La depurazione biologica delle acque è un processo che utilizza organismi viventi, come batteri, funghi e piante, per rimuovere i contaminanti presenti nelle acque reflue o negli scarichi industriali. Questo metodo sfrutta i processi biologici naturali per ridurre l'inquinamento e rendere le acque trattate sicure per il rilascio nell'ambiente o per il riutilizzo.
Ci sono diverse tecniche di depurazione biologica delle acque, tra cui:
1. Fanghi attivi: Questo è uno dei metodi più comuni per la depurazione biologica delle acque reflue domestiche e industriali. Le acque reflue vengono messe a contatto con un miscuglio di batteri e altri microrganismi (chiamati fanghi attivi) in un reattore biologico. I microrganismi degradano i contaminanti organici presenti nell'acqua, trasformandoli in biossido di carbonio, acqua e biomassa.
2. Letti filtranti: In questa tecnica, le acque reflue vengono fatte fluire attraverso un substrato poroso, come ghiaia o sabbia, che fornisce un ambiente favorevole alla crescita dei batteri nitrificanti e denitrificanti. Questi batteri rimuovono i nutrienti come azoto e fosforo, riducendo così il rischio di eutrofizzazione nei corpi idrici.
3. Fitodepurazione: Questo metodo coinvolge l'uso di piante acquatiche e microrganismi presenti nel suolo per rimuovere i contaminanti dall'acqua. Le piante assorbono i nutrienti come azoto e fosforo attraverso le loro radici, mentre i microrganismi presenti nel suolo biodegradano i contaminanti organici. Questo approccio è spesso utilizzato per trattare le acque reflue domestiche e urbane in modo sostenibile e a basso costo.
4. Lagune di ossidazione: Le lagune di ossidazione sono bacini poco profondi che forniscono un ambiente aerobico per la crescita di batteri aerobici che degradano i contaminanti organici presenti nell'acqua. Questo metodo è spesso utilizzato in aree rurali o in comunità di piccole dimensioni dove è disponibile spazio sufficiente per la costruzione di lagune di dimensioni adeguate.
Queste sono solo alcune delle tecniche di depurazione biologica delle acque disponibili, e la scelta della tecnica dipende dalle caratteristiche specifiche delle acque da trattare, dalle esigenze di depurazione e dalle risorse disponibili.
In questa sezione tratteremo la tecnica di depurazione col metodo dei fanghi attivi.
Il processo di trattamento delle acque reflue attraverso un depuratore biologico a fanghi attivi può essere schematizzato nel seguente modo:
1. Pre-trattamento: Le acque reflue grezze vengono preliminarmente trattate per rimuovere i solidi grossolani, come detriti, sabbia e oli.
2. Trattamento primario: Le acque passano attraverso un processo di sedimentazione primaria, dove i solidi sospesi più pesanti si depositano sul fondo sotto forma di fanghi primari.
3. Trattamento biologico: Le acque provenienti dal trattamento primario passano in una vasca di aerazione, dove vengono mescolate con il fango attivo, una miscela di microrganismi (batteri, funghi, protozoi) che consumano la materia organica presente nell'acqua come fonte di nutrimento. In questa fase avviene la decomposizione della materia organica attraverso processi di ossidazione biologica.
4. Denitrificazione (eventuale): Dopo la fase di aerazione, l'acqua passa in una zona anossica dove vengono create le condizioni per la denitrificazione, ovvero la riduzione dei nitrati (NO3-) e nitriti (NO2-) presenti nell'acqua in azoto gassoso (N2), che viene rilasciato nell'atmosfera. Tale processo di denitrificazione mira alla rimozione della sostanza azotata, presente in fase acquosa sotto forma di NO3 e in parte di NO2 ad opera di batteri eterotrofi facoltativi denitrificanti che sono in grado di trasformare NO3 quasi interamente in N2 gassoso che si libera quindi nell’atmosfera. La rimozione di NO3-N e NO2-N dai liquami viene perseguita allo scopo sia di evitare fenomeni di eutrofizzazione sia di preservare gli usi idropotabili dell’acqua dai rischi connessi alla presenza dei nitrati, che riducendosi a nitriti possono causare la cianosi infantile.
La denitrificazione si verifica in pellicole biologiche abbastanza spesse anche in presenza di ossigeno libero nella massa liquida, in quanto, mentre un sottile strato della pellicola si mantiene aerobico, i nitrati possono diffondere in profondità, attraverso tale strato, in una zona anossica ove si sviluppa la denitrificazione. Ciò naturalmente si verifica solo se la concentrazione di substrato organico nel liquame è sufficiente a permetterne la penetrazione al di là dello strato aerobico. Si tratta di due reazioni biologiche di ossido-riduzione, non contemporanee: il substrato donatore di elettroni comune ad entrambe le reazioni (substrato organico solubile Dred) ed i substratiaccettori di elettroni (l’ossigeno disciolto A1,ox e l’azoto nitrico A2,ox).
5. Sedimentazione secondaria: L'acqua trattata e i fanghi attivi passano in una seconda vasca di sedimentazione, dove i fanghi attivi sedimentano sul fondo e l'acqua trattata viene separata e può essere scaricata nell'ambiente o sottoposta a ulteriori trattamenti, a seconda delle normative locali.
