Il settore della depurazione delle acque reflue sta conoscendo negli ultimissimi anni un radicale rinnovamento: il depuratore non è più visto come punto finale di arrivo e trattamento (end-pipe), ma come sito di produzione e trasformazione che, a partire da flussi di rifiuto (il refluo ed i fanghi di depurazione), genera nuova materia, prodotti ed energia mediante processi a basso consumo energetico e pieno rispetto dell’ambiente. Il 19 ottobre 2017 a Veronafiere, con l’aiuto del Prof. David Bolzonella dell’Università degli Studi di Verona, abbiamo fatto il quadro di questa nuova filosofia attraverso l’illustrazione di casi reali, portati tanto da relatori accademici che da tecnici aziendali.
La gestione delle acque nel territorio veronese – Luciano Franchini, Direttore del Consiglio di bacino – ATO Veronese
Il Servizio idrico integrato è definito dall’art. 142, comma 2, D.lgs. 152/2006 come «l’insieme dei servizi pubblici di captazione, adduzione e distribuzione di acqua ad usi civili, di fognatura e di depurazione delle acque reflue». Esso comprende pertanto acquedotto, fognatura ed impianti di depurazione.
Il Legislatore, con legge n. 36/1994, individuava la gestione industriale del servizio idrico come soluzione alla fase emergenziale in cui allora versava (e per molte parti d’Italia versa tuttora) delineando uno scenario organizzativo nuovo, basato su ambiti territoriali “ottimali” (ATO) e tre principi cardine:
Efficacia: Rispetto della normativa sanitaria ed ambientale;
Efficienza: Ottimizzazione uso delle risorse;
Economicità: Equilibrio di bilancio;
Altri principi fondamentali sono:
Full cost recovery: tutti i costi devono essere remunerati dalla tariffa;
Chi inquina paga: la tariffa per la depurazione commisurata alla quantità ed alla qualità dell’inquinamento procurato.
Il settore è regolamentato dallo Stato, dall’ Autorità di Regolazione per Energia Reti e Ambiente (ARERA), dalle Regioni. Il governo, la pianificazioni ed i controlli sono svolti dai comuni, tramite gli Enti di governo dell’Ambito, fra i quali vi è il Consiglio di Bacino Veronese, partecipato da 97 Comuni. Il servizio è poi gestito da soggetti organizzati su basi industriali (gestori), che nello specifico sono due: l’ Azienda Gardesana Servizi S.p.A. ed Acque Veronesi S.c.a r.l..
Chi paga infine è l’utente che usufruisce del servizio, mediante la tariffa. Gli investimenti previsti dal Piano d’ambito 2013, da ripartirsi in 30 anni (2013-2043), sono complessivamente di 872 milioni di euro, così suddivisi:
Il recupero di energia e l’efficientamento energetico nei depuratori di acque reflue civili – Annarita Mutta, Responsabile Area Depurazione di AcqueVeronesi
Acque Veronesi è una società consortile a responsabilità limitata (S.c.a r.l.) i cui soci sono 77 Comuni della Provincia di Verona incluso il capoluogo; per questi è affidataria in house del Servizio Idrico Integrato. L’intera azienda adotta un sistema di gestione certificato ISO 50001, in particolare oggetto della certificazione è il «Ciclo Idrico integrato dell’acqua: captazione, potabilizzazione, adduzione, distribuzione, collettamento, depurazione, per mezzo di impianti quali sorgenti, pozzi, impianti di potabilizzazione, serbatoi e torrini, pompaggio acque potabili, sollevamenti fognari, impianti di depurazione, impianti di produzione e utilizzo gas biologico. Progettazione ed esecuzione di allacci di impianti idrici e fognari, manutenzione di impianti e reti idriche e fognarie costituita da interventi di riparazione/sostituzione delle reti di competenza, eliminazione di perdite idriche con conseguente recupero di energia».
I Titoli di Efficienza Energetica (TEE, anche detti Certificati Bianchi) sono titoli negoziabili che certificano il conseguimento di risparmi energetici negli usi finali attraverso interventi di efficienza energetica; sono quantificati in tonnellate equivalenti di petrolio (1 TEE = 1 tep = 5.347 kWhe ). Fino ad oggi sono stati conseguiti da Acque Veronesi 2.055 TEE per l’installazione di un inverter con potenza maggiore di 22kW e 80 TEE per altri progetti a consuntivo.
Intervento sul depuratore di San Bonifacio
Obiettivo era ridurre i consumi di energia elettrica dovuti all’ossidazione biologica del carico organico durante i periodi di punta, fortemente stagionali per la presenza sul territorio di aziende del settore vitivinicolo.
