La potabilizzazione dell'acqua (o purificazione dell'acqua) è un processo fisico-chimico che consiste nella rimozione delle eventuali sostanze contaminanti dall'acqua grezza per ottenere un'acqua idonea al normale consumo domestico, per l'irrigazione dei campiPer essere definita potabile l'acqua deve rispettare i limiti previsti dalla direttiva 98/83/CE recepita in Italia dal DL 31/01 (decreto attuativo dal 25/12/03 e che supera il DPR 236/88). o per usi industriali (es. per l'utilizzo da parte di stabilimenti a scopo alimentare).
Generalità Con il graduale esaurirsi delle sorgenti naturali di acqua potabile (acque profonde) si sta sempre più ricorrendo all'acqua di origine superficiale (mari, fiumi, laghi naturali e artificiali). Queste fonti di approvvigionamento, a causa delle caratteristiche specifiche dell'acqua e/o del grado di inquinamento, devono essere sottoposte a cicli di trattamenti di potabilizzazione necessari a modificarne le caratteristiche e migliorarne la qualità.
Sovente questo accade anche per le acque profonde con un alto contenuto di sostanze organiche e un'elevata contaminazione microbica, soprattutto se sono presenti batteri di origine fecale (es. colibacilli). Per il trattamento delle acque di mare vedere dissalazione. La depurazione si attua facendo passare le acque grezze (provenienti da fiumi o laghi) attraverso svariati tipi di impianti di rimozione del materiale organico ed inorganico.
I metodi di rimozione utilizzati possono essere di natura fisica, chimico-fisica e biologica in funzione del tipo di sostanze da eliminare dall'acqua grezza in ingresso all'impianto. Le sostanze che devono essere rimosse durante il trattamento di potabilizzazione possono essere di origine naturale e antropica; il primo tipo comprende ad esempio: ferro e manganese presenti nell'acqua di origine profonda; idrogeno solforato presente nelle acque di falda o in aree vulcaniche; i solfati presenti nelle acque profonde e in zone ad attività termale. Il secondo tipo comprende ad esempio: metalli pesanti, come antimonio, arsenico, piombo, in concentrazioni rilevabili originati dagli scarichi industriali; microinquinanti organiciI microinquinanti organici sono rappresentati dagli idrocarburi disciolti o emulsionati, dai fenoli, dai composti organoalogenati, dagli antiparassitari e prodotti assimilabili e dagli idrocarburi policiclici aromatici. come idrocarburi, fitofarmaci e solventi; ammoniaca, nitriti, nitrati, ecc. Inoltre le acque grezze contengono anche forma di vita microbiologica come: plancton; benthos; miceti; protozoi; batteri (patogeni o di origine ambientale); virus. La sequenza dei processi di potabilizzazione da adottare, deve essere progettata per garantire all'acqua trattata: idonee caratteristiche organolettiche: sapore, odore, colore, torbidità; idonee caratteristiche fisiche: come temperatura, conducibilità elettrica e pH; idonee caratteristiche chimico-biologiche: come la durezza, la salinità, i microinquinanti, il carico organico, la vita microbiologica (es. rimozione dei patogeni tramite disinfezione). Tuttavia il fatto che l'acqua sia per natura un solvente rende alquanto problematica l'efficace eliminazione di moltissime sostanze indesiderate. Le acque potabilizzate vengono immesse in un serbatoio di testata da cui ha origine il sistema di adduzione idrico - potabile.
