PerFORM WATER 2030 (la cui definizione ufficiale è Platform for Integrated Operation Research and Management of Public Water towards 2030) è la prima piattaforma di ricerca e sperimentazione nata in Italia per affrontare le sfide del Servizio Idrico Integrato (SII).
Il progetto, presentato nell’ambito del POR (Programma Operativo Regionale), del FESR (Fondo Europeo di Sviluppo Regionale) 2014-2020 e della call d’innovazione “Accordi per la Ricerca e l'Innovazione” di Regione Lombardia, ha come capofila il Gruppo CAP e coinvolge altre otto aziende (tra cui Veolia Water Technologies Italia), due istituti universitari e uno di ricerca, per un investimento di circa 9 milioni di euro.
Il progetto, iniziato a maggio 2017 e prorogato fino a dicembre 2020 a causa della pandemia, ha ricevuto a inizio dell’anno corrente il premio Lombardia Innovativa, un riconoscimento assegnato da Regione Lombardia ai partenariati pubblico privati che adottano modelli innovativi e che generano valore aggiunto nell’ambito della ricerca e dell’innovazione, con ricadute positive sul territorio e sui cittadini.
Questo riconoscimento mira a promuovere e a valorizzare la ricerca e l’innovazione riconoscendo Modelli Innovativi, proposti da eccellenze imprenditoriali lombarde, capaci di generare valore e accrescere la competitività e lo sviluppo del territorio nell’ambito di otto diversi ecosistemi: nutrizione, salute e life science, cultura e conoscenza, connettività e informazione, smart mobility e architecture, sostenibilità, sviluppo sociale e manifattura avanzata.
Ambiti di ricerca del progetto PerFORM WATER 2030
Gli ambiti di ricerca coinvolti sono quattro:
- Linea acque
Controllo della qualità delle acque di approvvigionamento e ottimizzazione delle reti di distribuzione e dei processi di trattamento delle acque reflue con tecnologie innovative. Lo scopo è soddisfare i limiti stringenti di qualità allo scarico monitorando inquinanti ed emissioni.
- Linea fanghi
Riduzione della produzione dei fanghi, valorizzazione termica dei fanghi, recupero di energia e materia, attività di modellazione.
- Recupero energia e materia
Recupero di energia e materia all’interno degli impianti, upgrade del biogas a biometano, ottimizzazione dei processi di digestione anaerobica e incremento della produzione di biogas.
- Sostenibilità
Coinvolgimento degli stakeholder e analisi avanzate di costi, tariffazione, Operation & Maintenance.
Attività svolte all’interno della linea acque nell’ambito del progetto PerFORM WATER 2030
All’interno della linea acque si sono studiate due principali soluzioni tecnologiche dedicate alla rimozione dei microinquinanti emergenti dalle acque di scarico:
- l’adsorbimento su carbone attivo
- l’ossidazione con ozono.
Inoltre è stato valutato anche il contributo che il processo di depurazione con microalghe fornisce nella rimozione di questi composti. Veolia Water Technologies Italia era leader di questa attività.
Nello specifico, l’adsorbimento è un processo di trasferimento di fase in cui si verifica un accumulo di sostanze originariamente in fase liquida su una superficie solida porosa chiamata adsorbente.
Il carbone attivo è un materiale caratterizzato da una superficie specifica molto elevata, sviluppata all’interno di microscopiche porosità, e in grado di trattenere sulla sua superficie per mezzo di fenomeni chimici e fisici alcune tipologie di composti chimici.
Nella fattispecie, il carbone attivo è in grado di adsorbire i composti organici scarsamente polari, una categoria che raccoglie molti dei microinquinanti emergenti. Pertanto, l’utilizzo di questo materiale come processo aggiuntivo ai trattamenti convenzionali nei depuratori permette di raggiungere efficienze di rimozione elevate anche su alcuni microinquinanti emergenti oltre che sugli inquinanti convenzionali.
