ACQUA BUONA O CATTIVA?L’OGGI E LE SFIDE FUTUREL OGGI E LE SFIDE FUTURE
INIZIATIVA ORGANIZZATA IN OCCASIONE DELLAGIORNATA MONDIALE DELL’ACQUA 2016GIORNATA MONDIALE DELLACQUA 2016
22 MARZO 201622 MARZO 2016
Le acque reflue possono diventare una risorsa?Elena Ficara, Francesca MalpeiElena Ficara, Francesca Malpei
Gli impianti di depurazione sono stati inventati, all’inizio del ‘900, per rimuovere gli inquinanti dalle acque di rifiuto, evitando la loro immissione in ambienteimmissione in ambiente…
Prelievo Scarico
Uso
Impianto di potabilizzazione Impianto di depurazione
Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale
Gli impianti di depurazione sono stati inventati, all’inizio del ‘900, per rimuovere gli inquinanti dalle acque di rifiuto, evitando la loro immissione in ambienteimmissione in ambiente…
Approccio lineare all’uso dell’AcquaApproccio lineare all’uso dell’Acqua
Prelievo Uso Scarico
L fid ff t tLe sfide affrontate: Fornire acqua sicura (Potabilizzazione) Scaricare limitando l’impatto sull’ambiente
ma… popolazione cresce, gli stili di vita cambiano,
(Depurazione)g ,
cambiamenti climatici modificano la disponibilità dell’acquaq
la sfida cambia
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Ma qual è la situazione nel 2016 ? E cosa dovremo fare in futuro??
Approccio Approccio circolarecircolare
Acqua, energiarisorse
Acqua, energiarisorse
Risorsa idrica
trattamento Utilizzo+
riutilizzo
trattamento Scarico in ambiente
Le nuove sfide hi di iGerarchia di gestione
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Quali risorse si possono recuperare ?
Acqua pulitaAcqua reflua Acqua pulitaAcqua reflua
40‐70 m3/anno/persona= Sostanza organica biodegradabile:
12 – 14 W/personaSostanza organica complessiva:
Energia chimicag p
18 – 20 W/personaAmmoniaca: 8 W/personaTOTALE: 20 – 28 W/persona
+ TOTALE: 20 28 W/persona
(4‐5 volte a fabbisogno per depurazione)Sostanze disciolteRecuperabili (N, P)
2‐3 kg N/anno/persona2 3 kg N/anno/persona0,5‐1 kg P/anno/persona+
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Quante energia serve per fornire acqua potabile e depurare le acque reflue fognarie (= il ciclo idrico integrato) ?
o 10-17 Watt/personao 90-150 kWh/anno/persona
In Italia: Consumo totale 7500 GWh/anno(2,5% del consumo elettrico
2‐3% del consumo elettrico nazionale
nazionale)Campanelli, Foladori, Vaccari (2013)
A i i 57%(in EU e USA)Con punte fino al 7%
Cosa fare?
•Approvvigionamento 57%•Depurazione 43%
Cosa fare?
• Ridurre il consumo dell’acqua • Ottimizzare i trattamenti e recuperare l’energia contenuta nell’acqua
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Recuperare energia dalle acque reflue
TERMICA: la temperatura delle acque reflueTERMICA: la temperatura delle acque reflueè compresa tra 14 e 23°C.Con pompe di calore, si può ottenereenergia, per riscaldare (inverno) o raffreddare(estate) gli edifici 200kW al depuratore diNosedo
IDROELETTRICA f d il l di
Impianto di depurazione di
Folgaria (50 L/s)IDROELETTRICA: sfruttando il salto di quotaallo scarico del depuratore
o ga a (50 /s)
236 m=
40kW
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Recuperare energia
ENERGIA CHIMICA, associata alle sostanze organiche presenti nei reflui.Durante la depurazione si producono dei residui - fanghi - che contengono ancora molta sostanza organica.
