I depuratori delle acque reflue sono fondamentali per garantire un ambiente più pulito e sano. Durante il processo di depurazione, tuttavia, si generano grandi quantità di fanghi che devono essere gestiti in modo adeguato. In questo articolo esploriamo in dettaglio cos’è un fango di depurazione, come viene trattato (ispessimento, stabilizzazione, disidratazione, essiccazione), le possibili rotte di valorizzazione o smaltimento e il quadro normativo che ne disciplina la gestione.
I fanghi di depurazione sono scarti prodotti da un impianto di depurazione. Sono una miscela di sostanze solide e liquide che si accumulano nei processi di trattamento delle acque reflue. Contengono materiali minerali e organici, compresi sedimenti, residui di materiali e organismi microscopici. La loro composizione può variare in base alla modalità di trattamento degli effluenti e a seconda del settore nel quale l'acqua è stata utilizzata (nucleare, alimentare…).
I fanghi rappresentano il risultato di un trattamento primario di decantazione. Questo processo dura circa due ore e permette di estrarre i materiali più pesanti rispetto all'acqua. Derivano inoltre dal trattamento biologico secondario, che segue il trattamento primario, e permette di eliminare la materia organica che non era stato possibile rimuovere a monte. Sono ottenuti per effetto della decantazione. Questi fanghi risultano anche da un trattamento con un reattivo.
I fanghi prodotti da un impianto di depurazione hanno un livello di secchezza che oscilla tra l'1 e il 5%. Si rende quindi necessario procedere ad un'attività di trattamento dei fanghi. I fanghi sono costituiti da presenza di acqua libera o da acqua legata. L'acqua viene scarsamente assorbita ed è dunque facilmente dissociabile grazie a un sistema di disidratazione. All'acqua legata sono invece fissati particolato e batteri, che possono essere eliminati esclusivamente mediante essiccazione termica.
Il trattamento permette di ridurre il volume dell'acqua e di eliminare i diversi materiali inquinanti e fermentabili. Ha come obiettivo la preparazione di soluzioni di riciclaggio dei fanghi mediante valorizzazione o lo smaltimento, nell’ottica di un’economia circolare e del rispetto del quadro normativo nazionale a tutela dell’impatto ambientale.
Leggi anche: rimuovere le macchie bianche dai mattoni
Esiste un trattamento appropriato in funzione della "configurazione" dei fanghi risultanti da un impianto di depurazione: ispessimento, stabilizzazione, disidratazione, essiccazione. Questi quattro processi possono essere complementari.
Questa fase permette di aumentare il tasso di secchezza del fango, fino a portarlo al 6-8%. Questo processo è indispensabile per ottenere una maggiore qualità del trattamento successivo.
La stabilizzazione e l'igienizzazione permettono di ridurre drasticamente il volume di acqua nel fango (fino all'80%), ovvero di essiccarlo (5-10% di acqua presente). Questa fase permette di ridurre considerevolmente i cattivi odori, di stabilizzare la materia organica e di eliminare qualsiasi organismo o batterio che potrebbe provocare malattie. La stabilizzazione dei fanghi dei depuratori è un processo finalizzato a ridurre la fermentazione delle sostanze organiche presenti mediante processi aerobici o anaerobici con produzione di biogas. Questo processo viene generalmente realizzato tramite trattamenti chimici o biologici.
La disidratazione permette di produrre un fango pastoso o solido (palabile) per mezzo di un aumento della secchezza del fango iniziale. Dopo la stabilizzazione, i fanghi vengono sottoposti a un processo di disidratazione che riduce il contenuto di acqua, rendendoli più compatti e facili da gestire. La disidratazione può essere ottenuta mediante l’utilizzo di filtri a piastre, a tappeto, pressa a vite, decanter del tipo centrifugo.
Questo processo permette di ottenere un fango solido (disidratato). Da ciò ne consegue un guadagno di spazio per lo stoccaggio e il trasporto dei fanghi. Questa fase acquisisce un'importanza sempre maggiore nel momento in cui i fanghi industriali sono sempre più numerosi. Sul piano economico questa operazione è poco costosa e quindi conveniente per le industrie. In questo contesto vengono sempre più spesso utilizzate tecniche innovative, in particolare l'essiccazione solare.
