Linee guida per la gestione degli impianti di depurazione nel corso di eventi estremi

M. Concetta Tomei, G. Mininni

Istituto di Ricerca Sulle acque, C.N.R., Via

Salaria km 29.300, 00015 Monterotondo Scalo (Rome) Italy

Email: tomei@irsa.cnr.it

La gestione delle acque nel corso di particolari eventi naturali o incidentali e

interventi per contrastare e monitorare la diffusione della contaminazione

Impianti di depurazione

� Assimilati ad impianti industriali

� Definizione di rischio:- Il rischio si prefigura con il rilascio incontrollato di sostanze pericolose all’interno o all’esterno dell’impianto in misura tale da produrre conseguenze dirette o indirette sulla popolazione e sull’ambiente

Tipologie di eventi incidentali

� gravi disfunzioni di impianti di trattamento delle acque di scarico con conseguente scarico di effluenti non trattati o parzialmente trattati;

� trattamento d’emergenza (o comunque non programmato) di scarichi a rilevante concentrazione;

� sversamenti accidentali di reflui ad elevato carico inquinante e/o tossico;

� smaltimento di fanghi a seguito di eventi straordinari che ne impediscono la gestione ordinaria

Casistica di rilievo Praga 2002:

tempesta “Ilse”

� Nella Repubblica Ceca, 15 persone morirono e 220.000 furono evacuate. 100 centri abitati furono totalmente sommersi.

� Il danno economico fu valutato in più di 3 miliardi di euro.

� L’inquinamento delle acque fu aggravato dal danneggiamento degli impianti di trattamento delle acque reflue: l’impianto centrale della città di Praga situato sull’isola Cisarsky fu completamente distrutto

Casistica di rilievo: sversamento

idrocarburi nel Lambro (2010)

� sversamento doloso di idrocarburi nel fiume Lambro causato da ignoti con fuoriuscita di circa 10.000 m3 di gasolio per autotrazione e riscaldamento, e olio combustibile, che in parte sono finiti nel Lambro.

Gli idrocarburi si sono riversati nel condotto fognario, causando il blocco del depuratore dell’alto Lambro di Monza e quindi lo sversamento nel fiume provocando un disastro ambientale senza precedenti. Oltre al Lambro, anche il Fiume Po venne interessato dal disastro.

CLASSIFICAZIONE

Per la classificazione degli eventi considerati si è fatto riferimento alla causa che può determinarli ossia sono stati considerati eventi riconducibili a:

•sovraccarico idraulico (eventi di tipo alluvionale);

•sovraccarico organico (immissione dolosa o accidentale di reflui non trattati);

•presenza di sostanze tossiche (immissione dolosa o accidentale di reflui contenenti sostanze tossiche).

COME PROCEDERE?

Definizione di:

•Misure preventive - Redazione di un piano di emergenza

•Misure operative - Formulazione di strategie da adottare nella gestione di eventi emergenziali

Piano di emergenza: misure strutturali

Sovraccarico idraulico •sistemi di drenaggio separato per le acque bianche; •misure di protezione contro le inondazioni in particolare pareti mobili;•bacini /sistemi di contenimento per la portata in eccesso, •un adeguato sistema di pompaggio mantenuto in efficienza da utilizzare nelle emergenze;•un gruppo elettrogeno indipendente•silos di stoccaggio fanghi

Sovraccarichi organico e/o di sostanze tossiche •adeguate riserve di reagenti e mezzi adsorbenti in modo da poter realizzare, in caso di perdita parziale o totale dell’attività della biomassa, un trattamento di tipo chimico fisico

Piano di emergenza

o Redazione di una dettagliata mappatura dell’area

o Aggiornamento regolare delle previsioni metereologiche e delle condizioni idrologiche dell’area di interesse

o Impiego di modelli di simulazione idrologica periodicamente calibrati al fine di valutare l’impatto di effluenti non o parzialmente depurati

o Impiego di modelli di simulazione dei processi depurativi calibrati regolarmente con i dati attuali di funzionamento al fine di poter facilmente elaborare la risposta dell’impianto a situazioni emergenziali

o Impiego di modelli di simulazione di processi diffusivi di inquinanti nei corpi idrici di interesse per valutarne gli effetti a breve e lungo termine

