tra 140 e 190nm. è collegato a terra. Trasformatore di alta tensione Molecola Tale principio di formazione riprende ciò che La cella viene sottoposta ad una differenza di po- di ossigeno accade naturalmente in una fascia dello strato tenziale (plasma), tale da realizzare una scarica atmosferico terrestre (stratosfera), dove l’Ozono elettrica silenziosa, ad una data frequenza, con si genera, in piccole quantità e con basse concen- un valore di tensione compreso tra il limite per cui Atomo di trazioni, per effetto della radiazione ultravioletta, l’Ossigeno contenuto nel gas ionizza, producendosi ossigeno alla lunghezza d’onda di 185nm. Ozono, e quello per cui si ha la rottura o stress del L’energia solare, in forma di radiazione UV, separa vetro dielettrico. Durante il processo di generazione la molecola diatomica dell’Ossigeno, liberando così dell’Ozono, le molecole di Ossigeno sono inizial- atomi capaci di formare la molecola triatomica mente separate all’interno del cold plasma, per poi Elettrodo Molecola dell’Ozono. Tale tipologia di generazione, pro- unirsi ad altre molecole, formando l’Ozono. di terra di ozono duce in genere delle piccole quantità di Ozono a Tale tipo di scarica viene frequentemente chia- concentrazioni molto basse, per cui tale soluzione mata Effetto Corona. 32 33 collegato a terra. L’energia fornita crea un eleva- In una fascia dello strato atmosferico terrestre, l’ozonosfera, che circonda la Terra tra i 15 e i 50 to valore di campo elettrico nei due spazi anulari chilometri di altezza, si forma l’Ozono atmosferico. producendo l’Ozono in una scarica elettrica silente Qui le molecole l’ossigeno sono colpite dai raggi ultravioletti con lunghezza d’onda inferiore a 240 (cold plasma). Sia l’elettrodo ad alta tensione nanometri, rompendosi e liberando i due atomi. Ognuno di questi reagisce con altrettante molecole che quello di terra sono realizzati interamente in intere di Ossigeno, creando Ozono. acciaio inox 316Ti, mentre il materiale dielettrico A loro volta queste molecole di Ozono, colpite da radiazioni ultraviolette con lunghezza d’onda è in vetro borosilicato. tra i 240 e i 300 nanometri, si dissociano, formando una molecola e un atomo di ossigeno. Questa Grazie ai dispositivi di centratura del dielettrico e reazione assorbe l’energia dei raggi ultravioletti e impedisce che essi raggiungano la superficie degli elettrodi ad alta tensione, i due spazi di scarica terrestre, rendendo così possibile la vita. per la generazione Ozono creati per ciascun elet- La presenza dell’Ozono nella stratosfera, seppur in quantità minime (meno di un milionesimo della trodo, permettono il passaggio del gas all’interno massa dell’atmosfera) è essenziale per la vita umana, poiché esso è l’unico costituente atmosferico del tubo in maniera regolare e continua. capace di assorbire efficacemente, nella banda di Hartley, la radiazione solare UV, nell’intervallo Il sistema è aperto su entrambe le estremità, per spettrale compreso tra 2000 e 3000 Ampere[A]. cui il gas da ozonizzare entra da un lato ed esce In particolare, le radiazioni UV-B sono gravemente pericolose per la salute umana – a rischio di da quello opposto. scottature, cataratte agli occhi e tumori alla pelle – e dannose per gli ecosistemi terrestri e marini, I due spazi di scarica, con l’apertura degli elettrodi nei quali possono provocare la riduzione della fotosintesi, dei processi di crescita dei vegetali e Dielettrico (vetro) su entrambi i lati, rendono possibile la produzione della riproduzione del fitoplancton. Maglia Effizon e Ozono in elevata concentrazione (per cui minor Il progressivo esaurimento del suo strato (il cosiddetto buco dell’Ozono) è causato in gran parte distributore di gas richiesta di gas di alimentazione), aumentando dalle condizioni estreme delle temperature fredde in alta quota e dall’inquinamento da accumulo quindi il rendimento di produzione. atmosferico di particolari tipi di sostanze chimiche frequentemente utilizzate nelle apparecchiature Una parte dell’energia elettrica necessaria per di refrigerazione, negli aerosol e nei solventi industriali. Elettrodo esterno in acciaio legato questa generazione Ozono è trasformata in ca- I gas nocivi di prima generazione, i clorofluorocarburi (CFC) di seconda generazione, gli idro- inossidabile Elettrodo interno Ossigeno/Aria lore, che deve essere prontamente rimosso. A clorofluorocarburi (HCFC), che rimangono intrappolati nell’atmosfera generando il noto effetto tal proposito il generatore viene continuamente serra, sono stati banditi in base al protocollo di Montreal del 1987 sulla produzione e sugli usi delle raffreddato, con aria, o più comunemente, con sostanze pericolose per l’ozonosfera. acqua di raffreddamento che attraversa il vessel in controcorrente. È anche per tale motivo che gli elettrodi Effizon® HP di Wedeco sono realizzati con la superficie esterna Il processo di generazione dell’Ozono in acciaio legato inossidabile attorno al quale passa Per la sua instabilità l’Ozono è un gas che non può essere prodotto in stabilimento e trasportato l’acqua refrigerante che provvede a mantenere la ma deve essere prodotto nello stesso luogo del suo utilizzo. Come gas di partenza è possibile temperatura di lavoro entro i limiti di funziona- utilizzare l’aria, opportunamente compressa ed essiccata, oppure l’Ossigeno. mento degli elettrodi. Nella pratica, l’Ozono viene prodotto mediante un generatore, composto da un contenitore Il problema del raffreddamento non è di seconda- cilindrico (vessel), montato in verticale oppure ria importanza perché la reazione di generazione in orizzontale, chiuso alle estremità da una base dell’Ozono è reversibile e, con l’aumentare della mobile flangiata o da un piatto fisso. temperatura, la quantità di Ozono che si ri-trasfor- All’interno di questo cilindro, un numero specifico ma in ossigeno biatomico aumenta. di tubi in acciaio inossidabile, composti da un La temperatura dell’acqua di raffreddamento per elettrodo ad alta tensione, un dielettrico ed un gli impianti Wedeco deve avere una temperatura elettrodo di terra sono saldati fra due piatti fissi compresa nel range compreso tra 5 e 35°C. in un sistema compatto. Per ottenere una produzione Ozono con costi I parametri tecnici influenti sulla generazione Ozono specifici di produzione particolarmente ridotti, sono: Wedeco ha sviluppato un elettrodo compatto ad • Densità di potenza (tensione e corrente) elevate prestazioni: Effizon® HP. • Frequenza Il gas ossigeno da ozonizzare attraversa l’ozonizza- • Pressione tore passando in due sottili spazi anulari creati tra • Temperatura la coppia di elettrodi ed il dielettrico interposto. • Velocità gas I primi hanno la parte centrale collegata all’al- Generatore Ozono. Si notano le tubazioni in PVC • Umidità gas ta tensione, mentre il loro involucro esterno è dell’acqua di raffreddamento. • Composizione gas di alimentazione 34 35 EFFIZON HP è più efficiente: I principali valori di generazione Ozono sono: Utilizzo dell’Ozono nel trattamento delle acque potabili a parità di 18 • La concentrazione Ozono (CO ), indicata in [g/ 3 L’aumento della popolazione mondiale porterà negli anni ad una maggiore richiesta di acqua potenza la m3] NPT o in [wt %] di ossigeno /aria per utilizzo potabile. Ma le risorse di acqua potabile sono limitate e spesso inquinate, per cui concentrazione di ozono 16 • La capacità di produzione (PO ) del genera- 3 le tecnologie di trattamento efficaci come l’Ozono sono sempre più richieste. prodotta tore Ozono, indicata in [kg/h], ed uguale al L’Ozono, con il suo forte potenziale di ossidazione, rappresenta uno step di trattamento molto è molto 14 Generatore ozono prodotto della concentrazione Ozono [CO ] 3 efficace ed economico nell’ottimizzazione dei processi di trattamento dell’acqua potabile, che superiore a WEDECO per la portata gas [Vgas] può essere realizzato in maniera economica ed affidabile. quella della EFFIZON HP concentrazione ozono [wt%] consumo media degli 12 elettrodi sul PO [g/h] = CO [g/Nm3 ] * Vgas [Nm3/h] 3 3 mercato. Generatore ozono 10 Standard WEDECO • Il consumo specifico di potenza [kW/kg] del generatore, che indica quanta energia è ri- 8 chiesta per la produzione di 1 kg di Ozono Generatore ozono in un’ora. convenzionali 6 Grazie all’assenza di parti in movimento ed alla 4 qualità dei materiali, questi elettrodi sono virtual- 60 80 100 120 140 160 180 200 mente esenti dalla necessità di manutenzione ed Consumo relativo di energia[%] offrono una lunghissima vita operativa. Wedeco alle medesime portate di ossigeno fornisce una garanzia di 10 anni per i propri elettrodi Effizon® HP. L’uso dell’Ozono nel trattamento delle acque I due fattori decisivi che fanno dell’Ozono un gas molto interessante per il trattamento delle acque sono senz’altro la sua grande reattività e la completa assenza di residui chimici deri- vanti dal suo utilizzo. Per tale motivo sono numerosi i casi in cui l’impiego dell’Ozono può contribuire al trattamento delle acque: abbattimento di contaminanti organici ed inorganici, decolorazione, eliminazione di odori sgradevoli, disinfezione da microrganismi e altri impieghi fanno dell’Ozono un gas estremamente polivalente in molte situazioni. Questa tecnologia va utilizzata negli impianti di potabilizzazione con vari propositi. Spesso, Per le acque potabili l’Ozono può essere impiegato per: un progettista o un gestore d’impianto, applicano l’Ozono per un singolo obiettivo, ma poi - miglioramento flocculazione scoprono di ottenere con questo trattamento molteplici risultati e benefici, tutti nello stesso - eliminazione colore/odore/sapore tempo. Inoltre, i sistemi tradizionali di tipo chimico-fisico come la flocculazione, la filtrazione e la - eliminazione Fe / Mn clorazione, da soli, sono ormai insufficienti per assicurare acqua potabile sicura e di qualità. - disinfezione Con il solo trattamento ad Ozono, in alcuni casi applicato in più punti della filiera di processo, - eliminazione TOC (es. THM´s) si ottengono invece numerosi benefici. - eliminazione di sostanze endocrine • miglioramento nella coagulazione; • ossidazione di metalli come ferro e manganese, ossidazione dell’ammoniaca per Per le acque di scarico l’Ozono può essere impiegato per: nitrificazione; - eliminazione del COD • controllo del sapore e dell’odore; - decolorazione • rimozione del colore; - eliminazione dei Tensioattivi • ossidazione del materiale organico, microinquinanti, sostanze persistenti e rimozione delle - eliminazione dei Fenoli alghe; - trattamento fanghi - eliminazione degli AOX - eliminazione delle sostanze endocrine L’Ozono può essere anche impiegato per le acque di processo (acque di raffreddamento, piscina, risciacquo nell‘imbottigliamento, ecc.); per la deodorizzazione (ossidazione dei gas Schema di scarico, mercaptani); nei processi di sbianca (caolino e polpa di cellulosa); nella pulizia del tipico di un prodotto (miglioramento della viscosità, disinfezione di prodotti alimentari), nella ozonolisi impianto di potabilizzazione (sintesi di nuovi prodotti, modifica dei prodotti). flocculazione sedimentazione filtrazione accumulo per acque superficiali. 36 37 • disinfezione potente (contro batteri, virus e parassiti); I solfuri • nessun sottoprodotto tossico, riduzione nella generazione dei DBP; Un altro composto che può impartire odore e sapore di uova marcia all’acqua è il solfuro d’Idro- • produzione Ozono commisurata alla domanda, nessun stoccaggio pericoloso di agenti geno. L’Ozono ossida il solfuro d’Idrogeno a solfato. chimici. H S + 4 O → H SO + 4 O 2 3 2 4 2 Le applicazioni Ozono nel trattamento di potabilizzazione delle acque L’Ozono è, da decine di anni, parte essenziale nel trattamento dei più grandi impianti di pota- Questo composto inorganico si può formare sulle acque superficiali che hanno un alto carico di bilizzazione in città come Parigi, Mosca, Helsinki, Dallas e, in Italia, Torino, Bologna, Ferrara e carbonacei ed un basso od inesistente contenuto d’Ossigeno disciolto. Pesaro. Tutte le applicazioni Ozono prevedono delle reazioni ossidative, a seconda che sia utilizzato I fenoli per la disinfezione o per l’ossidazione di specifici contaminanti. In relazione al punto in cui I materiali sintetici fenolici sono le sostanze inquinanti più presenti nelle nostre acque. Il fenolo esso viene introdotto distinguiamo la pre-ossidazione con Ozono, l’ozonizzazione intermedia non solo si forma in acqua da fonti industriali, ma piccole concentrazioni si formano anche dalla e la post-ozonizzazione. biodegradazione naturale dei materiali umici (costituenti dell’humus). Il fenolo reagisce rapida- Per esempio la pre-ozonizzazione e quella intermedia sono usate per: mente con il Cloro libero, formando orto-clorofenolo il cui sapore e soglia d’odore è più di cento • ossidazione di manganese e ferro; volte minore del fenolo stesso. Nelle acque superficiali clorate, questo composto è spesso trovato • controllo del sapore e dell’odore; in una piccola parte per miliardo, ma queste basse con- • migliorare la rimozione dei sospesi (si aumenta l’efficienza dei trattamenti di filtrazione e centrazioni sono abbastanza alte per impartire sapore flocculazione); ed odore all’acqua. Molto spesso il sapore di fenolo • ossidazione di contaminanti come cianuri, fenoli, tracce di droga, distruttori endocrini e è scambiato con il sapore di Cloro. Sfortunatamente, sostanze persistenti; questo composto clorato è più tossico del fenolo stes- • rimozione del colore; so. Come il Cloro, anche l’Ozono è molto efficace con • controllo formazione delle alghe; il fenolo. Il primo prodotto ossidante d’Ozono stabile • ossidazione dei precursori alla formazione di THM (Trialometani); è il cis- cis acido munconico, un materiale non tossico • rimozione delle sostanze pesticidi. insapore e inodore. Mentre la post-ozonizzazione è utilizzata