Trattamentimeccanici
TrattamentobiologicoIN
Acquatrattata
trattameniprimarimeccanici biologico
Fanghi depurazione
trattataprimari
Fanghi depurazione
Digestioneanaerobica
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Recuperare energia
Con i fanghi si produce BIOGAS, grazie a microrganismi ANAEROBI
Sostanza organica (Zuccheri, proteine, grassi)
Metano + Anidride CarbonicaMetano + Anidride Carbonica(BIOGAS)
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Ottimizzare il recupero di energia
1) Sfruttare meglio l’energia chimica1) Sfruttare meglio l energia chimica
2) A t il di i i ti h l2) Aumentare il numero di impianti che la impiegano la digestione anaerobica con cogenerazione
In Italia:In Italia:• si producono 121 GWh/anno da digestione anaerobica fanghi (GSE, 2014)• potenziale max teorico di 2100 GWh/anno (tutti gli impianti con sistemi di trattamento
avanzato si dotassero di D.A. convenzionale)a a ato s dotasse o d . . co e o a e)
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Recuperare energia: le Celle a combustibile microbiche
Sfruttiamo l’energia chimica presente nell’acqua
Celle a combustibile Microbiche Celle a combustibile Microbiche
Foto cortesemente fornite da P. Cristiani e da A. Capodaglio & D. Molognoni
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Depuratori a bilancio energetico positivo
• Recuperando energia• Ottimizzando i trattamenti più energivori
Trattamenti biologici innovativi Ottimizzazione dei trattamenti biologici esistentiTrattamenti biologici innovativi(T. Lotti, D. Scaglione)
Ottimizzazione dei trattamenti biologici esistenti Esempio: sistemi di aerazione (R. Canziani, R. Dicosmo)
Impianti ottimizzati
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Depuratori a bilancio energetico positivo
• Recuperando energia dai fanghi e • Ottimizzando i trattamenti depurativi
I d i dI depuratori possono produrre invece che consumare energia
Esempio: Depuratore di Strauss (Austria)
250.000 abitanti servitiCosto energetico della depurazione11.3 kWh/anno/persona
Compensato da efficiente produzione/conversione biogas
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Recuperare i nutrienti NutrientiNutrienti
f f f fAzoto, fosforo, potassio … sono fertilizzanti fondamentali in agricoltura li riportiamo sui campi in modo controllato …
Trattamentimeccanici
Trattamentobiologico
Trattamentiterziari
IN Acquatrattata
trattameniprimari
Di ti Fanghi
N, P, K
Digestioneanaerobica
Fanghistabilizzati N, P, K
… con i fanghi di depurazione stabilizzati e l’acqua trattata
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Recuperare i nutrienti
Per il fosforo (P) si può fare di più perché è prezioso( ) p p p p
Indispensabile per sostenere le colture Domanda in crescita con la popolazioneDomanda in crescita con la popolazione
mondiale Distribuzione geografica dei giacimenti non
omogenea (Marocco Cina US)omogenea (Marocco, Cina, US) Europa importa P
FONTE in ESAURIMENTO
Circa il 18% del P estratto da fonti fossili si ritrova nei reflui Recupero
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Recuperare i nutrienti
P si può recuperare in forma di sale da flussi concentratip pSistemi di cristallizzazione
Struvite (MgNH4PO46H2O)
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Recuperare acqua
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Recuperare acqua – Il caso di MilanoIl riuso agricole delle acque depurate
Nosedo San Rocco
Peschiera B.(250 000 abitanti)
120 milioni m3/semestre irriguo (185 gg)
San Rocco
(250.000 abitanti)
h llSan Rocco(1.050.000 abitanti) Nosedo
(1.250.000 abitanti)
18.095 ha di Mais a granella (fabbisogno stagionale: 6645.6 m3/ha)
+17.495 ha di Riso
(fabbisogno stagionale: 6873.5 m3/ha)
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Recuperare acqua
In casi di importante scarsità: Schimmoller et al., Environ. Sci.: Water Res. Technol., 2015,1, 644‐658In casi di importante scarsità: l’acqua depurata (ancora di più) può tornare potabile
Schimmoller et al., Environ. Sci.: Water Res. Technol., 2015,1, 644 658
Si fa già dove l’acqua è scarsa:• California (Orange Country Water District)• Virginia (Upper Occoquan Sewage Authority)Virginia (Upper Occoquan Sewage Authority)• Namibia (Impianto di Windhoek)• Singapore (Impianto di Changi, NEWater)
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Recuperare – Nuove strategie
Il recupero delle risorse ed il riciclo dell’acqua possono essere ottimizzati se non si mescola tutto assieme:tutto assieme:
•Acque grigie trattamento semplificato e riuso per scopi non potabili•Acque nere‐ Feci recupero di energia e sostanza organica‐ Urine recupero dei nutrienti
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p
Recuperare – Nuove strategie
The SOLAIRE building, NewYorkThe SOLAIRE building, NewYork
Raccolta acque di pioggia+
Impianto di trattamento acque grigie(biologico, membrana, disinfezione)
RiusoRiuso sciacquone, irrigazione, raffrescamento
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Recuperare – Nuove strategie
G S ( )Già in uso in città Svedesi (progetti pilota)
Urine raccolte separatamente ed inviate a riuso agricoloUrine raccolte separatamente ed inviate a riuso agricolo
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GGGià ora Già ora …
EnergiaEnergia
Acqua da Acqua da reimpiegarereimpiegare
NutrientiNutrienti
EnergiaEnergia
In futuro:In futuro:NutrientiNutrientiImpianto di impianto
Piattaforma di recupero risorse
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Al politecnico…
CCi occupiamo ad esempio di:
Ri d ll’ (t l i )• Riuso dell’acqua (tecnologie)• Ottimizzazione dei sistemi di aerazione• Processi biologici innovativi (Anammox microalghe)• Processi biologici innovativi (Anammox, microalghe)• Digestione anerobica
Applicati a reflui urbani ed industriali
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