Piano di emergenza

� Stesura e aggiornamento di piani di gestione di situazioni critiche e di emergenza basati sulla cooperazione di diversi contributi: gestori dell’impianto, operatori, autoritàmunicipali, gestori dei trasporti, autorità di bacino, gestori delle unità di crisi, sevizi meteorologici, stakeholders

� Predisposizione, soprattutto per i grandi impianti, di un sistema di supervisione e controllo per la gestione degli eventi di emergenza

Piano di emergenza

� Effettuare operazioni di manutenzione periodica dell’impianto in particolare delle apparecchiature che rappresentano elementi di criticità.

� Condurre operazioni periodiche di training del personale per la gestione delle emergenze

� Mantenere un rapporto di informazione e coinvolgimento diretto degli abitanti

� Effettuare un testing periodico del sistema di intervento di emergenza

Piano di emergenza

� Piano di manutenzione ordinaria e programmata per:

� Unità di stabilizzazione

� Ispessitori

� Silos di stoccaggio

� Impianto di essiccamento termico dei fanghi

� Sezione di trattamento termico finale dei fanghi;

� Realizzazione di zone confinate, dotate di basamento impermeabilizzato per contenere perdite incontrollate da vasche e serbatoi

� Captazione e trattamento delle emissioni gassose

Piano di emergenza: linea fanghi

� Una dettagliata descrizione delle sostanze manipolate in fase di produzione, con particolare riferimento ai loro effetti tossici per l’uomo e l’ambiente, l’indicazione delle quantità impiegate o prodotte nel corso della lavorazione e le quantità scaricate con le emissioni

� Una descrizione dettagliata delle apparecchiature del ciclo di produzione

� Una mappa delle zone a maggior rischio contaminazione nell’area di produzione e di trattamento reflui

Piano di emergenza: impianti

trattamento reflui industriali

� Un sistema di allarme centralizzato direttamente collegato con le autorità competenti

� Il rispetto delle norme di manipolazione delle sostanze pericolose con predisposizione di sufficienti riserve di stoccaggio delle acque contaminate, dei fanghi e dei reagenti o prodotti

� Training speciale degli operatori per la gestione delle emergenze.

Piano di emergenza: impianti

trattamento reflui industriali

Strategie operative per la gestione

delle emergenze

La formulazione di strategie di intervento è stata effettuata secondo un diagramma di flusso facilmente trasferibile in un software a base di un sistema esperto

Metodologia adottata

� DATI DI INPUT

� FASE DI ANALISI DELLO STATO DELL’IMPIANTO

� DEFINIZIONE DEI PROTOCOLLI DI INTERVENTO SULL’IMPIANTO

� DEFINIZIONE DEI PROTOCOLLI D’INTERVENTO PER LA SALVAGUARDIA DELLA SALUTE UMANA

Dati di Input

� Caratteristiche dell’impianto sia in termini di dati di progetto che di condizioni attuali di funzionamento

� Dati caratteristici dell’evento che ha determinato l’emergenza

� Dati caratteristici del territorio

Analisi dello stato dell’impianto

� Analisi dei dati di input

� Prove sperimentali per la valutazione del grado di attivitàdella biomassa residua (i.e. prove respirometriche)

Definizione dei protocolli di

intervento sull’impianto

In funzione dei risultati dell’analisi e dei dati caratteristici del territorio sono definiti i protocolli da seguire Le soluzioni proposte sono relative sia ad interventi nell’immediato che a lungo termine con l’obiettivo di ripristinare completamente l’efficace funzionamento dell’impianto

Definizione dei protocolli di intervento per la salvaguardia della salute umana

Nel caso in cui l’evento emergenziale sia tale da causare rischi per la salute umana (i.e. contaminazione di acque destinate ad uso potabile) è necessario pianificare strategie che riducano i rischi quali ad esempio vaccinazioni, fornitura di fonti alternative di acqua potabile, incremento delle osservazioni epidemiologiche etc…)

