Trattamento primario o meccanico

I trattamenti primari consistono in:

• grigliatura
• dissabbiatura
• disoleatura
• equalizzazione e omogenizzazione
• sedimentazione primaria

Grigliatura

 

Sistema di grigliatura

La grigliatura costituisce un'operazione di filtrazione meccanica grossolana che ha l'obiettivo di trattenere solidi grossolani non sedimentabili (stracci, plastica, ecc.) e solidi grossolani sedimentabili (ghiaia, ecc.).

Questo pretrattamento è sempre necessario, perché l'eliminazione selettiva di tali materiali evita che possano creare accumuli e ostruzioni nelle tubazioni, nelle giranti delle pompe, sugli alberi degli agitatori (mixer) e simili, oltre a migliorare la qualità dei fanghi prodotti dall'impianto di depurazione specialmente se da utilizzare in agricoltura.

La griglia/e viene sempre installata, con una pendenza 1:3, internamente al canale di arrivo all'impianto, alimentato dal collettore terminale della fognatura. Tale canale in corrispondenza della griglia si allarga di una certa aliquota in modo che la velocità dell'acqua a valle, tenuto conto dell'ingombro delle sbarre, si mantenga prossima a quella che si ha nel tratto a monte della griglia.

La velocità di attraversamento della griglia non deve essere troppo bassa da favorire la sedimentazione a monte della stessa ma neanche troppo elevata per non incrementare le perdite di carico - secondo il manuale Cremonese 0,6 m/s < V < 0,9 m/s. Di regola per calcolare lo slargo del canale in prossimità della griglia si impone che la lunghezza del canale, considerando gli interspazi della griglia risulti equivalente alla lunghezza fissata in fase di proporzionamento del canale. Pertanto se:

• d è il diametro della singola barra;
• L è la larghezza del canale a monte della griglia;
• s è la luce netta di passaggio tra barra e barra;
• h altezza liquida nel canale;
• Qn è la portata nera

si ottiene:

• n il numero di barre costituenti la griglia con la seguente relazione: (n+1) * s = L
• B la larghezza dello slargo con la seguente formula B = (n+1) * s + n * d
• V la velocità attraverso le barre con la seguente formula v = Qn / B*h<V

A seconda dell'interasse tra le barre, le griglie si suddividono in:

• grossolane - interasse di 5÷10 cm;
• medie - interasse di 2,5÷5 cm;
• sottili - interasse di 1÷2,5 cm.

Di regola la prima fase del trattamento preliminare prevede una grigliatura grossolana seguita da un'altra griglia più fine. In base al sistema di pulizia vengono classificate invece in:

• manuali: utilizzate principalmente per griglie grosse (poste in testa ai canali di by pass) e per piccoli impianti dove la quantità di solidi grigliabili è da ritenersi trascurabile e/o quando le operazioni di pulizia non risultano troppo onerose;
• meccaniche: in tutti gli altri casi.

Il materiale grigliato è raccolto in un cassonetto per poi essere avviato allo smaltimento finale. In associazione con la griglia possono essere utilizzati degli sminuzzatori che dopo aver triturato il materiale grigliato lo reintroducono a monte della griglia stessa.

Stacciatura

Il funzionamento degli stacci è simile a quello delle griglie salvo che per le minori dimensioni dei passaggi liberi che di norma caratterizzano gli stacci. Le tele filtranti sono montate su un cilindro rotante.

Esistono due tipologie di stacci:

• a tazza: il refluo ha direzione coassiale al cilindro.I solidi aderiscono al cilindro e vengono rimossi da getti d'acqua (refluo chiarificato) cadendo così in una canaletta.
• a tamburo: il refluo ha direzione ortogonale al cilindro. I solidi vengono trattenuti dalla superficie esterna del cilindro. La pulizia avviene in maniera automatica.

Dissabbiatura

La dissabbiatura viene prevista principalmente nel caso di fogne unitarie (nera+pluviale) per l'allontanamento di terricci e degli altri materiali inorganici di diametro d > 0,2 mm presenti in sospensione nelle acque di rifiuto (quali ad esempio pezzetti di vetro e di metallo, sassolini e in genere tutti i materiali pesanti e abrasivi) che vengono convogliati in fogna, attraverso le caditoie pluviali, insieme all'acqua meteorica.

Sono necessari per evitare inconvenienti quali abrasioni nelle apparecchiature meccaniche mobili (es. pompe), intasamenti di tubazioni e canali, accumuli nei digestori e nelle tramogge delle vasche di sedimentazione, ecc. dovuti alla presenza di sabbie nelle acque reflue.

La dissabbiatura avviene in vasche dette dissabbiatori nelle quali si sfrutta la forza di gravità per eliminare tutte quelle particelle solide caratterizzate da un peso specifico maggiore di quello dell'acqua e tali da depositarsi sul fondo della vasca in tempi accettabili.

Poiché il materiale da separare è di tipo granuloso - cioè sedimenta senza interferire con le altre particelle e il moto del fluido è laminare - la velocità di sedimentazione delle particelle è regolata in prima approssimazione dalla legge di Stokes.

