ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA FACOLTA’ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA PER L’AMBIENTE E IL TERRITORIO DICAM TESI DI LAUREA IN INGEGNERIA SANITARIA AMBIENTALE CONTROLLO D’EFFICIENZA GESTIONALE ATTRAVERSO INDICI DI FUNZIONALITA’ DEL SERVIZIO DI DEPURAZIONE URBANA. L’IMPIANTO DI PONTE METAURO (FANO) CANDIDATO RELATORE: LETIZIA PAOLINI Chiar.mo Prof. MAURIZIO MANCINI     Anno Accademico 2010/11 Sessione I 2 Garantire la disponibilità di acqua per i vari usi (principalmente potabile, agricolo ed industriale) è condizione necessaria a qualsivoglia sviluppo. Inoltre, sempre maggiore importanza vanno assumendo le funzioni “ambientali” della risorsa idrica, quali la salvaguardia e la valorizzazione del paesaggio o la conservazione di ecosistemi e di biodiversità. La risorsa idrica sta diventando una questione “sociale”: si sta diffondendo una nuova coscienza del fatto che l’acqua, e più precisamente l’acqua utilizzabile per fini umani, è una risorsa limitata e la sua disponibilità viene sempre più percepita come diritto che deve continuare ad essere salvaguardato. In questo senso, garantire il mantenimento di una buona qualità, attraverso corretti sistemi di gestione, e associarne la disponibilità con le richieste per i vari usi diviene condizione indispensabile allo sviluppo sostenibile. Questo lavoro prende in esame la gestione complessiva dell’impianto di depurazione a potenzialità maggiore del Comune di Fano: attraverso l’applicazione di criteri e indici di funzionalità, si perviene ad un giudizio di “funzionalità” e di salute generale dell’impianto stesso e tale valutazione d’efficienza è utilizzata come approccio iniziale per la definizione dei criteri di ottimizzazione della gestione dell’impianto, dalla riduzione dei consumi energetici alle alternative di riutilizzo delle acque depurate e dei fanghi trattati.                       3 INDICE    PREMESSA................................................................................................................................................6 1 INQUADRAMENTO TERRITORIALE E NORMATIVO..........................................................8 1.1 IMPIANTI DI DEPURAZIONE SUL TERRITORIO REGIONALE...................................................................9 1.2 INQUADRAMENTO NORMATIVO..................................................................................................13 1.3 DIRETTIVE COMUNITARIE..........................................................................................................14 1.4 NORMATIVA NAZIONALE...........................................................................................................17 1.5 NORMATIVA REGIONALE...........................................................................................................18 1.6 IL PIANO TUTELA ACQUE DELLA REGIONE MARCHE.................................................................21 2 GLI IMPIANTI DI DEPURAZIONE GESTITI DA ASET.........................................................24 2.1 L’IMPIANTO DI DEPURAZIONE DEL COMUNE DI FANO.................................................................25 2.2 DATI DI PROGETTO.....................................................................................................................28 3 SCHEMA FUNZIONALE DELL’IMPIANTO: LINEA ACQUE..............................................30 3.1 FASE DI PRETRATTAMENTO........................................................................................................30 3.2 DENITRIFICAZIONE.....................................................................................................................30 3.3 NITRIFICAZIONE.........................................................................................................................32 3.4 SEDIMENTAZIONE......................................................................................................................33 3.5 DISINFEZIONE............................................................................................................................35 4 SCHEMA FUNZIONALE