Aspetti operativi

Resa depurativa

Dalle esperienze operative finora maturate emerge che il consumo specifico di ozono necessario per rispettare i requisiti di legge varia da 0,4 a 0,7 mg O3/mg DOC, a condizione che vengano adottate strategie di regolazione idonee e che la nitrificazione sia adeguata. La misurazione dell’assorbanza UV a 254 nm in entrata e in uscita dall’ozonizzazione rappresenta un parametro importante per regolare il dosaggio di ozono in modo efficiente e conforme al fabbisogno effettivo. È inoltre emerso che, con un dosaggio di ozono in due punti (ossia nella prima e nella terza camera del reattore di ozonizzazione), è possibile ridurre ulteriormente la dose specifica di ozono (dosaggio di ozono a più stadi).

La resa depurativa è determinata dai fattori seguenti:

La quantità di ozono immessa è il parametro fondamentale per l’esercizio. Maggiore è la quantità immessa, più ozono sarà a disposizione per le reazioni.

L’ozono e i radicali OH, che si formano, non reagiscono solo con i microinquinanti, ma anche con le sostanze contenute nelle acque di scarico. È pertanto importante che nelle acque di scarico depurate sia presente la minor quantità possibile di carico organico. Le variazioni delle concentrazioni di solidi nell’intervallo normale (5-10 mgTSS/l) non incidono molto sul consumo di ozono.

I nitriti reagiscono molto rapidamente con l’ozono e si ossidano in nitrati. Un elevato contenuto di nitriti aumenta il fabbisogno di ozono e il consumo di energia, quindi anche i costi.

Il valore pH influisce notevolmente sulla stabilità dell’ozono. Il valore pH va quindi tenuto in debita considerazione in sede di dimensionamento del reattore.

Esercizio e supervisione

La resa depurativa viene misurata periodicamente in base a 12 sostanze di riferimento (resa depurativa). Un prelievo di campioni e un’analisi eccessivamente frequenti risultano troppo onerosi. Per questo motivo sono disponibili indicatori che servono per il controllo quotidiano (cfr. Piano per la supervisione della capacità depurativa).  Oltre alla registrazione del consumo di reagenti (O2, O3) e del DOC, un sistema particolarmente utile è la misurazione (online) del coefficiente di assorbimento spettrale (SAC) a 254 nm. Gli strumenti di misurazione sono disponibili in commercio e vengono costantemente adattati all’impiego nelle acque di scarico per il monitoraggio dell’eliminazione dei microinquinanti. Sia durante l’ozonizzazione che nei processi a carbone attivo la riduzione del SAC è indice di eliminazione di diversi microinquinanti. Per controllare la capacità depurativa si consiglia pertanto, in aggiunta alla misurazione periodica delle sostanze di riferimento, di misurare anche il SAC a 254 nm in entrata e in uscita dallo stadio di eliminazione dei microinquinanti. In alternativa alla misurazione online del valore SAC, anche le misurazioni periodiche di campioni raccolti forniscono informazioni sul’eliminazione dei microinquinanti (esperienze con la misurazione SAC). Con una combinazione di analisi delle sostanze in tracce e di segnali online è possibile garantire, con un onere ragionevole, che gli impianti rispettino i requisiti previsti per la capacità depurativa.

Misurando la concentrazione di ozono nell’aria esausta, un aumento improvviso dei valori può fornire indicazioni sullo stato d’esercizio (possibili cause quali pioggia, variazioni nel consumo di O3 nelle acque di scarico, ecc.). Rappresentative sono le variazioni, non i valori assoluti. Queste informazioni sono molto meno sensibili rispetto, ad esempio, alla misurazione dell’assorbimento UV. Registrando i parametri d’esercizio convenzionali è possibile ricavare indicazioni approssimative sull’esercizio dello stadio di eliminazione dei microinquinanti. È possibile fare riferimento ai seguenti parametri operativi: (i) quantità di acque di scarico trattate (totale giornaliero), (ii) consumo di ossigeno (quantità mensili o forniture), (iii) consumo di energia elettrica (totale mensile), (iv) dose giornaliera media (in mg ozono/litro), (v) ore di esercizio del generatore di ozono (totale mensile), (vi) anomalie e messe fuori servizio (descrizione). I parametri convenzionali vengono rilevati in modo orfinario. La semplice valutazione basata solo sui parametri d’esercizio è ad ogni modo troppo imprecisa ed è pertanto necessario abbinarla ad altre metodologie.

Consumo delle risorse ed impatto ambientale

Durante l’ozonizzazione servono sostanzialmente ossigeno (ossigeno liquido fornito od ottenuto dall’aria ambiente) ed energia elettrica (in particolare per la produzione di ozono e la distruzione dell’ozono residuo).

