Come si depura l’acqua

Leggendo questo articolo di Clostridium mi ha riportato un po’ di memorie, soprattutto per la presenza dell’E.coli, così mi è venuto in mente un articolo sulla depurazione dell’acqua.
Come ha infatti detto clostridium, ci sono vari tipi di batteri, tra cui l’E.coli, che vivono allegramente nel nostro intestino e svolgono delle importanti funzioni all’interno di esso, tuttavia noi siamo stati bravi ad “addomesticare” i batteri e altri microorganismi anche al di fuori del nostro corpo, facendogli svolgere alcuni lavoretti al nostro servizio.

Une delle cose che facciamo fare ai batteri è magiare i nostri scarti biologici (si, avete capito che intendo).

Cominciamo dall’inizio: immaginate un po’ di acqua di fogna? Fatto? Probabilmente l’avete pensata più densa e verdastra del necessario. [more]L’acqua di fogna è acqua, quindi molto liquida, di un colore tra il marrone scuro ed il nero, al suo interno galleggiano varie cose, difficilmente vedrete un pezzo di cacca galleggiarci dentro, perché dopo un po’ si scioglie, anche la carta igienica non si vede facilmente (e meno male), però dentro alla vostra idilliaca immagine mentale aggiungete mozziconi di sigaretta, piccoli oggetti di plastica, “articoli igienici femminili”, qualche preservativo, schiume non identificate, flaconi di detersivo, blister di farmaci, qualche animaletto morto (qualche animaletto vivo…), e chi più ne ha più ne metta, la gente butta le cose più assurde nelle fogne. Ricordate che nella maggior parte delle città in fogna finiscono anche i tombini stradali, quindi altre schifezze assurde.[/more]
Secondo il D.lgs n. 152/06 e ss.mm.ii. (art. 74) le acque reflue vengono definite nel seguente modo:[more]
• acque reflue domestiche: acque reflue provenienti da insediamenti di tipo residenziale e da servizi e derivanti prevalentemente dal metabolismo umano e da attività domestiche. Le sostanze provenienti dalle deiezioni umane contengono essenzialmnete: cellulosa, lipidi, sostanze proteiche, urea, acido urico, glucidi, ecc.;
• acque reflue industriali: qualsiasi tipo di acque reflue provenienti da edifici od installazioni in cui si svolgono attività commerciali o di produzione di beni, differenti qualitativamente dalle acque reflue domestiche e da quelle meteoriche di dilavamento, intendendosi per tali anche quelle venute in contatto con sostanze o materiali, anche inquinanti, non connessi con le attività esercitate nello stabilimento. Le caratteristiche di questi reflui è varabiale in base al tipo di attività industriale;
• acque reflue urbane: il miscuglio di acque reflue domestiche, di acque reflue industriali, e/o di quelle cosiddette di ruscellamento (meteoriche di dilavamento, acque di lavaggio delle strade, ecc.) convogliate in reti fognarie, anche separate, e provenienti da agglomerato. Le acque di ruscellamento contengono varie sostanze microinquinanti, quali idrocarburi, pesticidi, detergenti, detriti di gomma.[/more]

In questo articolo vi spiegherò come si fa diventare “pulita” quella roba lì sfruttando dei poveri batteri innocenti, restando nel campo domestico-urbano (le acque reflue industriali sono tutt’altra storia).