Tipi di solidi Le acque grezze contengono diversi tipi di sostanze di natura organica ed inorganica, qui di seguito classificati, che devono essere rimosse durante il trattamento di potabilizzazione: solidi grossolani distinguibili in: solidi grossolani sedimentabili (ghiaia, sabbia grossa, terriccio); solidi grossolani non sedimentabili (foglie, piccola fauna, alghe); solidi sospesi costituiti da particelle di dimensioni comprese tra 0,1 e 1 μm: anch'essi si distinguono in: solidi sospesi sedimentabili (argilla, sabbia fine); solidi sospesi non sedimentabili (microflora e microfauna, plancton). solidi filtrabili costituite da: sostanze colloidali costituite da particelle di dimensioni tali (10−9 - 10−7 m) da non poter essere separati dall'acqua con alcun trattamento meccanico; sostanze disciolte o solute omogeneamente disperse allo stato molecolare o ionico nell'acqua. Le sostanze colloidali e le sostanze sospese non sedimentabili sono la causa prima della torbidità dell'acqua
Classificazione dei trattamenti I trattamenti di potabilizzazione vengono classificati nel seguente modo: trattamenti fisici semplici: sono articolati in un'unica fase, eliminano i solidi sospesi sedimentabili (grigliatura e sedimentazione) e quelli non sedimentabili (stacciatura e filtrazione). trattamenti fisici e chimici normali e spinti: sono articolati in più fasi ed eliminano i solidi sospesi non sedimentabili (chiariflocculazione) e correggono le caratteristiche chimiche delle acque grezze eliminando quelle sostanze disciolte che risultano incompatibili con l'uso a cui l'acqua è destinata (addolcimento, stabilizzazione, deferrizzazione, demanganizzazione, desilicazione, fluorazione e defluorazione, aerazione). trattamenti di affinazione: anch'essi articolati in più fasi, migliorano le caratteristiche organolettiche dell'acqua (adsorbimento su carboni attivi) e abbassano il contenuto di solidi disciolti (demineralizzazione) disinfezione: ha lo scopo di eliminare la presenza di microrganismi (clorazione, cloroammoniazione, ozonizzazione, attinizzazione).
Trattamenti fisici semplici Gli interventi di questo tipo sono previsti, quando necessario, a monte dei processi di trattamento di potabilizzazione veri e propri, e permettono la rimozione di materiali e sostanze che per loro natura e dimensione rischiano di danneggiare le attrezzature e di compromettere l'efficienza dei successivi stadi di trattamento.
Grigliatura Le acque grezze contengono sedimenti che possono creare diversi problemi durante il ciclo di potabilizzazione: otturando o danneggiando le pompe; ostruendo canali e tubazioni; influenzando negativamente l'efficienza dei successivi processi di trattamento. La grigliatura ha l'obiettivo di trattenere i solidi grossolani non sedimentabili (rami, foglie, stracci, plastica, ecc.) e solidi grossolani sedimentabili (ghiaia, ecc.).
Tra questi materiali grossolani è compresa l'eventuale fauna del corpo idrico (pesci). La grigliatura viene adottata in tutti gli schemi di trattamento delle acque superficiali e in questo caso è posta a monte degli altri trattamenti.
Nel caso di acque della categoria A1, può costituire l'unico trattamento fisico oltre alla disinfezione. La griglia è costituita da una serie di barre metalliche poste ad una distanza tale da creare ostacolo ai corpi grossolani trasportati dalla corrente.
La griglia viene installata internamente al canale di arrivo all'impianto, inclinata con una pendenza di regola pari a 1:3. Il canale in corrispondenza della griglia si allarga in modo tale che la velocità dell'acqua a valle della griglia, tenuto conto dell'ingombro delle sbarre, si mantenga prossima a quella che si ha nel tratto a monte.
La velocità dell'acqua che attraversa la griglia deve essere sufficiente a impedire la sedimentazione dei solidi a monte della stessa ma non troppo elevata per non incrementare le perdite di carico. A seconda dell'interasse tra le barre, le griglie si suddividono in: grossolane - interasse di 5÷10 cm; medie - interasse di 2,5÷5 cm; sottili - interasse di 1÷2,5 cm. In base al sistema di pulizia vengono classificate invece in: manuali: utilizzate principalmente per griglie grosse (poste in testa ai canali di by pass) e per piccoli impianti dove la quantità di solidi grigliabili è da ritenersi trascurabile e/o quando le operazioni di pulizia non risultano troppo onerose; meccaniche: in tutti gli altri casi.