per: • disinfezione e controllo virus; Le alghe • eliminazione del criptosporidium; Le acque superficiali spesso possono presentare proble- • essidazione dei composti organici prima della filtrazione su carboni attivi (GAC). matiche specifiche legate alla presenza di alghe, quali torbidità, colorazione, presenza di composti odorigeni O3 O3 e sottoprodotti. Le alghe crescono in acque superficiali chemicals dove esistono le condizioni ideali di temperatura e per il loro nutrimento. I sottoprodotti derivanti dal metabolismo di queste piante conferiscono sapori ed odori sgradevoli all’acqua. In particolare, i cianobatteri, conosciuti come alghe blu-verdi, sono batteri fotosintetici in forme unicellulari, coloniali o filamentose, con dimensioni da meno di 1 preossidazione con Ozono flocculazione sedimentazione ossidazione intermedia filtrazione su sabbia µm a più di 100 µm come diametro cellulare. con Ozono Essi sono molto frequenti nei laghi, bacini di stoccaggio artificiali, piccoli serbatoi naturali e fiumi solo disinfezione O3 di copertura in rete a debole flusso; la loro proliferazione è favorita dalla presenza di luce, elevata temperatura, bassa (cloro) turbolenza e presenza di nutrienti. La loro rilevanza igienico sanitaria è legata alla capacità di produrre tossine, che possono rimanere nelle cellule algali o essere rilasciate nell’acqua, con effetti tossici per l’organismo umano. Pre-, inter- e Nei corpi idrici le popolazioni di cianobatteri nelle prime fasi di fioritura liberano basse concen- disinfezione filtrazione ossidazione finale Post-ozonizzazione accumulo in un impianto di finale con UV su GAC con Ozono trazioni di tossine (0,1-10 µg/L), che possono aumentare in estate e all’inizio autunno, nella fase potabilizzazione. del decadimento dei bloom algali. Le alternative adottabili per ridurre il rischio di presenza di cianobatteri e cianotossine nell’acqua per uso umano sono: Il controllo del sapore e dell’odore −−una scelta adeguata della fonte di approvvigionamento, in modo da evitare l’uso potabile di La maggior parte dei sapori ed odori nelle acque sotterranee o superficiali hanno origine da mate- acque prelevate da fonti contaminate; riale organico formatosi naturalmente o con composti sintetici organici in assenza di Ossigeno. La −−a riduzione dell’apporto di nutrienti (in particolare fosforo) alla fonte di approvvigionamento; decomposizione del materiale vegetativo produce composti che, attraverso il processo metabolico −−l’impiego di trattamenti adeguati per la rimozione delle alghe; dei batteri, conferisce alle acque un sapore. La continua attività batteriologica su materiali organici −−l’impiego di trattamenti adeguati per la rimozione delle tossine algali. disciolti, produce composti volatili di basso peso molecolare che possono possedere un odore. Alte concentrazioni di alghe negli impianti di trattamento possono causare intasamenti ai L’Ozono ossida questi composti nella fase acquosa, eliminando il sapore e l’odore. filtri. 38 39 La filtrazione non rimuove il sapore ed odori causati da alghe perché questi composti organolettici l’installazione dell’ozonizzazione deve essere calcolata in base alla richiesta normale più la richiesta sono solubili in acqua. stagionale delle alghe. Generalmente, basse concentrazioni d’Ozono (1 – 3 mg/L ) per 2-5 minuti Tipici sottoprodotti sono di contatto si produce già una significativa riduzione del sapore e dell’odore. - La Geosmina (C12H22O); - il Methylisoborneolo (MIB). Decolorazione con Ozono Microorganismi, quali lo Streptomyces e la Myxobacteria, che vivono nel terreno generano la Le acque superficiali sono generalmente colorate per la presenza di materiali naturali organici come Geosmina e conferiscono un odore di terra all’acqua. La soglia di percezione dell’odore è 0,1 ppb gli acidi umici, fulvici e tannici. Questi composti provengono dalla decomposizione di materiali (parts per billion). Il MIB è prodotto per es. dai cianobatteri. La soglia di percezione dell’odore è vegetali i quali sono prodotti generalmente legati alla condensazione di composti tipo fenolo. 10 ng/L. Tra i principali trattamenti impiegati, con riferimento all’effetto che questi possono avere Tali composti si coniugano tra loro attraverso doppi legami al carbonio. Quando la catena di questi sulle rimozione dei cianobatteri e delle cianottosine, quello di Ossidazione/Disinfezione: è un doppi legami diventa molto lunga, la capacità d’assorbimento della luce delle molecole cambia trattamento molto utilizzato nella potabilizzazione delle acque, come stadio di pre-ossidazione, di da ultravioletto a visibile, conferendo così il colore. L’Ozono si caratterizza come forte reagente ossidazione intermedia o disinfezione finale. L’effetto specifico sulle alghe può essere quello della per la capacità di rompere i doppi legami in maniera rapida e selettiva. La rottura di tali doppi inattivazione cellulare, a cui spesso si accompagna un aumento dei metaboliti organici prodotti legami porta alla riduzione delle catene molecolari formate e quindi all’eliminazione del colore dalla lisi cellulare, tra cui vi sono anche le cianotossine. Il vantaggio della inattivazione delle alghe nell’acqua. Il principio risulta valido anche per le acque reflue. I livelli di dosaggio d’Ozono per è legato alla loro successiva immobilizzazione nei flocculi o all’interno dei filtri. la decolorazione d’acque superficiali sono generalmente nell’ordine di 2 - 4 mg/L. Inoltre, la pre-ossidazione può essere considerata uno dei principali metodi di miglioramento dei successivi processi di coagulazione e filtrazione, in quanto in grado di ridurre sia il rivestimento organico che si forma sulle particelle colloidali sia l’effetto di stabilizzazione che le alghe posso- no avere sui colloidi e che ne compromette la rimozione. È quindi evidente che la pratica della pre-ossidazione (o della ossidazione lungo la linea del trattamento) è una scelta che deve essere valutata attentamente in base al contenuto di cellule algali che può favorire la formazione di sottoprodotti di ossidazione e il rilascio di cianotossine. Pertanto, l’applicazione dei trattamenti ossidativi risulta ottimale dopo avere effettuato una separazione fisica delle cellule algali ed è mirata prevalentemente alla rimozione delle cianotossine. L’ozonizzazione ossida le alghe, di- struggendo simultaneamente la causa che conferisce un sapore ed un odore sgradevole all’acqua. Il trattamento ad Ozono può rappresentare un trattamento preliminare in grado di migliorare la Ossidazione dei composti inorganici resa di rimozione delle alghe dal 75 al 95% con successivi trattamenti di flottazione, filtrazione La capacità di ossidazione dell’Ozono può incrementare lo stato di ossidazione di ioni metallici i rapida su biolite o filtrazione lenta su sabbia. quali sono meno solubili in acqua nel loro stato d’ossidazione superiore. Le alghe possono essere trattate in 2 step: Per esempio, il Piombo nel suo stato di +2 è duecento volte più solubile del piombo nel suo • in pre-ozonazione, prima di una flottazione o filtrazione con il compito di distruggere le stato di +4. Ferro e Manganese sono solubili come ione (+II), nella maggior parte dei casi nelle alghe; acque sotterranee, in profondità a bassa presenza di ossigeno. A contatto con l’ossigeno, questi • in inter-ozonazione, con il compito di ridurre le tossine, I sapori e gli odori prodotti dalle convertono in sedimenti insolubili e si depositano sulla tubazione o altre apparecchiature. alghe. L’Ozono può essere utilizzato per rimuovere certi ioni metallici tramite ossidazione chimica e Curve di Tale conclusione è stata raggiunta in uno studio condotto sulla potabilizzazione delle acque del successiva rimozione degli ossidi o idrossidi insolubili, che si sono formati nel trattamento. inattivazione Tamigi, mediante l’analisi degli effetti sulla filtrazione multistrato di pre-ossidazione con Ozono Il Ferro nel suo stato ferroso, Fe+2, è ossidato ad uno stato ferrico, Fe+3, che s’idrolizza formando dei principali e filtrazione in linea (dosaggio di coagulante in entrata alla filtrazione) con solfato di ferro sin- Fe(OH) . L’idrossido ferrico, che coagula e precipita dall’acqua e conseguentemente può essere 3 composti organolettici golarmente e combinati: dalla rimozione del 50% senza aggiunte chimiche si passa al 90% con rimosso attraverso una flocculazione o filtrazione. con Ozono. Ozono e ferro. Siccome la formazione delle alghe nelle acque superficiali è di carattere stagionale, Fe+2 + 0 + H O → Fe+3 + O + 2OH 3 2 2 Fe+3 + 3H O → Fe(OH) +3H+ 2 3 Il Manganese, nella forma solubile (+II) viene ossidato alla forma insolubile in acqua Mn (+IV), che può precipitare come ossido o idrossido di manganese. Mn+2 + O + H O → Mn+4 + O + OH 3 2 2 Mn+4 + 4OH → Mn(OH) * MnO + 2H O4 2 2 Livelli di dosaggi d’Ozono eccessivamente elevati formeranno lo ione permanganato, di colore rosa, solubile in acqua. MnO + 2O → MnO + 2O 2 3 4 2 40 41 Per prevenire la formazione dello ione permanganato è importante tenere bassa la concentrazione 1) L’Ozono può essere dosato in testa alla filiera di processo dell’impianto, come discusso prima, Ozono locale ed avere una sufficiente miscelazione tra acqua e gas in acqua. per incrementare la rimozione dei composti organici disciolti incrementando l’efficienza di L’Ozono deve essere utilizzato come uno dei primi processi nella filiera di trattamento quando coagulazione. è necessario rimuovere Ferro e Manganese. Gli idrossidi del metallo sono rimossi con filtrazione • Miglioramento della flocculazione per eliminare i composti organici. su sabbia o multistrato. Quando sono desiderabili basse concentrazioni (< 1 mg/L) di ioni idrati 2) L’Ozono può essere anche aggiunto come uno degli ultimi step di trattamento per l’ossidazione o quando i metalli sono presenti in forma complessa con composti organici (es. materiali umici), diretta dell’acido umico precursore dei THM. come tipico nelle acque superficiali, non è necessario ossidare. Nel caso di rischio di formazione di • L’ossidazione dei composti organici per distruggere immediatamente i pre-cursori prima bromati, è richiesta un’ottimizzazione del processo di ozonizzazione che minimizzi la formazione. della clorazione. Il Cloro non ha un potenziale di ossidazione tale da distruggere i complessi organici, ed ha il rischi • L’ossidazione dei composti organici per renderli più facilmente rimovibili da un trattamento di formazione di sottoprodotti di clorazione. Altri metalli controllabili con l’ossidazione d’Ozono successivo (filtri GAC / BAC). sono: Piombo, Zinco, Radio e Nichel. Nessuna riduzione di solubilità è proponibile per il Bario o • L’Ozono ha la capacità di prevenire la formazione dei DBP riducendo i precursori. Calcio perché hanno solo uno stato d’ossidazione (+ 2). Alcuni ioni inorganici come il Cianuro, Tiocianato, Nitrito, Sulfito, Bromuro, Ioduro e Solfuro sono anche ossidati dall’Ozono. Rimozione dei Composti Organici con Carbone attivato biologicamente (BAC) L’effetto netto della combinazione Ozono - GAC è quello di raggiungere, in maniera efficiente, Coagulazione migliorata (mirco-flocculazione) basse concentrazioni di materiale organico, che possano minimizzare la formazione di DBP. La coagulazione con il Ferro comporta elevati costi d’investimento e di esercizio. Quando l’Ozo- • L’ossidazione dei composti organici per renderli più facilmente ossidabili da processi di tratta- no viene utilizzato prima della coagulazione (con l’Alluminio), l’esperienza ha dimostrato che la mento successivi (GAC / BAC filtri). dimensione e la stabilità del flocculo aumenta. Il dosaggio di allumina può essere abbassato e • L’Ozono rompe i legami delle molecole più larghe creando molecole più piccole e più la dimensione della vasca di chiarificazione anche diminuita. Ciò comporta minori costi operativi biodegradabili. e d’investimento. L’ossidazione dei materiali organici disciolti in acqua con Ozono, polarizza e • Il biofilm all’interno dei filtri a carbone attivo rimuove i composti organici rotti. carica le molecole. Perciò, l’efficienza di rimozione del materiale organico con l’alluminio aumenta • Il biofilm è fissato all’interno delle particelle di carbone → nessuna rimozione dopo il quando i materiali organici sono ossidati con Ozono per specie polarizzate o caricate. La migliore controlavaggio. capacità stabilizzante può essere attribuita in parte al fatto che l’Ozono destabilizza i colloidi e L’economicità dei processi è molto attrattiva, perché il Carbone attivo granulare viene continua- perciò, li rende più adattabili al trattamento di flocculazione. Inoltre, è stato osservato che la mente rigenerato dai batteri. Pertanto, il Carbone attivo non richiede una sostituzione o una pre-ozonizzazione non solo incrementa la misura delle particelle nell’acqua, ma diminuisce il rigenerazione per via termica. numero totale di esse. Acidi umici sospesi in acque superficiali come il caolino e cloruro di Calcio L’uso d’Ozono in combinazione con il GAC ha un effetto sinergico perché permette la rimozione si possono destabilizzare con l’Ozono. In alcuni casi, si forma un secondo coagulante, idrossido di una quota maggiore di composti organici disciolti o di precursori dei THM, rispetto all’utilizzo di Ferro, dovuto all’ossidazione con Ozono del Ferro divalente. del solo Ozono o del solo carbone attivo granulare. Ne consegue il grande vantaggio dato dal costo di esercizio minore rispetto al solo GAC perché Ossidazione dei composti organici in tal modo non si richiede una rigenerazione frequente. I livelli di dosaggio Ozono richiesti nel Il numero di composti organici che si trovano nelle acque è elevato. L’USEPA ha identificato più processo BAC sono nel range 1,5 - 4 mg/L. Dosaggi più elevati non migliorano sostanzialmente di 700 composti organici individuali. Il