depurazióne
Indice
Lessico
sf. [sec. XVII; da depurare]. Termine generico indicante il complesso di operazioni atto a consentire sia l'utilizzazione, per specifici cicli di impiego, di sostanze non altrimenti idonee per la presenza di impurezze di varia natura, sia la restituzione all'ambiente di sostanze naturali inquinate, attraverso il recupero delle condizioni fisiche, chimiche e biologiche originarie, sia l'abbattimento e il contenimento, entro limiti prefissati, di prodotti nocivi presenti nell'ambiente, in genere nell'acqua e nell'aria, come conseguenza di attività umane.
Descrizione generale
Le varie forme di inquinamento generate dalle attività umane hanno reso necessario lo sviluppo di sistemi finalizzati alla depurazione delle risorse fondamentali (aria e acqua) senza le quali l'uomo non può vivere. Le tecnologie di depurazione sono state sviluppate maggiormente quando, con il diffondersi dei sistemi produttivi e di consumo di massa, è stato evidente che l'ambiente naturale non era in grado di sostenere i crescenti livelli di inquinamento senza subire alterazioni tali da compromettere la disponibilità delle risorse stesse. Poiché la depurazione è basata sulla separazione di alcune sostanze (inquinanti) da altre (acqua, aria e suolo, principalmente) essa determina da un lato il raggiungimento di determinati obiettivi di qualità ambientale, riferiti in genere alle condizioni naturali, d'altra parte dà luogo all'accumulo delle sostanze inquinanti, sotto forma di polveri, fanghi e rifiuti, che vengono riciclate e restituite all'ambiente con modalità tali da non inquinare o possono essere reimpiegate in altre attività produttive. La depurazione, quindi, anche se non è in grado di eliminare del tutto i fenomeni di inquinamento prodotti dalle attività umane, costituisce un'importante fase di razionalizzazione del rapporto tra queste e l'ambiente. Anche la legislazione, prima notevolmente carente per quanto concerne la tutela dell'ambiente e della salute pubblica, si è adeguata alla realtà diventando molto più severa con la promulgazione di norme che intendono soprattutto prevenire l'inquinamento e i danni all'ambiente naturale prescrivendo l'adozione di tutti gli accorgimenti tecnici idonei a ridurre o annullare qualsiasi contaminazione. I più antichi processi di depurazione si riferiscono al trattamento dei gas, in particolare dell'aria, per l'eliminazione della polvere in specie nel settore minerario, mentre i trattamenti riguardanti l'acqua hanno acquistato un ruolo significativo da quando questa non è più considerata un bene non economico ma un bene la cui utilizzazione diventa sempre più onerosa. La necessità di aumentare i rendimenti e di diminuire i costi nei processi industriali ha portato, grazie allo sviluppo delle tecniche di depurazione, al recupero in forma di sottoprodotti di una notevole frazione dei residui di lavorazione, in passato destinati direttamente allo scarico. Inoltre, soprattutto per quelle lavorazioni industriali che impiegano largamente l'acqua, è divenuta una pratica sempre più diffusa studiare e progettare impianti di depurazione che consentano un efficace riciclo. La depurazione si ottiene separando dal mezzo trattato, in genere liquido o aeriforme, gli agenti o le sostanze che ne determinano l'impurità. Secondo la natura del mezzo e dei composti da separare si hanno svariati tipi di depurazione che utilizzano processi fisici, chimici e biologici; per le varie operazioni richieste vengono utilizzate apparecchiature specifiche genericamente indicate come depuratori.
