ITMI20080742A1 - Processo e impianto per depurare acque inquinate. - Google Patents
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Description
La presente invenzione riguarda un processo e un impianto per depurare acque inquinate, in particolare per effettuare una depurazione biologica in cui siano abbattuti l’azoto e il cattivo odore nelle acque ad alto carico inquinante e più in particolare nei liquami zootecnici, digestati da biogas e reflui ad alto carico di inquinanti refrattari alla depurazione biologica destinati a spandimento agronomico o per raggiungere una depurazione completa di detti liquami o reflui.
In tutto il testo seguente per liquame si intendono tutte le acque inquinate di origine zootecnica fra cui ad esempio: liquame, pollina, digestati da biogas, ecc.; per reflui tutte le acque inquinate non di origina zootecnica contenenti un alto o altissimo carico di azoto e sostanze inquinanti anche molto refrattarie alla depurazione.
Stato della tecnica.
Lo stato della tecnica comprende processi e impianti di vario tipo, come si riassume qui di seguito.
a. Trattamenti anaerobici, in cui il liquame viene trattato in digestori a uno o più stadi nei quali la sostanza organica viene trasformata per via biologica in biogas. Tutto l’azoto organico è trasformato in azoto ammoniacale.
b. Concentrazione per filtrazione, in cui la frazione solubile del liquame o refluo viene completamente separata da quella solida, sospesa e colloidale utilizzando sistemi di filtrazione spinta, del tipo a membrana. Dall’impianto esce una frazione di liquame o refluo (ca. 80-90% in volume) separata dalla sua carica inquinante.
c. Concentrazione per evaporazione, in cui il liquame o refluo viene scaldato fino ad evaporazione dell’acqua. In questo modo la carica inquinante viene concentrata in un volume inferiore.
d. Strippaggio, in cui il liquame o refluo viene scaldato a ca. 40-50°C e innalzato il pH > 9 con soda o altra base. In un contenitore ermeticamente chiuso viene fatta gorgogliare aria dal fondo che estrae per strippaggio NH3 formato a predeterminate condizioni di temperatura e acidità. Il gas estratto viene neutralizzato con acidi recuperando sali d’ammonio. Il liquame o refluo dopo trattamento viene raffreddato e neutralizzato con acido. La restante aria deve essere trattata prima dell’emissione in atmosfera.
e. Depurazione biologica tradizionale, in cui il liquame o refluo viene trattato attivando una biomassa batterica tramite la successione di processi anaerobici (in alcuni casi), aerobici (nitro) e anossici (denitro). La biomassa così attivata, nella fase aerobica, ossida la sostanza organica e l’azoto ammoniacale presente nel liquame o refluo trasformandoli in CO2, NO3 e nuova sostanza organica. Nella successiva fase anossica l’NO3 viene ridotto ad N2, che viene emesso in atmosfera, consumando nuova sostanza organica. Il liquame o refluo viene ossigenato tramite sistemi a:membrana, a flow-jet, a turbine di superficie che “buttano” il liquame o refluo in aria ossigenandolo.
f. Il Brevetto Europeo N° 0 907 615 di Odobez rivela un contenitore in cui il liquame o refluo viene abbattuto per via biologica in un’unica vasca SBR (Sequency Batch Reactor) con alternanza di fasi di nitrificazione (nitro) nelle quali il liquame o refluo viene ossigenato ad alta pressione con adatti ossigenatori in cui mezzi capaci di provocare un effetto definito come “effetto Venturi” richiamano aria atmosferica e fasi di denitrificazione (denitro) nelle quali il liquame o refluo viene miscelato dal sistema stesso in bassa pressione, gli ossigenatori essendo installati in adiacenza del fondo della vasca. Alla fine, il liquame o refluo viene scaricato in modo discontinuo.
g. Il domandante ed altri enti attivi nel presente campo tecnico stanno svolgendo ricerche e sperimentazioni per realizzare processi microbiologici e impianti nei quali i consumi energetici risultino ridotti rispetto allo stato della tecnica.
Svantaggi dello stato della tecnica.
Le soluzioni sopra elencate (tranne la “e-f”) non effettuano un vero abbattimento dell’azoto, ma uno spostamento o una trasformazione dello stesso.
Gli impianti di digestione anaerobica producono biogas degradando la sola frazione organica non effettuando nessuna rimozione dei nutrienti (N e P). L’azoto viene quasi completamente trasformato in azoto ammoniacale con maggiori rischi di emissioni di NH3 in atmosfera.
Con i sistemi di filtrazione, più o meno selettivi o spinti, si ha una semplice separazione della sostanza organica e dei nutrienti.
Con i sistemi di evaporazione sostanzialmente si riduce soltanto il volume dei liquami inquinati con gran dispendio di energia.