Tale legge presuppone che le particelle siano di forma sferica che il liquido sia in quiete e si trovi a temperatura costante e che il moto della particella verso il basso non venga influenzato ne dalla presenza di altre particelle ne dalle pareti del contenitore.

I dissabbiatori sono costituiti da vasche in calcestruzzo armato percorse (in senso orizzontale e/o verticale) dal liquame a una velocità tale da provocare la decantazione dei materiali solidi trascinati in sospensione o per trasporto di fondo.

La funzionalità di un dissabbiatore è legata alla capacità di consentire la sedimentazione dei materiali inerti di diametro superiore a certi valori, che la pratica indica in 0,2-2,5 mm, e limitare l'entità delle sostanze organiche che inevitabilmente assieme a questi decantano.

I dissabbiatori tradizionali sono quelli a canale nei quali il liquame defluisce con flusso orizzontale. Li si trova ancora in qualche vecchio impianto. Vengono sempre realizzati con unità in parallelo a funzionamento alternato in modo che il dissabbiamento non venga mai interrotto.

Sul fondo delle vasche è disposta una cunetta nella quale si accumulano i materiali sedimentati che vengono rimossi con unità di pulizia meccanica (per grandi impianti) o manuale (per piccoli impianti) con semplice paleggio o con getti di acqua che spingono i materiali in canaletti trasversali dai quali vengono poi convogliati in pozzetti di raccolta laterali. Le vasche hanno pianta rettangolare con lunghezza da 15-20 volte la profondità della corrente. Hanno sezione trasversale trapezia, rettangolare o più complessa.

Queste vasche devono essere proporzionate in modo tale che al loro interno il flusso del fluido, per qualsiasi valore della portata, deve avere una velocità media compresa tra 20–30 cm/s poiché per questi valori della velocità si è constatato che la quantità di materia organica e di materiali inerti che decanta risulta contenuta entro limiti accettabili.

Nel caso di portata in ingresso variabile, per mantenere la velocità del flusso costante spesso a valle del dissabbiatore viene realizzata una strozzatura (modellatore a risalto o venturimetro a canale) di opportuna forma che può essere utilizzato anche per misurare la portata oppure viene utilizzata a monte una vasca di equalizzazione che restituisce una portata costante.

Il dissabbiatore a canale ha l'inconveniente di assumere dimensioni spesso troppo ingombranti; pertanto negli impianti moderni si utilizzano dissabbiatori a pianta circolare con fondo a tramoggia, di minore ingombro e configurati in modo tale da creare correnti trasversali secondarie (elicoidali, toroidali) che, sovrapponendosi alla corrente principale, favoriscono la concentrazione e la selezione dei materiali sedimentati.

Disoleazione

La disoleazione o sgrassatura viene introdotta nel ciclo depurativo, a valle delle griglie e dei dissabbiatori, quando sia accertato che oli e grassi siano presenti nei reflui in quantità tali da influenzare negativamente i trattamenti successivi soprattutto con riferimento ai trattamenti biologici.

Infatti le sostanze oleose tendono a rivestire, con un sottile velo, le materie biologiche impedendo così il contatto di queste con l'O₂ e pertanto ne limitano l'ossidazione.

A volte la disoleazione ha lo scopo di recuperare gli oli e i grassi presenti nei reflui al fine del loro riutilizzo. Negli impianti ordinari le modeste quantità di grassi e oli vengono in massima parte trattenuti dai paraschiume che si dispongono all'entrata delle vasche di sedimentazione primaria, donde vengono poi di tanto in tanto rimosse insieme con altre materie leggere solide, che hanno accidentalmente attraversato i precedenti pretrattamenti, mediante schiumarole.

Il trattamento di disoleazione si fonda sul minor peso specifico dei grassi e oli rispetto all'acqua, che ne consente la risalita in superficie.

La disoleazione avviene in bacini aperti a sezione rettangolare o trapezia rovescia. Dal fondo delle vasche viene insufflata aria compressa, tramite diffusori porosi. L'aria insufflata forma un specie di emulsione con le sostanze grasse presenti nei liquami favorendo il loro allontanamento in superficie. I grassi emulsionati sospinti verso l'estremità della vasca, vengono eliminati manualmente (piccoli impianti) o con dispositivi meccanici, scaricandoli a intervalli in apposito pozzetto di raccolta. Con la disoleazione il liquame subisce anche una pre-aerazione.

Equalizzazione e omogeneizzazione

Qualora in ingresso all'impianto di depurazione si avesse una portata e/o un carico inquinante variabile, il liquame può essere oggetto di un trattamento di:

• equalizzazione per livellare le punte di portata;
• omogeneizzazione per livellare le punte di inquinamento,

al fine di garantire ai successivi trattamenti di depurazione un liquame a portata e carico organico sufficientemente costanti specialmente quando i processi biologici risultano sensibili alla variabilità della concentrazione di BOD₅. In questo caso il liquame viene fatto confluire in una vasca, in calcestruzzo armato, di capacità tale da garantire lo smorzamento dei picchi idraulici e di carico organico.