Depurazione degli aeriformi
Viene effettuata sia per eliminare sostanze nocive, per esempio per rendere l'aria nuovamente respirabile (e spesso questa operazione è integrata da altre di condizionamento e di climatizzazione), sia per il recupero di alcune sostanze tra quelle che vi siano state liberate durante determinate fasi di lavorazione, qualora abbiano un valore tale da giustificarne l'onere. In molte attività industriali si verifica la dispersione in notevole quantità di polveri, trascinate da gas o da fumi, che è necessario abbattere per impedire l'inquinamento atmosferico sia nell'area di lavorazione, sia all'esterno. Inoltre può risultare vantaggioso il recupero del materiale pulverulento, come per esempio avviene in campo siderurgico per quello trascinato dai gas d'altoforno e che una volta abbattuto e agglomerato viene nuovamente caricato nell'altoforno. L'abbattimento delle polveri trascinate da un aeriforme si definisce depolverazione o depolverizzazione e si ottiene con apparecchiature specifiche studiate in funzione della natura dei gas o dei fumi da trattare, della loro temperatura e delle caratteristiche fisiche e chimiche delle polveri, delle loro granulometria e concentrazione e del valore intrinseco e infine dell'efficacia di rendimento che si vuole conseguire (grado di abbattimento). Tra i depolverizzatori più comuni rientrano gli elettrofiltri, le torri di abbattimento a getto liquido, i filtri a maniche e i cicloni. Essi sono tutti basati sui tre principi fondamentali della sedimentazione per gravità o inerzia, della sedimentazione accelerata con l'intervento di forze superiori a quella di gravità e della filtrazione. I sistemi basati sul primo principio sono efficaci per aerosoli grossolani e permettono il recupero di materiali di valore economico considerevole oltre alla riduzione del carico inquinante. La sedimentazione accelerata (che ha luogo nei cicloni, nei filtri a manica ed elettrostatici) consente un'elevatissima eliminazione delle polveri. La filtrazione a umido, nella quale l'aerosol viene fatto passare attraverso una pioggia d'acqua, si basa su fenomeni di captazione per inerzia, filtrazione, solubilizzazione e assorbimento e consente di abbattere sostanze gassose e particolate. L'eliminazione delle sostanze nocive presenti, in un aeriforme, allo stato gassoso, si effettua mediante assorbimento su filtri di carbone attivo o di gel di silice o di allumina oppure facendo intervenire assorbenti liquidi specificamente attivi nei riguardi del componente da allontanare. Per l'eliminazione del solfuro di idrogeno, dei composti solforati organici, dell'anidride solforosa, ecc., è necessario mettere in atto operazioni di desolforazione.
Depurazione dell'acqua per usi domestici
La depurazione delle acque viene condotta con tecniche diverse secondo il tipo di acqua trattata e le finalità che si vogliono raggiungere: l'acqua infatti può essere destinata a usi potabili e igienici, a usi industriali o all'irrigazione; inoltre, mentre prima il problema degli scarichi industriali e urbani non preoccupava, dalla fine del sec. XX il trattamento di queste acque riveste un'importanza basilare. Le esigenze della società attuale, infatti, hanno determinato una crescente richiesta di acqua per di più con particolari requisiti di purezza tanto che le fonti che precedentemente assicuravano il rifornimento idrico risultano insufficienti. In più esse sono rese parzialmente inutilizzabili dall'inquinamento imputabile allo scarico, senza alcun trattamento depurativo, nei bacini idrici, nel sottosuolo e in mare delle acque di rifiuto, sia quelle smaltite dalle industrie sia quelle utilizzate dalla popolazione per usi potabili e igienici, in quanto ormai, a causa delle sostanze chimiche impiegate per usi domestici, le acque luride municipali hanno caratteristiche simili a quelle di alcuni effluenti industriali. La quantità di acqua altamente inquinata scaricata nei corsi d'acqua è tale ormai da non consentire in molti casi l'autodepurazione degli stessi con conseguente riduzione delle possibilità di prelievo dai medesimi di acque direttamente utilizzabili. Le previsioni per il futuro fabbisogno idrico accentuano le preoccupazioni e comunque le soluzioni non potranno non comportare un onere. Già adesso si cerca di premunirsi intensificando le ricerche per il reperimento di nuove fonti e per la messa a punto di tecniche di depurazione delle acque prima dello scarico nel corpo idrico sempre più efficaci. Ciò sia per consentire a certi settori industriali un razionale impiego delle acque con adatto riciclo, sia per rendere utilizzabili acque che per composizione o localizzazione non lo sono. Quest'ultima possibilità riveste una notevole importanza destinata ad accentuarsi sensibilmente, grazie alla dissalazione di acque di mare o salmastre, realizzabile mediante numerosi processi con risultati apprezzabili sia qualitativamente sia economicamente. Le acque utilizzate in lavorazioni, processi e cicli industriali devono presentare determinate caratteristiche in relazione ai particolari impieghi cui sono destinate e pertanto le tecniche di depurazione variano secondo i requisiti chimici, fisici o anche batteriologici richiesti; al fine di rendere potabili le acque destinate a usi civili, queste vengono sottoposte invece a una serie ben definita di trattamenti.