Con lo strippaggio è necessario utilizzare prodotti chimici pericolosi e inoltre vi è un elevato consumo di energia necessario al riscaldamento del liquame o refluo.
Gli impianti di depurazione biologica sono processi molto sensibili alla variazione delle sostanze tossiche, tra cui NH3. Quindi, questo tipo di impianti deve avere un sistema di ossigenazione adeguato a supportare il processo biologico di abbattimento degli alti carichi inquinanti in ingresso.
La “tecnologia Odobez”, pur avendo efficienze di abbattimento elevate, comporta consumi energetici elevati in quanto è una tecnologia industriale adattata al campo zootecnico. La sequenza SBR non è ottimale, perché l’alimentazione e lo scarico, essendo discontinui, provocano variazioni anche forti dello stato chimico-fisico-biologico del processo all’interno della vasca di processo, compromettendone l’efficienza. Inoltre, dato che il contenitore lavora in bassa pressione nella fase anossica, risulta limitata la miscelazione del liquame o refluo nella vasca durante questa fase. Il controllo della biomassa batterica è attuato solamente dalla flottazione causata dall’ossigenazione di fondo, per cui non è possibile gestire con precisione la concentrazione di biomassa nella vasca e quindi gestire completamente il trattamento e il tempo di ritenzione idraulica (HRT). Inoltre ancora, risulta difficile il controllo delle schiume biologiche che si creano per la forte aerazione durante la fase di alta pressione.
Descrizione dell’invenzione.
Si premette che, nel contesto della presente descrizione e nelle rivendicazioni, con - alta pressione – riferita all’insufflazione dell’aria mista a liquame o refluo effettuata nella prima fase del processo si intende una pressione ottimale di lavoro maggiore di 2 bar ed in particolare attorno ai 4 bar nei processi in cui è trattato liquame di origine zootecnica e pressioni di almeno 7 bar nei processi in cui è trattato refluo ad alto carico di sostanze refrattarie alla depurazione biologica.
Si premette anche che, nel contesto di questa descrizione e nelle rivendicazioni, con “ossigenatori convenzionali” o semplicemente “ossigenatori” si intendono ossigenatori conformi al brevetto italiano n° 1 147 264, oppure noti ossigenatori equivalenti, cioè ossigenatori completi di mezzi atti a risucchiare aria atmosferica che si mescola al fluido iniettato a monte a causa di quello che in questo contesto è definito solo convenzionalmente come “effetto Venturi” e a insufflare tale aria insieme col liquame o refluo in pressione fornito da una pompa.
Il processo può avvenire in un’unica vasca di processo alimentata e scaricata in continuo dove si ha l’alternanza di due fasi, una prima fase di nitrificazione e una seconda fase di denitrificazione. Essendo un processo in continuo, liquame o refluo presenti nella vasca di processo devono essere già stati trattati e pronti per lo scarico; liquame o refluo che viene alimentato in provenienza dall’esterno è quella parte necessaria a realizzare il metabolismo batterico e viene quindi immediatamente consumata. Nella prima fase di nitrificazione, in cui la pressione in una rete di tubazioni superiore, detta anche rete di ossigenazione, è mantenuta al di sopra di 2 bar, è insufflata nella vasca una miscela di aria e liquame o refluo con ossigenatori convenzionali che, come noto, sono provvisti di mezzi che aspirano l’aria per “effetto Venturi”, la biomassa batterica presente ossida la sostanza organica e l’azoto ammoniacale; la prima viene trasformata in anidride carbonica e il secondo in azoto nitrico e nitroso, mentre sia una parte di sostanza organica che di azoto viene utilizzata per formare nuova biomassa batterica. I periodi dell’alternanza e la durata delle fasi sono scelte in funzione del carico di azoto in ingresso. In modo nuovo, nella prima fase del processo, l’insufflazione del liquame o del refluo misti ad aria é fatta con una pressione di almeno 2 bar nella rete di tubazioni superiore e ad una distanza D dal fondo della vasca che varia da circa la metà dell’altezza della vasca fino a circa il pelo del liquido nella vasca e nella seconda fase del processo il liquame o il refluo trattati nella prima fase vengono miscelati tramite un miscelatore senza insufflazione di aria e mantengono in sospensione le biomassa e rompono le schiume eventualmente formatisi nella prima fase.
In particolare, la suddetta distanza D dal fondo della vasca è definita dalla seguente funzione :
dove x è l’altezza utile della vasca, cioè l’ altezza massima del liquido nella vasca. k = è una costante empirica dipendente dal tipo di liquame o refluo e di trattamento o depurazione impiegati.
