Economia circolare negli impianti di trattamento delle acque reflue

L’Agenda: 2030 delle Nazioni Unite ha definito l’accesso universale all’acqua pulita come uno degli obiettivi di sviluppo sostenibile e incoraggia i governi a realizzare impianti di trattamento delle acque reflue (WWTP) per migliorare la qualità dell’acqua e garantire l’accesso all’acqua potabile alle persone che affrontano gravi problemi legati all’acqua. In tutto il mondo, le risorse idriche sono sempre più inquinate a causa della mancanza di regolamenti rigorosi per le industrie nello smaltimento dei rifiuti. Le industrie e le fabbriche che smaltiscono rifiuti industriali, metalli pesanti, coloranti, materia organica, batteri e materiale tossico nelle riserve idriche inquinano ulteriormente l’acqua.

Principi di economia circolare

Per valutare qualsiasi iniziativa legata all’economia circolare, è necessario sottolineare la correlazione tra economia circolare e trattamento delle acque reflue. Per aiutare gli imprenditori a concentrarsi sulla transizione verso un’economia circolare e sviluppare soluzioni con gli esperti di sistemi idrici, deve esserci una comprensione condivisa dei concetti chiave.

L’economia circolare comprende attività che preservano il valore sotto forma di energia, lavoro e materiali. L’economia circolare si sviluppa prevalentemente attraverso tre “azioni” principali, cioè i cosiddetti principi delle 3R: Riduzione, Riutilizzo e Riciclo.

• Il principio di Riduzione punta a minimizzare il consumo di energia di base, materie prime e rifiuti migliorando l’efficienza nella produzione (la cosiddetta eco-efficienza) e nei processi di consumo, ad esempio introducendo migliori tecnologie negli impianti di depurazione.
• Il principio del Riutilizzo riguarda “qualsiasi operazione attraverso la quale prodotti o componenti vengono riutilizzati per lo stesso scopo per il quale sono stati concepiti”. Per esempio, la scarsità d’acqua nelle regioni aride e semi-aride ha portato al riutilizzo dell’acqua come fornitura idrica alternativa in alcune parti del mondo.
• Il principio del Riciclo si riferisce a “qualsiasi operazione di recupero attraverso la quale i materiali di scarto vengono trasformati nuovamente in prodotti, materiali o sostanze, sia per gli scopi originali che per altri. Per esempio, il riciclaggio dei fanghi del WWTP offre l’opportunità di beneficiare di risorse ancora utilizzabili e di ridurre la quantità di rifiuti che devono essere trattati e/o smaltiti, riducendo così anche il relativo impatto ambientale.

Nel quadro del WWTP, tre principi ulteriori sviluppati dalla Fondazione Ellen MacArthur [1] possono essere introdotti insieme ai principi delle 3R:

• Il Proper Design sottolinea l’importanza della fase di progettazione nella ricerca di soluzioni per evitare sprechi e contaminazioni. Questo principio viene applicato nei WWTP per ottimizzare la quantità di energia, minerali e prodotti chimici utilizzati nei sistemi operativi.
• Keeping resources in use significa massimizzare il rendimento delle risorse dei WWTP (uso e riutilizzo di acqua, energia, recupero di nutrienti e sostanze chimiche). Per esempio:
• Ottimizzazione della produzione di energia o di risorse dal sistema idrico,
• Massimizzazione del suo riutilizzo. Secondo le attuali legislazioni nazionali in tutto il mondo, gli scopi del riutilizzo sono diversi, da quelli agricoli, industriali, urbani, ricreativi, ambientali, fino al consumo umano. Attualmente, circa l’80% delle acque reflue viene scaricato nei corsi d’acqua del mondo senza alcun tipo di trattamento.
• Ottimizzazione del valore generato nelle interfacce del sistema idrico (valorizzazione dei fanghi di depurazione) con altri sistemi come l’agricoltura e altri usi,
• Recupero dei nutrienti dalle acque reflue e loro utilizzo come fertilizzanti.
• Rigenerazione del patrimonio naturale – Questo principio si basa sul fatto che non dobbiamo solo preservare, ma anche migliorare in modo attivo l’ambiente. Quello che dobbiamo fare è:
• Preservare e migliorare il patrimonio naturale (per esempio, prevenire l’inquinamento, qualità degli effluenti, ecc.
• Garantire il minimo impatto sui sistemi idrici naturali dovuto alle interazioni e all’uso da parte dell’uomo.