Leggi anche: Confronto tra i raggi atomici di fluoro e cloro
Altri trattamenti che si effettuano sono la stabilizzazione con ossido di calcio e, se necessario, con acqua. Al termine dell’addizione del reagente, il fango è ammassato in apposita area per l’ultimazione del processo, conseguendo, contemporaneamente, un’adeguata igienizzazione. Durante tale periodo (qualche ora) si instaurano delle reazioni esotermiche che portano la temperatura della massa di fanghi fino a circa 50°-70° C.
Nel trattamento con ammoniaca il fango, scaricato nell’area di messa in riserva, è immesso in apposito reattore/vasca chiusa in cui avviene il trattamento con il dosaggio di ammoniaca o soluzioni contenenti ammoniaca. Durante tale fase avviene un leggero innalzamento di pH ed un arricchimento di azoto. Il risultato è un fango igienizzato. Il processo avviene in ambiente liquido e pertanto è necessario che i fanghi miscelati raggiungano percentuali di sostanza secca con valori di circa 8-12%.
Sono ammessi anche processi di trattamento termico (ad esempio trattamento termico del fango liquido per un minimo di 30 min a 70 °C) eventualmente combinati con processi di digestione anaerobica. Sono trattamenti che si possono effettuare sia nella linea acque, che nella linea fanghi. Le tecniche innovative applicabili sulla linea acque possono essere di tipo biologico (idrolisi enzimatica, trattamento alternato ossidazione aerobico-anaerobico) e quelli chimici (ozonolisi e termochimico). Più sicuri quelli sulla linea fanghi (idrolisi termica nella fase di digestione anaerobica), ultrasuoni, digestione anaerobica termofila.
Consistono nella scissione delle cellule e delle lunghe catene di molecole in presenza di acqua grazie all’applicazione di calore (termica) e/o di un reattivo che ne altera il pH. Il risultato finale è la distruzione delle strutture solide contenute nei fanghi. Questo tipo di trattamento migliora la successiva disidratabilità del fango riducendo il consumo di polielettrolita organico.
L’ENEA sta testando il processo di pirolisi dei fanghi di depurazione civili per lo sviluppo di un sistema integrato per la valorizzazione dei prodotti generati, in particolare del syngas e del biochar. Studi e ricerche sono condotte anche sul processo HTC (Carbonizzazione Idrotermale), in collaborazione con diverse Università e start-up italiane. Il processo termochimico HTC risulta vantaggioso poiché non è necessario prevedere una fase di essiccazione parziale o totale dei fanghi disidratati in quanto tale tecnologia risulta direttamente applicabile su matrici con contenuto di umido variabile dal 75% al 90%.
Leggi anche: meccanismi d'azione dello zolfo negli ascessi cutanei
Si sottolinea la recente emissione della norma tecnica UNI 11853:20224 intesa a promuovere il commercio e il mercato dell’idrochar generato dal trattamento di fanghi di depurazione con l’obiettivo di ampliarne l’utilizzo in applicazioni industriali come alternativa sostenibile del carbone fossile. L’HTC liquor generato, inoltre, ha caratteristiche chimiche di interesse quali un elevato contenuto di sostanza organica, azoto, fosforo e VFA e potrebbe essere valorizzato per il recupero di nutrienti (azoto e fosforo), acidi volatili o essere ricircolato in un processo di digestione anaerobica, laddove presente, per aumentare le rese di produzione di biogas/biometano.
Una volta trattati, i fanghi sono pronti per entrare in uno dei due seguenti sistemi: valorizzazione o smaltimento. Tutto dipende dal trattamento che hanno subito e dal settore da cui provengono. È evidente che i fanghi proventi da acque reflue dei settori nucleare o chimico saranno sempre destinati allo smaltimento e non alla valorizzazione. Viceversa, con un fango di qualità derivante dal settore agroalimentare si avrà tutto l'interesse al suo utilizzo in agricoltura, su terreni ove permesso dalle norme regionali.
Determinati fanghi sono destinati all'uso in ambito agricolo, distribuendoli sui campi come fertilizzante o compost. Altre tipologie di fango possono, previa disidratazione, essere inseriti in forni per trattamento termico per la produzione di energia. Talvolta è possibile utilizzare e valorizzare i fanghi nell'industria, introducendoli nuovamente nel circuito di produzione grazie a strategie di trattamento. Per i fanghi idonei al riutilizzo in agricoltura, le attività del laboratorio T4W sono focalizzate sull’ottimizzazione della digestione anaerobica come tecnologia privilegiata nel recupero di materia ed energia.