Poiché nell’impianto inventato e nella prima fase di alta pressione la concentrazione di ossigeno discolto (OD) dentro gli ossigenatori è elevata per creare una condizione di potenziale redox (RedOX) positiva, quando il processo tratta liquami, è possibile mantenere nel volume del liquido in vasca condizioni di ossigeno disciolto (OD) e potenziale redox (RedOX) in cui OD < 0,1 mg/l e RedOX = - 200m ÷ 0 mV mentre OD = 0 mg/l e RedOX= - 400 ÷ - 300mV nella seconda fase il che causa l’abbattimento di circa l’ 85% dell’azoto e circa l’ 80% della sostanza organica. Il liquame in uscita da questo processo può subire ulteriori trattamenti fino alla depurazione completa o può essere inviato direttamente allo spandimento o fertiirrigazione sui campi.
In tutti gli altri casi di trattamento o depurazione completa di reflui ad alto carico le condizioni di OD, RedOX e di controllo della biomassa sono variabili caso per caso.
In tutti i casi di trattamento e di depurazione di liquami o di reflui il processo sviluppa elevate temperature, maggiori di 25°C, sia in estate che in inverno, che si mantengono grazie alla forza ossidativa e all’efficienza del processo.
L’impianto in cui si attua il processo comprende la vasca di processo che riceve dall’esterno il refluo o liquame inquinato, almeno una pompa che aspira refluo o liquame dal fondo della vasca e lo invia in una rete di tubazioni fino a una pluralità di ossigenatori che sono alimentati dal refluo o liquame filtrato e da aria atmosferica, un filtro essendo posto fra la pompa e un tubo che aspira il refluo o liquame dal fondo della vasca ed è caratterizzato da ciò che la pompa produce nella rete di tubazioni una pressione di almeno 2 bar e le bocche di efflusso degli ossigenatori sono posizionate ad una distanza D dal fondo della vasca che varia da circa la metà dell’altezza utile della vasca fino al pelo del liquame nella vasca.
Anche con riferimento all’impianto si precisa che la suddetta distanza D è definita da D = logax, come spiegato con riferimento al processo.
Preferibilmente, gli ossigenatori sono montati nella vasca di processo con l’asse di efflusso in una posizione rispetto all’orizzontale che va da 8° a 90°, tanto maggiore quanto più grande è la profondità della vasca.
Alternativamente, la vasca di processo è associata a un contenitore chiuso di aerazione in cui è effettuata l’aerazione del liquame o refluo durante la prima fase di processo. Questa alternativa è caratterizzata dal fatto che il processo di nitro-denitro avviene sempre nella stessa vasca di processo e che nella prima fase di nitrificazione il contenitore chiuso di aerazione funziona ricircolando e aerando liquame o refluo della vasca di processo e che nella fase di denitrificazione detto contenitore interrompe il suo funzionamento. Il carico dell’acqua inquinata da trattare e lo scarico di quella trattata avvengono sempre dalla vasca di processo.
In questa alternativa, la vasca ha dimensioni ridotte, calcolate in funzione delle necessità di processo e il contenitore chiuso di aerazione è dimensionato in modo tale da concedere un sufficiente tempo di contatto fra aria e liquame o refluo. Fra la vasca e il contenitore vi é un ricircolo continuo di liquame o refluo a partire dal fondo della vasca di processo. Il ricircolo potrà essere effettuato dalla pompa già citata o da una pompa opportunamente dedicata. Il flusso di liquame o refluo aerato é poi distribuito tramite un miscelatore generalmente meccanico a tutto il volume della vasca di processo. La pluralità di ossigenatori è ubicata nel contenitore chiuso di aerazione, che può essere esterno o interno alla vasca di processo. Gli ossigenatori sono montati nel contenitore chiuso di aerazione, distribuiti uniformemente sulle opposte pareti verticali.
Il contenitore chiuso di aerazione è realizzato secondo due possibili soluzioni. In una prima soluzione, la pompa di ossigenazione preleva il liquame o refluo dalla vasca di processo, attraverso un filtro meccanico, e lo immette ad alta pressione nella rete di ossigenazione e da questa nel contenitore di aerazione a mezzo di un opportuno numero di ossigenatori. Il liquame o refluo così aerato viene reimmesso sul fondo della vasca di processo, per caduta o con una pompa, nella quale vasca la miscelazione avviene tramite un miscelatore meccanico.
In una seconda soluzione, la pompa di ossigenazione preleva il liquame o refluo dal contenitore di aerazione, attraverso un filtro meccanico, e lo reimmette ad alta pressione nella rete di ossigenazipne nello stesso contenitore di aerazione a mezzo di un opportuno numero di ossigenatori. Un’altra pompa alimenta in continuo il contenitore di aerazione con nuovo liquame o refluo da aerare proveniente dalla vasca di processo. Il refluo così aerato viene reimmesso sul fondo della vasca di processo, per caduta o con una pompa, nella quale vasca la miscelazione avviene tramite un miscelatore generalmente meccanico.
