Trattamento primario o meccanico
I trattamenti primari consistono in:
• grigliatura
• dissabbiatura
• disoleatura
• equalizzazione e omogenizzazione
• sedimentazione primaria
I primi tre sono considerati trattamenti preliminari o pretrattamenti previsti, quando necessario, a monte dei processi di depurazione veri e propri, e che permettono la rimozione di materiali e sostanze che per loro natura e dimensione rischiano di danneggiare le attrezzature poste a valle e di compromettere l’efficienza dei successivi stadi di trattamento.
Grigliatura [modifica]
La grigliatura ha l’obiettivo di trattenere solidi grossolani non sedimentabili (stracci, plastica, ecc.) e solidi grossolani sedimentabili (ghiaia, ecc.)
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 0,2 mm presenti in sospensione nelle acque di rifiuto ( quali ad esempio pezzetti di vetro e di metallo, sassolini ed in genere tutti i materiali pesanti ed 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 dal liquame ad 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 nelle quali il liquame defluisce con flusso orizzontale.
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 suo 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 costatato 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 nelle 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 una vasca di equalizzazione che restituisce una portata costante.
Il dissabbiatore a canale ha inconveniente di assumere dimensioni spesso troppo ingombranti; in alternativa si possono utilizzare 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 [modifica]
Separatore acqua-olio del tipo API
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’ossigeno 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 impianto 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 vengo 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 ad intervalli in apposito pozzetto di raccolta.
Con la disoleazione il liquame subisce anche una pre-aerazione.
Equalizzazione ed omogeneizzazione [modifica]
Qualora in ingresso all’impianto di depurazione si avesse una portata e/o un carico inquinante variabile, il liquame deve 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.
In questo caso il liquame viene fatto confluire in una vasca di capacità tale da garantire lo smorzamento dei picchi idraulici e di carico organico.
Tale 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 genera una miscelazione sufficiente a non far depositare le sostanze organiche sospese nel liquame e tale però da consentire la sedimentazione delle sabbie.
Sedimentazione primaria [modifica]
Vasca di sedimentazione.
Schema di una vasca di decantazione a pianta circolare.
La sedimentazione primaria consiste in vasche nelle quali si attua la decantazione per la separazione delle sostanze organiche sedimentabili ottenendo una riduzione del BOD5 intorno al 30%[6].
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 ad 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 min nel per fogne miste, in caso di pioggia (di regola si considera pari a 50 min).
Fissato un carico idraulico superficiale (Cis) 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[7] nera oraria(o di tempo asciutto per le fogne miste): Qmn (m3/h)
ottengo:
la superficie totale dei sedimentatori primari: S = Qmn/Cis (m2).
il volume totale dei sedimentatori primari: V = Qmn*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 Sn =S/n e un volume Vn =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 = √(Sn/3)≅ b0 (valore arrotondato)
L0 = 3*b0
h =Vn/(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 da quale questi vengono aspirati ed inviati ai digestori.
Il trattamento primario può svolgere anche funzioni di equalizzazione e omogeneizzazione.