Un impianto-tipo per la depurazione delle acque reflue urbane ha due linee : linea liquami e linea fanghi. Il liquame è la nostra schifida acqua di fogna, il fango sono gli scarti.
Ecco uno schema a blocchi del caso-base:
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Il liquame arriva all’impianto, per prima cosa vanno fatti dei trattamenti preliminari per togliere tutte le macro-schifezze di cui vi parlavo prima, quindi si parte con una grigliatura.
[more]Tipicamente possiamo trovare più griglie in serie, andando verso maglie più fini. Per i grandi impianti le griglie sono pulite automaticamente da bracci meccanici, per i piccoli ci sono dei tizi che lo fanno a mano. Avvicinarsi a meno di un metro (ma anche tre) dai residui della grigliatura dovrebbe essere vietato dalla Convenzione dei Ginevra.[/more]
Passata la grigliatura ci resta acqua marrone carica di materiale biologico disciolto al suo interno, tuttavia prima di cominciare a far scendere in campo chimica e biologia possiamo farci aiutare ancora un po’ dalla “semplice” meccanica a procedere con una sedimentazione.
[more]Il liquame viene fatto passare in grandi vasche dove procederà a velocità molto bassa, così facendo le particelle più pesanti riusciranno a cadere sul fondo. In genere queste vasche sono lunghe e rettangolari o tonde (il liquame viene immesso al centro) e l’uscita dalla vasca avviene per sfioro, ovvero l’acqua tracima dalla vasca e va a finire in una canaletta laterale, in modo che tutto lo sporco pesante si accumula sul fondo. In genere queste vasche sono dotate di organi meccanici per pulire il fondo, estraendo il fango dal basso e convogliandolo alla linea fanghi. Eventualmente prima di questa sedimentazione (detta sedimentazione primaria) può avvenire una sedimentazione più rapida, detta dissabbiatura, abbinata ad una disoleatura, ovvero la rimozione meccanica degli oli (e altri materiali flottanti) che galleggiano in superficie.[/more]
In seguito alla sedimentazione entrano finalmente in gioco i batteri, ovvero la fase di ossidazione biologica.
L’ossidazione biologica può avvenire in diversi modi:
– sistemi a biomassa adesa: letti percolatori, biodischi, biofiltri sommersi;
– sistemi a biomassa sospesa: fanghi attivi.
Quello che cambia in questi sistemi è il modo con cui avviene il contatto tra batteri e acqua. Per i fanghi attivi immaginate semplicemente una grande vasca (quanto grande dipende da quanto è grande l’impianto, ma difficilmente ne vedrete sotto i 6-7 metri di diametro) con dentro un mix di acqua marrone dove sono sospesi i batteri, tipicamente con varie bolle dovute al fatto che si immette ossigeno nel sistema per “far respirare” i batteri, oppure delle pale che agitano l’acqua per farvi sciogliere l’ossigeno atmosferico.
I sistemi a biomassa adesa invece hanno i batteri che vivono attaccati su qualcosa e l’acqua ci passa sopra nutrendo i batteri. [more]
I biodischi sono dei grossi dischi che ruotano nell’acqua sporca immersi per metà, il batterio vive sul disco, quando va sotto prende la sostanza biologica, quando va fuori prende ossigeno.
I letti percolatori sono dei sistemi costituiti da un materiale grossolano, come ghiaia, su cui vivono i batteri. L’acqua sporca viene fatta percolare su questo strato di materiale, nutrendo i batteri, però non avviene una totale immersione, è qualcosa di simile alla pioggia che cade tra le foglie di un albero: tutte le foglie sono bagnate, ma l’albero non è immerso nell’acqua, ovvero i batteri hanno accesso all’ossigeno.[/more]
Esistono in commercio un sacco di sistemi con vari nomi, questi che vi ho spiegato sono i principali, il nocciolo della questione è che sono i batteri a fare il lavoro sporco.
Dettagli sui fanghi attivi:[more]