DELL’IMPIANTO: LINEA FANGHI.............................................42 4.1 POZZETTO PARTITORE FANGHI - DIGESTORE - ISPESSITORE –DISIDRATAZIONE..........................42 5 LA GESTIONE TECNICA DELL’IMPIANTO DI DEPURAZIONE: MONITORAGGIO, MANUTANZIONE E CONTROLLO....................................................................................................48 5.1 IL PIANO DI MONITORAGGIO.......................................................................................................49 5.2 ESEMPIO DI CONTROLLO QUOTIDIANO DELL’IMPIANTO: MONITORAGGIO “ROUTINARIO”...........53 5.3 IL CAMPIONAMENTO: MODALITÀ E FREQUENZA........................................................................59 5.4 CAMPIONAMENTO E ANALISI CHIMICO-FISICHE: MONITORAGGIO DEL LIQUAME INFLUENTE......61 5.5 CAMPIONAMENTO E ANALISI CHIMICO-FISICHE: PRETRATTAMENTI...........................................64 5.6 CAMPIONAMENTO E ANALISI CHIMICO-FISICHE : IL COMPARTO BIOLOGICO...............................65 5.7 CAMPIONAMENTO E ANALISI CHIMICO-FISICHE: SEDIMENTAZIONE SECONDARIA......................68 5.8 CAMPIONAMENTO E ANALISI CHIMICO-FISICHE: TRATTAMENTI TERZIARI................................69 5.9 CAMPIONAMENTO E ANALISI CHIMICO-FISICHE DEL FANGO CENTRIFUGATO IN USCITA:............72 5.10 CONTROLLO E PIANO GESTIONALE: ANALISI DELLE DISFUNZIONI...............................................74 6 MONITORAGGIO E CONTROLLO A DISTANZA DELL’IMPIANTO DI DEPURAZIONE77 6.1 TELECONTROLLO.......................................................................................................................78 6.2 EFFICIENZA E FUNZIONALITÀ DELLA STRUMENTAZIONE ON-LINE: ESEMPIO DI APPLICAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO A DISTANZA...........................................................................................................79 7 ANALISI DEI PRINCIPALI PARAMETRI DI PROCESSO : CRITERI DI ELABORAZIONE DEI DATI GESTIONALI................................................................................................................................86 7.1 INTRODUZIONE..........................................................................................................................86 7.2 PARAMETRI DI CONTROLLO DIRETTO.........................................................................................88 7.3 PARAMETRI DI CONTROLLO INDIRETTO......................................................................................98 7.4 PARAMETRI DI REGOLAZIONE E VERIFICA................................................................................106 8 INDICI DI FUNZIONALITA’ DELL’IMPIANTO....................................................................110 8.1 METODOLOGIA DI VALUTAZIONE: INDICATORI – INDICI – VALUTAZIONE:...............................111 8.2 INDICE DI EFFICIENZA DEPURATIVA DELL’IMPIANTO (D).........................................................113 8.3 GESTIONE DEI FANGHI (F)........................................................................................................116 8.4 CONSUMO D'ENERGIA (E).........................................................................................................119 8.5 CONSUMO DI REAGENTI E COMBUSTIBILE ( R )........................................................................121   4 8.6 COSTI (C).................................................................................................................................123 9 APPLICAZIONE DEGLI INDICI DI FUNZIONALITA’ ALL’IMPIANTO DI DEPURAZIONE DI PONTE METAURO DI FANO.............................................................................................................126 9.1 SINTESI DEI RISULTATI OTTENUTI: VALUTAZIONE DELLA FUNZIONALITÀ DELL’IMPIANTO DI DEPURAZIONE DEL COMUNE DI FANO.......................................................................................................126 10 ANALISI DELL’EFFICIENZA DEPURATIVA...................................................................136 10.1 INDICE PARZIALE RELATIVO AL COD......................................................................................138 