L’ozono viene prodotto dall’ossigeno (O2) nel generatore di ozono, mediante scarica elettrica a barriera dielettrica. L’ossigeno proviene dall’aria ambiente (contenuto di O2 ca. 21%) o dall’ossigeno puro (grado di purezza da 98% a > 99,5%). Sul piano tecnico sono disponibili due varianti:

L’ozono può essere generato dall’ossigeno liquido, che viene prodotto a livello industriale e fornito nel luogo d’impiego mediante autocisterna. In loco non è richiesta ulteriore energia. A livello generale, risultano dominanti il consumo per la produzione di ossigeno (0,8 kWh/kg O2) e il trasporto (0,05 kWh/kg O2).

L’ossigeno può essere prodotto anche in loco, ad esempio mediante assorbimento a pressione variabile (PSA = Pressure Swing Adsorption) o mediante tecnica VPSA. L’aria ambiente viene compressa attraverso vagli molecolari che ne rimuovono l’azoto (N2) (aumentando in tal modo la concentrazione di ossigeno). Con questo processo è necessario comprimere l’aria ambiente. Il fabbisogno di energia dipende dalle dimensioni dell’impianto e dalla pressione necessaria.

Il maggior consumo energetico è legato alla produzione di ozono. L’energia elettrica viene trasformata in calore per il 90% e pertanto il generatore deve essere costantemente raffreddato. Il calore in eccesso può essere recuperato e, ad esempio, utilizzato per riscaldare i locali tecnici. Il consumo di elettricità dei generatori di ozono si aggira su 10 kWh/kg O3 (negli impianti più grandi e ottimizzati il consumo di energia può forse essere inferiore). A valle del distruttore di ozono residuo, la maggior parte dell’aria di scarico è costituita da ossigeno e può essere dunque insufflata in biologia (attenzione alla sicurezza, alla pressione e al sistema di insufflazione).

Nel progetto “Strategia Micropoll” è stato calcolato il fabbisogno di energia di un’ozonizzazione per quasi 40 impianti di depurazione, ipotizzando che l’ossigeno liquido sia fornito e una dose di ozono specifica di 0,75 g O3/g DOC. Ne è risultato in media un consumo di elettricità di 0,06 kWh/m3 (senza filtrazione su sabbia).

Proteggere le acque nel rispetto del clima

Durante l’ozonizzazione la produzione di corrente in loco per la generazione di ozono e la produzione di ossigeno liquido sono i due processi con impattano maggiormente sull’ambiente. Con una strategia di regolazione/controllo è tuttavia possibile ridurre sia il consumo di ozono che il consumo di corrente. È inoltre importante avere un comparto biologico a monte molto performante ed evitare cioè un eccesso di nitriti in ingresso all’ozonizzazione. Minore importanza ha invece la riduzione dell’impiego di materiale per l’infrastruttura.

Impronta di CO2 della fase di tracciamento della sostanza modello per gli impianti ad ozono con le ipotesi del rapporto “Proteggere le acque nel rispetto del clima”, nonché varie misure modellate per ridurre l’impatto ambientale; HW = stazione di sollevamento.

Ulteriori suggerimenti a sostegno dell’efficienza energetica degli impianti per l’eliminazione di microinquinanti si trovano qui.

Costi

La parte prevalente dei costi d’esercizio dell’ozonizzazione è legata al consumo di ozono. I costi sono dovuti alla messa a disposizione del gas fonte per la produzione (ossia corrente per l’essiccazione dell’aria o la produzione o l’acquisto di ossigeno) e per la produzione di ozono (corrente; v. anche il paragrafo “Consumo delle risorse”). I costi d’esercizio dipendono inoltre dalle situazioni sito specifiche. Non è pertanto possibile fornire indicazioni precise.

I costi d’investimento per l’ozonizzazione sono legati alla costruzione del reattore e alle componenti  elettromeccaniche (ad es. generatore di ozono, riscaldamento, aerazione, climatizzazione). Nel 2008 sono stati stimati costi d’investimento per impianti di depurazione di diverse dimensioni (studio Hunziker-Betatech) e nel 2012 tali costi sono stati verificati e modificati (BG). I costi d’investimento specifici dipendono in particolare dalle dimensioni dell’impianto e dalla ridondanza degli aggregati. Nei singoli casi possono essere determinanti anche altri fattori quali superfici di riserva, terreno, infrastruttura presente, composizione delle acque di scarico, ecc. Per questo motivo non è qui possibile fornire indicazioni precise.