meccanismo predominante con il quale l’Ozono opera l’efficienza del processo. Il processo biologico a Carbone attivo biologico è una combinazione di per rimuovere prodotti organici è la produzione di molecole polarizzate le quali vengono rimosse processi fisico, chimico e biologico. prontamente con processi di trattamento susseguenti come la coagulazione e la sedimentazione. • È un processo fisico perché il gas vettore per l’Ozono, che sia aria od Ossigeno, aumenta I composti organici rilevanti, che reagiscono rapidamente con l’Ozono sono fenoli, detergenti, l’Ossigeno disciolto contenuto nell’acqua. L’Ossigeno disciolto è richiesto da un processo bio- pesticidi, acidi umici o tracce di composti farmaceutici. La maggior parte di tali composti organici logico successivo dove materiali organici disciolti ed Ammoniaca sono ossidati aerobicamente reagiscono in maniera più o meno immediata con l’Ozono, ma non tutti i composti vengono o metabolizzati da batteri nella colonna d’assorbimento. ossidati con la stessa velocità. • è anche considerato un processo fisico perché i composti organici disciolti vengono assorbiti e concentrati sui Carboni attivati. Sottoprodotti di disinfezione (DBPs) / Trialometani, Acidi Aloacetici • I batteri che sono anche attaccati sui Carboni, possono degradare i composti organici disciolti Tracce di materiale organico disciolto nelle acque reagiscono con il Cloro per produrre Trialometani perché diventano sorgente di cibo concentrato. (THMs) ed Acidi Aloacetici (HAAs). • È un processo chimico perché le molecole refrattarie di materiale umico vengono rotte dall’Ozono in molecole più piccole, le quali a turno vengono assorbite sulla superficie del carbone. Cloro + materiali organici disciolti → Trialometani + Acidi Aloacetici + Cloruro • Si realizza un ulteriore processo chimico allorché l’Ozono introduce gruppi funzionali ossigenati nei materiali organici disciolti. Questi gruppi funzionali ossigenati rendono i materiali organici Questi composti sono stati dichiarati cancerogeni dall’Istituto Nazionale del Cancro. I THM sono più biodegradabili. generalmente dei derivati del metano, contenenti 3 atomi alogenati (Cloro o Bromo) La soluzione BAC richiede un tempo di contatto di 10 – 15 minuti, con una velocità < 20m/h, I materiali organici precursori dei THM sono la successione naturale di acidi umici, tannici e fulvici. con perdita di carica batterica del 5% dal controlavaggio. Con valori più elevati di pH e Cloro si aumenta la formazione di THM. • Riduzione del BOD di circa il 50 %. La rimozione dei precursori alla formazione dei THM può essere ottenuta in 3 modi differenti, • Riduzione della concentrazione dei THM a < 10 µg/L. applicando l’Ozono. • Diminuzione della domanda di Cloro di oltre il 50 %. 42 43 Ozono: l’agente disinfettante ELEMENTO PATOGENO DOSE OZONO La disinfezione dell’acqua potabile ed il controllo dei virus è di vitale importanza. In generale, questo Aspergillus Niger (Black Mount) Distrutto con 1,5 – 2 mg/L trattamento ha lo scopo di abbattere tutta la carica batterica ancora presente nell’effluente per Bacillus Bacteria Distrutto con 0,2 mg/L per 30 sec. ridurre quanto più possibile le probabilità d’infezione. Tale processo deve inattivare nella maniera Bacillus Anthracis Sensibile all’ozono più rapida tutti gli elementi patogeni senza peraltro causare la formazione di residui o sottoprodotti Bacillus cereus distr. al 99% dopo 5-min con 0,12 mg/L in acqua dannosi per la salute. Gli impianti di trattamento nella maggior parte dei Paesi europei tendono B. cereus (spore) distr. al 99% dopo 5-min con 2,3 mg/L in acqua all’utilizzo dell’Ozono quale trattamento di ossidazione. L’azione disinfettante dell’Ozono si esplica Bacillus subtilis riduzione del 90% con 0,10-PPM per 33 min. mediante la sua forte capacità ossidativa che in breve tempo riesce ad inattivare e distruggere i mi- Bacteriophage f2 distruzione al 99,99% con 0,41mg/l per 10 sec crorganismi mediante la rottura della membrana della cellula batterica (lisi cellulare). Il Cloro, invece, Botrytis cinerea 3,8 mg/L per 2 min. si diffonde attraverso il muro cellulare del batterio e provoca la sua morte attaccando gli enzimi. La velocità di disinfezione dell’Ozono è molto più elevate di quella del Cloro. Per una disinfezione Candida Bacteria Sensibile all’Ozono sufficiente è necessario penetrare i microrganismi con una certa concentrazione (mg/L) entro un Clavibacter michiganense distruzione al 99,99% con 1,1 mg/L per 5 min. certo tempo di reazione (minuti). Si ottiene un parametro molto importante; Cladosporium riduzione del 90% con 0,10-PPM per 12,1 min. Clostridium Bacteria Sensibile all’ozono Indice C*T Clostridium Botulinum Spores valore di soglia 0,4 – 0,5 mg/L Il concetto dell’indice “C*T” richiede che per un’adeguata disinfezione, la concentrazione (C) Coxsackie Virus A9 distr. al 95% con 0,035 mg/L per 10 sec.di in acqua sia mantenuta nel trattamento per un certo periodo di tempo (T), che sia lungo abbastanza per Coxsackie Virus B5 distr. al 99.99% con 0,4 mg/L per 2,5-min. in fanghi inattivare la maggior parte degli organismi patogeni. La tabella mostra che con il Cloro si deve Diphtheria Pathogen Distrutto con 1,5 - 2 mg/L usare un valore più elevato di dosaggio oppure un tempo di reazione più elevato. Ma un dosaggio Eberth Bacillus (Typhus abdomanalis) Distrutto con 1,5 - 2 mg/L di Cloro elevati comportano il rischio di formazione di sottoprodotti clorurati. D’altra parte, un Echo Virus 29 distr. del 99,999% con 1 mg/L per 1 min. basso dosaggio di Cloro può promuovere nella carica batterica una resistenza al Cloro. Enteric virus distr. del 95% con 4,1 mg/L per 29 min. in liquame Esempio per differenti Microrganismo Cloro libero Clorammina Biossido di cloro Ozono UV / Fluente Escherichia Coli Bacteria (da feci) distrutto da 0,2 mg/L con 30 sec. in aria valori C*T pH 6 to 7 pH 8 to 9 pH 6 to 7 ph 6 to 7 mJ/cm2 E-coli (in acqua) distruzione del 99,99% con 0,25 mg/L per 1.6 min (CT in mg E.coli 0,034 - 0,05 95 - 180 0,4 - 0,75 0,02 8 min/l per 2 E-coli (in liquame) distruzione del 99,9% con 2,2 mg/L per 19 min. unità Log di Polio 1 1,1 - 2,5 770 - 3740 0,2 - 6,7 0,1 - 0,2 28 Encephalomyocarditis Virus distrutto totalmente in 30 sec. con 0,1 - 0,8 mg/L. inattivazione Rotavirus 0,01 -0,05 3810 - 6480 0,2 - 2,1 0,006 - 0,06 35 in acqua Endamoebic Cysts Bacteria Sensibile all’ozono Gardia lambia cyst 47 to 150 - - 0,5- 0,6 - a 5°C). Enterovirus Virus distrutto totalmente in 30 sec. con 0,1 - 0,8 mg/L. Gardi Muirs cust 30 to 630 1400 7,2 - 18,5 1,8 - 2,0 10 Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici 1,1 mg/L per 10 min. Fusarium oxysporum f.sp. L’effetto dell’Ozono su alcune specie batteriche, virus e spore distruzione del 99,99 % con 1,1 mg/L per20 min. melonogea I batteri sono delle creature microscopiche monocellulari, aventi una struttura primitiva. La cellula GDVII Virus distrutto totalmente in 30 sec. con 0,1 - 0,8 mg/L. dei batteri è sigillata da una membrana solida. I loro processi vitali sono controllati da un sistema Hepatitis A virus distr. del 99,5% con 0,25 mg/L per 2 sec in una soluzione a base di fosfato enzimatico complesso. L’Ozono interferisce col metabolismo delle cellule batteriche, attraverso Herpes Virus distrutto totalmente in 30 sec. con 0,1 - 0,8 mg/L. l’inibizione ed il blocco del funzionamento del sistema di controllo enzimatico. Un certa quantità Influenza Virus soglia limite con 0,4 - 0,5 mg/L di Ozono attacca la membrana della cellula, portando alla distruzione dei batteri. I virus sono Klebs-Loffler Bacillus distrutto con 1,5 - 2 mg/L piccole particelle indipendenti, costituite da strutture cristalline e macromolecole. Diversamente Legionella pneumophila distr. del 99,99% con 0,32mg/l per 20 min. in H O distillata dai batteri, si moltiplicano solamente all’interno della cellula ospite. Trasformano la proteina della Luminescent Basidiomycetes (specie distrutto in10 min. con 100 PPM 2 cellula ospite in proprie proteine. L’Ozono distrugge i virus diffondendosi attraverso il rivestimento senza pigmento della melanina) della proteina nel nucleo dell’acido nucleico, danneggiando così l’RNA virale. A concentrazioni Mucor piriformis 3,8 mg/L per 2 min. più alte, l’Ozono distrugge l’intera capsula, o il guscio esterno della proteina, per cui le strutture Mycobacterium avium distr. del 99,9% con un valore di CT di 0.17 in acqua del DNA (acido desossiribonucleico) o dell’RNA (acido ribonucleico) del microrganismo sono Mycobacterium foruitum distr. del 90% con 0,25 mg/L per1.6 min. danneggiate irrimediabilmente. Nella pagina successiva, si riportano i dosaggi richiesti per le più Penicillium Bacteria Sensibile all’ozono importanti specie patogene. A livello mondiale, c’è una tendenza ad utilizzare la tecnologia Ozono Phytophthora parasitica 3,8 mg/L per 2 min. negli impianti di trattamento delle acque. Nessun altro disinfettante può competere con l’Ozono Poliomyelitis Virus distr. del 99,99% con 0,3 - 0,4 mg/L in 3-4 min. in termini di completezza ed economicità d’azione. Ne è evidenza il fatto che un residuo di Ozono Poliovirus type 1 distr. del 99,5% con 0.25 mg/L per1,6 min.in acqua venga accettato come segno di completa disinfezione nel trattamento dell’acqua. Resta inteso che nel caso in cui il proposito di trattamento sia solo la disinfezione, la prima scelta è quella con Proteus Bacteria molto sensibile all’ozono I raggi UV. I dosaggi Ozono applicati per il controllo della carica batterica sono generalmente di Pseudomonas Bacteria molto sensibile all’ozono Segue tabella 1,5 mg/L, mentre per il controllo dei virus è di 3 mg/L, con un tempo di ritenzione di 5 - 15 min, Rhabdovirus virus distrutto totalmente in 30 sec. con 0,1 - 0,8 mg/L. alla pag. seguente sebbene alcune acque superficiali abbiano richieste di dosaggi anche di 11 mg/L. Salmonella Bacteria molto sensibile all’ozono ‹‹‹‹ 44 45 ELEMENTO PATOGENO DOSE OZONO Utilizzo dell’Ozono nel trattamento delle acque di scarico Salmonella typhimurium distr del 99,99% con 0,25 mg/L per 1,67 min. in acqua Nella maggior parte della popolazione mondiale, le condizioni di vita ed il livello di civilizzazione Schistosoma Bacteria molto sensibile all’ozono raggiunti prevedono, per molteplici ragioni, che le acque di scarico vengano trattate al fine di Staph epidermidis distruzione del 90% con 0,1-ppm per 1,7 min raggiungere determinati standard qualitativi, che prevedono la degradazione, se non la rimo- Staphylococci distrutto con 1,5 - 2,0 mg/L zione o il cambiamento di costituzione di alcuni contaminanti. Le tecnologie di trattamento dei Stomatitis Virus distrutto totalmente in 30 sec. con 0,1 - 0,8 mg/L. contaminanti possono essere classificate in 3 grandi gruppi: Streptococcus Bacteria distrutto con 0,2 mg/L per 30 sec. a) Degradazione tramite trattamento biologico. b) Separazione tramite flocculazione, assorbimento o filtrazione su membrana. Verticillium dahliae distrutto con 99,99 % con 1,1 mg/L per 20 min. c) Degradazione tramite ossidazione chimica. Vesicular Virus distrutto totalmente in 30 sec. con 0,1 - 0,8 mg/L. Tra i processi di trattamento che utilizzano l’ossidazione chimica, il trattamento ad Ozono si Vicia Faba progeny L’ozono provoca modificazioni cromosomiche simili a quelle dei raggi X distingue per le molteplici possibilità applicative e la capacità di rispondere ai più elevati livelli Virbrio Cholera Bacteria molto sensibile all’ozono qualitativi ambientali con un costo di esercizio economico ed un funzionamento affidabile. Sebbene l’Ozono possa essere considerata come una I Bromati nelle acque potabili tecnologia centenaria nel trattamento delle acque, è I Bromati si formano quando l’Ozono utilizzato per la disinfezione nelle acque potabili, reagisce possibile affermare che solo negli ultimi decenni, la sua con i Bromuri, presenti naturalmente in alcune sorgenti di acque. La formazione dei Bromati nelle applicazione nella depurazione delle acque reflue, siano acque potabili disinfettante è influenzata da fattori quali: esse di origine civile, industriale o di natura mista, ha tro- - la concentrazione dello ione bromuro presente; vato un concreto utilizzo. Del resto, solo negli ultimi anni, - il pH; la disciplina europea ha modificato in modo sensibile il - la quantità di Ozono ed il tempo di contatto utilizzato nella disinfezione. quadro di riferimento relativo al trattamento delle acque Il Bromato è cancerogeno. I valori limite di concentrazione accettabili per questo parametro, di scarico, attraverso la Direttiva Quadro sulle Acque, nota negli USA ed in Europa sono inferiori a 10 µg/l. come Water Framework Directive (WFD), che prescrive un progressivo miglioramento della qualità delle acque super- Considerazioni finali ficiali mediante l’adozione delle migliori tecniche disponi- Perché utilizzare l’Ozono nel trattamento di potabilizzazione dell’acqua? bili (BAT = Best Available Technologies), onde ridurre le Perché la direttiva Europea 98/83/CE stabilisce una serie di parametri indicatori di controllo. Tra emissioni delle sostanze prioritarie pericolose. La disciplina stabilisce diversi livelli di priorità secondo questi, sono menzionati 24 parametri chimici, di cui ben 13 sono migliorati in maniera diretta cui deve uniformarsi la gestione dei rifiuti: o indiretta dall’utilizzo dell’Ozono, mentre uno solo di questi, il Bromato, viene controllato nel • la riduzione della loro produzione e pericolosità; caso di utilizzo dell’Ozono nella filiera di trattamento. • il loro recupero mediante riciclo, reimpiego e riutilizzo; • l’uso dei rifiuti come fonte di energia. L’esperienza maturata su più differenti tipi di applicazione, porta ad affermare che l’utilizzo dell’Ozono, sia esso applicato nei processi di produzione, che nel trattamento degli effluenti, con- sente di poter rispondere con successo a ciascuno