10.2 INDICE PARZIALE RELATIVO AI SOLIDI SOSPESI.......................................................................139 10.3 INDICE PARZIALE RELATIVO ALL’AZOTO.................................................................................140 10.4 INDICE PARZIALE RELATIVO AL FOSFORO................................................................................141 10.5 INDICE PARZIALE RELATIVO AD ESCHERICHIA COLI................................................................142 11 ANALISI DELL’EFFICIENZA ENERGETICA...................................................................144 11.1 POSSIBILI ALTERNATIVE PER IL MIGLIORAMENTO ENERGETICO...............................................146 11.2 ANALISI DELLA GESTIONE ENERGETICA: OTTIMIZZAZIONE DEI SISTEMI D'AERAZIONE.............147 12 ANALISI DELLA FUNZIONELITA’ DELL’IMPIANTO DAL PUNTO DI VISTA DELLA GESTIONE DEI FANGHI....................................................................................................................150 12.1 VERIFICHE DI FUNZIONALITÀ PER L’OTTIMIZZAZIONE DELLE FASI DI TRATTAMENTO ESISTENTI151 13 RECUPERO DI MATERIA ED ENERGIA DAI FANGHI DI DEPURAZIONE.............153 13.1 IL RIUSO IN AGRICOLTURA.......................................................................................................153 13.2 ASPETTI NORMATIVI................................................................................................................155 13.3 SVILUPPI E ALTERNATIVE IMPIANTISTICHE: L'INTEGRAZIONE DEI CICLI DI TRATTAMENTO DELLE ACQUE E DEI RIFIUTI ORGANICI ATTRAVERSO LA CODIGESTIONE ANAEROBICA DEI FANGHI DI SUPERO E DELLE FRAZIONI ORGANICHE DEGLI RSU – FORSU- PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA RINNOVABILE................................157 13.4 DATI SULLA RACCOLTA DIFFERENZIATA..................................................................................159 13.5 CONCLUSIONI..........................................................................................................................161 14 RIUTILIZZO DELLE ACQUE IN USCITA DALL’IMPIANTO: RICICLO – RIUSO – RISPARMIO DELLA RISORSA IDRICA..........................................................................................164 14.1 ANALISI DEL CONSUMO IDRICO................................................................................................164 14.2 ASPETTI NORMATIVI................................................................................................................168 14.3 RIUSO DELLE ACQUE REFLUE IN AGRICOLTURA: L'USO IRRIGUO..............................................171 14.4 ANALISI DEI FATTORI DI RIUSO................................................................................................174 14.5 CONCLUSIONI..........................................................................................................................176 15 CONCLUSIONI........................................................................................................................177                     5 PREMESSA  L’ottimizzazione degli utilizzi, l’equa distribuzione delle risorse ed il risparmio idrico da parte dei diversi soggetti interessati, non possono che essere conseguiti attraverso la programmazione di interventi sistematici, integrati nei diversi settori di utilizzazione della risorsa e finalizzati a prevenire situazioni di criticità imputabili all’indisponibilità della risorsa idrica o alla sua qualità. Il Decreto Legislativo 152/2006 e s.m.i., individua tra gli strumenti per il raggiungimento degli obiettivi di tutela delle acque superficiali, marine e sotterranee, le misure tese alla conservazione, al risparmio, al riutilizzo ed al riciclo delle risorse idriche. A tal proposito, il Decreto dispone che coloro che gestiscono o utilizzano la risorsa idrica adottino le misure necessarie all’eliminazione degli sprechi ed alla riduzione dei consumi. Per quanto riguarda la problematica del trattamento e recupero dei fanghi prodotti dagli impianti di depurazione delle acque reflue urbane, essa assume sempre maggiore rilevanza, principalmente