L’adozione di una nuova soffiante a lobi ritorti nell’ossidazione ha permesso una significativa riduzione nei consumi, come visibile dalla diagnosi energetica riportata nella figura seguente.
Intervento sul depuratore di Verona
La sostituzione del motore per la coclea di sollevamento da un trifase a 4 poli da 110kW con un nuovo motore a riluttanza, classe di efficienza IE4, azionato da inverter (ABB tipo M3BL 280 SMC 4) ha portato ad un risparmio netto di energia di circa 150 MWh/anno.
Proposta per gli impianti di depurazione di Bussolengo e di Castel d’Azzano
Ottimizzazione del processo biologico dell’impianto attraverso la modifica del sistema di trasporto e distribuzione dell’aria, attraverso l’installazione diffusori più performanti a bolle finissime. Permetterà di ottenere 128 TEE di tipo I (riduzione consumi finale di energia elettrica).
Recupero di energia mediante cogenerazione
Entrata in funzione nel 2008, utilizza un motore a quattro tempi da 625 kW alimentato da biogas ed un generatore elettrico sincrono da 910 kVA, fornisce Energia termica di 692 kW nominali utilizzata nella fase di digestione anaerobica dei fanghi ed Energia elettrica di 625 kW nominali, completamente utilizzata in sito dall’impianto di depurazione. Nel 2016 sono stati utilizzati dall’impianto di depurazione 8.583.987 kWhe, dei quali 4.336.275 kWhe (pari al 50,5 %) autoprodotti.
Progetto combinato di idrolisi termica, essiccamento solare dei fanghi e recupero di calore dai reflui.
E’ allo studio un progetto che combina sinergicamente l’idrolisi termica dei fanghi secondari (derivanti dalla depurazione biologica), effettuata prima della digestione anaerobica, con l’essiccamento solare termico dei fanghi finali, cioè uscenti dalla disidratazione successiva al digestore. Questo essiccamento solare avviene in una serra riscaldata via pavimento radiante col calore dei reflui depurati; la temperatura media annua infatti delle acque scaricate dall’impianto nel fiume Adige è di 21°C (valor medio mensile minimo di 16°C).
Benefici principali sono la riduzione del 50% del volume di digestione necessario, l’aumento del 16% della produzione di biogas, la riduzione del 73% del fango da smaltire.
Il collettore fognario del Lago di Garda: a che punto siamo?
Michele Cimolini – Azienda Gardesana Servizi
Azienda Gardesana Servizi è l’ Ente Gestore del Servizio Idrico Integrato nell’area del Garda veronese, gestisce complessivamente 20 Comuni. Tutte le reti fognarie (miste) dei Comuni rivieraschi e di parte dell’entroterra affluiscono ad un sistema di collettamento posto lungo le sponde veronese e bresciana del Lago di Garda, per poi giungere all’impianto di depurazione centralizzato di Peschiera del Garda. Le acque depurate vengono poi scaricate nel fiume Mincio, emissario del Lago.
Il sistema di collettori principali è costituito da tronchi di diverso diametro e materiale, funzionanti a gravità ed in pressione, posati lungo la costa o sublacuali. Di questi ultimi i principali sono il tronco che attraversa il lago convogliando i reflui della sponda bresciana settentrionale verso quella veronese (Toscolano Maderno – Brancolino di Torri del Benaco), quello che da Punta S.Vigilio arriva a Cisano di Bardolino ed infine Lazise Pergolana – Peschiera Pioppi.
L’intera struttura, realizzata a partire dagli anni ’70 fino alla metà degli anni ’90, è ormai giunta a fine vita utile e presenta diverse criticità strutturali ed idrauliche, tali da rendere non più procrastinabile il suo rinnovamento. Fra queste le principali sono:
1) vetustà dei tratti sublacuali;
2) Infiltrazioni di acque parassite, sia per i limitati spessori delle pareti e le frequenti lesioni in corrispondenza dei giunti che, quando i livelli del lago sono alti, per le infiltrazioni in alcuni tratti posati sulle sponde;
3) Carico antropico crescente;
4) Interferenze della condotta con le vallette di scarico delle rogge a lago;
5) Sublacuale «Pergolana – Pioppi», nel Marzo 2016 è emerso un tratto di circa 100 m della condotta a Lazise, a causa di un accumulo interno di gas, presumibilmente derivanti da fermentazioni e degassamento del refluo in ristagno.