Inoltre, in tutte le soluzioni descritte qui sopra e secondo le necessità operative, lo ”effetto Venturi” negli ossigenatori può essere incrementato grazie ad un sistema di aerazione forzata che mette in pressione le tubazioni di aspirazione dell’aria negli ossigenatori aumentando la portata d’aria aspirata per ”effetto Venturi”.
In modo nuovo l’impianto associato al sistema di ventilazione forzato fa sì che l’alta pressione entro la rete di tubazioni (> 2 bar) crei all’interno di ciascun ossigenatore una superficie specifica di scambio aria-liquido così elevata da permettere il trasferimento nel liquido della maggior portata d’aria messa a disposizione dal sistema di ventilazione forzato.
Si comprende dunque che il processo può svilupparsi in un’unica vasca completamente miscelata CSTR (Completely Stirred Tank Reactors) con carico e scarico dalla vasca in continuo oppure in una vasca e in un contenitore di aerazione chiuso, associato alla vasca stessa.
L’impianto con unica vasca di processo o quello con vasca di processo associata al contenitore chiuso di aerazione sono dimensionati per trattare la quantità di liquame o refluo che viene giornalmente alimentata; ovvero, la biomassa batterica presente nella vasca consuma completamente la carica inquinante.
Nell’impianto con unica vasca di processo è presente liquame o refluo già trattato, più la biomassa batterica necessaria alla demolizione metabolica. La suddetta biomassa batterica si sviluppa grazie all’alternanza di alta pressione e assenza di pressione e può, a seconda dei casi, essere scaricata direttamente insieme al refluo trattato (impianto senza controllo della quantità di biomassa) o trattenuta nella vasca di processo con sistemi di sedimentazione o filtrazione (impianto con controllo della quantità di biomassa). In quest’ultimo caso è necessario estrarre saltuariamente la frazione di biomassa che si accumula in eccesso (cioè quella parte di biomassa che eccede il valore prestabilito per la demolizione metabolica del carico giornaliero dello specifico impianto).
Inoltre, l’impianto può comprendere mezzi per controllare la quantità della biomassa a mezzo di un sedimentatore interno o di membrane di filtrazione.
La rete superiore di tubazioni lungo la quale sono collegati gli ossigenatori è posta preferibilmente nella regione superiore della vasca per ottimizzare l’efficienza dello “effetto Venturi”, mentre una rete inferiore di tubazioni posta sul fondo della vasca aspira in più punti, tramite la pompa alla quale è collegata la rete superiore, il liquame o il refluo così da favorire il flusso discendente di liquame o refluo misto ad aria.
Alternativamente, il prelievo di liquame o refluo dal fondo della vasca è fatto a mezzo di uno o più condotti indipendenti che raggiungono con le rispettive aperture di aspirazione punti diversi in adiacenza del fondo della vasca.
L’ampiezza delle rete superiore di tubazioni, o rete di ossigenazione, e il quantitativo di ossigenatori montati lungo la rete sstessa nella sola vasca o nel contenitore di aerazione dipendono dal volume e dalle caratteristiche chimico-fisiche del refluo da trattare quotidianamente.
Vantaggi dell’invenzione
I vantaggi principali dell’invenzione sono indicati qui di seguito.
- Si ottiene un minore consumo energetico grazie al minor battente idraulico rispetto a un impianto con “tecnologia Odobez” a parità di aria fornita all’acqua.
- Con l’impianto associato al sistema di ventilazione forzato avviene che l’alta pressione nella rete di tubazioni superiore (> 2 bar) crea all’interno dell’ossigenatore una superficie specifica di scambio aria-acqua così elevata da permettere il trasferimento in acqua della maggior portata d’aria messa a disposizione dal sistema di ventilazione forzato.
- L’alta pressione nella rete di tubazioni superiore causa negli ossigenatori la polverizzazione del refluo o liquame trattato e la miscelazione con l’aria, così da sostenere un processo biologico molto efficiente e di facile gestione.
- Il livello in cui si trovano le bocche di efflusso degli ossigenatori, livello sempre alto rispetto all’altezza della vasca ed opzionalmente prossimo al pelo del liquido nella vasca, in associazione con l’alta pressione nella rete superiore, assicurano una fortissima efficienza della fase di nitrificazione.
- L’invenzione consente di effettuare più di un tipo di trattamento dei reflui inquinati.
- Trattamento liquame per lo spandimento (o pretrattamento nel caso di reflui): il liquame viene trattato fino a raggiungere gli abbattimenti dell’azoto del 75-80% per poterli spandere su terreni ad uso agronomico nel rispetto della normativa (Direttiva 91/676/CEE -Direttiva Nitrati). L’ossigeno dosato in questi impianti è esattamente quello consumato per abbattere l’azoto e una parte di sostanza organica. In questo modo non viene consumata completamente la carica organica così lo scarico dell’impianto che si ottiene possiede ancora una certa carica concimante.
