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A. Lopez - Nuovi sistemi di depurazione

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17/05/214 - GREEN BAT 2014 - Convegno TUTELARE LA RISORSA IDRICA: “SISTEMI DI GESTIONE E SALVAGUARDIA” - Intervento del Dott. Antonio LOPEZ, Dirigente di Ricerca del C.N.R. Puglia

Published in: Government & Nonprofit
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A. Lopez - Nuovi sistemi di depurazione

  1. 1. MM II LL AA NN OO • BB AA RR II R O M A 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”
  2. 2. 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.
  3. 3. 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)
  4. 4. INQUINANTI SINTETICI: Tensioattivi, Metaboliti di Farmaci e Droghe (Sregolatori Endocrini ) → (tossicità)
  5. 5. 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.
  6. 6. 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)
  7. 7. 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)
  8. 8. 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
  9. 9. Incremento mondiale dell’installazione di reattori anaerobici nel periodo 1972-2006 AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
  10. 10. A Lille (Francia) Tutti i Bus pubblici sono alimentati a Metano ottenuto tramite degradazione anaerobica di reflui e rifiuti
  11. 11. Digestione Anaerobica Digestato Biogas (CH4, CO2, ecc.) Biomasse Wastewater FORSU Residual crops Manure Valorizzazione di Biomasse
  12. 12. 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
  13. 13. NH3, H2, CO2 Alcoli VFA Chetoni Bio-Solventi Biofuel gassosi Idrogeno, Biohythane Biofuel liquidi Alcoli Bioplastiche PHA Bio-Fine-Chemicals Bio-Farmaceuticals
  14. 14. 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
  15. 15. Carburanti Fanghi Cellulosa Emicellulosa Lignina Olio Fibre Conversione Chimica Biologica Valorizzazione di fanghi provenienti da impianti depurazione reflui urbani
  16. 16. 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)
  17. 17. 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)
  18. 18. Riduzione dei depositi naturali di FOSFORO nei prossimi anni assumendo un incremento della popolazione mondiale del 2, 2,5 o 3%
  19. 19. 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
  20. 20. 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
  21. 21. Produzione di Elettricità MICROBIAL FUEL CELLS (MFC)
  22. 22. MFC Impianto attualmente in funzione presso la birreria Foster a Yatala Queensland, S. Australia. (12 Moduli - L’altezza di ogni modulo è 3 m)
  23. 23. RECUPERO DI CALORE da reflui fognari per riscaldamento domestico Oslo – Norvegia Geotermia
  24. 24. 497 496 287 144 112 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 ItalyBulgaria TurkeyGermany FrancePortugal Greece PolandBelgiumRomania UK Cyprus Crete MaltaNetherlandsHungaryDenmarkLithuania CzechRepublic AustriaSwedenSwitzerland Norway Estonia FinlandSlovenia SlovakRepublic Ireland LatviaLuxembourg Reusedwastewater[Mm³/a] Status year 2000 Scenario II - water availability invariant 1261 RIUSO DEI REFLUI DEPURATI Previsioni di incremento delle pratiche di Riuso dei Reflui trattati al 2025 (www.aquarec.org) 2025
  25. 25. 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
  26. 26. Vista del fiume prima (Sx) e dopo (Dx) Riuso per Recupero Ambientale Recupero Ambientale del fiume Meguro (Japan)
  27. 27. 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
  28. 28. PUGLIA: localizzazione impianti di depurazione reflui
  29. 29. 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
  30. 30. Campo di finocchi irrigati con acque provenienti dal depuratore di CERIGNOLA (FG) filtrate su membrane
  31. 31. 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
  32. 32. GRAZIE PER L’ATTENZIONE

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