Attraverso processi di digestione anaerobica, i fanghi vengono scomposti biologicamente per generare biogas, un combustibile ricavato dalla decomposizione della materia organica. Il biogas può essere utilizzato per generare elettricità e calore, fornendo una fonte di energia rinnovabile e riducendo le emissioni di gas serra. Tra le varie tecnologie atte a massimizzare il recupero energetico vi sono anche quelle che consentono di valorizzare l’anidride carbonica (CO2) contenuta nel biogas, anche ai fini di un suo upgrading. Un processo particolarmente interessante è la metanazione idrogenotrofa per l’upgrading biologico del biogas mediante processo di metanazione dell’idrogeno e anidride carbonica.
Laddove il fango non abbia caratteristiche idonee allo spandimento in agricoltura, la definizione di una filiera virtuosa di trattamento in ottica di economia circolare e simbiosi industriale deve considerare scenari di valorizzazione energetica tali da garantire un contestuale recupero di materia. L’ENEA, con laboratori dedicati, sta testando soluzioni come pirolisi, HTC e recupero del fosforo per creare filiere integrate che recuperino materia ed energia.
Per i fanghi con particolato molto difficile da gestire, l'unica soluzione rimane l'incenerimento. Altre tipologie ancora vengono smaltite in discarica insieme ai rifiuti domestici dei territori relativi alla regione. Tuttavia lo smaltimento in discarica è generalmente considerato l’ultima scelta, privilegiando sempre soluzioni più sostenibili e di valorizzazione.
In tema di gestione dei fanghi derivanti dal trattamento delle acque reflue assume rilievo l’articolo 127, c. 1, D.L.vo 152/06, che recita: “i fanghi derivanti dal trattamento delle acque reflue sono sottoposti alla disciplina dei rifiuti, ove applicabile e alla fine del complessivo processo di trattamento effettuato nell’impianto di depurazione. I fanghi devono essere riutilizzati ogni qualvolta il loro reimpiego risulti appropriato. E’ vietato lo smaltimento dei fanghi nelle acque superficiali dolci e salmastre”.
Le modifiche apportate hanno spostato il momento in cui la disciplina dei rifiuti deve applicarsi ai fanghi al termine del complessivo processo di trattamento effettuato nell’impianto di depurazione, ragion per cui è essenziale individuare il momento finale di tale trattamento. Tuttavia le fonti normative non forniscono un criterio certo, espresso e univoco per identificare tale momento, rendendo necessario un accertamento concreto della natura dei fanghi e delle modalità di trattamento degli stessi.
La Corte di Cassazione Penale ha precisato che alcune operazioni quali ispessimento, disidratazione, essiccazione rientrano senz’altro nella fase finale del complessivo ciclo di depurazione, ma la collocazione temporale dell’effettivo completamento del processo può dipendere da fattori diversi come le effettive modalità di gestione dell’impianto. In definitiva è necessario un accertamento concreto della natura dei fanghi e delle modalità di trattamento degli stessi.
Attualmente la produzione di fanghi nell’Unione Europea ammonta a circa 10 milioni di tonnellate di sostanza secca. Secondo l’ultimo rapporto ISPRA (ISPRA 2022), i fanghi di depurazione prodotti in ambito nazionale a seguito del trattamento delle acque reflue municipali nel 2020 sono stati pari a 3,4 milioni di tonnellate, delle quali il 53,5% viene avviato ad operazioni di smaltimento e il 44,1% a recupero. La percentuale avviata a recupero appare ancora bassa e principalmente imputabile all’incertezza del quadro normativo e alla scarsa disponibilità impiantistica di alcune regioni.