Tale vasca viene posta a valle di tutti gli altri pretrattamenti poiché questi non risentono in maniera sensibile della variabilità sia del carico idraulico sia di quello organico.

La vasca di accumulo è dimensionata per garantire al liquame un idoneo tempo di residenza. Durante lo stazionamento nella vasca il refluo subisce un energico trattamento di agitazione, che garantisce l'omogeneizzazione del liquame, e di aerazione, per impedire l'instaurarsi di condizioni settiche. La vasca di equalizzazione può fungere anche da dissabbiatore, infatti l'insufflazione di una blanda quantità di aria, oltre a generare una miscelazione sufficiente a non far depositare le sostanze organiche sospese nel liquame, è tale però da consentire la sedimentazione delle sabbie. Le vasche di equalizzazione e omogeneizzazione possono essere collocate:

• lungo la linea di flusso dei reflui e quindi alimentate con l'intera portata da trattare;
• fuori linea in modo da ricevere, solo l'aliquota eccedente la portata massima trattabile dall'impianto. In questo caso lungo la linea di flusso dei liquami viene posto uno sfioratore opportunamente dimensionato.

Quasi sempre in tutte e due i casi è necessario il sollevamento, mediante pompe, dei liquami accumulati verso le successive fasi di trattamento

Sedimentazione primaria

La sedimentazione primaria consiste in vasche nelle quali si attua la decantazione per la separazione dei solidi sospesi sedimentabili (SSS) ottenendo una riduzione del BOD₅ intorno al 30%, la rimozione del restante 70% è demandato al successivo trattamento biologico.

Poiché in questa fase viene trattato un materiale di tipo granuloso, cioè la particella sedimenta senza interferire con le altre particelle, la velocità di sedimentazione del materiale obbedisce con discreta approssimazione alla Legge di Stokes e alla teoria di Hazen.

Le vasche di sedimentazione sono di regola poco profonde e comunque non meno di 1,80 m per evitare che il vento possa sollevare i fanghi già depositati.

Le vasche non devono essere né troppo corte, per non dar luogo a un corto circuito tra l'entrata e l'uscita dei liquami (cioè evitare che parte dei liquami possa effettuare un percorso dentro la vasca diverso da quello previsto teoricamente con riduzione del tempo effettivo di permanenza), né troppo larghe per non favorire la formazione di spazi morti presso gli angoli (con innesco dei fenomeni putrefattivi).

Le vasche vengono dimensionate per garantire un tempo di permanenza ( o tempo di detenzione T) del liquame compreso fra 1 e 3 ore (in genere si assumono valori attorno alle 2 ore); tali tempi di detenzione non devono essere inferiori a 20 minuti per fogne miste, in caso di pioggia (di regola si considera pari a 50 minuti).

Fissato un carico idraulico superficiale (C_is) compreso tra 0,8 m³/(m².h) e 2,5 m³/(m².h) - il valore massimo va utilizzato nel caso di fogne miste in caso di pioggia -;

nota la portata media nera oraria (o di tempo asciutto per le fogne miste): Q_mn (m³/h) ottengo:

• la superficie totale dei sedimentatori primari: S = Q_mn/C_is (m²).
• il volume totale dei sedimentatori primari: V = Q_mn*T (m³)

Si prevedono di regola più vasche al fine di garantire la continuità del servizio; per cui previsto un numero n di vasche queste dovranno avere una superficie S_n =S/_n e un volume V_n = V/n.
Le vasche possono essere a flusso orizzontale e pianta rettangolare o flusso radiale o radiale/verticale e pianta circolare.

Per evitare gli inconvenienti menzionati in precedenza nelle vasche a flusso orizzontale a pianta rettangolare si assume per ogni vasca un rapporto b/L compreso tra 1/3 e 1/5. Utilizzando un rapporto b/L =1/3 si ottiene:

• b = √(S_n/3)≅ b₀ (valore arrotondato)
• L₀ = 3*b₀
• h =V_n/(b₀*L₀) ≅ h₀ che deve essere comunque ≤ circa 2 m.

Nelle vasche a sezione circolare si deve procedere considerando possibilmente un diametro ≤ 20 m. Nelle vasche circolari, i liquami bruti entrano al centro della vasca, e dopo aver superato un deflettore, l'effluente chiarificato esce superando uno stramazzo perimetrale e raccogliendosi in una canaletta prosegue verso il trattamento biologico.

Le vasche sono munite di dispositivi automatici per la raccolta e l'evacuazione dei fanghi.

Nelle vasche rettangolari questi dispositivi possono essere costituiti da un ponte mobile portante lunghi bracci snodati ai quali sono fissati raccoglitori.
Questi vengono tenuti a contatto del fondo quando il ponte si muove verso la tramoggia di raccolta del fango posta sul fondo della vasca, e si sollevano verso la superficie quando il ponte si muove in senso opposto.

Nel caso di vasche circolari il ponte ruota su un perno centrale e su una guida circolare periferica. I raccoglitori assicurati al ponte spazzano il fondo e convogliano i fanghi verso il pozzetto centrale di raccolta dal quale questi vengono aspirati e inviati ai digestori.