dei tre obiettivi proposti. Si pensi, a titolo esemplificativo, ai processi di produzione dell’industria cartaria. L’utilizzo dell’Ozono nel processo di sbianca della cellulosa, al confronto con il Cloro o con il biossido di Cloro, consente sia una riduzione della quantità d’acqua utilizzata, che una migliore qualità di scarico, evitando la produzione di composto organo alogenati (AOX). In linea generale, per reflue sono intese quelle acque che, dopo essere state utilizzate nei diversi processi o attività di varia natura, hanno perduto le caratteristiche qualitative originarie, divenendo inadatte per un uso diretto o per un diretto sver- samento in un corpo idrico. Il Testo unico sulle acque del 2006 (art. 74 DLgs. 152/2006) stabilisce una definizione di liquami urbani o acque reflue urbane, intese come “acque reflue domestiche o il miscuglio di acque reflue domestiche, di acque reflue industriali ovvero meteoriche di dilava- mento convogliate in reti fognarie, anche separate, e provenienti da agglomerato”, prevedendo in un’unica matrice, tutte le problematiche potenziali d’inquinamento possibile. Con tale nuova concezione, i reflui urbani devono le loro caratteristiche non più solo ai contributi dell’attività metabolica umana (che ne rappresenta comunque la frazione più rilevante), ma anche al fatto che nella pratica domestica aumenta la presenza di prodotti chimici, farmaceutici o co- smetici dovuti al maggior utilizzo di detersivi, solventi, oli, medicinali, fragranze e acidi, che esiste un contributo fornito dalle acque di drenaggio delle aree urbane ed un altro possibile dato dalla presenza nei centri urbani di attività terziarie come lavanderie, stazioni di servizio, laboratori 46 47 Categoria Sostanze comprese Effetti sull’ambiente Le possibilità applicative dell’Ozono nei processi depurativi delle acque di scarico Solidi sospesi Sostanze in sospensione di natura organica e Alterano il normale equilibrio dell’ecosistema La tecnologia ad Ozono è utilizzata per un’ampia varietà di applicazioni nel settore di tratta- inorganica che possono depositarsi come fanghi nei in conseguenza dell’aumento della torbidità corpi idrici recettori (limitazione della quantità di luce che mento delle acque di scarico. La sua qualità di potente ossidante lo rende adatto per le situazioni penetra nell’acqua con effetti dannosi sugli in cui si devono eliminare in maniera efficiente tutti gli agenti inquinanti o sostanze tossiche. organismi foto-autotrofi; riduzione e morte La sua azione si esplica mediante ossidazione chimica, capace di determinare una variazioni degli organismi bentonici sessili per eccessivo deposito di sedimenti nella struttura e nelle proprietà delle molecole organiche: in particolare, le molecole complesse Sostanze organiche Comprende tutte quelle sostanze che possono L’incremento dei normali processi di vengono frammentate e si formano molecole contenenti atomi di ossigeno, quali alcoli o acidi biodegradabili essere degradate biologicamente dagli organismi decomposizione biologica aerobica può carbossilici, rendendo così i prodotti dell’ossidazione molto più biodegradabili rispetto alle so- decompositori presenti in ambiente acquatico: determinare condizione di anossia stanze di partenza. L’applicazione dell’Ozono non può mai essere circoscritta ad un singolo proteine (40-60%), carboidrati (25-50%), grassi (circa 10%). La totalità delle sostanze organiche specifico obiettivo, perché i benefici dovranno essere misurati sotto molteplici punti di vista, in biodegradabili presenti nei liquami urbani viene relazione ai numerosi effetti: comunemente espressa in termini di BOD5 (domanda biologica di O2) o di COD (domanda • disinfezione generale / abbattimento carica batterica; chimica di O2) • miglioramento della flocculazione / filtrazione; Nutrienti Elementi indispensabili per l’accrescimento della vita Provocano fenomeni di eutrofizzazione • ossidazione del ferro e manganese; acquatica come il Fosforo e l’Azoto (eccezionale sviluppo di fitoplacton in • decolorazione; superficie stimolato dall’eccesso di nutrienti, • eliminazione degli odori; con conseguente anossia dovuta al materiale biodegradabile derivante dalle alghe morte ) • migliore riduzione biologica dei contaminanti organici (ottimizza il rapporto BOD/COD); • eliminazione delle sostanze tossiche nelle acque reflue, rimozione dei processi di Microrganismi Comprendono tutti quegli organismi che sono causa Possibile trasmissione di infezioni, patogeni di malattie infettive a trasmissione oro-fecale soprattutto se i corpi idrici ricettori dei nitrificazione; liquami trattati possono essere utilizzati • decomposizione di agenti complessi (EDTA ecc.); come fonti di approvvigionamento idrico, come acque adibite alla balneazione o per • ossidazione di cianuri, pesticidi, idrocarburi, diossine, ecc.; l’allevamento di molluschi • processi di affinamento/trattamento; Sostanze prioritarie Elenco di 33 classi di sostanze prioritarie e prioritarie Sostanze di cui si sospetta o si conosce l’alta • aumento delle caratteristiche di lucentezza e trasparenza; pericolose adottato dalla Comunità Europea, per le tossicità, la cancerogenità, la mutagenicità e In un impianto di trattamento dei reflui il primo possibile punto di applicazione dell’Ozono ri- quali deve essere bandito o limitato l’uso la capacità di alterare il normale funzionamento del sistema endocrino guarda il pre-trattamento del liquame. Le forti capacità ossidative dell’Ozono vengono impiegate (modificatori endocrini) in questo stadio per: Sostanze organiche Sostanze che non vengono degradate con i naturali - ossidare le sostanze tossiche ed inibenti (fenoli o suoi derivati e composti poliaromatici) favo- refrattarie processi biologici (fenoli, coloranti, pesticidi, diserbanti) rendo così i successivi trattamenti biologici; Metalli pesanti Elementi chimici metallici che hanno una densità - migliorare la biodegradabilità del refluo agendo sul parametro BOD/COD; relativamente alta e sono tossici in basse - aumentare la capacità di coagulazione dei trattamenti primari. concentrazioni (Mercurio, Piombo, Cromo, Arsenico, L’azione è la distruzione dei microrganismi responsabili dell’inibizione del processo di nitri- Cadmio, Zinco) ficazione. Il pre-trattamento con Ozono è particolarmente indicato quando nell’affluente Solidi inorganici Composti inorganici disciolti la cui concentrazione disciolti aumenta durante il ciclo di utilizzo dell’acqua stessa all’impianto di depurazione convergono liquami civili e scarichi di processi industriali che possono avere una maggiore concentrazione di contaminanti specifici che una robusta ossi- dazione preventiva riporta a condizioni più vicine a quelle tipiche dei reflui civili.Il concetto artigianali e garage che scaricano nelle fognature reflui di carattere industriale. Di conseguenza, di pre-trattamento si applica anche nei casi di depuratori interni a complessi industriali, che cambia anche il modello di schematizzazione dei potenziali fattori d’inquinamento nella acque necessitano di un trattamento preliminare prima dello scarico nell’impianto centralizzato, di scarico, individuandosi otto macrogruppi di sostanze potenzialmente presenti nelle acque di scarico urbane [Metcalf and Eddy (1991)] mostrata in questa pagina. Da questa classificazione si deduce una fortissima capacità dell’Ozono di influenzare il processo depurativo, dovuto alla sua capacità di agire in maniera diretta su almeno 4 delle categorie indicate: • sostanze organiche biodegradabili; • microrganismi patogeni; • sostanze prioritarie; • sostanze organiche refrattarie. Esiste poi la capacità di incidere, seppur in maniera indiretta, su un ulteriore ed importante argomento della depurazione dei reflui: i fanghi biologici. Sappiamo che nella loro azione sui Esempi di rottura composti inquinanti, gli impianti di depurazione producono una certa quantità di fango, che parziale (Cracking) ed ossidazione varia a seconda della natura e quantità (espressa in termini di COD) dell’inquinante e delle tec- completa di alcuni nologie di depurazione biologica utilizzata. Lo smaltimento di tali fanghi biologici, rappresenta composti ad opera di conseguenza, una delle principali voci di spesa nell’ambito della gestione delle acque reflue. dell’Ozono. 48 49 idoneo ad ossidare composti tossici specifici. Un’altra possibile schematizzazione circa l’uti- lizzo dell’Ozono in una linea convenzionale di depurazione delle acque di scarico, vede il suo inserimento in relazione al comparto biologico esistente, ed alla sua capacità depurativa, definendosi tre soluzioni possibili: O3 O3 O3 O3 I numerosi punti di un impianto di trattamento dei reflui in cui può essere utilizzato l’Ozono. I processi di ossidazione chimica avanzata (AOP) Sono abitualmente definiti processi avanzati di ossidazione (AOPs: Advanced oxidation processes) i Ciascuna soluzione viene valutata in funzione sia delle prestazioni ottenibili che delle possi- sistemi basati sulla generazione di intermedi altamente reattivi di tipo radicale, come per esempio il bilità logistiche d’inserimento del trattamento, ma ovviamente resta il concetto che impie- radicale ossidrile •OH. Questi tipi di processi permettono di ossidare numerose sostanze organiche gando l’Ozono a monte o tra le due sezione di un processo biologico, lo scopo è quello di refrattarie all’ossidazione convenzionale in quanto i radicali coinvolti, non solo hanno potenziale migliorare la biodegradabilità del refluo, ossidando i composti macromolecolari non biode- redox molto elevato, ma sono poco selettivi e presentano costanti di reazione di molto superiori a gradabili e/o inibenti o comunque tossici, al fine di migliorare la prestazione del trattamento quelle di ossidanti convenzionali nei confronti della maggior parte dei composti organici. biologico stesso (soluzioni 2 e 3). L’azione ossidante dell’Ozono sui composti organici produce In alcuni effluenti secondari di impianti di depurazione di acque reflue municipali o industriali, la sottoprodotti organici che sono ridotti in dimensioni più piccole ed ossigenati. Questi sottopro- presenza di composti refrattari o non prontamente biodegradabili, mantiene il COD residuo a valori dotti (quali acidi organici, alcoli, chetoni, aldeidi, ecc.) sono molto più assimilabili biologicamente compresi tra 100 e 500 mg/l. Se è necessario, per il raggiungimento di limiti più restrittivi, avere e digeribili dalla flora batterica aerobica. In più, attraverso la continua iniezione di gas Ozono un’ulteriore riduzione del COD, un processo di ossidazione avanzata permette il raggiungimento (prodotto da aria o da ossigeno) nell’acqua reflua trattata, l’acqua ozonizzata diventa satura di di tale scopo. A seconda della struttura delle molecole organiche (dovute ai differenti input di ossigeno e le condizioni di aerobiosi si mantengono durante la fase di digestione biologica. scarico industriale), la cinetica di reazione diretta dell’Ozono può variare. Nel caso di una cinetica Se invece la scelta è quella di porre l’Ozono in coda al trattamento biologico (soluzione 1), troppo lenta, il solo trattamento ad Ozono non raggiungerà una riduzione di COD significativa in l’obiettivo sarà quello della ricerca di completamento del processo depurativo (finissaggio), ca- un tempo appropriato. In questi casi, l’applicazione combinata dell’Ozono con acqua ossigenata pace di portare entro i limiti di riferimento, una serie di parametri chimici e batteriologici, quali COD, tensioattivi, colore, ecc. Perché conviene l’applicazione combinata con il biologico? Regole base per la valutazione di fattibilità: • I parametri di riferimento sono il COD, comprendente sia la frazione facilmente biodegradabile, che quella più refrattaria, ed il rapporto BOD5/COD • La riduzione del COD con l’ozono è stechiometrica • Si stimano di solito circa 2 – 3 g O3 / g CODelim Se si considera un costo di esercizio per l’ozono di circa 2,0 €/kg O3 (a seconda dei costi di ossigeno ed energia elettrica), per eliminare 1 kg COD si stimano circa 4 - 6 € (costi di esercizio)! Il Cliente è consapevole di pagare un costo specifico del genere o possiede delle alternative più economiche ? O3 / UV / H2O2 – Questo porta spesso a considerare la combinazione dell’ozono con un trattamento biologico come una combina- percorsi possibili zione più vantaggiosa e ragionevole per carichi di COD più elevati (1- 4) di formazione del radicale OH. 50 51 Riduzione del COD in un effluente secondario – un carico di COD pari a 1250 kg/giorno. Successivamente, in seguito ad una restrizione dei limiti di confronto tra l’utilizzo di scarico richiesti dalle autorità, si decise di implementare un dosaggio aggiuntivo di H O .