per i seguenti motivi: l’aumento dei quantitativi di fanghi prodotti in conseguenza della estensiva applicazione delle norme vigenti sulla depurazione; le difficoltà per lo smaltimento in discarica, oggi destinazione prevalente dei fanghi, in ottemperanza alle recenti normative sulla gestione dei rifiuti e delle discariche; i vincoli sempre più restrittivi per il riutilizzo in agricoltura. È importante quindi individuare i processi che consentono la minimizzazione della produzione, il recupero e l’utilizzo dei fanghi stessi. Il contenuto di questo lavoro verte sull'analisi dei criteri per l'adeguamento, il miglioramento e la razionalizzazione del servizio di depurazione delle acque di scarico urbane: si è preso come riferimento l'impianto di depurazione a maggiore potenzialità del Comune di Fano (PU) ubicato in località Ponte Metauro. Il lavoro si è svolto attraverso numerosi sopralluoghi e contatti con i gestori, l'analisi di precedenti esperienze di ricerca, l'esame di materiale bibliografico, l'esame della   6 normativa nazionale vigente e del Piano di Tutela delle Acque redatto dalla Regione Marche. Nello svolgimento della ricerca sono emersi diversi aspetti della depurazione delle acque che si è ritenuto importante approfondire: gli aspetti relativi alla verifica di funzionalità e caratterizzazione degli impianti, le procedure per il monitoraggio ed il controllo, l'ottimizzazione della gestione per il miglioramento dell'efficienza depurativa ed energetica degli impianti stessi. Questo studio, nel suo insieme, può essere diviso in due parti: Nella prima parte, dopo una breve analisi sulla normativa riguardante le acque di • scarico, si passa alla descrizione dell'impianto di depurazione in esame; di seguito sono approfonditi i criteri e le modalità operative per il controllo, il monitoraggio e l'analisi delle problematiche inerenti la gestione del depuratore. Nella seconda parte si passa alla definizione di metodologie e criteri per la definizione • di indici di funzionalità, che rappresentano in forma sintetica ed immediata le condizioni di funzionamento e le prestazione di un impianto, con particolare riferimento all'analisi dell'efficienza depurativa e al risparmio energetico: sono descritti in dettaglio i risultati del calcolo degli indici di funzionalità in riferimento al depuratore di Fano. Si affrontano poi, a carattere del tutto generale, diverse soluzioni per il riutilizzo delle acque depurate, per la riduzione del quantitativo di fanghi prodotti e per i possibili riutilizzi di materia ed energia. Per la seconda parte del lavoro si è preso come riferimento lo studio avviato da ISPRA (ex APAT) in collaborazione con il Gruppo di ricerca di Ingegneria Sanitaria Ambientale dell'Università degli Studi di Brescia, dal titolo “L'ottimizzazione del servizio di depurazione delle acque di scarico urbane: massimizzazione dei recuperi di risorsa (acque e fanghi) e riduzioni dei consumi energetici”, con particolare riferimento alla sezione riguardante la definizione degli indici di funzionalità e la successiva applicazione ad impianti “tipo”.   7 1   INQUADRAMENTO TERRITORIALE E NORMATIVO    Il territorio marchigiano confina a Ovest con la dorsale appenninica e ad Est con il mare Adriatico. Tutti i fiumi che lo attraversano sono perpendicolari alla costa e per questo caratterizzati da regime torrentizio (tempi di corrivazione brevi e trasporto di materiale considerevole, soprattutto a seguito di precipitazioni piovose). Gli insediamenti abitativi sono concentrati soprattutto sulla fascia costiera, come pure le attività industriali e orto-frutticole a conduzione intensiva. L’attività agricola tradizionale, quella di allevamento intensivo di bestiame (suinicolo, bovino e avicolo) e quella agrituristica, si sviluppano prevalentemente nella fascia collinare del territorio. Gli Ambiti Territoriali Ottimali (ATO) della Regione Marche sono cinque e precisamente: ATO 1 Marche Nord Provincia Pesaro Urbino (PU) • ATO 2 Marche Centro Provincia Ancona (AN) • ATO 3 Marche Centro Provincia Macerata (MC) • ATO 4 Marche Sud Alto Piceno -maceratese • ATO 5 