Stacciatura e microstacciatura Nel caso in cui sia necessario effettuare una rimozione spinta dei solidi grossolani non sedimentabili e dei solidi sospesi non sedimentabili si prevede accanto alla grigliatura anche una stacciatura (o setacciatura) o una microstacciatura. Questo tipo di intervento è di regola alternativo alla sedimentazione primaria ed inoltre viene utilizzato anche per la rimozione di alghe e plancton.
Lo staccio è costituito da un cilindro rotante (tamburo o noria) in acciaio inox ad asse orizzontale, chiuso alle sue estremità e parzialmente immerso in una vasca, su cui è montata una rete metallica anch'essa in materiale inossidabile. L'acqua filtra attraverso la rete all'interno del cilindro e viene inviata verso i successivi trattamenti, mentre il materiale viene trattenuto sulla sua superficie.
Nella rotazione, una porzione del tamburo emerge permettendo così di liberare la rete dai materiali trattenuti mediante spruzzi d'acqua. L'acqua di lavaggio viene raccolta in una canaletta e inviata alla linea fanghi. Gli stacci e i microstacci sono costruttivamente simili, differenziandosi solo per le dimensioni dei fori delle reti filtranti. Le aperture di passaggio possono essere anche di pochi millimetri per cui il trattamento risulta più efficiente della grigliatura fine.
Oltre alla possibilità di trattenere materiali particolarmente piccoli, la stacciatura presenta il vantaggio, rispetto alla grigliatura, di trattenere tutto il materiale che abbia almeno una dimensione di misura superiore al passo della rete.Quando il materiale ha una dimensione minore dell'interasse delle barre questo può attraversare la griglia se riesce a disporsi con la dimensione maggiore perpendicolare al piano della griglia L'inconveniente principale della stacciatura è però la facilità con cui avvengono gli intasamenti e la necessità di frequenti operazioni di manutenzione e di pulizia. La stacciatura può essere applicata solamente nel caso di acqua con una bassa concentrazione di solidi sospesi.
Sedimentazione primaria
La sedimentazione primaria sfrutta la forza di gravità per eliminare dall'acqua i solidi sedimentabili prevalentemente di natura inorganica (sabbie, terriccio, limo, ecc.) - "dissabbiamento" -.
Viene adottata come pretrattamento fisico limitatamente alle acque con un'elevata torbidità (> 1.000 mg/l) e/o con silice in sospensione. In questi casi viene inserita a monte della chiariflocculazione al fine di alleggerirne il carico in arrivo. La funzionalità di un dissabbiamento è legata alla capacità di consentire la sedimentazione dei materiali inerti di diametro superiore a certi valori, che la pratica indica in 0,2-0,5 mm. Questi materiali infatti possono creare problemi ai successivi trattamenti poiché possono intasare tubazioni e canali, e abradere le apparecchiature elettromeccaniche (pompe). Con il dissabbiamento si raggiunge l'obiettivo di eliminare il 65-70% dei solidi sospesi e di migliorare la qualità dell'acqua da inviare ai trattamenti successivi.
Modalità di sedimentazione Per ipotesi: il materiale da sedimentare è di tipo granuloso, cioè sedimenta senza interferire con le altre particelle; il moto del fluido è laminare; in queste condizioni la velocità di sedimentazione delle particelle è regolata in prima approssimazione dalla legge di Stokes. Tale legge è valida rigorosamente per particelle di forma sferica immerse in un liquido in quiete e a temperatura costante il cui moto verso il basso non è influenzato né dalla presenza di altre particelle né dalle pareti del contenitore.
Tipologia dei decantatori
La sedimentazione viene realizzata all'interno di apposite vasche, denominate decantatori, entro le quali l'acqua si muove con un flusso il più laminare possibile per un tempo sufficiente a consentire la sedimentazione delle particelle più pesanti. Tali vasche devono consentire: la separazione delle particelle di diametro superiore a 0,2-0,5 mm; la raccolta sul fondo delle particelle e la loro concentrazione e rimozione sotto forma di fango. I decantatori possono essere a flusso orizzontale o verticale: