FILTRAZIONE BIOLOGICA ACQUE DI POZZO PER POTABILIZZAZIONE

Premessa

Lo sfruttamento intensivo delle falde profonde, con conseguente disturbo dei secolari equilibri di diffusione, le norme sulla qualità delle acque ad uso potabile e l'affinamento delle tecniche di indagine sulle acque stesse hanno portato, negli ultimi decenni, a rilevare sostanze inquinanti nelle acque profonde, precedentemente non considerate come tali o non presenti, oppure, se presenti, non identificate.

Si tratta, in genere, di sostanze riducenti, formatesi nell'ambiente, sostanzialmente anaerobico, delle acque profonde, come: ammoniaca, idrogeno solforato e metano; se a queste sostanze si aggiungono ferro, manganese, acido carbonico e sostanze umiche o umosimili si ha un quadro completo della gran parte delle acque profonde disponibili, che si desidera o si deve immettere nella rete potabile.
L'eliminazione del ferro, del manganese, dell'acido carbonico e delle sostanze umiche è da tempo largamente praticata con tecniche consolidate, ma non sempre sufficienti a raggiungere i bassi limiti imposti dalla recente normativa.
Una sperimentazione originale, svolta, a partire dagli anni '60, inizialmente controllando impianti di trattamento acque di pozzo e, in seguito, nei ns. laboratori e su scala semi-industriale, su impianti pilota appositamente costruiti allo scopo, ha permesso di sviluppare la tecnica della cosiddetta "filtrazione biologica".

Descrizione processo

Il processo consiste sostanzialmente nel far lavorare una massa di microrganismi aerobi fissata su apposito letto, attraversato dall'acqua da trattare e in presenza di ossigeno. La comunità di microrganismi aerobi si seleziona specializzandosi nel trarre energia, necessaria alla sua crescita, dall'ossidazione dei vari composti, organici e inorganici, presenti nell'acqua di pozzo. Così l'ammoniaca viene ossidata a nitrato, l'idrogeno solforato a solfato, ferro e manganese rispettivamente a idrossido e biossido insoIubili, mentre il metano viene ossidato ad anidride carbonica e acqua. Le sostanze umiche possono servire, sia come "pabulum" dei microrganismi (nel qual caso vengono demolite), sia come supporto " temporaneo" (nel qual caso passano inalterate).

Il filtro biologico a quarzite funziona prima di tutto come filtro fisico: l'acqua ancora ricca di ossidi di ferro e altri sali insolubili sarà alimentata dall'alto del letto filtrante dove comincerà a depositare una parte di tali solidi: mano a mano che la filtrazione procederà negli strati inferiori, gli ossidi di ferro depositati sui granuli di quarzite fungeranno da siti di aggregazione per la "cattura" di ulteriori ossidi e sali e permettendo così una totale rimozione del ferro (sotto forma di ossidi insolubili) già nei primi metri di strato filtrante.

Negli strati successivi del filtro a quarzite si attiveranno le ossidazioni biologiche. L'acqua reflua alimentata verrà progressivamente privata del contenuto di ammoniaca e manganese, e composti organici biodegradabili attraverso successivi stadi di ossidazione biologica interni allo strato di quarzite, fino ad ottenere la completa rimozione di tali speci chimiche ad opera di batteri specializzati che verranno selezionarsi a diverse profondità del letto filtrante biologico. Di fianco è stato riportato a scopo esemplificativo il "possibile" profilo di abbattimento dell'azoto ammoniacale in funzione dell'altezza del letto del filtro biologico ad alto strato. E' presumibile che l'ordine di ossidazione delle speci presenti sia: ammoniaca, manganese, composti organici. Quindi l'abbattimento di questi ultimi risulterà tanto più penalizzato quanto maggiori risulterà essere la concentrazioni delle prime speci.

Per la corretta crescita della massa biologica nel filtro, in alimentazione al filtro biologico è possibile eventualmente prevedere un sistema di dosaggio di eventuali micronutrittivi, necessari per la crescita biologica.
Al crescere delle perdite di carico attraverso il letto di quarzite il controlavaggio con acqua ed aria basterà a ripristinare la corretta funzionalità del filtro biologico. L'impianto è dotato di sistema di rigenerazione e controlavaggio aria/acqua azionabile automaticamente.

I microrganismi, riuniti in colonie, restano ben fissati sul letto dove trovano il supporto per vivere e moltiplicarsi senza passare nell'acqua trattata.
La carica microbica è assente o insignificante e comunque largamente al di sotto del limite imposto per l'acqua potabile; inoltre i microrganismi del filtro biologico non sono patogeni, ma compatibili con gli esseri umani, in quanto largamente diffusi nell'ambiente.

Descrizione e criteri di dimensionamento impianto

Il filtro biologico "Wabag" è costituito da un recipiente verticale contenente un alto strato granulare uniforme di materiale inerte (quarzite, sabbia di fiume), attraversato dall'alto verso il basso (ma anche dal basso verso l'alto) dall'acqua da trattare, precedentemente saturata di ossigeno. l prodotti solidi del metabolismo cellulare vengono trattenuti nel letto granulare e successivamente espulsi mediante periodici lavaggi. La soluzione impiantistica è relativamente semplice; infatti essa consiste in un primo stadio realizzato sotto pressione polverizzando l'acqua da trattare in un recipiente chiuso (ossidatore), in corrente d'aria o di ossigeno puro, oppure a pressione atmosferica, in una colonna verticale (torre di aerazione), in controcorrente con aria.
La prima soluzione, applicabile quando nell'acqua è assente o è presente metano in quantità limitata, non richiede un successivo sollevamento, mentre la seconda, da impiegare quando il contenuto di metano è rilevante, richiede il sollevamento; questa soluzione, tuttavia, presenta il vantaggio di una più o meno intensa eliminazione di composti organici volatili, eventualmente presenti nell'acqua.
Il secondo stadio è costituito da una colonna verticale (filtro) in pressione, contenente il letto di granulato inerte, lavabile in controcorrente con acqua e aria, quando l'accumulo di residui insolubili ne provochi l'intasamento.