(dosaggio 2 2 O e di O / H O 3 3 2 2 160 g H O /kg Ozono). In questo modo, si otteneva un’ulteriore riduzione del COD, o a parità di 2 2 prestazione, si poteva trattare una portata maggiore effluente secondario (COD 150 – 200 mg/L). Altro punto di applicazione dell’ossidazione con Ozono è nella fase di trattamento terziario, sfruttando le sue eccellenti caratteristiche per la disinfezione, per la rimozione dei componenti persistenti (es. EDC’s), per l’abbattimento del COD residuo e dei tensioattivi e per la decolorazione delle acque. Secondo la destinazione di utilizzo dell’effluente dell’impianto, le modalità ed i dosaggi del tratta- mento con Ozono possono essere scelti per massimizzare il suo effetto. Range tipici di – dosaggio Ozono utilizzati nei campi specifici di Eliminazione COD-AOX trattamento.q Deodorizzazione Ozono Ozono/H2O2 dose Ozono [g/m³] 50 - 200 100 - 250 Decolorazione dose H2O2 [g/m³] - 10 - 100 Disinfezione riduzione del COD refrattario riduzione avanzata del COD Effetti “reazione diretta”dell’ozono refrattario ”ossidazione avanzata” COD in uscita al trattamento [mg/L] 70 - 100 30 - 80 0 1 1 2.5 5 10 25 50 100 200 Costo di trattamento ** [Euro / m³] 0,10 – 0,30 0,15 – 0,50 ** Calcolato per 1,200m³/h (impianto di Kalundborg), inclusi i costi di esercizio ed ammortamento dell’impianto dose ozono (g O3 / m ) [H O ] ha delle ottime prospettive di miglioramento dei risultati, specialmente sotto gli aspetti eco- 2 2 nomici di impianti su larga scala. Nel diagramma precedente sono riportati i risultati di un effluente La combinazione con la tecnologia UV per una disinfezione avanzata secondario di un impianto industriale, trattato con Ozono e poi con l’AOP. Il COD in ingresso è di Anche le acque reflue con bassa trasmittanza possono essere disinfettate con successo tramite 170/mg/L. Con il solo trattamento ad Ozono, il valore si riduce a 90mg/L, anche con un aumento un’applicazione Ozono/UV. La combinazione di questi trattamenti è un processo garantito capace del dosaggio non si migliora il risultato finale. Con il trattamento combinato Ozono/H O , il calore di 2 2 di trattare sostanze tossiche e persistenti come gli AOX (composti organici alogenati assorbibili), COD veniva ridotto facilmente a 40mg/L, per cui il processo è migliorato significativamente, fino al PAH (idrocarburi policromatici), diossine, pesticidi ecc., tramite l’incremento di formazione dei raggiungimento di valori notevolmente restrittivi. radicali idrossido OH altamente reattivi. Il processo combinato Ozono/UV abilita, migliora ed L’impianto di depurazione di Kalundborg, in Danimarca, tratta e depura un refluo composto nelle aumenta i risultati di purificazione ottenuta con riferimento alla disinfezione ed alla distruzione percentuali del 20% municipale ed 80% industriale. La frazione industriale viene in gran parte da dei composti tossici. Questa combinazione sarà capace di rispondere anche agli standard futuri scarichi di un gruppo industriale fermaceutico, attualmente tra i più grandi produttori di insulina al (per es. sui residui farmaceutici) per il riutilizzo delle acque reflue. mondo. L’impianto Ozono installato, con capacità di produzione di 180 kg/h, era in grado di degradare l’uTilizzo in iTalia L’utilizzo dell’Ozono nella depurazione in Italia prevede, nella maggior parte dei casi, il suo inseri- mento in coda al processo biologico (end-of-pipe-treatment), spesso abbinato ad una filtrazione per realizzare una sezione di affinamento terziario. La scelta dell’Ozono, quale tecnologia di finissaggio, è spesso dettata dall’esigenza di cautelarsi, con un unico trattamento, da molteplici rischi potenziali, quali: - disinfezione (soprattutto in presenza di virus o specie patogene particolari); - decolorazione; - rimozione di odori sgradevoli; Impianto ozono - riduzione di schiume (dovute a tensioattivi); da 12kg/h, fornito - riduzione del COD a valori entro i limiti; assemblato in container, per - presenza di composti macromolecolari. trattamento acque È evidente, che la scelta diventa quasi obbligata nel caso di acque reflue pesantemente inquinate a reflue industriali, causa di un’alta percentuale di scarichi industriali. Per tali condizioni, l’utilizzo dell’Ozono consente di prima dello scarico al corpo idrico raggiungere un livello qualitativo più elevato dell’effluente in uscita. Una tipica applicazione Ozono recettore. nel trattamento di acqua di scarico è stata realizzata nel 2005 su un impianto nel Nord Italia, che 52 53 Curve di raccoglie le acque reflue delle fognature di una serie di Comuni, attraverso un collettore principale abbattimento dei che si estende per 20 Km circa, per un totale di circa 75.000 Abitanti residenti. Agli scarichi delle tensioattivi con abitazioni si aggiungono numerosi ed importanti insediamenti industriali del settore tessile, cartario, Ozono. meccanico ed alimentare che utilizzano l’acqua nel ciclo produttivo e che scaricano fino a 3.000.000 m3/anno di acque reflue di processo, per cui complessivamente l’impianto può dirsi caratterizzato da una portata media oraria di 2.000 m3/h e da 250.000 E.A. (Abitanti Equivalenti). L’impianto consi- steva originariamente di una fase preliminare di trattamento meccanico di grigliatura, dissabbiatura e disoleatura, di un trattamento ossidativo biologico ad ossigeno puro, di una sedimentazione e disinfezione finale con Cloro. Lo scarico nel fiume era però ancora caratterizzato dalla presenza di colore, intenso in alcuni periodi dell’anno, schiume e carica batterica non conforme ai nuovi standard di riferimento.Era pertanto necessario realizzare una fase di trattamento “terziario” consistente in una filtrazione e successiva ozonizzazione idonea alla rimozione dei tensioattivi totali, della carica batterica e soprattutto del colore, in modo da rendere possibili: • un notevole innalzamento dello standard qualitativo delle acque effluenti dal depuratore; • il pieno rispetto dei limiti per i parametri chimico-fisici e microbiologici, sulla base di un corretto esercizio del comparto biologico; • un minore impatto nel ricettore finale a seguito della decolorazione e della consistente ridu- zione delle schiume; L’utilizzo dell ’O zono nei processi di minimizzazione • la prospettiva del riutilizzo delle acque depurate e sterilizzate per gli usi civili e/o industriali o distruzione dei fanghi biologici compatibili. La problematica dello smaltimento dei fanghi prodotti dai processi di depurazione La sperimentazione effettuata in campo al fine di definire la taglia necessaria dell’impianto mo- delle acque sta assumendo una sempre maggiore rilevanza sia a livello nazionale che strava un refluo caratterizzato dai seguenti valori: internazionale. In maniera molto schematica, è possibile rappresentare il contesto in cui si opera con la COD = 50 – 115mg/l Tensioattivi totali = 0,6 – 3,6 mg/L seguente tabella. BOD5 = 20 – 40 mg/L Colore = rosa pallido - viola In Italia i fanghi di depurazione sono considerati come un rifiuto generalmente destinato Solidi sospesi = 20 – 60 mg/L E. Coli = 104 – 105 UFC/100ml alle piattaforme di compostaggio, al riutilizzo in agricoltura o, in ultima analisi, al confe- rimento in discarica controllata oppure in un inceneritore. Queste soluzioni hanno come In particolare, si notava la variabilità del carico di COD e di tensioattivi del refluo da trattare, in comune denominatore i crescenti costi dovuti all’irrigidimento delle normative che pongono aumento con il progredire dei giorni lavorativi settimanali, identificando così tre classi di nuovi e più stringenti limiti. Ne deriva la necessità di riesaminare attentamente le filiere di qualità del refluo, in base alle quali diversificare i dosaggi di Ozono: trattamento dei fanghi, con l’obiettivo di minimizzarne i costi di smaltimento, che oggi classe di effluente ingresso COD in Dose O3 risultati qualitativi di possono raggiungere anche il 40% dei costi totali di gestione. Negli ultimi anni ci sono stati tensioattivi totali richiesta decolorazione alcuni studi di tecnologie di trattamento o strategie alternative, tese alla riduzione della bassa concentrazione 0,5 – 1,5 mg/L 40 – 80 mg/L 10 mg/L decolorazione completa quantità di fanghi di supero in un processo di trattamento, che risultassero più efficienti media concentrazione 1,5 – 2,5 mg/L 80 – 115 mg/L 15 mg/L decolorazione completa e meno costose. Tali strategie possono essere raggruppate in due classi principali: quelle alta concentrazione 2,5 – 3,3 mg/L 80 – 115 mg/L 20 mg/L decolorazione completa che operano per la disintegrazione del fango prodotto e quelle finalizzate alla diminuzio- ne del rendimento di crescita batterico e consentono di ridurre in maniera sostanziale la Sui parametri microbiologici presi in considerazione, il trattamento con Ozono (10 mgO3/l) ha produzione dei fanghi di supero sfruttando le forti capacità ossidanti dell’Ozono. evidenziato la riduzione di E.coli a valori inferiori a 1 x 103 UFC/100ml. Il tempo di ritenzione idraulica nelle colonne di reazione non sembra aver influito significativamente sui risultati finali: i tempi testati, variati tra 10 e 30 minuti, hanno determinato, a parità di Ozono dosato, risulta- Gli orientamenti delle Direttive europee ti confrontabili. La direttiva 91/271/EEC sul trattamento delle acque reflue urbane richiede Generazione di più fango Effetto del che la maggior parte della popolazione Europea sia servita da stazioni di trattamento dei reflui. + di supero trattamento La direttiva sui fanghi di depurazione (Sewage Sludge Directive 86/278/EEC) I costi associati allo con Ozono per pone restrizioni sulle applicazioni in agricoltura dei fanghi derivanti dai smaltimento dei fanghi l’eliminazione processi di depurazione delle acque reflue. sono in aumento! del colore. Acque di scarico La direttiva sulle discariche (Landfill directive 1999/31/EC) pone limiti effettivi + in uscita senza sugli scarichi dei fanghi si supero. trattamento (a sinistra) e con Valori medi dei costi di smaltimento: Costo di smaltimento trattamento O3 utilizzo in agricoltura 50/85 e/t fanghi 350 - 750 €/tDS (a destra.) discarica 85/130 e €/t incenerimento 120/180 e€/t + 54 55 Ozone molecules Cenni sui meccanismi di produzione fanghi nei trattamenti biologici Membrane First breaks di depurazione. In un trattamento biologico di depurazione, le sostanze organiche presenti + O3 nel liquame costituiscono il substrato di crescita di diverse popolazioni batteriche, che le utilizzano come fonte di energia per riprodursi. Più in dettaglio, nel processo biologico, le sostanze organiche vengono utilizzate per: - la sintesi di nuovo materiale cellulare; - la produzione di energia per la sintesi ed il mantenimento delle cellule. Dalla degradazione delle sostanze organiche si ottengono: - composti semplici quali l’anidride carbonica, l’acqua, l’azoto ed il metano, che rientrano Biomass Ozonated Cell membrane rupture nel ciclo naturale; O3 attach membrane COD N/P release membrane weak which recirculates - nuovi organismi, che insieme ai detriti cellulari e ai materiali inerti, costituiscono i fanghi di into biomass COD release risulta del trattamento. reduced sludge L’azione dell’Ozono Il principio si basa sulla rottura (lisi) o danneggiamento parziale delle membrane cellulari delle L’inserimento nel processo biologico esistente particelle costituenti i fanghi di supero, che costituiscono una barriera solida di protezione Il fango di supero, può essere ridotto con percentuali fino all’70-80%, direttamente all’interno del dei composti cellulari contenuti all’interno dalla biodegradazione. L’effetto comporta che i ciclo, semplificandone oltre allo smaltimento, anche tutti i trattamenti cui questo è sottoposto. batteri più deboli, o parzialmente indeboliti, vanno a formare il substrato organico (cibo) per Ulteriore vantaggio derivante dall’utilizzo dell’Ozono in questa specifica applicazione è la facilità gli organismi più forti o di classe superiore. Proprio i batteri danneggiati hanno la necessità di d’inserimento nel processo biologico esistente. Esso può essere aggiunto in diverse sezioni del rigenerare le proprie strutture cellulari funzionali (come RNA o DNA). L’energia necessaria per processo a fanghi attivi, come mostrato nello schema della pagina precedente: tale ricostruzione è attinta dalla sintesi delle materie organiche con conseguente diminuzione • inserendo la sezione di trattamento con Ozono nel punto (A), ossia sulla linea di ricircolo fanghi, di quella disponibile per la duplicazione. L’azione di stress chimico si esplica più intensamente osserveremmo il risultato sotto l’aspetto della minore produzione del fango di supero, data dalla nei riguardi di alcune popolazioni batteriche a struttura maggiormente ramificata (filamentosi). combinazione dell’Ozono con il trattamento a fanghi attivi esistente; Questo genera una conseguente riduzione dei fenomeni di bulking e un miglioramento generale • è possibile inserire il trattamento Ozono nel punto (B) per disintegrare direttamente il fango di della qualità dei fanghi residui. Inoltre, tale selezione di colonie batteriche, rimanendo quelle a supero e per aumentarne la sedimentabilità, prima dell’invio al comparto di digestione; struttura più compatta (fiocco), produce un miglioramento dello SVI (Sludge Volume Index), • è possibile trattare direttamente con Ozono il fango surnatante, soprattutto se si hanno proble- quindi la sedimentabilità e la disidratabilità dei fanghi residui prodotti. Tecnicamente, il mecca- matiche legate alla carica batterica filamentosa, inserendo il trattamento Ozono nel punto (C); nismo di azione consiste nel sottoporre una parte della portata dei fanghi di supero o di ricircolo • infine, una riduzione del fango da smaltire ed un aumento della resa in metano si può ottenere (in concentrazione tale da essere ancora considerato come fango umido) ad un contatto rapido con una disintegrazione del fango digerito, inserendo il trattamento Ozono nel punto (D). e ad alta intensità con l’Ozono. Successivamente al contatto con l’Ozono, nel caso d’impianto con digestione anaerobica, il fango L’iniezione avviene attraverso un sistema di contatto in pressione, per mezzo di iniettore Venturi trattato viene inviato al digestore, con il beneficio di un incremento della resa in metano ed una progettato per tale tipo di applicazione. L’azione ad elevato potenziale ossidativo è molto rapida drastica riduzione del tempo di trattamento necessario per l’idrolisi. ed intensa, provocando la rottura del materiale cellulare in un tempo breve, ed innescando nel Quando invece è presenta una linea di digestione aerobica, l’effluente in uscita dal trattamento tempo, il suo metabolismo da parte dalla biomassa più forte. Ozono può essere re-immesso nella vasca di aerazione ed essere usato come carbon source per la denitrificazione (ristabilisce il rapporto di equilibrio C-N). Nel complesso, l’attività depurativa biologica non viene inficiata da questo processo, poiché esso rimuove la frazione più debole dei fanghi biologici, rendendo quindi più efficiente la frazione realmente attiva nella rimozione degli inquinanti. Ciononostante, dato che il materiale cellulare proveniente dalla lisi dei batteri ossidati viene reso disponibile come substrato organico, si osserva un leggero aumento del carico organico in ingresso alla fase biologica, normalmente compensato dalle migliori performance dell’impianto. Ciò porta a misurare la prestazione conseguita di riduzione specifica dei fanghi prodotti in relazione alla capacità di depurazione dell’impianto, espressa come BOD o COD eliminato, attraverso il parametro kgSST / kgCOD . ridotto L’azione dell’Ozono è quindi molteplice: • si provoca una lisi negli organismi più deboli; • si danneggiano le strutture cellulari negli organismi più forti, in modo che l’energia de- rivata dal consumo dei nutrienti venga utilizzata per il ripristino della cellula e non per la riproduzione; • si favorisce la sopravvivenza solo dei “batteri predatori” (protozoi - metazoi) che meta- bolizzino le cellule lise o danneggiate. 