La regione Lombardia produce circa 800.000 tonnellate di fanghi di depurazione tal quali (120.000 tonnellate di sostanza secca). Il 50% proviene da impianti di trattamento municipali. Nel sud Italia il 29,6% dei fanghi viene smaltito in discarica.
| Voce | Dato |
|---|---|
| Produzione UE (sostanza secca) | ~10 milioni t |
| Produzione Italia (2020) | 3,4 milioni t |
| % smaltimento | 53,5% |
| % recupero | 44,1% |
| Produzione Lombardia (fanghi tal quali) | ~800.000 t (120.000 t s.s.) |
Per quanto riguarda lo smaltimento dei fanghi per il riutilizzo in agricoltura sono da considerare con molta attenzione i valori limite per i metalli pesanti e le caratteristiche agronomiche dei fanghi. L’utilizzo in agricoltura può essere una soluzione al progressivo impoverimento dell’humus dei terreni. I fanghi non devono contenere sostanze persistenti e bioaccumulabili, e rimane comunque aperto il problema dei microinquinanti organici e degli inquinanti emergenti, tema che riguarda anche le acque reflue.
Le analisi da effettuare per i microinquinanti organici sono quelle per la determinazione degli IPA, PCB, PCDD/F. Queste analisi sono effettuate in fase di ammissibilità annuale per impianti di depurazione con potenzialità superiore ai 100.000 abitanti equivalenti.
SDG s.r.l. cura la realizzazione di impianti di trattamento in tutte le sue fasi: dallo studio preliminare con impianto pilota, alla progettazione e realizzazione “chiavi in mano”, compresi il collaudo funzionale e la verifica della resa depurativa, servizio di post realizzazione mirato alla gestione e manutenzione. SDG s.r.l. realizza impianti di depurazione chimico-fisici, biologici per reflui civili ed industriali. Inoltre effettua ristrutturazioni e/o potenziamento di impianti esistenti.
Air Liquide aiuta le imprese nella gestione e nel trattamento delle acque reflue industriali. Esperti conoscitori della materia rispondono a qualsiasi domanda possiate avere sull'argomento, proponendo soluzioni e informazioni necessarie per prendere decisioni nei progetti nel rispetto del decreto normativo ambientale.
La gestione sostenibile dei fanghi di depurazione è un tema di grande attualità che interessa sia il comparto della gestione delle acque reflue sia il settore rifiuti. ENEA e altri centri di ricerca sono storicamente focalizzati sull’ottimizzazione di tecnologie che permettano la riduzione della produzione dei fanghi e il recupero di materia e di energia. Per favorire l’implementazione di filiere che consentano di recuperare e valorizzare in maniera sostenibile il fosforo a partire dai fanghi di depurazione è stata istituita una Piattaforma Italiana del Fosforo con la partecipazione di stakeholder, centri di ricerca, istituzioni pubbliche e private, aziende e associazioni.
Tra le tecnologie disponibili per il recupero energetico e la valorizzazione vi sono la digestione anaerobica ottimizzata con pretrattamenti, la pirolisi, l’HTC, l’upgrading del biogas e processi di metanazione biologica. Tali percorsi consentono di avvicinarsi ai principi dell’economia circolare e di chiusura del ciclo dei nutrienti, con risultati promettenti di recupero di fosforo, azoto, energia e materiali produttivi come biochar o syngas.
)
Il sistema di trattamento acque reflue con ricircolo dei fanghi è un particolare sistema di trattamento secondario, composto da un filtro percolatore anaerobico, un depuratore a fanghi attivi ed un sistema per il ricircolo dei fanghi, che consente di ottenere un refluo fortemente depurato idoneo per scarico sul suolo o riutilizzo per scopi irrigui. Il depuratore a fanghi attivi è composto da due comparti: uno di ossidazione (inferiore) e uno di sedimentazione (superiore). Nel primo le acque reflue in ingresso sono sottoposte ad una intensa aerazione artificiale. Nel comparto di sedimentazione si ha una zona di calma in cui i fanghi attivi, ricchi di colonie batteriche, si separano dalle acque depurate e precipitano sul fondo. Da qui, attraverso delle aperture ritornano nel comparto di ossidazione garantendo il mantenimento delle alte concentrazioni di microbi necessarie alla depurazione delle acque reflue.
La gestione sostenibile dei fanghi di depurazione rappresenta una sfida e un'opportunità. Lo scarto per eccellenza è in realtà una potenziale fonte di numerose sostanze nutrienti, e il processo stesso di depurazione ha grandi potenzialità per la produzione energetica, di biogas e biocarburanti. In questa prospettiva i depuratori si stanno progressivamente trasformando in veri e propri centri di recupero di materia ed energia.
tags: #recupero #fanghi #depuratore #trattamento #cloro #zolfo
