Smaltimento dei liquami

4.1

Origini e quantità

Insediamenti urbani, impianti industriali, precipitazioni e falde acquifere producono acque di scarico definite in vari modi in base alla loro origine.

Le acque di scarico urbane sono quelle contenenti detersivi, detergenti, escrementi e resti di cibo, prodotte dai cittadini all’interno delle proprie abitazioni o degli impianti civili pubblici e ricreativi. In Italia ogni cittadino produce in media ogni giorno circa 200 l di scarichi (negli Stati Uniti il volume giornalmente prodotto pro capite è di circa 950 l).

Le acque di scarico industriali presentano, in genere, caratteristiche molto differenti in base al tipo di processo industriale da cui provengono e del tipo di trattamento, ossia di parziale depurazione, a cui sono state sottoposte prima di venire scaricate nella sede fognaria. Un’acciaieria, ad esempio, può rilasciare da 6000 a 150.000 l di acque reflue per ogni tonnellata di acciaio prodotto. Gli impianti in cui le acque di scarico vengono riciclate e reintrodotte nei processi di trasformazione producono volumi di acque reflue notevolmente inferiori rispetto ai convenzionali impianti a ciclo aperto.

Quando le fognature sono situate al di sotto delle falde acquifere, o quando l’acqua piovana riesce a percolare attraverso il terreno fino ai canali di trasporto, nelle tubazioni si infiltrano a volte volumi di acqua che contribuiscono ad accrescere il carico in entrata dei sistemi di canalizzazione e di depurazione. La capacità dell’ambiente e dei sistemi di scolo di drenare le acque meteoriche dipende dal regime delle precipitazioni e dalla capacità di raccolta dei bacini idrici.

Giornalmente, in un’area urbana viene prodotto in media un volume di acque di scarico pari all’80-90% del volume totale dell’acqua erogata, ovvero consumata, nella stessa area (dotazione idrica); il restante 10-20% viene assorbito da attività e processi di vario tipo (lavaggio delle automobili, irrigazione dei giardini e processi produttivi vari, come l’inscatolamento di prodotti agroalimentari e l’imbottigliamento di bevande o detergenti).

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Composizione delle acque di scarico

Il grado di inquinamento delle acque di scarico viene misurato in base a diversi parametri fisici, chimici e biologici. Tra quelli più ampiamente utilizzati vi sono quelli relativi al tipo di materiali solidi presenti nell’acqua e alla loro relativa concentrazione, il consumo di ossigeno microbiologico (BOD), il consumo di ossigeno per ossidazione chimica (COD) e il pH.

Tutte le acque di scarico contengono materiali solidi disciolti o in sospensione. I materiali disciolti sono in pratica quelli che non possono essere filtrati neppure con una carta filtrante, che è, invece, in grado di trattenere i materiali in sospensione. I materiali in sospensione sono definiti decantabili o non decantabili in base al numero di milligrammi di materia secca depositatasi in un’ora sul fondo di un recipiente contenente un litro di liquame. Tutti i materiali solidi possono essere suddivisi, inoltre, in materiali volatili e non volatili; i primi sono in genere composti da elementi organici, mentre i materiali non volatili sono perlopiù formati da elementi inorganici o minerali.

La concentrazione di materia organica è determinata in base al BOD e al COD. Il BOD₅ equivale alla quantità di ossigeno consumata dai batteri decompositori di sostanze organiche contenuti in un campione di liquame incubato per 5 giorni a 20 °C; il BOD è espresso in milligrammi di ossigeno per litro d’acqua. Il COD equivale alla quantità di ossigeno consumato per ossidare chimicamente la materia organica in soluzione acida di dicromato e per trasformarla in acqua e anidride carbonica. I valori del COD risultano sempre più alti di quelli del BOD₅, dato che molte sostanze organiche possono essere ossidate chimicamente, ma non biologicamente.

Il BOD₅ è il parametro più comunemente utilizzato per determinare il grado di inquinamento da materia organica biodegradabile, mentre il COD è in genere impiegato per valutare il grado di inquinamento da materia organica non biodegradabile o da composti in grado di inibire l’attività di degradazione dei microrganismi. Il pH è il parametro che indica il grado di acidità dei liquami. La materia organica presente nei liquami domestici è costituita, nella maggior parte dei casi, per il 50% da carboidrati, per il 40% da proteine e per il 10% da grassi; il pH dei liquami domestici è in genere pari a 6,5-8,0.

La natura e la composizione estremamente eterogenea delle acque di scarico provenienti dagli impianti industriali non consentono di definirne il grado di inquinamento semplicemente in base a una scala di valori comune, ma spesso richiedono parametri di tipo comparativo. Di norma, si cerca di stabilire quanti individui sommati (popolazione equivalente, o PE) potrebbero arrivare a produrre la stessa quantità di materiale inquinante; il PE viene solitamente espresso in termini di BOD₅. Come parametro di confronto per la valutazione dei valori di PE viene utilizzato un valore medio di BOD pari a 0,077 kg/5 giorni a 20 °C per persona al giorno. In questo caso il valore PE di un mattatoio si aggirerebbe, ad esempio, intorno a 5-25 per animale.

La composizione delle infiltrazioni percolanti nelle fognature è legata a quella delle acque di falda da cui derivano. Le acque meteoriche presentano in genere elevate concentrazioni di batteri, sostanze grasse e sostanze chimiche organiche.

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Trattamento delle acque di scarico

Gli impianti di depurazione delle acque sono composti da una serie più o meno complessa di unità di processo, riunite in tre fasi dette trattamento primario, secondario e terziario; ogni singolo processo rimuove uno o alcuni tipi di inquinanti.

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Trattamento primario

I liquami immessi nell’impianto di depurazione contengono residui grossolani (detriti e frammenti di materiali inerti) che, se non rimossi, potrebbero intasarne le tubature e danneggiarne le pompe o altre apparecchiature. Per evitare ciò, questi materiali vengono rimossi mediante una serie di griglie e barre e, quindi, prelevati meccanicamente o manualmente e inceneriti o stoccati in discarica. I liquami filtrati vengono, invece, immessi in un trituratore, che sminuzza le foglie e le altre scorie organiche per agevolare la rimozione degli inquinanti organici nelle fasi successive del trattamento.

6.1.

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Dissabbiatura

Alla fase di grigliatura segue quella di dissabbiatura in cui sabbie, polveri, scorie, ghiaia e ceneri vengono rimosse mediante sedimentazione in appositi canali o per effetto della forza centrifuga in appositi vasconi circolari. In queste speciali vasche le particelle inorganiche di diametro superiore a 0,2 mm vengono fatte sedimentare sul fondo, mentre quelle più piccole e gran parte della materia organica rimangono in sospensione nel liquame. Gli impianti più moderni sono dotati di unità dissabbiatrici a gravità, di centrifughe o di chiarificatori provvisti di raschiatori meccanici.

Nelle vasche a gravità l’aria finemente dispersa, immessa attraverso speciali ugelli, imprime all’acqua un moto a spirale che provoca la separazione dei solidi pesanti e una più netta separazione dei materiali organici. Le unità centrifughe sono, in pratica, dei cicloni e l’acqua viene immessa tangenzialmente in un contenitore cilindrico-conico in cui, per effetto della forza centrifuga, i materiali pesanti sono sospinti verso la parete esterna e cadono verso il basso, mentre l’acqua fuoriesce da un collettore disposto al centro. Le sabbie depositatesi vengono quindi rimosse dall’impianto e stoccate in discarica. Da ogni 4 milioni di litri di liquami vengono estratti, in media, da 0,1 a 0,25 m³ di sabbie.