- L’impianto è molto flessibile e il processo molto stabile ed efficiente, in questo modo si adatta ad un numero elevato di reflui/liquami ad alto carico inquinante.
- Il processo si autoregola a temperatura di 30-38°C e pH di 7-7.8 sempre autonomamente e grazie al sistema di ossigenazione. I valori di processo indicati qui sopra sono ottimali per i sistemi di depurazione biologici in mesofilia.
- Il potenziale redox e la concentrazione di ossigeno dipendono dal tipo di trattamento, più o meno spinto, che si intende effettuare, secondo le necessità dell’utente.
- Infine, i mezzi di ventilazione forzata associati all’impianto permettono di ridurre i costi del processo in tutte le tipologie di impianto e trattamento, a parità di liquame o refluo trattato. Infatti, a parità di numero di ossigenatori di altri impianti, è possibile insufflare una quantità d’aria che può essere in alcuni casi anche doppia di quella fornita dagli ossigenatori convenzionali.
I principali vantaggi nell’utilizzare il contenitore di aerazione chiuso separato dal volume della vasca sono tre:
- Non sono necessarie lunghe reti di tubazioni in acciaio inossidabile all’interno della vasca di processo. Ciò si traduce in un minor costo dell’impianto.
- Essendo detto contenitore separato dalla vasca di processo, tutte le operazioni di manutenzione risultano molto più semplici e rapide. Inoltre, non è più necessario svuotare la vasca di processo per effettuare la manutenzione della rete superiore e degli ossigenatori immersi nella vasca.
- Il sistema risulta molto più flessibile nella gestione dell’ossigenazione, perché si rompe il vincolo fra l’efficienza di ossigenazione (che dipende dalla livello liquido al di sopra della rete di ossigenazione) e il tempo di ritenzione (che dipende dal volume, e quindi dal livello, liquido contenuto nella vasca). Ovvero per mantenere basso il livello liquido in vasca (e quindi alta efficienza dell’effetto Venturi) è necessario, a parità di HRT, costruire vasche con superfici molto ampie. Invece, utilizzando il contenitore di aerazione esterno l’efficienza dello “effetto Venturi” dipenderà solo dalla pressione che si deciderà di mantenere all’interno del contenitore. Diviene quindi possibile costruire vasche con una superficie minore di quelle convenzionali.
Descrizione di realizzazioni preferite
L’invenzione sarà spiegata più in dettaglio mediante esempi di realizzazione, con l’aiuto di schemi e disegni schematici in cui la
- Fig. 1a è uno schema che illustra le fasi e le parti di un impianto di depurazione che può considerarsi anteriore a quello rivelato nel BE 0907 615 di “Odobez”, la
- Fig. 1b è uno schema che illustra le fasi e le parti del contenitore rivelato dal suddetto brevetto europeo di “Odobez” che può considerarsi il più vicino all’invenzione, la - Fig. 1c è uno schema che illustra le fasi e le parti dell’invenzione, la
- Fig.2 è una prima vista laterale, la
- Fig. 3 è una prima vista in pianta, la
- Fig. 4 è una seconda vista laterale, la
- Fig. 5 è una seconda vista in pianta, la
- Fig. 6 è una terza vista laterale, la
- Fig. 7 è una terza vista in pianta e la
- Fig. 8 è una quarta vista laterale.
Con riferimento agli schemi delle alle Figg. 1a, 1b e 1c si premette che si indicano con
- N la fase di neutralizzazione,
- V1 la prima fase di trattamento (DENITRO),
- V2 la seconda fase di trattamento (NITRO),
- SF la separazione dei fanghi,
- RF il ricircolo dei fanghi,
- FS lo scarico dei fanghi.
Le figure mostrano come per l’attuazione delle fasi N, V1, V2, SF occorrano generalmente quattro vasche negli impianti anteriori a Odobez, due vasche nell’impianto Odobez e come nell’impianto inventato basti una sola vasca per le fasi N, V1, V2, RF e SF, mentre lo scarico dei fanghi avviene direttamente dall’unica vasca. L’eventuale contenitore di aerazione è considerato come parte della vasca di processo.