56 57 Eccesso fanghi prima e dopo il trattamento ozono Generatore Ozono SMO 800. Distruttore Ozono residuo. Valutazione della capacità di disintegrazione • vantaggi in un processo di trattamento anaerobico L’Ozono, oltre che per le caratteristiche di potente ossidante, capace di attaccare le membrane −−riduzione della quantità di fanghi in eccesso da smaltire ==> minori costi di smaltimento cellulari molto rapidamente, è anche conosciuto per la sua capacità di trasformare la frazione più fanghi; difficilmente biodegradabile di materiale organico in composti con migliore biodegradabilità.Proprio −−incremento della resa in metano; questo parametro, legato in maniera diretta con la facilità di disintegrazione del composto, è stato −−tempi di ritenzione più brevi nella vasca di digestione. assunto in alcuni test come rappresentativo del processo. La capacità di disintegrazione raggiunta in alcuni test è stata definita in base al rilascio di COD di ogni campione, confrontandolo con quello L’impianto Ozono di un processo di disintegrazione di riferimento (nel nostro caso una digestione tramite soluzione La struttura di un impianto ad Ozono nel trattamento delle acque è relativamente semplice, com- alcalina di soda caustica concentrata) che trasforma i solidi sospesi in COD solubile. Assegnando il posta dal generatore Ozono e da un numero di apparecchiature accessorie variabile in relazione 100% della resa al campione solubilizzato con il processo di riferimento, si è visto che il grado di alla capacità di produzione, alla continuità di funzionamento ed al controllo dei costi di esercizio solubilizzazione del COD è una funzione del dosaggio Ozono applicato. Attraverso le prove condotte richiesti. Uno schema tipico di impianto di trattamento ad Ozono Wedeco è riportato nella figura con differenti dosaggi Ozono si è raggiunto un valore massimo di disintegrazione fino al 85%. Le a pagina seguente. Per le caratteristiche del gas, si è già detto che la produzione dell’Ozono deve immagini al microscopio (ingrandimento 50x) nelle figura in alto, mostrano l’eccesso fanghi presente avvenire in loco, subito prima del suo utilizzo. Del generatore Ozono, abbiamo già parlato in pre- in un campione prima e dopo il trattamento Ozono con un dosaggio pari a 0,08 gO /g SS. I fiocchi 3 cedenza. In alcuni casi, è possibile che la produzione richiesta venga assicurata per mezzo di più di fango del campione trattato con Ozono sono significativamente più piccoli e meno combinati in macchine funzionanti in parallelo, in modo da assicurare in ogni caso una continuità di esercizio strutture rispetto ai fiocchi del campione non trattato. è quindi possibile affermare che il processo di qualora una di esse sia fuori servizio. Come già accennato, non tutta l’energia fornita viene utiliz- disintegrazione della cellula con l’Ozono è quasi completo. Pertanto, l’uso mirato della tecnologia a zata nella generazione dell’Ozono, ma parte di essa viene smaltita sotto forma di calore che deve Ozono per la degradazione chimico-biologica del fango secondario comporta i seguenti benefici: essere immediatamente allontanato, per mantenere il processo efficiente. Si utilizza dell’acqua di • vantaggi in un processo di trattamento aerobico raffreddamento, con temperature in un range tra 5 e 35°C, che scorre all’interno del generatore, −−riduzione della quantità di fanghi in eccesso da smaltire ==> minori costi di smaltimento in controcorrente al flusso gassoso. In linea di massima a temperature più basse corrisponde una fanghi; maggiore efficienza del processo produttivo di Ozono. Per evitare possibili incrostazioni all’interno −−migliore comportamento stabilizzante del fango (SVI) tramite riduzione della crescita batterica del vessel, l’acqua deve avere delle buone caratteristiche qualitative (per cui non è possibile ad. ss. filamentosa; utilizzare direttamente l’acqua del depuratore, anche nel caso in cui provenga dalla fase di affina- −−riduzione del problema del bulking filamentoso; mento). Per l’approvvigionamento dell’acqua di raffreddamento si può utilizzare acqua della rete −−riduzione delle schiume biologiche; potabile, qualora sia disponibile in quantità sufficiente (in pratica mai), oppure si utilizza un gruppo −−riduzione dei costi degli additivi chimici; di produzione di acqua refrigerata dedicato, capace di produrre acqua a bassa temperatura, ma con −−migliore sedimentabilità. ulteriori costi elettrici, od infine si utilizza l’acqua del depuratore, raffreddando in maniera indiretta −−utilizzo del fango disintegrato come C-source per la denitrificazione, quando la relazione C/N il generatore attraverso uno scambiatore di calore a piastre. non bilanciata impedisce una completa denitrificazione; La vasca dove si realizza il contatto tra l’Ozono e il liquido non può essere a cielo aperto in quanto il gas residuo dopo il trattamento potrebbe contenere ancora tracce di Ozono, che non possono essere liberate in ambiente, ma vanno convogliate in un apposito distruttore di Ozono residuo, capace di riconvertire, per via termica o catalitica, le tracce di Ozono in ossigeno. Per l’alimentazione del generatore Ozono esistono 3 soluzioni: - fornitura di aria compressa ed essiccata; - fornitura di ossigeno da serbatoi di stoccaggio; - produzione di ossigeno on-site attraverso dei sistemi PSA o VPSA La scelta sulla soluzione più idonea dipende da molti fattori di tipo economico e logistico (distanza e difficoltà di approvvigionamento di ossigeno industriale, costi e/o ammortamenti del generatore di ossigeno, ecc). L’alimentazione elettrica del generatore di Ozono deve fornire energia agli elettrodi in relazione alla quantità di Ozono da produrre. Poiché la quantità di Ozono da produrre è normalmente gestita Grado di da PLC che ne permette la regolazione, anche l’alimentazione è di solito asservita a tali logiche per solubilizzazione ottenere non solo la migliore efficienza energetica ma anche la registrazione dei dati di funzio- del COD in relazione al namento anche relativi all’alimentazione elettrica. dosaggio Ozono. Il contatto tra Ozono e liquido sottoposto a trattamento viene realizzato per gorgogliamento 58 59 Acqua di propria “centrale di produzione dell’Ozono” all’interno di un impianto di trattamento dei raffreddamento reflui, si rivela particolarmente valido per i depuratori di nuova concezione mentre, per quelli esistenti che vengono aggiornati con le tecnologie più moderne per adeguarne la 5 - 32 °C capacità di trattamento alle mutate esigenze, si rivela a volte non applicabile e richiede Distruzione ozono quindi la produzione del gas O per una singola applicazione. 3 residuo O3 Considerazioni economiche Malgrado il trattamento con UV e con Ozono abbiano ormai una storia lunga quasi un se- aria / O2 colo, per molti anni il principale ostacolo all’adozione di queste tecnologie è stato il fattore economico. Oggi tale barriera viene a cedere non solo perché le tecnologie si sono evolute in modo da rendere concorrenziali questi due sistemi di trattamento ma anche per l’accresciuta attenzione ai temi ambientali di oggi rende ancora più importante il fatto che l’uso degli UV e dell’Ozono sono realmente tecnologie pulite, che non solo non richiedono l’impiego Gas di generatore ozono Sezione di contatto di additivi chimici ma che non solo non comportano alcun sottoprodotto contaminante alimentazione 5,5 kV negli effluenti trattati, ma addirittura permettono dosaggi minori per quegli additivi che debbono essere utilizzati (come il Cloro) a valle del trattamento. Elettrodi Certo, la variabile del costo dell’energia, che la storia recente ha visto fluttuare molto rapi- EFFIZON HP damente con una escursione tra prezzi minimi e massimi davvero importante, può rendere WEDECO difficoltoso fissare dei parametri generali. Va detto tuttavia che il prezzo del petrolio, che principalmente influenza il prezzo dell’energia, in realtà finisce con l’influenzare indiretta- Alimentazione elettrica (400V) mente anche il prezzo delle materie prime e, di conseguenza, il prezzo dei prodotti chimici da utilizzare nel trattamento delle acque. Se pure con rapporti di proporzionalità leggermente Le particolari differenti è quindi corretto riportare le comparazioni che sono state elaborate negli anni caratteristiche dell’ozono scorsi. Che ci risulti non esiste al momento un studio esaustivo che permette di mettere a richiedono del gas nel liquido. I diffusori sono realizzati in modo da generare bolle fini per aumentare confronto direttamente differenti tipologie tecnologiche per il trattamento delle acque. materiali la superficie di contatto tra gas e liquido e sono disposti secondo geometrie che consentano In realtà, a ben vedere, la velocità di fluttuazione dei prezzi, rende impossibile al momento speciali per i dischi porosi la migliore uniformità di trattamento del liquido che transita nella vasca. attuale delle analisi predittive sui costi di gestione degli impianti. Ciò non solo per le notevoli attraverso I diffusori sono costituiti da dischi porosi in materiale ceramico con elevate caratteristiche differenze che si possono rilevare sul prezzo dei materiali e dell’energia ma, addirittura, sui cui vengono di resistenza all’ossidazione che le normali membrane sintetiche dei dischi per aerazione dei costi finanziari di cui si deve tenere conto nel valutare correttamente gli ammortamenti generate le bolle fini di gas. liquami non posseggono. In alternativa appositi iniettori con ugelli specifici, che operano degli impianti. In alternativa per Effetto Venturi, miscelano il gas e i liquido in regime altamente turbolento in modo Come raffronto economico per la disinfezione delle acque ci si può riferire al grafico in si possono da consentire al gas di venire in contatto il più a lungo possibile con l’acqua immessa nel questa pagina. utilizzare reattore. Quest’ultimo sistema è particolarmente adottato nel trattamento dei fanghi, per Per avere una idea di quanto il progresso tecnologico abbia influito nel tempo sul fattore iniettori che operano per i quali il regime di elevata turbolenza favorisce la ozonolisi e la conseguente riduzione economico riportiamo anche un grafico sull’anda- effetto Venturi. della sua massa. Gli impianti di trattamento dei reflui prevedono la possibilità di impiego mento dei costi di produzione dell’Ozono. dell’Ozono in differenti fasi della dove si vede che il consumo energetico per la pro- depurazione. In considerazione duzione di un kg di Ozono si è dimezzato negli del fatto che i costi di produzio- ultimi vent’anni e che il progresso tecnologico ha ne dell’Ozono diminuiscono con il permesso, a parità di gas trattato un raddoppio crescere della dimensione dell’im- della produzione di Ozono. pianto, contrariamente al passato, In questo caso l’economia di scala riveste un ruolo oggi si tende a considerare la pro- importantissimo come mostra il grafico seguente: gettazione di una vera e propria Come si vede nel grafico di pagina seguente per stazione indipendente di produ- la produzione di un kg ora si valuta un costo di zione del gas con più utenze di circa 3,3 € se si considerano anche i costi di am- applicazione del gas nei vari punti mortamento dell’impianto e di circa 2,3 € se si dell’impianto di trattamento in cui considerano i costi puri. Se si passa alla produzione è prevista il loro impiego. Questo di 10 kg/ora di O3 il costo scende a circa 2,1 € per criterio di considerare una vera e kg tenendo conto degli investimenti e a 1,8 € per 60 61 Impianti più grandi 3,5 offrono il vantaggio Costi manutenzione Cenni sulla normativa per i sistemi della magggiore 3,0 Costi raffreddamento acqua di depurazione delle acque economicità per il Costi energetici trattamento con Costi ossigeno 2,5 Costi di investimento Costi totali [/kgO3] ozono. Costi senza investimenti La valutazione tecnica e la progettazione di un sistema • D ecreto Legislativo 11 maggio 1999, n.152 di trattamento delle acque non può prescindere dal “Disposizioni sulla tutela delle acque dall’inquina- 2,0 riferimento normativo che ne regolamenta l’utilizzo e mento e recepimento della Direttiva 91/271/CEE con- fissa i parametri che debbono essere raggiunti. Vista cernente il trattamento delle acque reflue urbane e 1,5 la difficoltà di fornire un quadro completo delle nor- della Direttiva 91/676/CEE relativa alla protezione mative, riportiamo stralci di un documento redatto nel delle acque dall’inquinamento provocato da nitrati 1,0 2001 dall’ANPA (Agenzia Nazionale per la Protezione provenienti da fonti agricole” modificato ed integrato dell’Ambiente), con il significativo titolo di “Guida alla dal Decreto Legislativo 18 agosto 2000, n.258. progettazione dei sistemi di collettamento e depurazione L’intera materia è stata poi ripresa nel Decreto Legislativo 0,5 delle acque reflue urbane”. Altro documento interessante 3/4/2006 n. 152