La bioflocculazione è la formazione di fiocchi gelatinosi di pochi mm di materiale organico presente in sospensione. L’aggregazione di questi flocculi è probabilmente favorita dalla carica elettrica superficiale delle molecole organiche molte delle quali di natura colloidale e dalla presenza di forme batteriche filamentose (come Spheromixya sp., Micotrix sp.) che costituiscono una vera e propria armatura interna dalla quale dipende la coesione del flocculo. Le forme batteriche presenti sono varie e selezionate di volta in volta a seconda del tipo di refluo e di condizioni globali presenti nella vasca; la biomassa attiva nel flocculo varia dal 10 al 40% sul totale di materia secca. I flocculi se ben formati sedimentano e vanno a formare il fango attivo che si deposita sul fondo e viene posto in ricircolo consentendo una progressiva degradazione della s.o. in esso presente.
La biodegradazione della materia solubilizzata, da parte dei batteri aerobi di popolazioni eterogenee, porta alla formazione di CO2, CH4, ed altre molecole di scarto.
I batteri sono selezionati dalle condizioni globali, così che in ambienti ad alta concentrazione di proteine avremo generi di Alcaligens, Flavobacterium, Bacillus, in ambienti ricchi di carboidrati troveremo Pseudomonas, e a basse conc. di O2 e sostanze organiche avremo Nitrosomonas e Nitrobacter. Parte della degradazione si verifica nel fango attivo dove si ha una demolizione catalitica operata da esoenzimi su molecole organiche polimeriche a cui segue un loro utilizzo a fini energetici. La necessità di mantenere entrambi i due fenomeni impone un compromesso alla turbolenza interna del refluo che consenta da un lato la formazione dei flocculi dall’altro un’adeguata ossigenazione dell’acqua per favorire il metabolismo aerobio.
Alla fine rimangono presenti solo sostanze poco degradabili (detergenti…) o sostanze fini che sfuggono alla seguente sedimentazione detta sedimentazione secondaria). Si hanno notevoli costi operativi per portare l’impianto a livelli d’efficienza superiori al 90% di BOD.

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Quando si costruisce un nuovo impianto è dunque necessario inoculare nella vasca a fanghi attivi questi batteri che sono capaci di degradare la materia organica, tipicamente li si prende da un altro impianto. In seguito il fango (lo scarto) di questa vasca viene parzialmente mandato alla linea fanghi per essere trattato e buttato in discarica, e parzialmente ricircolato nella vasca, in modo da avere sempre batteri “vivi e attivi”. Per assurdo a volte è necessario aggiungere un po’ di materia organica (scarti caseari) altrimenti i poveri batteri non ce la fanno.
Il sistema è delicato e si può rompere, eccessi di detersivi, scarichi illegali (soprattutto acidi) e altre amenità possono uccidere i batteri o possono creare vari problemi dagli esiti tra il comico ed il catastrofico, dai cattivi odori alla montata di assurdi mari di schiuma marrone.

Una volta uscito dall’ossidazione il liquame vi sembrerà, ad occhio, identico a quello di prima, in realtà è sostanzialmente diverso in quanto la roba marrone che vedete adesso sono fiocchi di batteri e non merda disciolta. I fiocchi di batteri vengono fatti sedimentare in una vasca di sedimentazione secondaria (da cui poi parte il ricircolo di cui vi dicevo prima), ed è qui che avviene il “miracolo”: l’acqua dopo questa sedimentazione appare limpida. Trasparente. Non è potabile eh, ma almeno ha l’aspetto di acqua.
Prima di poterla scaricare in un fiume/lago/fosso/mare è necessario prendere un ultimo accorgimento: disinfettarla.
[more] Ci sono vari metodi per farlo, il classico è la clorazione, ovvero l’aggiunta all’acqua di ipoclorito di sodio (candeggina), però ci sono anche altri metodi più eco-friendly come la disinfezione con raggi UV. Ovviamente questo è fondamentale per le acque reflue perché rischiamo di immettere in natura un bel po’ di virus e batteri, alcuni innocui, altri meno (i bagni li usano anche le persone malate), e anche l’E.coli che ci piace tanto avere nell’intestino deve stare a concentrazioni molto basse perché in natura può causare qualche danno.[/more]

Ovviamente neppure dopo la disinfezione questa roba è potabile, però, se il processo è stato fatto bene, non farà danni all’ecosistema. Volendo si può potabilizzare l’acqua reflua con speciali trattamenti terziari molto spinti, una volta me ne hanno anche offerto un bicchiere in un impianto sperimentale, ho rifiutato, ma essenzialmente è quello che avviene anche sulle astronavi.

Ovviamente quello che ho scritto vale solo per gli uomini, risaputamente le donne producono arcobaleni e profumo di violetta.

Via: studi universitari , esperienza diretta (bleah) e qui