21. acque reflue (trattamento primario, secondario e terziario; digestione anaerobica dei fanghi, compostaggio e parametri bod, cod, tod, toc)

Delle acque reflue

Classificazione

Le acque reflue domestiche, cioè le acque di condensa delle caldaie, le acque fecali derivanti dal metabolismo umano, le acque di scarico degli elettrodomestici e così via, contengono per lo più sostanze di origine naturale e quindi completamente ossidabili. Questi effluenti sono in gran parte costituiti da cellulosa e materiale organico in parte disciolto, come acidi grassi, carboidrati, proteine, ammine ecc. Tali reflui contengono anche microrganismi del suolo e intestinali, tra cui batteri aerobi, anaerobi facoltativi e anaerobi, diversi tipi di funghi; contengono, eventualmente, virus e microrganismi patogeni.

Le acque reflue industriali hanno una composizione fortemente influenzata dalla loro origine e generalmente presentano più elevati livelli di sostanza organica e inorganica rispetto alle altre tipologie di effluenti. Occorre inoltre considerare che qualsiasi tipo di produzione industriale dà origine ad acque di scarico. Le industrie hanno quotidianamente bisogno di ingenti quantità di acqua, che dopo il loro impiego vengono restituite all’ambiente, in alcuni casi con elevati livelli di inquinamento. Gli effluenti industriali, inoltre, possono contenere sostanze tossiche come i cianuri, fenoli, chetoni, aldeidi, Na, Fe, Co, Mn, Ca, antibiotici ecc. che rischiano di inattivare la popolazione microbica, responsabile della depurazione.

Le acque reflue urbane sono un miscuglio di acque reflue domestiche, di acque reflue industriali e di acque piovane che vengono convogliate nelle reti fognarie.

Caratterizzanti le acque reflue - Parametri

Prima di procedere con la depurazione delle acque reflue è conveniente esaminarle da un punto di vista chimico-biochimico. Attraverso queste analisi si possono rilevare diversi parametri quali:

• BOD (Biological o Biochemical Oxygen Demand - Richiesta Biologica o Biochimica di Ossigeno): misura la richiesta biologica (cioè da parte dei microrganismi) di ossigeno, ovvero la quantità di ossigeno consumato in mg/l, durante alcuni processi di ossidazione, svolti in 5 giorni da parte di microrganismi, di una sostanza organica (inquinante) presente in un campione di acqua di scarto considerata. Si determina l’O₂ disciolto nei campioni d’acqua in esame prima e dopo un periodo di incubazione al buio, a 20°C, per 5 giorni, in presenza di una data flora batterica. Quindi il valore del BOD dopo cinque giorni (indicato con BOD₅) espresso in mg/l di ossigeno è determinato come differenza tra i contenuti di O₂ nei due campioni, prima e dopo il periodo di incubazione. L’analisi del BOD₅ indica il contenuto di sostanza organica biodegradabile, presente negli scarichi idrici, espresso in termini di quantità di ossigeno necessario alla degradazione da parte di microrganismi.
• COD (Chemical Oxygen Demand - Richiesta Chimica di Ossigeno): misura la quantità necessaria di ossigeno per l’ossidazione chimica (cioè attuata da parte di un agente ossidante e non da parte dei microrganismi) di una sostanza organica (inquinante) presente in un campione di acqua di scarto considerata. Attualmente, la maggior parte delle analisi di COD utilizza il dicromato di potassio come ossidante. Il dicromato di potassio è un sale dal colore arancio brillante ed è un ossidante molto forte. Con il dicromato si può ossidare il 95-100% della materia organica. Una volta che il dicromato ossida una sostanza, viene convertito in una forma trivalente di cromo, di colore verde opaco. Per determinare la concentrazione di sostanza organica presente nel campione si deve procedere con una retrotitolazione che prevede l’uso di una soluzione a concentrazione nota di solfato di ammonio, attraverso la quale è possibile determinare il numero di moli di dicromato di potassio in eccesso, che non ha partecipato alla reazione di ossidazione delle sostanze organiche. Conoscendo questo numero di moli, si può risalire al numero di moli di dicromato di potassio che hanno interagito con le sostanze organiche e, quindi, al numero di moli delle sostanze organiche presenti nel campione. Nella caratterizzazione di un effluente occorre considerare che la determinazione del BOD avviene in tempi relativamente lunghi, dell’ordine di giorni, mentre il COD è determinato in poche ore. Il rapporto BOD/COD è indice della biodegradabilità di un effluente. Un basso valore del rapporto BOD/COD identifica un effluente contenente alti livelli di sostanze non biodegradabili, e quindi di difficile se non impossibile trattamento biologico.
• TOD (Total Oxygen Demand - Richiesta Totale di Ossigeno): è un parametro che viene determinando sottoponendo un campione di acqua a ossidazione termica a 1200°C. La quantità di ossigeno richiesta è determinata calcolando la concentrazione prima e dopo la combustione. La differenza delle due concentrazioni è la quantità di ossigeno richiesta per la combustione. Questo parametro è inversamente proporzionale alla concentrazione di sostanze organiche (inquinanti) presenti nel campione di acqua.
• TOC (Total Organic Carbon - Carbonio Organico Totale): questo parametro è misurato in modo simile al TOD. In questo caso, però, viene rilevata l’anidride carbonica prodotta. Si riferisce, quindi, alla valutazione del carbonio residuo dopo la combustione della sostanza organica. Il valore di tutti questi parametri è generalmente crescente secondo il seguente ordine: TOD > COD > BOD > TOC.

Altri parametri e aspetti che possono influenzare la depurazione sono:

• pH: valori tra 6 e 9 consentono il trattamento biologico di un effluente; valori più alti o più bassi risultano indice di inquinamento industriale da acidi e basi forti. Effluenti in condizioni di pH anomalo sono di difficile trattamento biologico, e talvolta anche chimico; devono pertanto subire una correzione preliminare.
• Temperatura: la temperatura influenza la solubilità dell’ossigeno, le reazioni chimiche e le velocità di reazione. Da notare che gli scarichi delle centrali nucleari sono a temperature elevate se non viene effettuato il recupero di calore.

Smaltimento delle acque reflue

Le acque reflue (o effluenti) contengono una vasta tipologia di sostanze. Il trattamento di depurazione si basa sul principio di ridurre la concentrazione di tali sostanze oppure di trasformare le sostanze organiche disciolte, difficilmente separabili, in materiale solido, i cosiddetti fanghi.