”Norme in materia ambientale”, suc- in materia, sempre a cura dell’ANPA, è “Il riutilizzo delle cessivamente modificato dal decreto-legge 30 dicembre 0 acque e dei fanghi prodotti da impianti di depurazio- 2008, n. 208, convertito nella legge 27 febbraio 2009, 1 5 10 30 50 500 ne di reflui urbani: Quadro conoscitivo generale ed n. 13, recante: «Misure straordinarie in materia di risorse Produzione di ozono [kg/h] aspetti specifici” in quanto percorre in modo sintetico idriche e di protezione dell’ambiente». le principali normative internazionali, quelle di alcuni Paesi comunitari, quelle italiane, fornendo persino un Delibera Interministeriale 4 febbraio 1977 quadro regionale delle problematiche specifiche (dati La Delibera del Comitato Interministeriale per la Tutela i costi vivi. Se poi si considera una produzione di 500 kg/h il dato crolla a poco più di 1 € al 2007). In generale, i due principali riferimenti seguiti delle Acque (CITAI) fornisce le norme tecniche di attua- (inclusi gli ammortamenti) e di soli 0,8 € per kg come costo di produzione. dalla maggioranza delle nazioni che hanno definito zione della Legge 10 maggio 1976, n. 319 (c.d. Legge Tradizionalmente il trattamento con Ozono veniva considerato costoso rispetto ad altri standard e linee-guida per il riuso delle acque reflue Merli). In particolare, definisce: sistemi, ma con il progredire della tecnologia e con l’ampliarsi del range di impiego di que- depurate, sono le prescrizioni e linee-guida proposte • criteri generali e metodologie per il rilevamento delle dalla WHO (World Health Organization) e quelle dello caratteristiche qualitative e quantitative dei corpi idrici sto agente ossidante, passato dalla semplice fase di disinfezione ad agente di trattamento Stato della California. Le linee guida espresse dalla WHO e per la formazione del catasto degli scarichi; preliminare ed intermedio, la richiesta di Ozono per il trattamento è cresciuta e, con lei, sono state utilizzate come modello in materia di riuso • criteri generali per il corretto e razionale uso dell’acqua, anche la sua economicità. Il dato economico relativo all’Ozono diventa ancora più rilevante delle acque reflue ed hanno contribuito ad aumentare inteso come uso commisurato alle reali disponibilità se si considerano i costi di trattamento e smaltimento dei fanghi di supero prodotti dagli l’interesse verso il riuso di questa risorsa alternativa. della risorsa idrica e proporzionato al buon funzio- Nel corso del 2006 è stata pubblicata una revisione del namento degli impianti di utilizzo, secondo criteri di impianti per i reflui urbani e industriali. In questo caso la possibilità di abbattere volume- documento “Guidelines for the safe use of wastewater, massimo rendimento nei confronti della quantità e tricamente fino all’80% del fango prodotto destinato a smaltimento comporta un deciso excreta and greywater. Wastewater use in agricolture” della qualità dell’acqua; miglioramento della economia complessiva dell’impianto. in cui vi è un netto cambiamento nell’approccio seguito • norme tecniche generali per la regolamentazione Purtroppo allo stato attuale non esistono molti studi comparativi che mettono a confronto per definire le condizioni necessarie per il riuso delle dell’installazione e dell’esercizio degli impianti di le tecnologie tradizionali con gli impianti più moderni. Nel 2004, l’ARPA dell’Emilia Romagna acque reflue depurate. La California è stato il primo acquedotto; stato americano ad avviarsi verso il riuso di acqua reflua • norme tecniche generali per la regolamentazione effettuò uno studio (“Studio finalizzato all’introduzione di norme e misure volte a favorire il urbana depurata. L’approccio californiano si è basato dell’installazione e dell’esercizio degli impianti di fo- Il progresso tecnologico ha riutilizzo delle acque reflue depurate”) in cui, oltre a considerazioni logistiche e normative, sull’applicazioni di norme e prescrizioni piuttosto severe. gnatura e depurazione; costantemente veniva analizzato nel dettaglio l’ipotesi di aggiornamento ed potenziamento degli impianti Le prime normative per il riuso risalgono già al 1918. Nel • norme tecniche generali per la regolamentazione dello fatto diminuire di trattamento delle acque di sua competenza, valutando non solo i costi delle alternative 1970, il Codice delle acque dello Stato della California smaltimento dei liquami sul suolo; per la regolamen- il costo di stabilì che “è intenzione dell’assemblea legislativa che tazione dello smaltimento dei fanghi residuati dai cicli produzione tecnologicamente emergenti ma, addirittura, anche i costi di aggiornamento e/o costru- lo Stato adotti ogni possibile misura per promuovere lo di lavorazione e dai processi di depurazione; sulla dell’ozono. zione di reti di distribuzione delle acque depurate per il riutilizzo in agricoltura. Per i 26 sviluppo di servizi per il recupero delle acque in modo natura e consistenza degli impianti di smaltimento impianti presi in considerazione nello studio tale che esse contribuiscano a soddisfare le sempre più sul suolo di insediamenti civili di consistenza inferiore relativo ai costi di trattamento delle acque, crescenti esigenze idriche dello Stato”. a 50 vani, o a 5.000 m3. 100 25 Occorre ricordare che, in forza dell’art.62, comma 7, si hanno valori molto differenti dei costi 90 Quadro legislativo di riferimento del D.Lgs. 152/99 e successive modifiche e integrazioni, unitari di trattamento a seconda delle ca- I principali atti normativi italiani che, negli ultimi anni, le norme tecniche di cui alla delibera CITAI del 1977 80 20 ratteristiche originarie dell’impianto e della hanno modificato in modo radicale l’approccio al proble- continuano ad applicarsi “per quanto espressamente 70 rete di distribuzione. Lo studio (disponibile ma generale delle acque ed a quello delle acque reflue disciplinato dal presente decreto”. 60 15 urbane in particolare, sono i seguenti: WT % 50 sul sito del Ministero dell’Ambiente), ormai % • Delibera Interministeriale 4 febbraio 1977 “Criteri, Legge 18 maggio 1989, n.183 e successive 40 10 probabilmente datato per quello che riguar- metodologie e norme tecniche generali di cui all’art.2, modifiche e integrazioni 30 da le variabili tecnologiche ed economiche, lettere b), d) ed e), della Legge 10 maggio 1976, La Legge definisce finalità, soggetti, strumenti e modalità 20 5 è interessante per la metodologia applica- n.319, recante norme per la tutela delle acque dell’azione della Pubblica Amministrazione in materia di 10 ta, per i valori relativi che emergono nella dall’inquinamento”; difesa del suolo. 0 0 • Legge 18 maggio 1989, n. 183 “Norme per il riassetto Suoi obiettivi sono quelli di “assicurare la difesa del suolo, analisi economica e per le considerazioni organizzativo e funzionale della difesa del suolo” e il risanamento delle acque, la fruizione e la gestione 1980 1990 2000 pratico applicative che ne derivano anche se, successive modifiche e integrazioni; del patrimonio idrico per gli usi di razionale sviluppo anno alla data attuale, probabilmente i risultati • Legge 5 gennaio 1994, n. 36 “Disposizioni in materia economico e sociale, la tutela degli aspetti ambientali Consumo energetico Concentrazione sarebbero leggermente differenti. di risorse idriche” (c.d. Legge Galli); ad essi connessi”. relativo [%] di ozono [WT %] 62 63 Gli elementi caratterizzanti della Legge sono i seguenti: Note sulla Normativa italiana Parametro Unità di misura Valore limite Il Decreto Ministeriale n. 185 del 12 giugno 2003 (ema- pH 6-9,5 • la ripartizione del territorio in bacini idrografici di rilievo nato in attuazione dell’articolo 26, comma 2, del D. nazionale, interregionale e regionale; SAR 10 Lgs. 152/99), stabilisce le norme tecniche per il riutilizzo • nei bacini idrografici di interesse nazionale, l’istituzione Materiali grossolani Assenti delle acque reflue domestiche, urbane ed industriali nel dell’Autorità di bacino; nostro Paese. Solidi sospesi totali mg/L 10 • l’introduzione di un nuovo strumento di politica del Il D.M. 185/03, nella sostanza confermato dal decreto territorio, il Piano di bacino, che è adottato dalle BOD5 mgO2/L 20 del 2006, regolamenta il riutilizzo delle acque reflue, Autorità di bacino per i bacini di interesse nazionale COD mgO2/L 100 limitando il prelievo delle acque superficiali e sotterranee, e dalle Regioni per gli altri bacini. riducendo l’impatto degli scarichi sui fiumi e favorendo il Fosforo totale mgP/L 2 risparmio idrico, mediante l’utilizzo multiplo delle acque Legge 5 gennaio 1994, n.36 (c. d. Legge Galli) Azoto totale mgN/L 15 di depurazione. Secondo il Decreto il riutilizzo deve av- La Legge 5 gennaio 1994, n.36 riorganizza la gestione Azoto ammoniacale mgNH4/L 2 venire in condizioni di sicurezza per l’ambiente, evitando dei servizi pubblici di acquedotto, fognatura e depura- alterazioni agli ecosistemi, al suolo ed alle colture, non- Conducibilità elettrica μS/cm 3000 zione ed introduce il servizio idrico integrato, definendo ché rischi igienico-sanitari per la popolazione. Inoltre, il nuovi processi e nuovi soggetti istituzionali. Alluminio mg/L 1 riutilizzo irriguo deve essere realizzato con modalità che La Legge si basa sui seguenti principi generali: Arsenico mg/L 0,02 assicurino il risparmio idrico. Nel riutilizzo sono conside- • tutela e uso razionale della risorsa idrica, che costitu- rate ammissibili le seguenti destinazioni d’uso: Bario mg/L 10 isce un bene pubblico da utilizzare “salvaguardando • uso irriguo: per l’irrigazione di colture destinate sia le aspettative e i diritti delle generazioni future a fruire Berillio mg/L 0,1 alla produzione di alimenti per il consumo umano ed di un integro patrimonio ambientale”; Boro mg/L 1,0 animale sia a fini non alimentari, nonché per l’irriga- • “gli usi delle acque devono essere indirizzati al ri- zione di aree destinate al verde o ad attività ricreative Cadmio mg/L 0,005 sparmio e al rinnovo delle risorse per non pregiudi- o sportive; care il patrimonio idrico, la vivibilità dell’ambiente, Cobalto mg/L 0,05 • uso civile: per il lavaggio delle strade nei centri urbani; l’agricoltura, la fauna e la flora acquatiche, i processi Cromo totale mg/L 0,1 per l’alimentazione dei sistemi di riscaldamento o geomorfologici e gli equilibri idrologici”; raffreddamento; per l’alimentazione di reti duali di Cromo VI mg/L 0,005 • l’uso dell’acqua per il consumo umano è prioritario adduzione, separate da quelle delle acque potabili, rispetto agli altri usi; Ferro mg/L 2 con esclusione dell’utilizzazione diretta di tale acqua Parametri chimico-fisici • il risparmio idrico va conseguito mediante il progres- Manganese mg/L 0,2 negli edifici a uso civile, ad eccezione degli impianti sivo risanamento delle reti di collettamento esistenti di scarico nei servizi igienici; Mercurio mg/L 0,001 che evidenzino consistenti perdite, l’installazione di • uso industriale: come acqua antincendio, di processo, reti duali nei nuovi insediamenti di rilevanti dimensioni, Nichel mg/L 0,2 di lavaggio e per i cicli termici dei processi industriali, l’installazione di contatori nelle singole unità abitative Piombo mg/L 0,1 con l’esclusione degli usi che comportano un contatto e di contatori differenziati per le attività produttive e tra le acque reflue recuperate e gli alimenti o i prodotti Rame mg/L 1 del terziario esercitate nel contesto urbano, la diffu- farmaceutici e cosmetici. sione di metodi e apparecchiature per il risparmio Selenio mg/L 0,01 Non è, quindi, consentito il riuso per fini potabili. Inoltre, idrico. Stagno mg/L 3 il decreto non disciplina il riutilizzo delle acque reflue all’interno dello stesso stabilimento o consorzio indu- Tallio mg/L 0,001 Decreto Legislativo 11 maggio 1999, striale che le ha prodotte. n.152 modificato e integrato dal Decreto Vanadio mg/L 0,1 Il riutilizzo delle acque reflue recuperate deve avvenire Legislativo 18 agosto 2000, n. 258 Zinco mg/L 0,5 con le modalità di seguito schematicamente riportate: Il Decreto Legislativo attua una razionalizzazione uni- • nel caso di riutilizzo irriguo, esso deve essere realizzato Cianuri totali (come CN) mg/L 0,05 ficante dei diversi testi normativi che finora avevano con modalità che assicurino il risparmio idrico, non disciplinato, in modo settoriale e non coordinato, i diversi Solfuri mgH2S/L 0,5 può superare il fabbisogno delle colture ed è comun- aspetti della tutela e degli usi della risorsa idrica. I principi Solfiti mgSO3/L 0,5 que subordinato al rispetto del codice di buona pratica generali sui quali esso si basa sono i seguenti: agricola, ovvero gli apporti d’azoto derivanti dal riu- Solfati mgSO4/L 500 • la prevenzione e la riduzione dell’inquinamento e l’at- tilizzo d’acque reflue concorrono al raggiungimento tuazione del risanamento dei corpi idrici inquinati; Cloro attivo mg/L 0,2 dei carichi massimi ammissibili e alla determinazione • il miglioramento dello stato delle acque e l’adeguata Cloruri mgCl/L 250 dell’equilibrio tra il fabbisogno d’azoto delle colture protezione di quelle destinate a particolari usi, con e l’apporto d’azoto proveniente dal terreno e dalla Fluoruri mgF/L 1,5 priorità di quelle destinate al consumo umano; fertilizzazione; • il perseguimento di obiettivi di qualità dei corpi idrici Grassi e olii animali/vegetali mg/L 10 • nel caso di riutilizzi multipli (ovvero usi diversi da quelli che garantiscano il mantenimento della capacità natu- Olii minerali [Nota 1] mg/L 0,05 irrigui, civili e industriali) il titolare della distribuzione rale di autodepurazione e la capacità di sostenere co- delle acque reflue recuperate deve curare la corretta Fenoli totali mg/L 0,1 munità animali e vegetali ampie e ben diversificate; informazione degli utenti sulle modalità d’impiego, • la definizione di criteri per una corretta gestione del- Pentaclorofenolo mg/L 0,003 sui vincoli da rispettare e sui rischi connessi a riutilizzi la risorsa idrica nell’ottica dell’uso sostenibile e del Aldeidi totali mg/L 0,5 impropri. risparmio idrico; I valori limite per le acque reflue recuperate all’uscita • la definizione di criteri, vincoli e parametri per il collet- dell’impianto di depurazione previsti dall’allegato al Tetracloroetilene, tricloroetilene (somma delle tamento ed il trattamento delle acque reflue urbane, mg/L 0,01 decreto 185/03 (ripresi dal Decreto del 2 maggio 2006) concentrazioni dei parametri specifici) nonché delle modalità per il loro riutilizzo. sono riportati nella Tabella. Rispetto alle normative di Il Decreto recepisce le Direttive comunitarie 91/271 e altri paesi, la normativa italiana per quanto concerne il Solventi clorurati totali mg/L 0,04 91/676. 