Ingegneria trattamenti industriali

Trattamenti industriali

1.         Industrie alimentari

Le acque residue prodotte dalle varie industrie alimentari, benchè molto diverse da tipo a tipo di industria, e tal­volta anche da uno stabilimento a un altro dello stesso tipo, presentano tuttavia alcune caratteristiche comuni, tali da consentire di classificarle sotto lo stesso titolo.

Anzitutto, i liquami provenienti dalle industrie alimentari, e delle fermentazioni sono caratterizzati da un elevato contenuto di sostanze organiche biodegradabili e, di conseguenza, da un'alta domanda di ossigeno. Essi pertanto si prestano di solito agevolmente a un tratta­mento biologico, preferibilmente aerobio; tuttavia i rapporti tra il carbonio organico e le sostanze nutritizie non sempre sono quelli ideali per questo tipo di depurazione e pertanto accade talvolta di assistere ad inconvenienti abbastanza gravi, quali ad es. il bulking o voluminosità dei fanghi attivi e di humus, con relativi fenomeni di intasamento od ad­dirittura di putrefazione.
Per questo motivo è preferibile, se la situa­zione locale lo consente, eseguire una depurazione combinata, nello stesso impianto, degli scarichi industriali e dei liquami della fognatura municipale; in altri casi si possono aggiungere alle acque residue indu­striali opportuni correttivi, sotto forma di reagenti adeguatamente dosati, oppure sostituire o integrare il trattamento biologico con un processo chimico-fisico ponderatamente scelto secondo le circostanze.

Un'altra caratteristica comune a molti scarichi delle industrie ali­mentari consiste nell'elevato tenoredi sostanze solide sospese, che pone il problema della loro separazione e dello smaltimento dei fanghi così prodotti. Sono invece generalmente assenti sostanze tossiche e ciò favorisce indubbiamente l'accoglimento di questi effluenti nelle fognature municipali.
Sovente, anche se non sempre, le industrie alimentari hanno un andamento stagionale, legato alle vicende dell'agricoltura o, almeno, delle punte di produzione che si verificano in determinati periodi dell'anno, con la conseguenza che gli impianti di depurazione devono es­sere progettati e dimensionati in modo da sopportare senza difficoltà sovraccarichi anche sensibili.
Particolare cura, nel caso di trattamento combinato con liquami cloacali, deve essere posta nella compensazione degli scarichi industriali in bacini opportunamente dimensionati, e nel loro proporzionamento, allo scopo di evitare sovraccarichi che potrebbero porre fuori uso l'im­pianto municipale di depurazione.

1a.       Industria lattiero-casearia

L'industria lattiero-casearia è soggetta a legislazione relativa all'industria alimentare. Questo significa una cura particolare per le condizioni igienico-sanitarie. La pulizia è indispensabile sia per quanto riguarda gli impianti produttivi che per le superfici produttive. Poiché molti processi necessitano di elevate temperature spesso siamo in presenza di reflui molto caldi. L’effluente deve essere trattato con tecnologie appropriate prima di essere sversato in un impianto di depurazione civile.
L'industria alimentare si distingue come un grosso consumatore di acqua.

II latte in ingresso viene ripulito, scaldato, scremato dipendentemente dal prodotto richiesto. Un ciclo dì pulizia automatico provvede, solitamente, a mantenere batteriologicamente puri i macchinari, la strumentazione e le condotte. Guasti a questi sistemi possono causare fuoriuscite nei liquami di grassi o proteine, oppure acidi e basi. Per la pulizia automatica degli impianti si ricorre, di norma, al cosiddetto "sistema CIP” (cleaning in place), che utilizza potenti reagenti chimici quali: soda caustica, acido nitrico, candeggianti come l'ipoclorito di sodio o l'acqua ossigenata. I liquidi detergenti mantengono temperature di 80...85°C. Dopo la pulizia i reagenti vengono recuperati e rigenerati per l'utilizzo nel ciclo successivo.

La maggior parte delle industrie lattiero-casearie pretratta autonomamente i propri reflui ricorrendo spesso alla cosiddetta "neutralizzazione". I liquami vengono raccolti in vasche nelle quali , tramite cicli di immissione di acidi e basi, giungono ad un valore di pH accettabile prima dello sversamento in fognatura. In queste vasche vengono pure immerse altre sostanze atte a ridurre l'inquinamento ambientale. Le industrie più grosse devono spesso attrezzarsi con un impianto di depurazione proprio per non sovraccaricare il depuratore civile.

