Noi di Tev Group utilizziamo impianti altamente tecnologici e al contempo rispettosi dell’ambiente che ci circonda. Oggi vi parleremo di una categoria di impianti da noi realizzata, gli impianti chimico-fisici.
Gli impianti fisico-chimici trattano acque contaminate principalmente da inquinanti provenienti dal processo industriale, come metalli e idrossidi. Talvolta vengono utilizzati anche per acque di falda e rappresentano per noi argomento talmente vasto ed interessante che potremmo stare qui a parlarne per giorni. In questo articolo proveremo a spiegarvi in breve il funzionamento di questo tipo di impianti, anche con l’aiuto del libro “Depurazione delle acque. Tecniche ed impianti per il trattamento delle acque di rifiuto” di Luigi Masotti, Calderini 2° Ed. marzo 2005, del quale consigliamo la lettura a chiunque fosse interessato ad approfondire maggiormente l’argomento.
Le fasi del processo
Nel tipo di processo che coinvolge questi impianti vengono in una prima fase dosati dei reagenti chimici (come la soda ed il cloruro ferrico) e in una seconda fase, attraverso reazione chimica, avviene la divisione tra fanghi e acqua pulita.
Nei chimico-fisici infatti, le acque da trattare vengono mescolate in modo molto intenso con uno o più reagenti chimici (miscelazione rapida): le particelle colloidali (organiche ed inorganiche) vengono destabilizzate dai reagenti chimici aggiunti, con conseguente coagulazione (“coagulazione pericinetica o elettrocinetica”), che si verifica con elevatissima velocità all’atto stesso del contatto con i reagenti chimici.
Le particelle destabilizzate, sotto forma di “micro fiocchi” (cui si aggiungono anche i fiocchi formati dai reagenti chimici) sono assoggettate ad una successiva fase di flocculazione (o “coagulazione ortocinetica”): la miscela viene agitata dolcemente onde favorire l’opportunità statistica di collisione delle particelle, e conseguentemente la “coalescenza”, cioè l’aggregazione e crescita dei micro fiocchi, che si legano reciprocamente per fenomeni di assorbimento, e nel contempo provvedono ad ingombrare meccanicamente quelle particelle colloidali ancora in sospensione. Viene aumentato conseguentemente il volume e il peso specifico dei fiocchi, che risultano così ben visibili a occhio nudo.
Risultato della coagulazione-flocculazione è pertanto la trasformazione di sostanze colloidali, non sedimentabili, in sostanze sedimentabili, cioè in fiocchi che, in una successiva fase di sedimentazione, possono agevolmente essere raccolti sul fondo della vasca o comparto di sedimentazione, sotto forma di fango.
I fanghi di supero prodotti sono avviati alla disidratazione e smaltimento finale, con modalità analoghe agli impianti biologici.
Vantaggi e svantaggi
Vi sono principalmente tre svantaggi rispetto agli impianti biologici. In primo luogo vi è il costo dei reattivi chimici, che può incidere in misura rilevante sui costi di esercizio. Vi è poi l’elevato volume del fango finale, di molto superiore a quello prodotto dagli impianti biologici, in quanto al peso del fango si aggiunge anche quello dei reattori chimici. Infine vi è il problema della mancanza di un’adeguata protezione del corpo idrico ricettore, nel caso di presenza nelle acque di rifiuto di scarichi tossici in concentrazioni rilevanti.
I vantaggi, qui sotto elencati, sono però altrettanto validi e portano spesso alla scelta dell’applicazione di questo tipo di processo.
- L’avviamento di un impianto chimico è immediato, e non richiede i lunghi tempi di attesa occorrenti nei processi biologici per creare i fanghi attivi o la membrana biologica nei filtri percolatori.
- La conduzione dell’impianto è molto semplice, e non esige l’esperienza occorrente per la conduzione degli impianti biologici.
- Un impianto chimico è insensibile agli effetti di scarichi tossici, rispetto a un impianto biologico che accusa rapidamente l’effetto di scarichi tossici con una messa in crisi del processo depurativo
- Con il trattamento chimico si ottiene anche una sostanziale diminuzione del fosforo presente nei liquami.
- I trattamenti chimici sono molto elastici, potendo il livello di depurazione essere regolato in un campo piuttosto esteso, con semplici variazioni nel dosaggio dei reagenti chimici (ciò vale particolarmente per i reattivi di tipo metallico).