- Le Figg. 2 e 3 mostrano un impianto senza il controllo della biomassa. Il liquame o refluo proveniente dall’esterno è versato nella vasca 1 in IN. La figura mostra come (nella prima fase del processo) una pompa 2 aspira liquame o refluo dal fondo della vasca attraverso i condotti 3, 6 e il filtro meccanico autopulente 4 che ha lo scopo di preservare dallo sporco la pompa 2 e gli ossigenatori 5 trattenendo il materiale grossolano eventualmente presente nel refluo o liquame, scaricato attraverso la tubazione 4a. Il liquame o il refluo trattato viene giornalmente aspirato dalla pompa 12 attraverso il condotto 15 e scaricato attraverso il condotto 16 (OUT). La stessa pompa 2 preme il liquame o refluo nella rete superiore di tubazioni 7 comprendente una pluralità di condotti trasversali 8 derivati dalla tubazione 7. La pressione della poma 2 è controllata entro un intervallo prestabilito attraverso un pannello di controllo che riceve i segnali dei parametri del processo in corso a mezzo di sonde. Il condotto centrale 7 penetra nella parte superiore della vasca e la percorre lungo l’asse longitudinale mediano. Con L si indica la superficie del liquido in vasca. Dal condotto 7 si dirama la pluralità di condotti trasversali 8 che inviano il liquame o refluo ad una pluralità di ossigenatori 5 ciascuno fornito di un tubo 9 che si prolunga ed è aperto nell’atmosfera. Gli ossigenatori 5 gettano entro la vasca 1 liquame o refluo mescolati all’aria aspirata per “effetto Venturi” attraverso i tubi 9. Gli ossigenatori 5 sono inclinati in modo che il loro getto raggiunga il fondo della vasca. Un miscelatore meccanico 10 è montato in adiacenza del fondo della vasca per entrare il funzione con la sua elica 11 (nella seconda fase del processo). Una rete inferiore di tubazioni che aspira liquame o refluo dal fondo della vasca parte dal condotto di aspirazione 3 al suo ingresso nella vasca e comprende i rami 3a, 3b, 3c, ciascuno fornito di bocche di aspirazione 13 che formano una pluralità di bocche di aspirazione distribuite sul fondo della vasca. I condotti trasversali 8 e la pluralità di ossigenatori 5 sono suddivisi in due gruppi: rispetto all’asse longitudinale mediano X-X. Un gruppo di ossigenatori è rivolto verso una direzione longitudinale e l’altro gruppo è rivolto verso la direzione longitudinale opposta e ciò per aumentare l’effetto di miscelazione dei fluidi entro la vasca nella prima fase del processo. Nell’esempio illustrato la vasca ha pianta rettangolare con superficie di 340 m<2>e un’altezza utile di 3,5 m. La pompa 2 è capace di pompare nella rete superiore 7 di tubazioni 350 m<3>/h di liquame o di refluo, alla pressione media di 7 bar (con intervallo 6-9 bar) nel caso di refluo refrattario e alla pressione media di 4 bar (con intervallo 3,5-5,5 bar) nel caso di liquame zootecnico (ma con un numero di ossigenatori maggiore), così che l’insieme degli ossigenatori 5 eroghi un flusso di refluo o liquame ed aria in misura di 850m<3>/h; l’impianto così dimensionato è in grado di trattare un’acqua inquinata refrattaria con 1.500 kg COD/giorno e 150 kg TKN/giorno abbattendo dell’ 85% il carico di azoto (TKN) e dell’ 80% il carico organico (COD). (COD = chemical oxygen demand; TKN = azoto kjeldahl). Nelle suddette condizioni, il valore del coefficiente k (vedi formula fornita in precedenza), nel caso di liquame, è k = 60 e nel caso di refluo è k = 90. Quindi, applicando la formula per il calcolo della distanza D dal fondo della vasca nel caso di liquame, le bocche di efflusso dei 480 ossigenatori saranno posizionate a 1,25 m dal fondo della vasca e gli ossigenatori saranno orientati verso il fondo a 31° (considerando l’orizzonte = 0°), nel caso di refluo le bocche di efflusso dei 330 ossigenatori, saranno posizionate a 1,65 m dal fondo e gli ossigenatori saranno orientati verso il fondo a 42° (considerando l’orizzonte = 0°). Si comprende che la vasca di processo può avere la pianta di qualsiasi forma, a seconda delle caratteristiche del sito in cui essa è installata, ad esempio, oltre che pianta rettangolare, può avere pianta quadrata, circolare, poligonale.
- Le Figg. 4 e 5 mostrano un impianto come illustrato nelle Figg. 2 e 3, ma che è dotato di .un sedimentatore interno 17 in cui si raccoglie il fango prodotto durante lo svolgimento del processo per essere ricircolato direttamente nella vasca 1 o inviato al supero tramite la pompa 12a (FS). Attraverso lo scolmatore 18 e il tubo 19 viene scaricata l’acqua trattata (OUT).
- Le Figg. 6 e 7 mostrano un impianto come illustrato nelle Figg. 2 e 3, ma che è dotato di una serie 20 di membrane di micro o ultra filtrazione interna alla vasca di processo in cui il fango prodotto durante lo svolgimento del processo è filtrato per essere ricircolato direttamente nella vasca 1 o inviato al supero tramite la pompa 12b (FS). A mezzo della pompa 12c e del tubo 19a viene estratta l’acqua trattata (OUT).
