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Antonio Lopez

Responsabile IRSA-Bari

Green B.A.T.

Barletta - 17/5/2014

Istituto di Ricerca Sulle Acque

Le acque di scarico

da “Rifiuto”

a “Risorsa”

PREMESSA

Per controllare l’inquinamento idrico, le principali opzioni

implementabili sono:

Contenere l’impiego di prodotti chimici e/o sostituirli con sostanze

meno inquinanti

Modificare i processi produttivi implementando procedure di

risparmio idrico e riciclo di acqua e materie prime

Rinunciare all’acqua come veicolo di smaltimento di rifiuti vari

Depurare le acque reflue, ossia rimuovere gli inquinanti dai reflui

Ad oggi, comunque, la rimozione degli inquinanti dai reflui civili e/o

industriali mediante trattamenti di depurazione “end of pipe” si

conferma come l’opzione tecnologica prevalente.

Principali inquinanti presenti in reflui urbani→ (effetti):

INQUINANTI DI ORIGINE NATURALE:

Sostanze biodegradabili (C) →(riduzione O2 nei corpi idrici recettori)

Nutrienti (N,P,K) → (eutrofizzazione)

Microrganismi patogeni → (malattie infettive)

INQUINANTI SINTETICI: Tensioattivi, Metaboliti di Farmaci e

Droghe (Sregolatori Endocrini ) → (tossicità)

5-2-2014. Presentato il rapporto Aqua Drugs al Policlinico. L'uso di droghe

dei Pugliesi tra i 15 e 19 anni è maggiore della media nazionale. I consumi di

cocaina, rilevati mediante lo studio Aqua Drugs nella città di Bari nel 2012

raddoppiano rispetto al 2011.

Reattore

Biologico

aria

SP SS

Problemi:

- elevati consumi energetici

- notevole produzione di fanghi

- dimensioni elevate

- produzione ed emissione di odori sgradevoli

- difficoltà ad aumentare la potenzialità a

parità di superficie

- efficienza limitata nel rimuovere “nuovi”

inquinanti recalcitranti

- emissioni di gas serra

Schema di un impianto convenzionale per il trattamento di

reflui civili

L’urlo di Eduard Munch (1983)

DA: RIMOZIONE DI INQUINANTI

A: RECUPERO DI SOSTANZE

ed ENERGIA

Depurazione dei reflui: il NUOVO PARADIGMA

IL recente forte aumento dei prezzi delle materie prime insieme alla crescente

preoccupazione per il depauperamento e/o esaurimento delle risorse naturali, ha

cambiato la ns percezione di rifiuto. La domanda "i rifiuti sono effettivamente

rifiuti?" deve porsi in ogni contesto produttivo. Nel caso di impianti di trattamento

di acque reflue, ciò ha causato una progressiva modifica dell’obiettivo della

depurazione stessa che da " rimozione inquinanti " è passato a "recupero di

risorse". In altre parole, i reflui non vengono più considerati come rifiuti ma

come fonte di sostanze e materie prime utili, energia ed acqua stessa.

La Primavera di Botticelli (1482)

Produzione di Energia (Metano = CH4) PROCESSI AEROBICI vs PROCESSI ANAEROBICI

Per Ton COD rimosso AEROBICO ANAEROBICO

Produzione di

fango

400÷600 kg 20 ÷ 150 kg

Consumo di

energia

+ ≈ 1100 kwh - ≈ 3300 kwh (perché si produce CH4)

Consumo di

nutrienti Azoto

Fosforo

20 ÷ 25 kg

1,5 ÷ 2

1 ÷ ÷ 5 kg

0,5 ÷ 1

(COD) + O2 → CO2 (50% COD) + Fango (50% del COD) + H2O

(COD) → CH4 (60% COD) + CO2 (30% COD) + Fango (10% COD) + H2

Rifiuto organico

Rifiuto organico

Incremento mondiale dell’installazione di reattori

anaerobici nel periodo 1972-2006

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

A Lille (Francia)

Tutti i Bus pubblici sono alimentati a Metano

ottenuto tramite degradazione anaerobica di reflui e rifiuti

Digestione Anaerobica

Digestato

Biogas (CH4, CO2, ecc.)

Biomasse

Wastewater

FORSU

Residual crops

Manure

Valorizzazione di Biomasse

Biomasse

Wastewater

FORSU

Residual crops

Manure

Digestione Anaerobica

Digestato

Biogas (CH4, CO2, ecc.)

NH3, H2, CO2

Alcoli

VFA

Chetoni

Idrolisi

&

Acidogenesi

Metanogenesi

Valorizzazione di Biomasse

NH3, H2, CO2

Alcoli

VFA

Chetoni

Bio-Solventi

Biofuel gassosi Idrogeno, Biohythane

Biofuel liquidi Alcoli

Bioplastiche PHA

Bio-Fine-Chemicals

Bio-Farmaceuticals

Idrossitirosolo Antiossidante

Olio Acque di

Vegetazione

PHA Bio-Plastiche

Acque di

scarto

Valorizzazione Acque di Vegetazione

Produzione 2013

181 mila ton

2 Milioni di ton/a

Carburanti

Fanghi

Cellulosa

Emicellulosa

Lignina

Olio

Fibre

Conversione

Chimica

Biologica

Valorizzazione di fanghi provenienti

da impianti depurazione reflui urbani

La produzione di plastiche è oggi prevalentemente effettuata da

prodotti petroliferi. Il recupero ed il riciclaggio della plastica

interessa però al momento solo una frazione minore (≈20%) di

quella prodotta; per tale motivo da tempo si sta proponendo

l’impiego di plastiche biodegradabili, dalle proprietà simili a

quelle prodotte da substrati organici non derivati dal petrolio.