6. Trattamento dei fanghi: I fanghi sedimentati vengono pompati in un'unità di digestione anaerobica o aerobica per la stabilizzazione e il trattamento dei fanghi. Questo processo può includere la produzione di biogas utilizzabile come fonte di energia.
Il processo di nitro-denitrificazione è una parte fondamentale del trattamento biologico delle acque reflue, in quanto consente la rimozione dell'azoto dall'acqua, contribuendo alla riduzione dell'inquinamento da azoto nell'ambiente. Mediante una combinazione di processi aerobici e anossici, i batteri presenti nel fango attivo possono convertire i nitrati e nitriti in azoto gassoso, che viene rilasciato nell'atmosfera, riducendo così il contenuto di azoto nell'effluente trattato.
Per le utenze ricadenti in aree sensibili ove esiste l’obbligo di limitazioni anche nelle concentrazioni di azoto e fosforo negli scarichi così come indicato nel D.Lgs 03/04/2006, non è possibile affidarsi allo schema epurativo tradizionale, perché è necessario trattare i composti azotati originariamente presenti nelle acque di scarico.
In questi casi possono essere utilizzati impianti di depurazione biologica a fanghi attivi con schema “nitro-denitro”.
Lo schema nitro-denitro si diversifica dallo schema tradizionale in quanto fra l’impianto Imhoff e il bacino di ossidazione biologica viene inserito un bacino di denitrificazione, costituito da una cisterna equipaggiata con un miscelatore sommerso. Contemporaneamente nel bacino di ossidazione biologica viene installata una pompa sommersa collegata ad una tubazione di ricircolo al bacino di denitrificazione dove viene altresì ricondotta la tubazione di ricircolo dell’air lift del bacino di sedimentazione secondaria.
Il processo di trattamento delle acque reflue attraverso un depuratore biologico a fanghi attivi può essere schematizzato nel seguente modo:
Pre-trattamento: Le acque reflue grezze vengono preliminarmente trattate per rimuovere i solidi grossolani, come detriti, sabbia e oli.
Trattamento primario: Le acque passano attraverso un processo di sedimentazione primaria, dove i solidi sospesi più pesanti si depositano sul fondo sotto forma di fanghi primari.
Trattamento biologico: Le acque provenienti dal trattamento primario passano in una vasca di aerazione, dove vengono mescolate con il fango attivo, una miscela di microrganismi (batteri, funghi, protozoi) che consumano la materia organica presente nell'acqua come fonte di nutrimento. In questa fase avviene la decomposizione della materia organica attraverso processi di ossidazione biologica.
Denitrificazione: Dopo la fase di aerazione, l'acqua passa in una zona anossica dove vengono create le condizioni per la denitrificazione, ovvero la riduzione dei nitrati (NO3-) e nitriti (NO2-) presenti nell'acqua in azoto gassoso (N2), che viene rilasciato nell'atmosfera. Tale processo di denitrificazione mira alla rimozione della sostanza azotata, presente in fase acquosa sotto forma di NO3 e in parte di NO2 ad opera di batteri eterotrofi facoltativi denitrificanti che sono in grado di trasformare NO3 quasi interamente in N2 gassoso che si libera quindi nell’atmosfera. La rimozione di NO3-N e NO2-N dai liquami viene perseguita allo scopo sia di evitare fenomeni di eutrofizzazione sia di preservare gli usi idropotabili dell’acqua dai rischi connessi alla presenza dei nitrati, che riducendosi a nitriti possono causare la cianosi infantile.
La denitrificazione si verifica in pellicole biologiche abbastanza spesse anche in presenza di ossigeno libero nella massa liquida, in quanto, mentre un sottile strato della pellicola si mantiene aerobico, i nitrati possono diffondere in profondità, attraverso tale strato, in una zona anossica ove si sviluppa la denitrificazione. Ciò naturalmente si verifica solo se la concentrazione di substrato organico nel liquame è sufficiente a permetterne la penetrazione al di là dello strato aerobico. Si tratta di due reazioni biologiche di ossido-riduzione, non contemporanee: il substrato donatore di elettroni comune ad entrambe le reazioni (substrato organico solubile Dred) ed i substratiaccettori di elettroni (l’ossigeno disciolto A1,ox e l’azoto nitrico A2,ox).
Sedimentazione secondaria: L'acqua trattata e i fanghi attivi passano in una seconda vasca di sedimentazione, dove i fanghi attivi sedimentano sul fondo e l'acqua trattata viene separata e può essere scaricata nell'ambiente o sottoposta a ulteriori trattamenti, a seconda delle normative locali.
Trattamento dei fanghi: I fanghi sedimentati vengono pompati in un'unità di digestione anaerobica o aerobica per la stabilizzazione e il trattamento dei fanghi. Questo processo può includere la produzione di biogas utilizzabile come fonte di energia.
Il processo di nitro-denitrificazione è una parte fondamentale del trattamento biologico delle acque reflue, in quanto consente la rimozione dell'azoto dall'acqua, contribuendo alla riduzione dell'inquinamento da azoto nell'ambiente. Mediante una combinazione di processi aerobici e anossici, i batteri presenti nel fango attivo possono convertire i nitrati e nitriti in azoto gassoso, che viene rilasciato nell'atmosfera, riducendo così il contenuto di azoto nell'effluente trattato.