Depurazione dell'acqua per usi industriali
Per la depurazione delle acque destinate a usi industriali si indicano di seguito i pretrattamenti di carattere generale e alcuni trattamenti specifici per particolari condizioni di impiego. La separazione delle sostanze in sospensione si ottiene per sedimentazione e decantazione delle acque in larghi bacini, aventi anche funzione di polmoni di riserva, allo scopo di consentire il deposito delle particelle di diametro superiore a 1/200 mm, e per coagulazione e flocculazione in larghi bacini debolmente agitati, mediante trattamento chimico con agenti coagulanti, come allume, silice attiva, polielettroliti, atti alla precipitazione delle particelle colloidali. La separazione delle particelle solide più fini si realizza per filtrazione su letti di sabbia con granuli del diametro di ca. 0,5 mm o su letti di ghiaia, sabbia e carbone attivo. La riduzione parziale o totale dei sali disciolti è un'operazione che assume diverse denominazioni secondo le modalità del trattamento o l'elemento (o composto) che si vuole specificamente eliminare. Normale è l'eliminazione della durezza, permanente e temporanea, ossia l'operazione di addolcimento (detta anche decalcificazione e dolcificazione): la durezza temporanea è eliminata ricorrendo ad aerazione intensa o a trattamento con acqua di calce, mentre i solfati e i cloruri di calcio e di magnesio responsabili della durezza permanente vengono trasformati per reazione con calce e soda, prodotti molto economici, in carbonato di calcio e in idrossido di magnesio che precipitano. Più oneroso è il trattamento con silicati idrati di alluminio e sodio (permutiti) aventi la proprietà di sostituire il metallo alcalino con calcio, magnesio e anche ferro e manganese; la permutite esausta viene rigenerata per trattamento con una soluzione al 10% di cloruro di sodio. Per l'allontanamento dei sali di ferro e di manganese, che intorbidano l'acqua e le conferiscono gli stessi inconvenienti dell'acqua dura, si applicano processi di deferrizzazione e di demanganizzazione che precipitano questi sali trasformandoli per trattamento con permutite al manganese in ossidi idrati di ferro (III) e di manganese (III); la permutite viene periodicamente rigenerata con permanganato di potassio. Trattamenti più raffinati si realizzano ricorrendo a resine scambiatrici di ioni: le resine a scambio cationico servono ottimamente per eliminare la durezza delle acque consentendo una maggiore velocità di scambio rispetto al sistema alla permutite, mentre le resine a scambio ionico acide e basiche, permettendo l'eliminazione di silicati, fosfati, fluoruri e solfati, liberano acque pressoché completamente demineralizzate (demineralizzazione o deionizzazione). Acqua “quasi distillata” si ottiene con il processo elettrolitico o elettro-osmotico: non viene eliminata la silice colloidale che solitamente non dà inconvenienti; qualora però per condizioni di esercizio particolari (vapore ad alta pressione nelle turbine) si tema la formazione di depositi notevoli, si procede alla desilicatizzazione con sostanze capaci di fissare la silice come silicato insolubile, o che idrolizzandosi formano composti capaci di assorbirla, o impiegando particolari resine scambiatrici di ioni. Le acque acide vengono neutralizzate, per evitare il pericolo di corrosione di superfici metalliche e anche di cemento, per aggiunte di carbonato di sodio e di fosfato trisodico; quest'ultimo agisce come tampone nel caso di eventuale eccesso nell'immissione di soda che altrimenti potrebbe favorire la cosiddetta fragilità caustica, cioè la perdita di duttilità delle lamiere per corrosione intercristallina nei punti più sollecitati. Il degassamento delle acque riguarda precipuamente l'eliminazione del biossido di carbonio (decarbonatazione) e dell'ossigeno, possibile sia con mezzi fisici, per esempio per riscaldamento all'ebollizione dell'acqua, poiché la solubilità di un gas in un liquido si annulla all'ebollizione, sia con metodi chimici, come trattamento con calce per la decarbonatazione (CO₂ precipita come carbonato di calcio insolubile) o passaggio dell'acqua su ferro suddiviso che fissa l'ossigeno, o immissione di idrazina che reagendo con l'ossigeno dà azoto e acqua. Il post-trattamento delle acque industriali, oltre a regolare il pH in funzione dello specifico processo a cui sono destinate, o a controllare la corrosione, tende anche a impedire la formazione di alghe con l'aggiunta di composti organici del mercurio o di cloro. Per quanto concerne il problema della riduzione o eliminazione degli inquinanti, siano sostanze organiche o inorganiche, solide o liquide, solubili o insolubili, ormai lo stato delle conoscenze tecniche è tale da offrire le migliori garanzie se non si pongono limitazioni di carattere economico, al punto da consentire di ottenere, se richiesto, al termine del trattamento, acqua potabile.