La Fig. 8 mostra un impianto come illustrato nelle Figg. 6 e 7, ma che è fornito di un sistema comprendente un aspiratore d’aria atmosferica 22 (freccie f) e una rete di condotti d’aria, complessivamente indicata con 23, ramificata e collegata con ciascuno dei tubi 9 degli ossigenatori 5, perché questi ultimi ricevano un surplus di aria e realizzino una forte ossigenazione del liquame o refluo nella vasca di processo 1. Con OUT si indica l’estrazione dell’acqua trattata effettuata a mezzo di una pompa non indicata.
Le Figg. 9 e 10 mostrano un primo impianto con contenitore chiuso di aerazione 24 esterno alla vasca di processo 1. Una pompa di ossigenazione 25 preleva il liquame o refluo dalla vasca di processo, attraverso un filtro meccanico 44 e le tubazioni 26 e, ad alta pressione nella tubazioni 27, lo immette nello stesso contenitore di aerazione dotato di un adatto numero di ossigenatori 5a. Il liquame o refluo così aerato viene reimmesso sul fondo della vasca di processo per caduta lungo i tubi 28 (opzionalmente, a mezzo di una pompa non indicata) nella quale vasca di processo la miscelazione avviene tramite un miscelatore meccanico 10a. L’estrazione (OUT) dell’acqua trattata è ancora effettuata dai mezzi 12, 15, 16 già citati con riferimento alle Figg. 2 e 3.
Le Figg. 11 e 12 mostrano un secondo impianto con contenitore chiuso di aerazione 24a esterno alla vasca di processo 1. Una pompa di ossigenazione 25a preleva il liquame o refluo dal contenitore di aerazione, attraverso un filtro meccanico 44a e le tubazioni 26a, e, ad alta pressione nella tubazioni 27a, lo immette nello stesso contenitore di aerazione dotato di un adatto numero di ossigenatori 5b, ciascuno associato a un tubo di aspirazione 9a. La pompa 30 alimenta in continuo il contenitore di aerazione con nuovo liquame o refluo da areare attraverso la tubazione 32 proveniente dalla vasca di processo attraverso la tubazione 31, mentre il refluo o loquame così aerato è reimmesso sul fondo della vasca di processo per caduta, lungo il tubo 28a (opzionalmente, a mezzo di una pompa non indicata) nella quale vasca di processo la miscelazione avviene tramite un miscelatore meccanico 10b. L’estrazione (OUT) dell’acqua trattata è ancora effettuata dai mezzi 12, 15, 16 già citati con riferimento alle Figg. 2 e 3.
Claims (16)
- Rivendicazioni. 1. Processo per depurare acque inquinate in una vasca di processo alimentata e scaricata in continuo dove si alternano due fasi, una prima fase di nitrificazione e una seconda fase di denitrificazione, nella prima fase essendo insufflati liquame o refluo e aria con convenzionali ossigenatori montati lungo una rete di tubazioni e provvisti di mezzi capaci di aspirare aria atmosferica grazie a un effetto qui definito solo convenzionalmente come “effetto Venturi”, i periodi dell’alternanza e la durata delle fasi essendo scelti in funzione del carico di azoto in ingresso e il processo essendo caratterizzato da ciò che, nella prima fase, la pressione nella rete di tubazioni è mantenuta al di sopra di 2 bar e una miscela di aria e liquame o refluo è insufflata a mezzo degli ossigenatori nella vasca ad una distanza D dal fondo della vasca che varia da circa la metà dell’altezza utile della vasca fino a circa il pelo del liquido nella vasca e nella seconda fase il liquame o refluo trattato nella prima fase viene miscelato senza insufflazione di aria a mezzo di almeno un miscelatore in grado di rompere la schiuma biologica precedentemente formata.
- 2. Processo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato da ciò che detta distanza D dal fondo della vasca è data da D = logax, dove a = (x<4>+ x<3>)/k, x è l’altezza utile della<vasca e k è una costante empirica dipendente dal tipo di refluo o liquame e di trattamento o>depurazione impiegati).
- 3. Processo secondo le rivendicazioni 1-2 caratterizzato da ciò che l’aerazione necessaria alla prima fase del processo è prodotta in un contenitore chiuso indipendente dalla vasca di processo e che un ricircolo continuo di liquame o refluo aerato è realizzato fra la vasca di processo e il contenitore chiuso, ricircolo che distribuisce il flusso di liquame o refluo aerato in tutto il volume della vasca di processo.