64 65 Parametro Unità di misura Valore limite Numero Parametri Unità di Scarico in acque superficiali Scarico in rete parametro misura fognaria (*) Trialometani (somma delle concentrazioni) mg/L 0,03 20 Piombo mg/L ≤ 0,2 ≤ 0,3 Solventi organici aromatici totali mg/L 0,01 21 Rame mg/L ≤ 0,1 ≤ 0,4 Benzene mg/L 0,001 Parametri chimico-fisici 22 Selenio mg/L ≤ 0,03 ≤ 0,03 Benzo(a)pirene mg/L 0,00001 23 Stagno mg/L ≤ 10 Solventi organici azotati totali mg/L 0,01 24 Zinco mg/L ≤ 0,5 ≤ 1,0 Tensioattivi totali mg/L 0,5 25 Cianuri totali (come CN) mg/L ≤ 0,5 ≤ 1,0 Pesticidi clorurati (ciascuno) [Nota 2] mg/L 0,0001 26 Cloro attivo libero mg/L ≤ 0,2 ≤ 0,3 Pesticidi fosforati (ciascuno) mg/L 0,0001 27 Solfuri (come H2S) mg/L ≤1 ≤2 Altri pesticidi totali mg/L 0,05 28 Solfati (come SO3) mg/L ≤1 ≤2 Escherichia coli [Nota 3] UFC/100mL 10 (80% dei campioni) 29 Solfati (come SO4) (3) mg/L ≤ 1000 ≤ 1000 100 valore puntuale max 30 Cloruri (3) mg/L ≤ 1200 ≤ 1200 Salmonella assente 31 Fluoruri mg/L ≤6 ≤ 12 Note 32 Fosforo totale (come P) (2) mg/L ≤ 10 ≤ 10 1. Tale sostanza deve essere assente dalle acque reflue recuperate destinate al riutilizzo, secondo quanto previsto al paragrafo 2.1 dell’allegato 5 del Dlgs 152/99 per gli scarichi sul suolo. Tale prescrizione si intende rispettata quando la sostanza è presente in concentrazioni non 33 Azoto ammoniacale mg/L ≤ 15 ≤ 30 superiori ai limiti di rilevabilità delle metodiche analitiche di riferimento, definite e aggiornate con apposito decreto ministeriale, ai sensi del (come NH4) (2) paragrafo 4 dell’allegato 5 del Dlgs n. 152 del 1999. Nelle more di tale definizione, si applicano i limiti di rilevabilità riportati in tabella. 34 Azoto nitroso (come N) (2) mg/L ≤ 0,6 ≤ 0,6 2. Il valore di parametro si riferisce ad ogni singolo pesticida. Nel caso di Aldrina, Dieldrina, Eptacloro ed Eptacloro epossido, il valore parametrico è pari a 0,030 μg/l. 35 Azoto nitrico (come N) (2) mg/L ≤ 20 ≤ 30 3. Per le acque reflue recuperate provenienti da lagunaggio o fitodepurazione valgono i limiti di 50 (80% dei campioni) e 200 UFC/100 ml 36 Grassi e olii animali/vegetali mg/L ≤ 20 ≤ 40 (valore puntuale massimo). 37 Idrocarburi totali mg/L ≤5 ≤ 10 38 Fenoli mg/L ≤ 0,5 ≤1 riutilizzo agricolo o civile non prevede alcuna distinzione alle regolamentazioni di altri paesi è la definizione di 39 Aldeidi mg/L ≤1 ≤2 tra le due tipologie di riuso. Per quanto concerne i para- prescrizioni sui trattamenti minimi richiesti in funzione 40 Solventi organici aromatici mg/L ≤ 0,2 ≤ 0,4 metri microbiologici, ad esempio, nelle normative di altri delle tipologie di riuso. In realtà i limiti restrittivi previsti 41 Solventi organici azotati (4) mg/L ≤ 0,1 ≤ 0,2 paesi, sono previste anche sensibili variazioni dei valori dal DM 185/2003, confermati dal D.M 2 maggio 2006 impongono la necessità di effettuare trattamenti di affi- 42 Tensioattivi totali mg/L ≤2 ≤4 limite accettati passando dall’irrigazione di colture non alimentari alla irrigazione di colture alimentari. Mentre namento molto spinti per arrivare ai valori richiesti. 43 Pesticidi fosforati mg/L ≤ 0,10 ≤ 0,10 la norma italiana pone forte attenzione al parametro 44 Pesticidi totali (esclusi i mg/L ≤ 0,05 ≤ 0,05 microbiologico per cui la necessità di tutela della salute Nell’Allegato 5 - Limiti di emissione degli scarichi idrici fosforati) (5) del Decreto Legislativo 3/4/2006 n. 152 - sono preci- tra cui: dell’uomo non è valutata in funzione del reale rischio di diffusione di eventi epidemiologici attraverso le acque sate le tabelle con i “Valori limiti di emissione in acque 45 - aldrin mg/L ≤ 0,01 ≤ 0,01 reflue riutilizzate, ma definendo limiti particolarmente superficiali e in fognatura” riportate nelle due pagine 46 - dieldrin mg/L ≤ 0,01 ≤ 0,01 rigorosi. Un altro aspetto non contemplato rispetto successive. 47 - endrin mg/L ≤ 0,002 ≤ 0,002 48 - isodrin mg/L ≤ 0,002 ≤ 0,002 Numero Parametri Unità di Scarico in acque superficiali Scarico in rete 49 Solventi clorurati (5) mg/L ≤1 ≤2 parametro misura fognaria (*) 50 Escherichi a coli (4) UFC/100mL nota 1 pH 5,5-9,5 5,5-9,5 51 Saggio di tossicità acuta (5) il campione non è accettabile il campione non è accettabile 2 Temperatura °C (1) (1) quando dopo 24 ore il numero quando dopo 24 ore il numero degli organismi immobili è uguale degli organismi immobili è uguale 3 colore non percettibile con diluizione non percettibile con diluizione o maggiore del 50% del totale o maggiore del 80% del totale 1:20 1:40 (*) I limiti per lo scarico in rete fognaria sono obbligatori in assenza di limiti stabiliti dall’autorità competente o in mancanza di un impianto finale 4 odore non deve essere causa di non deve essere causa di molestie di trattamento in grado di rispettare i limiti di emissione dello scarico finale. Limiti diversi devono essere resi conformi a quanto indicato alla nota molestie 2 della tabella 5 relativa a sostanze pericolose. (2) Per quanto riguarda gli scarichi di acque reflue urbane valgono i limiti indicati in tabella 1 e, per le zone sensibili anche quelli di tabella 2. Per 5 materiali grossolani assenti assenti quanto riguarda gli scarichi di acque reflue industriali recapitanti in zone sensibili la concentrazione di fosforo totale e di azoto totale deve essere 6 Solidi speciali totali (2) mg/L ≤ 80 ≤ 200 rispettivamente di 1 e 10 mg/L. (3) Tali limiti non valgono per lo scarico in mare, in tal senso le zone di foce sono equiparate alle acque marine costiere, purché almeno sulla 7 BOD5 (come O2) (2) mg/L ≤ 40 ≤ 250 metà di una qualsiasi sezione a valle dello scarico non vengono disturbate le naturali variazioni della concentrazione di solfati o di cloruri. (4) In sede di autorizzazione allo scarico dell’impianto per il trattamento di acque reflue urbane, da parte dell’autorità competente andrà fissato 8 COD (come O2) (2) mg/L ≤ 160 ≤ 500 il limite più opportuno in relazione alla situazione ambientale e igienico sanitaria del corpo idrico recettore e agli usi esistenti. Si consiglia un 9 Alluminio mg/L ≤1 ≤ 2,0 limite non superiore ai 5000 UFC/100 mL. (5) Il saggio di tossicità è obbligatorio. Oltre al saggio su Daphnia magna, possono essere eseguiti saggi di tossicità acuta su Ceriodaphnia dubia, 10 Arsenico mg/L ≤ 0,5 ≤ 0,5 Selenastru, capricornutum, batteri bioluminescenti o organismi quali Artemia salina, per scarichi di acqua salata o altri organismi tra quelli che saranno indicati ai sensi del punto 4 del presente allegato. In caso di esecuzione di più test di tossicità si consideri il risultato peggiore. Il risultato 11 Bario mg/L ≤ 20 - positivo della prova di tossicità non determina l’applicazione diretta delle sanzioni di cui al titolo V, determina altresì l’obbligo di 12 Boro mg/L ≤2 ≤4 approfondimento delle indagini analitiche, la ricerca delle cause di tossicità e la loro rimozione. 13 Cadmio mg/L ≤ 0,02 ≤ 0,02 14 Cromo totale mg/L ≤2 ≤4 15 Cromo VI mg/L ≤ 0,20 ≤ 0,20 16 Ferro mg/L ≤2 ≤4 17 Manganese mg/L ≤2 ≤4 18 Mercurio mg/L ≤ 0,005 ≤ 0,005 66 Gamma UV WEDECO Gamma Ozono WEDECO 67 Di seguito, presentiamo la gamma Wedeco dei modelli che trovano impiego nelle industrie di processo e nel trattamento delle acque reflue e potabili. Serie Modular GSA/GSO Modello Max. prod. Consumo Mezzo di Pot. max Dimensioni Note ozono (g/h) gas (m3/h) raffreddamento assorbita L / H / P (m) Modello Applicazione Portata max Caratteristiche NTP [kW] (m3/h) Aquada Acqua potabile Usi 11 Reattore in acciaio inox elettrolucidato con Modular 2 2 1,0 Aria 0,16 0,4 x 0,6 x 0,21 Alim. ad aria; Modular 4 4 1,0 Aria 0,5* 0,6 x 0,6 x 0,21 concentrazione domestici singola lampada UV Spektrotherm ad alta GSA 10 15 0,75 Acqua 0,08 m3/h 0,5 0,8 x 0,8 x 0,3 30g/Nm3; Temp. intensità, posta al centro della camera di acqua di reazione parallelamente al flusso d’acqua GSA 20 23 1,25 Acqua 0,08 m3/h 0,6 0,8 x 0,8 x 0,3 raffr.=15°C; i A Acqua potabile, di 26 Reattore multilampada in acciaio inox con GSA 30 40 2,0 Acqua 0,16 m3/h 1,1 0,8 x 0,8 x 0,3 consumi processo, calda lampade UV Spektrotherm ad alta intensità GSA 50 220 7,80 Acqua 0,7 m3/h 3,8 1,6 x 0,8 x 0,45 compressore esclusi disposte parallelamente al flusso d’acqua Modular 4 HC 4 0,04 Aria 0,1 0,6 x 0,6 x 0,21 Alimentazione ad A/B Acqua di mare; Acqua 400 Reattore in PEAD con lampade UV Modular 6 6 0,25 Aria 0,6** 0,6 x 0,6 x 0,21 ossigeno; Polietilene altamente corrosiva Spektotherm ad alta intensità disposte Modular 8 HC 8 0,08 Aria 0,2 0,6 x 0,6 x 0,21 concentrazione parallelamente al flusso d’acqua GSO 10 30 0,3 Acqua 0,08 m3/h 0,5 0,8 x 0,8 x 0,3 100g/Nm3; Temp. acqua di SA Acqua potabile per 27 Reattore in acciaio inox elettrolucidato con GSO 20 50 0,5 Acqua 0,08 m3/h 0,6 0,8 x 0,8 x 0,3 raffr.=15°C; i navi e offshore singola lampada UV Spektrotherm ad alta GSO 30 100 1,0 Acqua 0,16 m3/h 1,1 0,8 x 0,8 x 0,3 consumi del intensità, posta al centro della camera di GSO 50 - 200 g/h 200 2,0 Acqua 0,35 m3/h 2,0 1,6x0,88x0,45 compressore sono reazione parallelamente al flusso d’acqua GSO 50 - 400 g/h 415 4,0 Acqua 0,70 m3/h 3,8 1,6x0,88x0,45 esclusi FMK Acqua potabile per 4 Reattore in acciaio inox elettrolucidato con * incl. essiccatore e compressore - ** incl. generatore ossigeno con compressore treni lampada UV Spektrotherm ad alta intensità, posta parallelamente al flusso d’acqua Serie SMA / SMO E/ME Acqua di processo; Per 130 Reattore in quarzo con lampade UV Modello Max. prod. Consumo Mezzo di Pot. max Dimensioni Note ind. farmaceutica; Spektrotherm ad alta intensità disposte ozono gas (m3/h) raffreddamento assorbita L / H / P (m) Acqua potabile, reflua parallelamente al flusso d’acqua (g/h) NTP [kW] K Acqua potabile 1000 Reattore multilampada in acciaio inox con lampade UV Spektrotherm ad alta intensità SMA 100 340 11,33 Acqua 0,8 m3/h 5,6 1,8 x 0,9 x 2,21 Alim. ad aria; SMA 200 520 17,33 Acqua 1,2 m3/h 8,3 1,8 x 0,9 x 2,21 concentrazione disposte perpendicolarmente al flusso SMA 300 1050 35,00 Acqua 2,5 m3/h 16,1 2,8 x 0,9 x 2,21 30g/Nm3; Temp. d’acqua acqua di BX Acqua potabile, di 2120 Reattore multilampada in acciaio inox con SMA 400 1480 49,33 Acqua 3,4 m3/h 22,4 3,65 x 1,05 x 2,21 raffr.=15°C; processo, calda di lampade UV Spektrotherm SMA 500 2280 76,00 Acqua 5,2 m3/h 33,7 3,65 x 1,05 x 2,21 consumi del lavaggio concentricamente e parallelamente al flusso SMA 600 4260 142,00 Acqua 10 m3/h 64,9 3,92 x 1,05 x 2,21 compressore esclusi d’acqua SMA 700 5930 197,67 Acqua 13,8 m3/h 88,7 4,55 x 1,32 x 2,21 Spektron Acqua potabile, di 900 Reattore multilampada in acciaio inox con SMA 800 7700 256,67 Acqua 17,3 m3/h 111,2 4,55 x 1,32 x 2,21 processo in ind. lampade UV Spektrotherm SMO 100 630 6,30 Acqua 0,8 m3/h 5,7 1,8 x 0,9 x 2,21 Alimentazione ad alimentare e di concentricamente e parallelamente al flusso SMO 200 1050 10,50 Acqua 1,2 m3/h 8,3 1,8 x 0,9 x 2,21 ossigeno; imbottigliamento d’acqua. Ottimizzazione continua del flusso SMO 300 2130 21,30 Acqua 2,5 m3/h 16,1 2,8 x 0,9 x 2,21 concentrazione idraulico con sistema Cross Mix. SMO 400 3080 30,80 Acqua 3,6 m3/h 23,2 3,65 x 1,05 x 2,21 100g/Nm3; LBX Acqua reflua; Sciroppi 1000 Reattore multilampada in acciaio inox con SMO 500 4450 44,50 Acqua 5,2 m3/h 33,3 3,65 x 1,05 x 2,21 Temp. acqua di di zucchero; Acqua di lampade UV Spektrotherm ad alta intensità raffr.=15°C; i SMO 600 8600 86,00 Acqua 10,1 m3/h 64,2 3,92 x 1,05 x 2,21 consumi del processo con bassa disposte concentricamente e parallelamente SMO 700 11850 118,50 Acqua 13,8 m3/h 88,0 4,55 x 1,32 x 2,21 compressore sono trasmittanza UV al flusso d’acqua esclusi SMO 800 14900 149,00 Acqua 17,2 m3/h 109,8 4,55 x 1,32 x 2,21 LBT Riduzione TOC in 100 Reattore multilampada in acciaio inox acqua ultrapura elettrolucidato (”Thin Film“ brevettato) con Serie PDA / PDO lampade UV Spektrozon ad alta emissione a Produzione ozono (g/h) Note Produzione ozono(g/h) 185 nm UVC, disposte parallelamente al flusso d’acqua Modello Alim. aria Alim. Oq Modello Alim. aria Alim. O2 c=50 g/Nm3 c=10 %wt c=50 g/Nm3 c=10 %wt TAK Acqua di scarico in 10000 Moduli UV, con lampade UV Spektrotherm canali a pelo libero ad alta intensità disposte parallelamente al PDA/PDO 1000 11000 21000 Produzione con PDA/PDO 3500 20000 40000 flusso d’acqua; per installazioni in canali in PDA/PDO 1500 12000 24000 Temp. acqua di PDA/PDO 4000 23000 45000 raffr.=15°C; consumi calcestruzzo o in acciaio PDA/PDO 2000 14000 28000 PDA/PDO 4500 28000 55000 energetici su richiesta TE Disinfezione di aria nei - Lampada Spektrotherm per disinfezione aria PDA/PDO 2500 16000 32000 PDA/PDO 5000 33000 65000 serbatoi di stoccaggio nei serbatoi di stoccaggio acqua PDA/PDO 3000 18000 36000 acqua taglie di produzione superiori, fino al PDA/PDO 9500, sono disponibili su richiesta 68 In collaborazione con: ITT Water & Wastewater Italia S.r.l. Viale Europa, 30 - 20090 CUSAGO (MI) Tel. 0290358.1 - Telefax 029019990 Internet: http//www.ittwww.it - e-mail:
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