Per questo motivo, il carbone attivo è il solido adsorbente più utilizzato nell’ambito del trattamento delle acque reflue e viene prodotto a partire da materiali ricchi di carbonio, di origine minerale o vegetale.
Il carbone attivo può essere utilizzato negli impianti di trattamento in due forme: carbone attivo in polvere (PAC) e carbone attivo granulare (GAC). Nel corso di questa sperimentazione si è scelto di utilizzare il PAC, una polvere finissima ad alta superficie specifica.
Attività svolte da Veolia Water Technologies Italia per lo studio dell’adsorbimento su carbone attivo
In particolare, Veolia Water Technologies Italia ha svolto la progettazione e la realizzazione dell’impianto pilota e, insieme al dipartimento DICA-AMB del Politecnico di Milano, ha definito il piano sperimentale ed ha fornito il supporto scientifico per l'impostazione dell'attività sperimentale volta a individuare i parametri ottimali per uno studio costi-benefici con maggior approfondimento ed innovazione, nella prospettiva della sua futura applicazione a scala reale. Inoltre, sono stati analizzati statisticamente i risultati raccolti ed elaborati per ricavarne dei modelli di funzionamento dell’impianto affinché possano essere applicati su scala reale.
IRSA-CNR ha effettuato una prima campagna di screening di diversi microinquinanti emergenti e non (farmaci, prodotti di origine industriale e per la cura della persona, fragranze, ecc.) ed ha effettuato le analisi dei microinquinanti nei campioni forniti nel corso della sperimentazione, nonché dei test specifici di ecotossicità su campioni specifici.
Gruppo CAP oltre ad essere coordinatore dell’intero progetto PerFORM WATER 2030, in questo progetto specifico ha messo a disposizione l’impianto di depurazione di San Giuliano Milanese Est predisponendo l’area di ubicazione del pilota e gli allacciamenti elettrico-idraulici necessari e ha realizzato ad hoc un laboratorio di analisi presso l’impianto di San Giuliano Milanese Ovest.
Ufficio marketing & comunicazione
Veolia Water Technologies Italia
Camilla Tronti
email: [email protected]
Attività svolte da Veolia Water Technologies Italia per lo studio dell’adsorbimento su carbone attivo
- Progettazione e realizzazione di un impianto a scala pilota come trattamento chimico-fisico a valle di una filiera convenzionale di trattamento delle acque reflue municipali.
- Avviamento, conduzione e monitoraggio dell’impianto a scala pilota, testando diverse condizioni operative.
- Esecuzione di specifici test di laboratorio, detti isoterme di adsorbimento, per la definizione delle cinetiche di rimozione e del carbone più performante.
- Elaborazione dei risultati raccolti durante la sperimentazione.
Obiettivi e risultati attesi delle attività svolte da Veolia Water Technologies Italia
- Definizione del carbone attivo più adatto per l’implementazione della tecnologia.
- Identificazione dei parametri operativi ottimali per il processo in un’ottica di sostenibilità.
- Valutazione delle performance di questa tecnologia focalizzandosi su analisi di ecotossicità.
L'ambizione del Gruppo Veolia è quella di diventare l'azienda di riferimento per la trasformazione ecologica. Presente in cinque continenti con quasi 179.000 dipendenti, il Gruppo progetta e fornisce soluzioni utili e concrete per la gestione dell'acqua, dei rifiuti e dell'energia che contribuiscono a cambiare il mondo in maniera radicale. Attraverso le sue tre attività complementari, Veolia aiuta a sviluppare l'accesso alle risorse, a preservare le risorse disponibili e a riutilizzarle.
Nel 2020, il gruppo Veolia ha fornito acqua potabile a 95 milioni di persone, ha reso possibile il servizio di fognatura per 62 milioni di persone, ha prodotto quasi 43 milioni di megawattora di energia e ha trattato 47 milioni di tonnellate di rifiuti.