1b.       Produzione birra

I reflui di birreria presentano caratteristiche tutte proprie, quali variazioni di portata, alte concentrazioni di sostanze come i carboidrati, valori di pH fluttuanti e influsso di reagenti di pulizia e disinfezione. Per un impianto ben gestito con basse perdite di prodotto e riciclo di sottoprodotti valgono i seguenti dati.

consumo d'acqua specifico:                  0,4...0,8 m3/hl birra venduta
produzione liquami specifici:                 0,25...0,6 m3/hl birra venduta    
richiesta specifica di BOD5:                  ca. 0,5 Kg B0D5/hl birra venduta = 8 abitanti equivalenti
a 60 gr/hl"

La produzione di reflui dipende dal processo produttivo. II fondo che precipita nel tino durante la cottura del mosto (ca. 120.000 mg B0D5/kg) contiene amidi e proteine. Con l'aggiunta di lievito di birra il mosto ricco di zuccheri si trasforma in birra. Questo avviene nel fermentatore. Lo stesso avviene nei serbatoi di stoccaggio dove i reflui con 130.000 mg B0D5/kg vanno in fognatura. Perdite di birra avvengono durante il pompaggio, la filtrazione e l'imbottigliamento. Poiché la birreria, come tutte le altre industrie alimentari, deve mantenere un elevato standard di igiene e pulizia, i serbatoi e le condotte vengono pulite con l'ausilio di soda e acido nitrico ed eventualmente disinfettati. Gran parte dei reflui sversati dalla birreria provengono dalla pulizia delle bottiglie e delle botti, eseguita con soda caustica ad elevata temperatura. Da ciò deriva il valore di pH fortemente alcalino (pH> 10) dei liquami.

Gran parte delle birrerie adduce i liquami all'impianto di depurazione civile solo dopo averli pretrattati. Per poter rientrare nei valori limite prefissati, temperatura sotto i 35°C, valori di pH compresi tra 6,5 e 10, è necessario un trattamento acque all'interno dell'azienda produttrice. II sistema più semplice è stoccare i reflui di tre ore di produzione in serbatoi di compensazione chiusi. Se necessario si provvede alla neutralizzazione acida con l'ausilio di acido solforico, acido carbonico derivante dalla fermentazione, fumi di combustione.
Talvolta si procede pure ad una depurazione biologica parziale in vasche aerate, qualora il fango di supero possa essere mandato al depuratore civile.

 

2.         Industria tessile

La vastità dei processi tecnologici impiegati nell'industria tessile produce liquami con caratteristiche diversificate, ma che presentano una matrice comune:
• scarsa presenza di microrganismi
• bassa percentuale di molecole organiche azotate
• presenza di metalli pesanti solo se sono usati coloranti specifici
• elevata temperatura dei liquami, compresa tra 20°C e 30°C, talvolta anche maggiore!
• liquami generalmente alcalini
• la percentuale di fosfati dipende dal processo.

Un importante criterio di valutazione dell'afflusso di liquami è il rapporto di bagno. II bagno è dato dal materiale più le sostanze immesse. Un rapporto di 1:1 non produce praticamente reflui poiché i reagenti chimici vengono immessi senza diluizione. Con un rapporto di 1:50 occorrono invece per 100Kg di merce, 5000 Kg di bagno (solitamente per colorazioni) che devono essere poi smaltiti in fognatura.
Nei processi bagnati troviamo quattro operazioni basilari, che richiedono, ognuna reagenti chimici specifici.

Operazione	Sostanze immesse/risultanti	Rapporto di bagno
Lavaggio	- sostanze connesse alle fibre (es. grassi animali, particelle di sporco) -tensioattivi derivanti dai detergenti - materiali risultanti da trattamenti ossidativi o enzimatici	1 : 5 fino a 1 : 50
Trattamento cottura alcalina, candeggio	- soda caustica -ossidanti quali acqua ossigenata, ipoclorito di sodio, clorito di sodio -sostanze raramente riducenti (es. sodio ditionile)	1 :1 fino a 1 : 50
Colorazione	- un grande numero di coloranti
Lavaggio	- il lavaggio serve a rimuovere le sostanze citate nelle operazioni precedenti
Finissaggio: aggiunta di sostanze a secco o con poca acqua al substrato (per substrato si intende la merce a secco).	- es. tensioattivi o cere per favorire la lavorabilità meccanica

Materiali contenuti nei reflui

Quasi sempre i liquami devono essere trattati prima dello sversamento in fognatura. Talvolta basta una loro omogeneizzazione. Generalmente nei reflui da industrie tessili è carente la frazione organica, nutriente per la fauna batterica degli impianti biologici. Una miscelazione con impianti civili è quindi conveniente. I trattamenti sono semplificati se si prevedono vasche di raccolta per le sporadiche punte di portata. Per alcune sostanze sono necessari i soliti trattamenti specifici, quali precipitazione, flocculazione, filtrazione e assorbimento.