- 4. Processo secondo le rivendicazioni 1–3 caratterizzato da ciò che, per il trattamento di liquami, è possibile mantenere nella prima fase ossigeno disciolto (OD) e potenziale redox (RedOX) in cui OD<0.1mg/l e RedOX = - 200 ÷ 0 mV grazie all’elevata concentrazione di ossigeno disciolto e redox positivo all’interno degli ossigenatori e nella nella seconda fase si verificano condizioni di OD = 0 mg/l e RedOX= -400 ÷ - 300mV, tali che causano l’abbattimento di circa l’ 85% dell’azoto e circa l’ 80% della sostanza organica.
- 5. Processo secondo le rivendicazioni 1 - 4 caratterizzato da ciò che la pressione media nella rete di tubazioni ha un valore attorno a 4 bar nei processi in cui è trattato liquame.
- 6 Processo secondo le rivendicazioni 1 - 4 caratterizzato da ciò che la pressione media nella rete di tubazioni ha un valore di almeno 7 bar nei processi in cui sono trattati reflui.
- 7 Impianto per depurare acque inquinate secondo il processo rivendicato nelle rivendicazioni 1-6 comprendente una vasca di processo che riceve dall’esterno il liquame o il refluo inquinato, almeno una pompa che aspira liquame o refluo dal fondo della vasca e lo invia in una rete di tubazioni portante una pluralità di ossigenatori immersi nel liquame o refluo, un filtro essendo posto fra la pompa e un tubo che aspira il liquame o refluo dal fondo della vasca ed è caratterizzato da ciò che la pompa produce nella rete di tubazioni una pressione di almeno 2 bar e le bocche di efflusso degli ossigenatori sono posizionate ad una distanza D dal fondo della vasca che varia da circa la metà dell’altezza utile della vasca fino al pelo del liquame o refluo nella vasca.
- 8. Impianto secondo la rivendicazione 8 caratterizzato da ciò che detta distanza D dal fondo della vasca è definita dalla funzione D = logax, dove a = (x<4>+ x<3>)/k, x è l’altezza utile della vasca e k è una costante empirica dipendente dal tipo di refluo o liquame e di trattamento o depurazione impiegati.
- 9. Impianto secondo le rivendicazioni 7-8 caratterizzato da ciò che la pompa produce nella rete di tubazioni una pressione media di valore attorno a 4 bar nei processi in cui è trattato liquame.
- 10. Impianto secondo le rivendicazioni 7-8 caratterizzato da ciò che la pompa produce nella rete di tubazioni una pressione media di almeno 7 bar nei processi in cui sono trattati reflui.
- 11 Impianto secondo le rivendicazioni 7-10 caratterizzato da ciò che gli ossigenatori sono montati con l’asse di efflusso in una posizione inclinata rispetto all’orizzontale che va da 8° a 90°.
- 12. Impianto secondo le rivendicazioni 7–11 caratterizzato da ciò che comprende: a) un contenitore di aerazione chiuso, associato e esterno o interno alla vasca di processo, in cui è ubicata la pluralità di ossigenatori ed è realizzata l’aerazione del liquame o refluo durante la prima fase del processo, b) la pompa che preleva il liquame o refluo dalla vasca di processo e lo immette ad alta pressione in una rete di ossigenazione e lo trasferisce a mezzo di ossigenatori nel contenitore chiuso di aerazione da cui il liquame o refluo così aerato è reimmesso sul fondo della vasca di processo dove un miscelatore effettua la miscelazione della seconda fase del processo.
- 13. Impianto secondo le rivendicazioni 7–11 caratterizzato da ciò che comprende: a) un contenitore di aerazione chiuso, associato e esterno o interno alla vasca di processo, in cui è ubicata la pluralità di ossigenatori ed è realizzata l’aerazione del liquame o refluo durante la prima fase del processo, b) la pompa che preleva il liquame o refluo dal contenitore di aerazione e lo reimmette ad alta pressione in una rete di ossigenazione e lo trasferisce a mezzo di ossigenatori nel contenitore stesso e una seconda pompa che preleva dal fondo della vasca di processo il liquame o refluo da aerare e lo invia al contenitore chiuso di areazione, il refluo o liquame così areato essendo reimmesso sul fondo della vasca di processo dove un miscelatore effettua la miscelazione della seconda fase del processo.
- 14. Impianto secondo le rivendicazioni 7-13 caratterizzato da ciò che comprende mezzi di insufflazione forzata capaci di inviare aria in pressione negli ossigenatori ed aumentare così la portata d’aria aspirata per “effetto Venturi”.
- 15. Impianto secondo le rivendicazioni 7-14 caratterizzato da ciò che la vasca di processo è dotata di almeno un sedimentatore interno in cui si deposita il fango prodotto e da estrarre o ricircolare.
- 16. Impianto secondo le rivendicazioni 7-14 caratterizzato da ciò che la vasca di processo è dotata di membrane di microfiltrazione o ultrafiltrazione per filtrare il fango prodotto e da estrarre o ricircolare.
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