- I trattamenti chimici si prestano molto bene per liquami fortemente diluiti, con concentrazioni del BOD5 inferiori a valori dell’ordine di 100 mg/l, cui male si adattano invece gli impianti biologici, specie del tipo a fanghi attivi.
Tipologie di impianti chimico-fisici
Gli impianti chimico-fisici possono essere suddivisi in due categorie: in continuo, quando utilizzati per depurare contemporaneamente grandi quantitativi d’acqua, quando le fasi avvengono in vasche separate, oppure in discontinuo (o a batch) quando la depurazione avviene in un unico reattore in diverse fasi orientate nel tempo. I reattori in continuo possono essere ulteriormente suddivisi in reattori a perfetta miscelazione (Continous Stirred Tank reactor, CSTR) e reattori con flusso a pistone (Plug Flow Reactor, PFR).
Reattore batch
In un reattore di questo tipo i reagenti sono inizialmente caricati all’interno dell’apparecchio dove vengono ben mescolati e lasciati reagire per il tempo necessario. Il prodotto finale viene quindi scaricato. Questa è un’operazione in regime variabile in quanto la composizione cambia nel tempo.
Reattore CSTR
In questo tipo di reattore, i reagenti in ingresso vengono perfettamente miscelati e il prodotto di reazione viene prelevato con continuità. Si tratta di un reattore il cui contenuto ha la stessa composizione in ogni punto e la corrente uscente ha la stessa composizione del fluido all’interno del reattore (condizione di idealità).
Scelta del reattore
In generale si può dire che, nell’ambito del processo chimico in cui si trova inserito, il reattore chimico deve assolvere a tre compiti principali (o a una parte di essi):
- fornire il tempo di residenza necessario per garantire la conversione desiderata (produttività);
- scambiare calore nel modo e con i sistemi più convenienti;
- favorire il contatto tra i reagenti (ad esempio per agitazione e rimescolamento delle fasi presenti durante la reazione) e le condizioni per avere alta selettività.
I principali fattori che ci aiutano a decidere se un processo opererà in modo discontinuo o continuo sono:
Produzione
Gli impianti che hanno capacità produttive > 5000 tonn/anno sono normalmente continui, mentre quelli con capacità < 500 tonn/anno sono normalmente discontinui. Gli impianti con alte produzioni risultano più economici se operano in continuo dato il più efficiente utilizzo delle apparecchiature 24 ore su 24 che portano a volumetrie delle apparecchiature ridotte rispetto ai processi batch a parità di produzione.
Tipologia dei prodotti
- Prodotti diversificati: usualmente gli impianti discontinui sono più flessibili rispetto ai continui. Grazie a questa flessibilità sono comunemente usati quando si desidera produrre un ampio numero di prodotti in uno stesso impianto (formulazioni farmaceutiche).
- Prodotti rintracciabili: per alcuni prodotti, ad es. prodotti farmaceutici e alimentari, si richiede la rintracciabilità del prodotto in modo da identificare per ogni lotto di prodotto ottenuto le specifiche condizioni operative adottate per la sua produzione. Ciò può essere ottenuto solo operando in batch.
Problemi operativi:
- Reazioni molto lente: alcune reazioni sono così lente che i reattori discontinui sono la sola soluzione possibile (es. reazioni biochimiche).
- Sospensioni: nel caso in cui si devono maneggiare piccole quantità di sospensioni che possono dar luogo a depositi di solidi e/o problemi di pompaggio in sistemi continui, operare in modo discontinuo è consigliabile, poiché l’equipaggiamento può essere periodicamente scaricato e pulito dopo ciascun ciclo di produzione.
- Necessità di sterilizzare periodicamente l’equipaggiamento (caso frequente nell’industria alimentare e farmaceutica).
- Una caratteristica dei processi discontinui è che spesso è possibile realizzare più operazioni in una stessa apparecchiatura, mentre in un processo continuo si richiedono tante unità quante le operazioni richieste.
Altro elemento a condizionare la scelta del continuo rispetto al batch è dettata dalle portate da trattare, per cui tale opzione è più conveniente sia dal punto di vista economico, sia dal punto di vista delle tempistiche di trattamento.
Vi abbiamo presentato un’altra tipologia di impianto da noi spesso utilizzata. Il mondo degli impianti di depurazione è ricco di processi realizzabili, processi che ci permettono di realizzare al meglio il nostro lavoro, rendendolo entusiasmante e sempre ricco di inventiva e creatività. Hai domande sui nostri servizi? Contattaci subito!