Veolia Environnement (Parigi Euronext: VIE)
La tecnologia utilizzata
La tecnologia innovativa basata sul carbone attivo in polvere - PAC per la rimozione di microinquinanti emergenti utilizzata per questo progetto è stata sviluppata da Veolia Water Technologies ed è denominata Actiflo™ Carb. Questa tecnologia permette di trattenere la materia organica non flocculabile, odori, sapori e alcuni contaminanti convenzionali, oltre ai microinquinanti emergenti.
In dettaglio, la tecnologia si basa sulla combinazione di fasi di coagulazione, flocculazione e sedimentazione su pacchi lamellari, in cui il carbone attivo in polvere è dosato assieme ad altri reagenti. Complessivamente, il processo si basa sull’idea di formare dei coaguli di carbone attivo e altre sostanze che possano trattenere gli inquinanti con cui entrano in contatto, per poi essere separati dal flusso d’acqua, così da trasferire gli inquinanti dalla fase liquida a quella solida.
Come è fatto l'impianto pilota costruito per la sperimentazione?
L’impianto pilota Actiflo™ Carb per la rimozione di microinquinanti emergenti è stato posizionato in uscita dai sedimentatori secondari e a monte del processo di disinfezione chimica del depuratore di San Giuliano Est, selezionato da Gruppo CAP quale sito di interesse per la ricerca.
L’impianto lavorava con una portata in ingresso, Qin, che variava tra 4 e 9 m3/h, che era possibile regolare a seconda della configurazione che si voleva adottare. La portata di ricircolo era circa il 10% della Qin. Erano presenti due valvole a membrana per il ricircolo e lo spurgo che si aprivano e si chiudevano con tempistiche variabili a seconda dei solidi che si volevano rimuovere (solitamente rimaneva aperta per più tempo la valvola di ricircolo dato che l’obiettivo era quello di mantenere nel sistema il carbone attivo più a lungo possibile).
Erano presenti i dosaggi di PAC fresco e di due reagenti: cloruro ferrico (FeCl3) e polielettrolita; questi potevano cambiare in base alla fase sperimentale scelta, ma solitamente avevano un range che variava tra 5-20 ppm per il PAC fresco, 2-7 mg/l di Fe e 0,5-1,5 mg/l di polielettrolita. La concentrazione di carbone attivo nel sistema poteva essere compresa tra 1 e 3 g/l. Infine la microsabbia, che ha il compito di fare da zavorra ai fiocchi e quindi facilitare la loro sedimentazione, aveva una concentrazione tra i 5 e i 10 g/l.
Conclusioni:
I tradizionali impianti di depurazione delle acque reflue hanno una limitata capacità di rimozione di molti microinquinanti perché sono stati progettati ed operano efficacemente da tempo per rimuovere altre tipologie di inquinanti (ad esempio, BOD, ammoniaca, fosforo, patogeni, etc.), presenti in concentrazioni fino ad un milione di volte maggiori.
Nonostante l’Unione Europea abbia promulgato più di dieci anni fa la direttiva 2008/105/CE, che stabilisce norme di qualità ambientale per le acque, riconosce alcuni di questi composti come prioritari o pericolosi e definisce i limiti massimi di concentrazione ammissibili nei corpi idrici e sedimenti, ad oggi in Italia non esiste una normativa che definisca un target per la rimozione dei microinquinanti dalle acque reflue immesse nell’ambiente.
Considerando come riferimento l’80% di rimozione (a livello globale e non per singolo microinquinante) richiesto dalla legislazione svizzera, possiamo affermare che i risultati ottenuti grazie all’impianto pilota Actiflo™ Carb, hanno dimostrato la possibilità di raggiungere appieno questo obiettivo.
Gli studi condotti sull’impianto pilota hanno infatti permesso di testare diversi dosaggi di carbone attivo e diverse impostazioni operative, in modo da ottenere la migliore configurazione possibile per minimizzare sia il dosaggio che i costi operativi, mantenendo l’impianto a livelli di performance ottimali.