Marche Sud Provincia Ascoli Piceno (AP) • La Regione Marche è suddivisa in quattro province come riportato nel seguente prospetto, dove sono elencate da Nord verso Sud-dati ARPA Marche: Province   Numero comuni Abitanti   Disponibilità idrica   Pesaro Urbino 67 347.000 260 sorgenti e acque superficiali Ancona 49 440.000 2-3 sorgenti e acque superficiali Macerata 57 304.400 Sorgenti e subalveo Ascoli Piceno 73 370.000 4 sorgenti 246 1.461.000 Tabella 1 Suddivisione territoriale della Regione Marche  Le acque della regione Marche provengono sia da sorgenti, che da pozzi di subalveo che da acque superficiali trattate. La situazione non è uniforme e si hanno differenze   8 nelle singole province. Nella provincia di Ancona prevale la distribuzione di acqua di sorgente, mentre nella provincia di Ascoli piceno è totale l’utilizzo di acqua di sorgente e peraltro di montagna. Qualche volta nelle quattro province si ricorre a integrazioni dell’acqua di montagna con quella del subalveo e con quelle superficiali, soprattutto nei periodi e nelle zone di scarsa dotazione idrica - durante la stagione estiva e nelle zone di maggiore affluenza di turisti. Per quanto riguarda il prelievo, la potabilizzazione e l'immissione nella rete di distribuzione si riportano i dati regionali, aggiornati al 2008: Regione Acqua Acqua Percentuale acqua Acqua immessa nelle Acqua erogata dalle Marche prelevata potabilizzata potabilizzata reti di distribuzione reti di distribuzione Volumi in 202.364 52.717 26,1 158.695 118.538 migliaia di m3 Tabella 2: Prelievo potabilizzazione e distribuzione dell'acqua (Fonte ISTAT, rilevazione sui servizi idrici)  Nella regione Marche, il quantitativo di acqua immessa in rete per abitante è mediamente poco più di 100 m3, al di sotto della media nazionale che ammonta ad un prelievo pro capite di circa 152 m3 (Fonte ISTAT, rilevazione sui servizi idrici).  1.1   Impianti di depurazione sul territorio regionale    Nelle Marche sono presenti 270 impianti di depurazione civile, ciò comporta una media di circa 5.000-6.000 abitanti per impianto che è decisamente bassa. Infatti sono molti gli impianti con potenzialità inferiore a 2.000 abitanti equivalenti, soprattutto nelle province di Ascoli P. e Pesaro Urbino. La popolazione servita dalla rete fognaria, a sua volta servita da impianto di trattamento finale varia in modo considerevole, oscillando dal 40 al 90% nei diversi bacini; i Comuni sprovvisti di sistema di depurazione sono relativamente pochi, si tratta di piccoli Comuni con popolazione spesso inferiore a 1000 abitanti e in rarissimi casi superiore a 2000. La distribuzione dei depuratori a seconda della loro potenzialità è riportata nella tabella che segue:   9 Ancona Pesaro  Macerata  Ascoli  Totale  <2000 AE 16 82 27 65 190 da 2000 a 10000 AE 10 22 11 8 51 da 10000 a 50000 AE 3 3 5 4 15 >50000 AE 5 2 3 4 14 TOTALE 34 109 46 81 270 Tabella 3 Elenco depuratori suddivisi per Provincia e potenzialità  La tipologia di trattamento prevalente è quella a fanghi attivi, esistono impianti a fitodepurazione (13), che trattano i reflui domestici di un numero limitato di abitanti equivalenti. Esistono due impianti di trattamento sul territorio marchigiano le cui acque reflue depurate vengono riutilizzate, come da documento istruttorio e “Decreto del Dirigente del Servizio Tutela Ambientale n. 22 del 23.12.03” allegati. Sono in analisi la realizzazione di due progetti: uno da parte dell’ATO 5 e riguarda la costruzione di un impianto di depurazione, potenzialità di progetto superiore a 15000 A.E., provvisto di trattamento terziario a osmosi inversa per il riutilizzo dei reflui trattati, l’altro per il recupero di energia dalla digestione dei fanghi di depurazione. Gli impianti di trattamento sono distribuiti uniformemente su tutto il territorio regionale, ma i reflui della maggior parte degli abitanti equivalenti - circa 80% - sono trattati in impianti di depurazione, a maggiore potenzialità, collocati in prossimità del litorale marchigiano, in una fascia territoriale di 10 chilometri dalla costa, come mostrato nella seguente cartografia - dati 2005:   10