Fonte: Illustrazione propria

2.1 Quali sono i principali processi di trattamento delle acque reflue?

Il trattamento delle acque reflue è il procedimento con cui l’acqua viene trattata in modo da poter essere direttamente riutilizzata o scaricata nel ciclo dell’acqua con un impatto negativo minimo sull’ambiente. Le acque reflue contengono molti agenti inquinanti tra cui batteri, sostanze chimiche e altre tossine. Il trattamento ha lo scopo di ridurre i contaminanti a livelli accettabili per rendere l’acqua sicura per lo smaltimento nell’ambiente. I processi per il trattamento delle acque reflue sono i seguenti:

Processi di trattamento fisico/chimico

I processi fisici eliminano i corpi solidi dalle acque reflue mentre queste passano attraverso i setacci (o i mezzi filtranti), oppure i corpi solidi vengono rimossi per decantazione a gravità o flottazione ad aria. Le particelle restano bloccate sulla superficie e possono essere rimosse. Anche le sostanze chimiche possono essere usate nel trattamento delle acque reflue per modificare le sostanze inquinanti in modo da aumentare la capacità di rimuoverle. Le modifiche possono indurre le sostanze a formare un flocculato o una massa di particelle più pesante per facilitare la rimozione tramite processi fisici. Il fango – il residuo solido che si deposita sulla superficie delle vasche – viene rimosso da grandi raschiatori e spinto al centro delle vasche cilindriche, e successivamente convogliato fuori dalle vasche per un ulteriore trattamento. L’acqua rimanente viene poi pompata per il trattamento secondario (chiamato anche processo biologico).

Processi di trattamento biologico

I processi di trattamento biologico (noti anche come processi a fango attivo) sono sistemi che usano microrganismi per degradare i contaminanti organici dalle acque reflue. L’aria viene pompata in vasche di aerazione che mescolano le acque reflue con i microrganismi, inducendo i batteri e altri microbi a diffondersi e a consumare la materia organica rimanente. I microrganismi metabolizzano i nutrienti, i colloidi e la materia organica dissolta, ottenendo così acque reflue trattate. I microbi in eccesso vengono rimossi dalle acque reflue trattate tramite processi fisici. Questo processo comporta la produzione di grandi particelle che si depositano sul fondo delle vasche (fango biologico).

Gestione dei bio-solidi

La parte solida che si deposita dopo le fasi di trattamento primario e secondario è destinata ai digestori. I digestori sono portati a temperatura ambiente. I rifiuti solidi vengono poi trattati e sottoposti a digestione anaerobica. Durante questo processo, si produce gas metano e si formano bio-solidi ricchi di sostanze nutritive che vengono riciclati e disidratati nelle aziende locali. Il gas metano, un sottoprodotto della manipolazione dei bio-solidi, è di solito usato come fonte di energia negli impianti di trattamento. Può essere usato per produrre elettricità nei motori o semplicemente per azionare le attrezzature dell’impianto. Questo gas può anche essere usato nelle caldaie che producono calore per i digestori.

Trattamento terziario

La fase di trattamento terziario ha la capacità di rimuovere fino al 99% delle impurità dalle acque reflue. Il trattamento varia a seconda dell’uso finale dell’acqua (potabile, agricola, industriale, ecc.). In questo modo si ottiene un’acqua effluente che ha praticamente la qualità dell’acqua potabile. Sfortunatamente, questo processo tende ad essere piuttosto dispendioso in quanto richiede attrezzature speciali, prodotti chimici, fornitura costante di energia e operatori ben addestrati e altamente qualificati.

Disinfezione

Al termine dei processi fisico-chimici e biologici, sono ancora presenti microrganismi nelle acque reflue trattate risultanti. Per eliminarli, le acque reflue devono essere disinfettate in vasche che contengono una miscela di cloro e ipoclorito di sodio. L’effluente (acque reflue trattate) viene poi immesso nell’ambiente attraverso i corsi d’acqua locali. L’acqua può quindi essere utilizzata nelle industrie, per l’irrigazione e per altri scopi..

Fonte: https://pixabay.com/images/search/wastewater%20treatment%20plant/