Il filtro ad alto strato è particolarmente adatto ai trattamenti delle acque di pozzo e falda quali, deferrizzazione, demetanazione, demanganizzazione, deammoniazione ed essendo controlavato con aria ed acqua, ossia con un lavaggio molto energico, è perfettamente adatto anche al trattamento di acque contenenti rilevanti quantità sabbie fini.

Il lavaggio con aria ed acqua è molto energico, efficacie, di breve durata (15-25 minuti) e consuma poca acqua, è infatti la grande quantità di aria a bassa pressione (portata specifica aria pari a 80 m3/ m2 h ad una pressione di 6000 m.c.a.) che provoca il distacco dei materiali trattenuti dalla sabbia filtrante, l'acqua ha il compito di trasportarli via. Il letto di sabbia a granulometria uniforme ha una grande capacità di trattenimento di solidi, che garantisce lunghi cicli di filtrazione anche con acqua molto torbide.

Lo stadio di filtrazione, a seconda della tipologia e delle concentrazioni dei composti presenti, viene dimensionato con una velocità di filtrazione nel range 10-18 m/h, con strato filtrante di granulato di altezza nel range 2000 - 3000 mm.

Avviamento impianto e stabilità di processo

La formazione, ma sopratutto la crescita della biomassa sino ad una quantità sufficiente, richiede un certo tempo in funzione delle speci presenti da abbattere: I'avviamento più lungo richiesto è quello per l'eliminazione dell'ammoniaca e del manganese, mentre metano e idrogeno solforato richiedono tempi assai più brevi. Per quanto concerne il ferro I'avviamento è pressoché immediato.
Il filtro biologico, una volta avviato, opera poi istantaneamente e non è sensibile ad eventuali variazioni di carico idraulico.

Vantaggi della tecnologia biologica

La filtrazione biologica presenta notevoli vantaggi, rispetto ad altri sistemi, quali: ossidazione con mezzi chimico-fisici (cloro, biossido di cloro, ozono, permanganato, raggi UV), scambio ionico, adsorbimento:

a) è un processo naturale: filtri biologici si instaurano, spesso, in condizioni favorevoli, naturalmente nel terreno.
b) essendo un processo naturale, una volta assolti i presupposti per il suo mantenimento garantisce una assoluta sicurezza di esercizio che i processi chimico-fisici non sempre offrono, principalmente perchè questi ultimi formano sottocomposti, poi non facilmente identificabili e abbattibili, i cui effetti, sull' organismo umano, non sono ancora completamente noti.
c) presenta costi d'esercizio irrilevanti e, perciò, in un mondo orientato ai risparmi energetici, trova una sua grossa giustificazione.

Rispetto alla tecnologia di ossidazione mediante impiego di ipoclorito la filtrazione biologica offre il vantaggio di evitare l'ossidazione a break point dell'ammoniaca per la quale risulta necessario dosare un eccesso di cloro rispetto all'ammoniaca pari a 10/1.

Il rilevante dosaggio di cloro, oltre a risultare costoso, espone al rischio di formazione di cloro-composti organici dovuta all'eventuale presenza di composti umici e ridotte quantità di metano nell'acqua di pozzo. La regolazione di tale tipologia di trattamento risulta molto delicata: un difetto di cloro non garantisce il trattamento completo mentre un largo eccesso provoca problemi sulle sezioni successive. Inoltre fin tanto che non viene garantita la completa ossidazione dell'ammoniaca presente, non è possibile ottenere la completa ossidazione del manganese.

Il dosaggio di biossido di cloro in sostituzione all'ipoclorito non garantisce l'abbattimento di ammoniaca, composto presente ad un valore di concentrazione molto prossimo a quello limite di potabilità. Inoltre il dosaggio di biossido provoca il rischio di presenza di clorito residuo, composto per il quale esistono limiti molto restrittivi per la potabilità dell'acqua.

Per evitare tali problemi, EUROTEC WTT propone l'ossidazione mediante aria. Tale tecnologia, compatta e semplice, risulta anche più economica sia dal punto di vista della conduzione sia dal punto di vista dell'investimento di quella mediante ossidazione con cloro che richiede necessariamente un successivo trattamento su filtro a carbone di guardia.

Referenze

A dimostrazione della validità della tecnologia proposta, va sottolineato che gli acquedotti della zona padana stanno da anni sostituendo i vecchi impianti con tecnologia a ossidazione mediante cloro con nuovi impianti a filtrazione biologica.

Rimaniamo a Vostra completa disposizione per organizzare una visita di referenza in un impianto di potabilizzazione realizzato da Eurotec WTT con la tecnologia proposta per il trattamento di acque contenenti ammoniaca, metano, ferro e manganese.

Eurotec WTT Srl dispone di diversi impianti pilota con filtri a quarzite di diverse dimensioni, disponibili per effettuare sperimentazioni pilota direttamente sulla fonte d'acqua da trattare.