Nel 2014 è stato quindi redatto un progetto preliminare per la riqualificazione dell’infrastruttura fognaria, i cui obiettivi sono:
– Eliminare le condotte sub-lacuali per ottenere la riduzione delle portate parassite;
– Ristrutturare il collettore del Basso lago – sponda veronese, eliminando dove possibile le contropendenze delle tubazioni, attuando delle sostituzioni mirate e sostituendo alcune tubazioni che presentano il fenomeno dell’intrusione di radici;
– Separare, nel lungo periodo, i reflui provenienti dalla sponda Bresciana e quelli provenienti dalla sponda Veronese (con l’eccezione dei comuni di Desenzano e Sirmione) per limitare le portate insistenti sul collettore del basso lago veronese e sul depuratore di Peschiera del Garda;
– Eliminare quanto più possibile gli sfiori a lago.
Ne conseguirebbe pertanto una migliore e meno onerosa gestione del depuratore di Peschiera; la riduzione dei costi energetici dei sollevamenti, oggi sovraccaricati dalle acque parassite. Inoltre ne beneficerebbe l’ecosistema del Lago, migliorando la qualità delle acque e di fauna e flora ripariali.
Lo sviluppo del progetto di adeguamento del collettore fognario del lago di Garda è proceduto in maniera condivisa dalle società di gestione bresciana e veronese, pur se applicato a due territori amministrativamente diversi. I due progetti preliminari infatti sono stati condivisi e unificati in uno unico, per un importo totale dell’opera di 220.000.000 €, dei quali 85.000.000 € per la sponda veronese e 135.000.000 € per la sponda bresciana.
La soluzione progettuale adottata è stata condivisa e valutata con gli Enti locali, le le Regioni, il Ministero dell’Ambiente e la cittadinanza. Entrambi i gestori, unitamente agli Enti d’Ambito, stanno approfondendo unitariamente il progetto preliminare per arrivare alla redazione del Progetto Definitivo.
Innovazione nel settore della depurazione delle acque reflue: il progetto europeo Smart-Plant – Nicola Frison, Università degli Studi di Verona
SMART-Plant (Scale-up of low-carbon footprint MAterial Recovery Techniques for upgrading existing wastewater treatment Plants) è il progetto europeo dell’economia circolare nella gestione dei depuratori municipali. SMART-Plant è coordinato dall’Università Politecnica delle Marche e comprende 27 partner europei (18 aziende, di cui 6 water utilities, oltre a 9 Università e Centri di Ricerca) con un budget complessivo di oltre 9.6 milioni di euro. Il progetto riguarda l’integrazione di impianti di depurazione esistenti europei con tecniche innovative ed ecosostenibili che ogni anno possono permettere di recuperare, dagli scarichi domestici di ogni cittadino, circa 7 kg di cellulosa, oltre 3 kg di biopolimeri, 1 kg di fosforo ed oltre 4 kg di azoto.
Il progetto SMART-Plant mira a validare direttamente sul campo queste soluzioni, realizzando una piattaforma europea che dimostrerà come sia fattibile e sostenibile integrare i nostri depuratori urbani e trasformarli in impianti di recupero, con forti impatti economici e sociali, oltre che ambientali, che si andranno a quantificare nell’ambito del progetto. In Italia il sito di innovazione sarà il depuratore di Carbonera gestito da Alto Trevigiano Servizi, partner del progetto, dove assieme con l’Università di Verona saranno applicate due delle tecnologie previste dal progetto al fine di rimuovere in modo più efficiente l’azoto e di recuperare biopolimeri dai fanghi di depurazione.
Sistemi di diffusione dell’ossigeno ed emissioni di gas serra: impatti ambientali ed ottimizzazioni in impianti in piena scala – Anna Laura Eusebi, Università Politecnica delle Marche
E’ importante ottimizzare i comparti aerobici e le relative rese di trasferimento dell’ossigeno nei reattori CAS (Conventional Activated Sludge) anche con finalità/obiettivi non propriamente «convenzionali».
In primo luogo, il miglioramento delle rese di trasferimento dell’ossigeno necessita, ad oggi, di grandi approfondimenti per la comprensione degli effettivi fenomeni che intercorrono nello sporcamento dei diffusori. E’ stato individuato un incremento variabile massimo tra il 6% ed il 12% delle pressioni legato alla sola ripetizione ciclica di accensioni e spegnimenti in processi intermittenti o ad aerazione pulsata (a fine vita). Lo sporcamento è legato a fouling e a fenomeni di precipitazione interna al poro ed aumenta se il sistema di diffusione perde le proprietà meccaniche di elasticità. Lo sporcamento è quasi del tutto reversibile con lavaggi chimici ed è minimizzabile applicando portate specifiche più elevate. Lo sporcamento legato ad accensioni e spegnimenti non evidenzia modifiche in termini di SOTE % (Standardized Oxygen Transfer Efficiency), ma fa presupporre cambiamenti in termini di SAE kgO2/kWh (Standard Aeration Efficiency). In quest’ottica, lo studio e la comprensione dei meccanismi combinati tra compressore e sistemi di diffusione risultano centrali per una reale ottimizzazione del sistema.