Sistema esperto

Sulla base delle metodologia presentata, si propone la realizzazione di un sistema esperto in grado di fornire all’operatore la strategia ottimale da seguire nelle varie situazioni

“consente di integrare la conoscenza dei dati di caratterizzazione dell’impianto e del corpo idrico ricettore con le conoscenze non direttamente quantificabili in quanto derivanti dalla precedente esperienza maturata nel settore»

Esempio applicativo

� Impianto: impianto di trattamento di reflui civili o misti

� Causa: sovraccarico idraulico � Effetti: scarico parziale o totale di

effluente non depurato – scarico parziale o totale della biomassa presente nell’impianto Il caso in esame fa riferimento ad un incremento anomalo della portata dell’influente all’impianto di depurazione dovuto ad un evento meteorico o di altra natura.

Attività di primo intervento

� verifica dell’entità del danno e della pericolositàper la popolazione residente nell’area (se necessario prevedere interruzione dell’utilizzo ad uso potabile e di balneazione, vaccinazioni integrative, controlli sanitari etc…)

� analisi dello stato dell’impianto con verifica strutturale delle varie unità: nel caso di collassamento o danneggiamento grave ènecessario predisporre tempestivamente un piano di stoccaggio dell’influente e/o di convogliamento ad altro impianto

� primo intervento con sistemi di pompaggio di riserva e messa in sicurezza delle apparecchiature elettriche.

Attività di primo intervento

� verifica dell’entità del danno e della pericolositàper la popolazione residente nell’area (se necessario prevedere interruzione dell’utilizzo ad uso potabile e di balneazione, vaccinazioni integrative, controlli sanitari etc…)

� analisi dello stato dell’impianto con verifica strutturale delle varie unità: nel caso di collassamento o danneggiamento grave ènecessario predisporre tempestivamente un piano di stoccaggio dell’influente e/o di convogliamento ad altro impianto

� primo intervento con sistemi di pompaggio di riserva e messa in sicurezza delle apparecchiature elettriche.

Attività di ripristino della funzionalitàdell’impianto - Dati di input

1) Dati di caratterizzazione dell’impianto

� dati di progetto: portata influente, concentrazione influente (COD, BOD, Azoto totale e ammoniacale, Fosforo), eventuale presenza di composti inibenti o tossici

� dati di esercizio recenti: portate e concentrazioni dei parametri precedentemente indicati nell’influente, nell’ effluente e nelle correnti intermedie

Attività di ripristino della funzionalitàdell’impianto - Dati di input

2) Dati di caratterizzazione dei processi� parametri cinetici e stechiometrici del processo di

rimozione del substrato carbonioso (COD) e, se previsto, dei processi biologici di rimozione dei nutrienti (azoto e fosforo).

Nel caso di processi biologici la cinetica è espressa in termini di tasso massimo di crescita della biomassa µmax, costante di saturazione Ks e tasso di respirazione endogena b, mentre la stechiometria substrato/biomassa viene quantificata con il coefficiente stechiometrico Y

Attività di ripristino della funzionalità dell’impianto –

Dati di input

3) Dati di caratterizzazione del territorio

� dati di caratterizzazione idrologica dei corpi idrici superficiali adiacenti all’impianto

� dati relativi allo stato di qualità ambientale del corpo idrico ricettore sia in termini di parametri ecologici che chimici

Analisi dello stato dell’impianto

Verifica della quantità di biomassa presente

SI NO

Biostimulation

Bioaugmentation

Inoculo con nuova biomassa prelevata da impianti simili

Analisi dello stato dell’impianto

Caratterizzazione della biomassa

� analisi microbiologica al fine di determinare l’abbondanza delle varie specie batteriche (eterotrofe, nitrificanti, denitrificanti)

� misure cinetiche, quali l’OUR (Oxygen Uptake Rate), l’AUR (Ammonia Uptake Rate) e il NUR (Nitrogen Uptake Rate)