Queste plastiche si producono in sofisticati fermentatori sterili

utilizzando colture pure di batteri a partire da substrati

carboniosi pregiati (fatty acids). IL batterio (di origine naturale

o ingegnerizzato biochimicamente) in particolari condizioni

(Feast and Famine Process) accumula all’interno della cellula

elevate quantità di Poliidrossialcanoati (PHA) che vengono

poi estratte e recuperate.

Attualmente il costo delle bioplastiche è circa quattro volte

superiore a quelle derivate dal petrolio!

Tale costo può decisamente abbattersi, effettuando la

produzione di plastiche con biomasse miste (non pure),

quali i fanghi attivi, ed utilizzando come substrati prodotti di

risulta, quali scarichi concentrati e/o correnti carboniose ad

elevata concentrazione prodotte per fermentazione di fanghi

biologici primari o secondari. I costi si presentano

decisamente più contenuti sia per la disponibilità delle materie di

base sia per la possibilità di non dover operare in condizioni

di stretta sterilità.

5 µm

I

III

II

Produzione di plastiche biodegradabili dai fanghi di depurazione

Inclusioni di PHA all’interno

di batteri evidenziate con

colorazione e microscopia

in epifluorescenza)

Produzione di biodiesel da diversi tipi di fanghi

I valori riportati rappresentano le percentuali di biodiesel ottenute dai

diversi fanghi adoperati (percentuali riferite ai solidi totali)

Riduzione dei depositi naturali di FOSFORO nei prossimi anni

assumendo un incremento della popolazione mondiale del 2, 2,5 o 3%

NH4+

NH4+ Cl-

Cl-

Cl-

Na+

Na+

Na+ Cl-

Na+

PO4-3

Na+

NH4+ PO4

-3

Cl-

Na+ PO4-3

Na+

PO4-3

PO4-3

Mg+2

MgNH4PO4

Rimozione e

Recupero di

Azoto (N) e

Fosforo (P)

Processo

RIM-NUT

← MAGAMP

Sacchi di fertilizzante (MAGAMP) prodotti con il processo RIM-NUT

dal CNR-IRSA presso il depuratore Municipale di Bari-Ovest (1982!)

Confezioni di MAGAMP in commercio

Produzione di Elettricità

MICROBIAL FUEL CELLS (MFC)

MFC

Impianto attualmente in funzione presso la birreria Foster

a Yatala Queensland, S. Australia.

(12 Moduli - L’altezza di ogni modulo è 3 m)

RECUPERO DI CALORE

da reflui fognari per riscaldamento domestico

Oslo – Norvegia

Geotermia

49

7

49

6

28

7

14

4

11

2

67

57

39

35

30

31

25

5 13

16

12

8 5 7 8 7 5 5 3 4 4 2 2 1 0

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Spain

Italy

Bulg

ari

aTurk

ey

Germ

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Fra

nce

Port

ugal

Gre

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Pola

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Belg

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Rom

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UK

Cypru

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Malta

Neth

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Hungary

Denm

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Lithuania

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Irela

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Re

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ste

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ter

[Mm

³/a

]

Status year 2000

Scenario II - water availability invariant

12

61

RIUSO DEI REFLUI DEPURATI

Previsioni di incremento delle pratiche di Riuso dei Reflui

trattati al 2025 (www.aquarec.org)

2025

25

Riuso in torri di raffreddamento

(Tampa-Florida-USA)

Riuso per lavaggio veicoli

(Tokyo-Japan) Riuso nei WC di grattacieli

(Tokyo-Japan)

Riusi Ricreazionali: corso d’acqua artificiale

(Tokyo-Japan) VARI RIUSI

Vista del fiume prima (Sx) e dopo (Dx)

Riuso per Recupero Ambientale

Recupero Ambientale del fiume Meguro (Japan)

PIANO DI TUTELA DELLE ACQUE

- STIMA DELLE PRESSIONI QUANTITATIVE SULLE RISORSE IDRICHE -

53%

10% 37%

RIPARTIZIONE DEI CONSUMI IDRICI DEI COMPARTI PER FONTI DI APPROVVIGIONAMENTO

POTABILE INDUSTRIALE IRRIGUO

POTABILE

546 Mmc

INDUSTRIALE

142 Mmc

IRRIGUO

812 Mmc

PUGLIA: localizzazione impianti di depurazione reflui

filtration

disinfection

sedimentation

Rapid mix

Secondary effluent

flocculation

reuse

storage

Membrane

ultrafiltration

Schema di trattamento convenzionale per il

raggiungimento dei limiti di qualità fissati per il riuso in

agricoltura dei reflui municipali

Campo di finocchi irrigati con acque provenienti dal depuratore

di CERIGNOLA (FG) filtrate su membrane

Singapore

Acqua potabile prodotta

da reflui urbani mediante

Osmosi Inversa

(dal 2001)

SE ANCORA AVESSIMO DEI DUBBI

RIUSO DIRETTO A FINI POTABILI

Los Angeles

WWTP

GRAZIE

PER

L’ATTENZIONE