3.         Cartiere

I reflui di cartiera contengono spesso particelle solide o sospese quali fibre e frammenti fibrosi, pezzi di legno e corteccia, fango, cenere e cariche. La richiesta d'acqua e quindi la produzione
di liquami per la produzione di carta è enorme: per produrre una tonnellata di carta sono necessari circa 200 m3 di acqua.
La filtrazione dei reflui riduce il consumo di acque primarie; vengono inoltre recuperati 0,5...5 Kg di sostanze solide per ogni m3 di acqua. II processo depurativo avviene in tre stadi: meccanico, chimico e biologico.
II trattamento meccanico consiste nella sedimentazione, flottazione e filtrazione. II più comune è la sedimentazione. I materiali precipitati vengono così rimossi dai liquami.
Per aumentare l'efficacia della sedimentazione sono utilizzati reagenti chimici quali, ad esempio, il solfato di alluminio o i polielettroliti. A seconda del flocculante utilizzato può avere importanza la misura del valore di pH.

La velocità di depurazione del trattamento biologico viene fortemente influenzata da temperatura, valore di pH, presenza di nitriti ed ossigeno disciolto. I valori ottimali di temperatura vanno da 20°C a 30°C e il valore di pH da 6,5 a 8,5. La rimozione del BOD in vasche senza aerazione è molto modesta; si devono utilizzare grosse vasche con velocità di flusso molto basse. L'ossidazione con insufflazione migliora enormemente la situazione. La misura del valore di pH, dell'ossigeno disciolto e della portata rivestono grande importanza. Vasche a fanghi attivi vengono impiegate nel caso di grosse portate ad elevato contenuto di BOD. Limitare i tempi di detenzione significa abbassare i costi di costruzione. I valori di ossigeno e pH devono essere misurati e regolati.

4.         Lavorazione metalli

Reflui da lavorazione metalli provengono dai seguenti settori produttivi:
- galvaniche                              - circuiti stampati
- decapaggi                              - costruzione accumulatori
- anodizzazione                         - smaltatura
- brunitura                                 - officina meccanica
- zincatura a caldo                    - tornitura
- temperatura                            - verniciatura

A seconda della lavorazione si utilizzano acidi, alcali e soluzioni saline. Le soluzioni saline possono contenere sostanze tossiche che devono essere rimosse:
cadmio, mercurio, (produzione batterie), molecole ammoniacali, cloro, cromo, cianidi, (produzione circuiti stampati), fluoro, piombo, rame, nickel, nitriti, sulfidi, zinco, idrocarburi, cobalto (nella smaltatura).
I cianidi sono probabilmente i più pericolosi veleni riscontrabili nei reflui. Per mezzo dell'ossidazione sono trasformati in innocui cianati. Gli ossidanti usati sono l'ipoclorito di sodio e il solfito di ferro bivalente.
II cromo esavalente deve essere ridotto a trivalente, poiché solo questa molecola precipita come idrossido insolubile nel seguente stadio di neutralizzazione.

Per la decontaminazione i processi di riduzione o ossidazione, neutralizzazione e precipitazione necessitano di misure e regolazioni continue dei valori di pH e Redox. E' importante l'impiego di elettrodi di pH e Redox protetti dall' avvelenamento (ponte elettrolitico, orbisint, sensopac, ecc.) e insensibile allo sporcamento.
Accanto ai trattamenti tradizionali si propongono, oggigiorno, processi atti al riciclo dei reflui nella produzione.
I processi applicati sono: micro e ultrafiltrazione, osmosi inversa e scambio ionico. Per essi è importante la misura di conducibilità.

6. Galvaniche

Un caso particolare della lavorazione dei metalli è rappresentato dall'industria galvanica, i cui reflui, accanto ad alcune sostanze organiche insolubili, possono contenere i seguenti agenti inquinanti.
- cadmio                                   - alluminio
- composti ammoniacali            - piombo
- cloro                                      - cianidi
- ferro                                       - fluoro
- rame                                      - nickel
- zinco                                      - argento.

Distinguiamo in processi galvanici "alcalini" e "acidi".
Un impianto galvanico si compone generalmente di numerose vasche nelle quali vengono immerse le parti metalliche da trattare.

Vi sono due tipi di liquami:
a) acque da bagni di lavaggio
La concentrazione degli agenti inquinanti in soluzione è compresa tra 100 mg/I e 900 mg/I.
b) soluzioni saline da bagni esausti
I bagni vengono svuotati periodicamente.

La concentrazione di agenti inquinanti è dell'ordine di gr/I.
E' di primaria importanza separare i bagni alcalini da quelli acidi. In presenza di cianidi in campo acido i liquami possono sviluppare l'altamente tossico acido prussico. A seconda della solubilità i metalli vengono precipitati con latte di calce. I processi impiegati sono simili a quelli precedentemente descritti nella lavorazione metalli.