Analisi previsionale

L’analisi dei dati raccolti (dati in input e caratterizzazione qualitativa e quantitativa della biomassa) con l’ausilio di pacchetti software specialistici di modellizzazione dell’impianto (ASCAM, WEST AQUASIM) consente di definire e ottimizzare i protocolli di intervento sull’impianto

� riavvio dei pretrattamenti (stacciatura, grigliatura, dissabbiatura, disoleatura) by-passando inizialmente le fasi di sedimentazione ed i reattori biologici;

� ripristino delle unità della linea fanghi in particolare delle unità di stoccaggio condizione necessaria per il ripristino delle fasi di sedimentazione;

� riavvio della sedimentazione primaria eventualmente assistita da precipitazione chimica in grado di incrementarne le prestazioni

Definizione dei protocolli di intervento

sull’impianto- Riavviamento

CNR-IRSA

� ripristino della vasca di aerazione previo svuotamento dei fanghi e riattivazione del sistema di aerazione. Questo step è attuabile solo se la sedimentazione primaria è in esercizio;

� ripristino dello stadio biologico da realizzare con modalità diverse in funzione dello stato quali-quantitativo della biomassa presente nel sistema

Definizione dei protocolli di intervento

sull’impianto- Riavviamento

CNR-IRSA

� aggiunta di corpi di riempimento inerti in vasca di aerazione che consentono lo sviluppo di biofilm ossia di biomassa adesa con conseguente incremento della concentrazione di biomassa e delle cinetiche di abbattimento degli inquinanti

� aggiunta di carbone attivo (GAC Granular Activated Carbon e PAC Powder Activated Carbon) o di polimeri adsorbenti che consentono di abbattere una frazione del carico inquinante

� inserimento nelle vasche di ossidazione di moduli di membrane

Definizione dei protocolli di intervento

sull’impianto- Riavviamento

CNR-IRSA

Smaltimento alternativo di fanghi

� Smaltimento in discariche;

� Uso agricolo;

� Impianti di compostaggio;

� Impianti di incenerimento esistenti;

� Impianti di co-incenerimento in regime ordinario, previa verifica della disponibilità di cementifici e centrali termiche a combustibile.

� Impianti di stabilizzazione chimica per assicurare una stabilizzazione temporanea;

� Impianti di trattamento meccanico biologici.

Linea fanghi: Interventi di mitigazione

dell’emergenza

� Stabilizzazione chimica con calce per attenuare i problemi di emanazione di cattivi odori e garantire una temporanea igienizzazione

� Stabilizzazione fisica con calce e cemento per incrementare la concentrazione di solidi e rendere il fango palabile

� Uso di stazioni mobili di disidratazione meccanica

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Linea fanghi: Riavvio dell’impianto

1) Ispessimento statico e dinamico;

2) Stabilizzazione aerobica;

3) Digestione anaerobica;

4) Disidratazione meccanica;

5) Essiccamento termico.

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La gestione degli eventi emergenziali negli impianti di

depurazione rappresenta un settore «nuovo» sia in

ambito nazionale che internazionale. Il lavoro svolto

ha consentito di definire e codificare criteri generali e

strategie da seguire sia per la formulazione del piano

di prevenzione degli eventi emergenziali che per la

definizione degli interventi operativi da adottare al

verificarsi dell’evento

Conclusioni e sviluppi futuri

E’ molto importante, pertanto, proseguire in futuro con l’attività incrementando la casistica degli impianti considerati e l’interazione con i gestori di impianto e le autorità competenti. L’integrazione delle conoscenze e l’effetto sinergico che può derivarne costituisce la base per una gestione ottimale dalle emergenze che deve giungere alla definizione di procedure di validità generale di riferimento a carattere nazionale

Conclusioni e sviluppi futuri

Ringraziamenti

Si ringrazia il Dipartimento della Protezione Civile che ha finanziato questo studio nell’ambito della convenzione quadro con il Consiglio Nazionale delle Ricerche e specifica con l’Istituto di Ricerca Sulle Acque