le acque reflue possono diventare una risorsa? · gli impianti di depurazione sono stati inventati,...

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


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


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+


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


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


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


Recuperare energia

Con i fanghi si produce BIOGAS, grazie a microrganismi ANAEROBI

Sostanza organica (Zuccheri, proteine, grassi)

Metano + Anidride CarbonicaMetano + Anidride Carbonica(BIOGAS)


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)


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


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


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


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


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


Recuperare i nutrienti

P si può recuperare in forma di sale da flussi concentratip pSistemi di cristallizzazione

Struvite (MgNH4PO46H2O)


Recuperare acqua


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)


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)


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


p


The SOLAIRE building, NewYorkThe SOLAIRE building, NewYork

Raccolta acque di pioggia+

Impianto di trattamento acque grigie(biologico, membrana, disinfezione)

RiusoRiuso sciacquone, irrigazione, raffrescamento



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


GGGià ora Già ora …

EnergiaEnergia

Acqua da Acqua da reimpiegarereimpiegare

NutrientiNutrienti

EnergiaEnergia

In futuro:In futuro:NutrientiNutrientiImpianto di impianto

Piattaforma di recupero risorse


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


le acque reflue possono diventare una risorsa? · gli impianti di depurazione sono stati inventati,...

Documents