7.         Industria conciaria

L'industria conciaria è una delle più antiche lavorazioni di materiale naturale. Essa è caratterizzata da un elevato consumo d'acqua.
I reflui di conceria sono generalmente di colorazione grigio-verdastra, torbidi e spesso putridi. A causa delle diverse fasi di lavorazione il valore di pH passa da valori alcalini (pH 12) a valori acidi (pH 2-3). II contenuto di inquinanti organici è elevatissimo con presenza anche di solfuri e cromo.
II trattamento dei reflui passa attraverso numerosi stadi: - grigliatura
- omogeneizzazione (in vasche di stoccaggio circolari dotate di agitatori rotanti)
- prechiarificazione con rimozione del cromo - precipitazione dei solfuri
- sedimentazione finale
- invio al trattamento biologico

Per la precipitazione dei solfuri si impiegano solfato di ferro e acido solforico. Dopo il dosaggio il solfuro di ferro viene rimosso per mezzo di sostanze flocculanti quali, ad esempio, i polielettroliti.

 

8.         Cave, miniere, cementifici

II settore comprende l'industria estrattiva così come quella della lavorazione materiali per l'edilizia. Essa include prodotti quali: cemento, calce e gesso, ed anche materiali ceramici grossolani (laterizi, gres, refrattari) e fini (piastrelle e abrasivi).
Le aziende medio-grandi trattano direttamente i loro reflui. Con poche eccezioni i liquami contengono sostanze facilmente sedimentabili come: ghiaia, sabbia, calce e dolomia. Per questo sono generalmente separati dai reflui civili e raccolti e trattati a parte.

Spesso viene addotta ai sedimentatori, assieme ai reflui di produzione, anche la portata di pioggia derivante dal dilavamento di grandi aree operative o di coperture dove può essersi depositata polvere, sabbia o altre sostanze minerali. Spesso l'acqua depurata viene riciclata in produzione. Se nelle acque scaricate sono presenti degli idrocarburi, a causa, ad esempio, di officine meccaniche, sono da prevedersi appositi separatori.
Generalmente i liquami dell'industria estrattiva non hanno bisogno di pretrattamenti, prima della sedimentazione.
La forma e le dimensioni dei sedimentatori o dei bacini di sedimentazione, dipendono dal contenuto di sostanze solide e dal tempo di determinazione dei liquami. I sedimentatori vanno svuotati periodicamente mentre i bacini generalmente no.
La sedimentabilità può essere migliorata con l'aggiunta di sostanze flocculanti. I fanghi derivanti dalla sedimentazione sono spesso disidratati al 40...50% per mezzo di nastropresse o di separatori a centrifuga. I fanghi disidratati possono essere, con poche eccezioni, smaltiti tranquillamente. Le eccezioni riguardano fanghi contenenti metalli pesanti insolubili e smalti proveniente dall'industria ceramica o cromo esavalente derivante dal fibrocemento.

9.         Chimica e petrolchimica

I reflui dell'industria chimica e petrolchimica presentano caratteristiche fortemente variabili a seconda del processo e del sito produttivo. Si passa da acque praticamente pulite (di raffreddamento) fino a reflui fortemente tossici. Quella che segue è una lista parziale di processi produttivi caratterizzati da elevate portate di liquami.

produzione soda                                   produzione idrocarburi
produzione farmaceutica                       produzione fibre chimiche
produzione perborati                             produzione fertilizzanti
produzione composti di bario                raffinerie
ossidi disperse

I trattamenti depurativi dipendono fortemente dall'origine dei reflui e dai loro contenuti. Alcuni dei più usato processi di depurazione sono:
setacciatura                                                                 sedimentazione con o senza additivi chimici
flottazione dopo flocculazione e precipitazione               filtrazione
scambio ionico                                                            ossidazione
osmosi inversa                                                            assorbimento
distillazione                                                                  neutralizzazione
detossificazione                                                           processi biologici: trattamento aerobico e   anaerobico

Nell' installazione di sensori di misura per portate, livelli ed analisi è da porre la massima attenzione alla resistenza alla corrosione da agenti contenuti nei liquami quali acidi o basi.

Se sono presenti pure idrocarburi e oli si devono controllare anche le guarnizioni e gli o-ring delle armature e delle parti in movimento. Ogni paese disciplina lo sversamento di reflui in acque pubbliche secondo proprie prescrizioni che includono, a seconda della tipologia produttiva: metalli pesanti, COD, ittiotossicità, temperatura, pH, cloro attivo, Redox, indice di fenolo, idrocarburi da campione omogeneo non sedimentabile, azoto da nitrati ed una lunga serie di altri parametri.