Depurazione delle acque di rifiuto
La legge 10 maggio 1976, n. 319 (conosciuta come legge Merli) e le successive modifiche e integrazioni (legge 24 dicembre 1979, n. 650) disciplinano gli scarichi di qualsiasi tipo nelle acque superficiali e sotterranee, interne e marine, nelle fognature, sul suolo e nel sottosuolo; stabiliscono i compiti dello Stato e degli altri Enti (Regioni, Province, Comuni e Consorzi vari); regolamentano gli scarichi in base a tabelle che stabiliscono le caratteristiche che devono avere le acque e la concentrazione massima ammessa di elementi e composti chimici particolarmente inquinanti e di batteri. È possibile valutare il potere inquinante di una determinata sostanza organica in base alla quantità di ossigeno necessaria per la sua ossidazione. Tale quantità, espressa in mg/l, prende il nome di BOD. I trattamenti di depurazione oggi disponibili consentono di eliminare dalle acque di scarico, sia urbane sia industriali, qualsiasi sostanza organica o inorganica, fino a ottenere un'acqua completamente pura. Il costo di tali trattamenti impone però di limitare la depurazione in modo da ridurre la concentrazione degli inquinanti entro i valori imposti dalla legge oppure da consentire il reimpiego delle acque nei processi industriali (riciclo). Gli inquinanti presenti nelle acque di rifiuto urbane sono principalmente sostanze organiche: proteine, carboidrati, oli, grassi tensioattivi, batteri. Se è soprattutto il carico di batteri a determinare l'inquinamento di tipo organico delle acque civili, è proprio attraverso di essi che ha luogo la demolizione delle sostanze organiche presenti negli scarichi fino alla loro trasformazione in composti stabili che possono essere smaltiti senza rischi dal punto di vista igienico. Il principio fondamentale della depurazione degli scarichi domestici consiste nell'assecondare e controllare la crescita dei batteri (aerobi, anaerobi e facoltativi) in modo che alla fine del processo le sostanze organiche presenti siano trasformate in composti non più putrescibili e quindi non più inquinanti. Le fasi principali del processo di depurazione sono: pretrattamento per l'eliminazione di corpi grossolani e sabbia; eliminazione dei solidi sedimentabili (a questo punto il liquame è chiarificato e ha un potere inquinante in termini di BOD del 30-40%); decomposizione della sostanza organica da parte di batteri aerobi debitamente provvisti di ossigeno e formazione del fango (concentrato di batteri e sostanze inquinanti); separazione del fango dall'acqua depurata (il BOD, a questo punto, può essere ridotto fino al 95%) per sedimentazione; mineralizzazione del fango (per digestione aerobica o anaerobica) che, non essendo più putrescibile, non è più inquinante. Per la depurazione delle acque industriali di scarico non esistono impianti standardizzati e quindi questi variano secondo gli inquinanti presenti. La tecnica di depurazione è simile a quella relativa agli scarichi urbani per quanto concerne i materiali sospesi e organici, mentre si differenzia sensibilmente per l'eliminazione di inquinanti particolari. Trattamenti chimici (ossidazione e riduzione, scambio ionico, ecc.) e fisici (coagulazione, filtrazione, adsorbimento, precipitazione, ecc.) sono impiegati per eliminare metalli pesanti, fosforo, solfuri, specialmente nel caso di riciclo delle acque. La neutralizzazione (riduzione del pH entro i valori prescritti dalla legge) precede in genere lo scarico delle acque reflue industriali dopo la depurazione ed è controllata da apparecchiature automatiche.