Linee guida per la gestione degli impianti di

La gestione delle acque nel corso di particolari eventi naturali o incidentali e
interventi per contrastare e monitorare la diffusione della contaminazione
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: [email protected]
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
Piano di emergenza
o
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
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, autorità
municipali, 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: linea fanghi
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: impianti
trattamento reflui industriali
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.
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 attività
della 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 pericolosità
per 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 è
necessario 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 pericolosità
per 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 è
necessario 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 funzionalità
dell’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 funzionalità
dell’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
Definizione dei protocolli di intervento
sull’impianto- Riavviamento
riavvio dei pretrattamenti (stacciatura,
grigliatura, dissabbiatura, disoleatura) bypassando 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
CNR-IRSA
Definizione dei protocolli di intervento
sull’impianto- Riavviamento
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
CNR-IRSA
Definizione dei protocolli di intervento
sull’impianto- Riavviamento
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
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
36 di 31
Linea fanghi: Riavvio dell’impianto
1)
2)
3)
4)
5)
Ispessimento statico e dinamico;
Stabilizzazione aerobica;
Digestione anaerobica;
Disidratazione meccanica;
Essiccamento termico.
37 di 31
Conclusioni e sviluppi
futuri
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
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