Salvaguardarci con le biotecnologie: depurare l'acqua

I Depuratori sono indicati per il trattamento depurativo dei liquami di tipo domestico, e cioè tutte quelle acque scaricate da insediamenti di persone, che provengono quindi dai servizi igienici, dai bagni e dalle cucine di tali insediamenti. E’ il caso di abitazioni, alberghi, ristoranti, scuole, asili, convitti, collegi, campings, villaggi turistici, negozi, uffici, cinema, teatri, ecc.

I sistemi di depurazione sono suddivisibili in due categorie principali: gli impianti Aerobici (detti anche depuratori ad Ossidazione Totale) ed impianti Anaerobici. I depuratori ad "Ossidazione Totale" sono impianti che impiegano il sistema biologico depurativo a “fanghi attivi in aerazione prolungata”.

Secondo questo processo il liquame grezzo dopo aver subito uno o più pretrattamenti (separazione grassi reflui, eventuale grigliatura, ecc….) viene convogliato in un bacino di aerazione dove, mediante l’insufflazione di una quantità di aria opportunamente dosata, si favorisce la formazione di masse di microrganismi (fanghi attivi), che assorbendo le sostanze inquinanti contenute nell’acqua le eliminano poi sotto forma di composti ossidati semplici (acqua, anidride carbonica, ecc….).

Tecniche applicabili

Il principio alla base del funzionamento di un letto percolatore consiste nel far scorrere le acque reflue, precedentemente decantate, su di una massa di materiale poroso o alveolare che funge da supporto ai batteri depuratori. L'aerazione avviene tramite tiraggio naturale oppure per mezzo di una ventilazione forzata ed è essenziale per apportare l'ossigeno necessario al mantenimento dei batteri aerobici. Le sostanze inquinanti contenute nell'acqua e l'ossigeno diffondono (contro corrente) attraverso lo strato biologico fino ai microrganismi assimilatori. Lo strato biologico presenta infatti batteri aerobici sulla superficie e batteri anaerobi sul fondo. I sotto prodotti ed il gas carbonico provenienti dal processo di depurazione vengono evacuati sotto forma di fluidi liquidi e gassosi.

Un'altra tecnica che fa appello alle colture fisse è rappresentata dai dischi biologici rotanti. Lo sviluppo di microrganismi porta alla formazione di un biofilm dalle proprietà depuratrici sulla superficie dei dischi parzialmente sommersi. La rotazione di questi ultimi consente l’ossigenazione della biomassa adesa sul disco. Su questo tipo di impianto è consigliato accertare: l’affidabilità meccanica della struttura di supporto; le dimensioni delle superfici dei dischi. 

I processi di depurazione a colture su supporto fine consistono nel fare scorrere l'acqua da trattare su numerose masse filtranti indipendenti. I due meccanismi principali sono: Filtrazione superficiale, in cui i solidi sospesi vengono trattenuti sulla superficie della massa filtrante e così anche una parte delle sostante organiche inquinanti (COD in particolare); Ossidazione, in cui il materiale granulare costituisce un reattore biologico, un supporto sul quale si stabiliscono e si sviluppano i batteri aerobici responsabili dell'ossidazione. L'aerazione avviene tramite: una convezione dovuta allo spostamento degli strati d’acqua; una diffusione dell'ossigeno dalla superficie dei filtri e dalle condotte d'aerazione, verso la zona porosa. L’ossidazione della materia organica è accompagnata da uno sviluppo di batteri che necessita di essere regolato al fine di evitare la formazione di sostanze biologiche in eccesso all'interno della massa filtrante e lo sgretolamento episodico della biomassa; tali fenomeni sono infatti inevitabili in presenza di grossi carichi. L’auto-regolazione della biomassa si ottiene grazie all'impiego di numerose masse filtranti alimentate in modo alternato. Durante le fasi di riposo (o di non alimentazione) lo sviluppo dei batteri ormai scarsi si riduce al minimo per predazione, essiccazione ecc.. Queste fasi di riposo infatti non devono durare troppo a lungo in modo che i processi di depurazione possano riprendere rapidamente, a partire dalla fase di alimentazione successiva. Nella maggior parte dei casi, gli impianti a "colture su supporto fine" comprendono 3 vassoi alimentati, ciascuno, per 3 - 4 giorni consecutivi. La gestione ed il controllo dello sviluppo di batteri evita la necessità di creare un impianto specifico di separazione delle acque dai fanghi. Gli impianti a colture su supporto fine vengono progettati sprovvisti di chiarificatore.

http://ec.europa.eu/environment/water/water-urbanwaste/info/pdf/waterguide_it.pdf

Autodepurazione dei corpi idrici superficiali

Il processo di depurazione che osserviamo negli impianti di trattamento reflui riproduce un processo che si manifesta spontaneamente in natura, attraverso il quale si ottiene la biodegradazione delle sostanze organiche (autodepurazione delle acque naturali). 

Tutto trae origine dall’azione di fotosintesi clorofilliana esercitata dalle piante che, partendo da sostanze semplici inorganiche (o minerali) presenti nel terreno o nell’aria (anidride carbonica, nitrati, fosfati, solfati ecc.), tendono a costituire composti più complessi come proteine, grassi, enzimi ecc, che rappresentano la materia organica presente negli ecosistemi naturali (processo di organicazione). L’azione inversa, svolta da particolari batteri presenti in natura, tende a scindere le sostanze organiche complesse in sostanze semplici inorganiche (processo di mineralizzazione). A seconda della tipologia di batteri che intervengono nel processo, la semplificazione della sostanza organica può avvenire o meno in presenza di ossigeno; in tal caso si sviluppano le condizioni rispettivamente di aerobiosi e di anaerobiosi.  In natura le acque utilizzano l’ossigeno in esse disciolto per eliminare le sostanze inquinanti e man mano che questo viene consumato dai batteri, altro ossigeno atmosferico si discioglie in acqua con un processo la cui cinetica è tanto più elevata quanto più rapido è il consumo di ossigeno. L’ossigeno disciolto ha una solubilità limitata nell’acqua, solubilità che dipende dalla temperatura e dalla salinità della soluzione. In acqua dolce, a 20°C, tale solubilità è di appena 8-9 mg/l. Un apporto localizzato, con concentrazioni relative molto elevate di sostanze organiche biodegradabili, in un corpo idrico superficiale, può portare ad una totale scomparsa dell’ossigeno disciolto e tale situazione di completa anossia può innescare le reazioni biologiche anaerobiche, con relativo forte degrado qualitativo del corpo idrico.

Per quanto riguarda i fiumi, questo tipo di problema viene descritto efficacemente dalla cosiddetta curva a sacco, che permette di verificare la gravità dell’impatto ambientale di uno scarico inquinante che perviene in un ben preciso punto di un corso d’acqua.

http://chimica-cannizzaro.it/files/depurazione_acque_reflue.pdf