In secondo luogo, il comparto biologico rappresenta una fonte di emissione diretta di gas ad effetto serra, direttamente proporzionale all’estensione superficiale delle vasche da cui è costituito. Ad oggi grosse variabilità esistono sui valori dei fattori di emissione soprattutto per gli impianti in piena scala; queste variabilità sono dipendenti dal processo, dai parametri della fase liquida, dalle modalità di campionamento e dai metodi o dalle frequenze di misura dei gas. Comprendere la relazione tra la fase liquida e la fase gas è la chiave per minimizzare gli impatti emissivi. L’esperienza di un impianto in piena scala (80.000 Abitanti Equivalenti nominali) mostra portate massiche emesse di N2O ridotte in rapporto al carico di azoto influente, con un effetto nodale del rapporto COD/TN nella minimizzazione delle emissioni di N2O.
Approccio territoriale integrato alla gestione dei fanghi di depurazione e processi innovativi Via-Nitrito per i surnatanti anaerobici – Daniele Renzi, Alto Trevigiano Servizi
Approccio integrato innovativo e green
– Visione territoriale a livello provinciale;
– Ingombri planimetrici ridotti;
– No odori (Sistema trattamento aria esausta in ogni comparto);
– No problematica rumori;
– Riduzione emissioni gas serra e riduzione trasporto fango;
– Impianto di depurazione diventa a consumo energetico zero;
– Valorizzazione del fango essiccato come materia sostitutiva inerti per produzione clinker in cementificio.
L’idrolisi termica, cos’è e come funziona
– Disintegra la struttura cellulare ed i materiali organici e trasforma naturalmente i polimeri proteici (Sostanze esopolimeriche – EPS) in un prodotto facilmente digeribile nella fase di digestione anerobica;
– Grazie alla minore viscosità del fango idrolizzato, che risulta più fluido, ed alla più veloce conversione in biogas, è possibile triplicare il carico di sostanza secca (SS) nel digestore mantenendolo in condizioni di stabilità;
– Aumenta la biodegradabilità dei fanghi e dei rifiuti organici, ottenendo una maggior produzione di biogas in tempi molto più brevi rispetto ad una digestione convenzionale;
– Migliora la disidratabilità fino al 45% di secco grazie al rilascio dell’acqua contenuta nei polimeri EPS (legano 4-5 g acqua/g EPS). Ciò permette di avere meno fango dopo la digestione e la disidratazione;
– Produce un fango che può essere utilizzato come fertilizzante libero da patogeni: trattando il materiale a 165°C per 20-30 minuti, si soddisfano tutti gli standard e i requisiti per la sterilizzazione, inclusa la normativa EU Animal By Product Regulation (ABPR, 1774/2002/EC).
Vantaggi del processo di pre-trattamento di idrolisi termica rispetto alla digestione convenzionale:
• Un carico ammissibile in digestione fino a tre volte superiore riduce i costi di investimento e gli spazi necessari per i digestori;
• Aumentano la biodegradabilità del fango e la produzione di biogas;
• La disidratabilità del fango aumenta fino al 45% di SS;
• Significativa riduzione del volume finale di fango e degli odori;
• Digestione stabile ed affidabile;
• Eliminazione dei problemi di schiume causati dai batteri filamentosi;
• Garanzia di rimozione dei patogeni (prodotto Classe A) senza ricrescita o riattivazione batterica, grazie al controllo di tempo/temperatura.
Short Cut Enhanced Nutrients Abatement (S.C.E.N.A.)
Nell’impianto di Carbonera è stata avviata, in scala reale, la prima sezione di trattamento S.C.E.N.A. per la rimozione di fosforo e azoto. Il processo avviene in un reattore batch sequenziale (SBR) nel quale lo ione ammonio è ossidato a nitrito in condizioni aerobiche, mentre in condizioni anossiche la denitrificazione via nitrito e l’uptake biologico del fosforo avvengono simultaneamente. L’adozione di questo sistema ha portato a una riduzione dei consumi elettrici complessivi da 117 a 100 Wh/m3 di acqua reflua trattata nel reattore biologico principale.
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