1. Principio e Funzione
L'ispessimento dei fanghi rimuove parte dell'acqua dai fanghi per gravità o con mezzi meccanici, riducendone il volume. La disidratazione dei fanghi rimuove parte dell'acqua interstiziale dai fanghi attraverso mezzi meccanici, riducendone ulteriormente il volume. Il contenuto di umidità dei fanghi ispessiti è generalmente pari al 94%–96%, mentre quello dei fanghi disidratati è generalmente intorno all'80%.
2. Principi applicativi
I processi di ispessimento e disidratazione dei fanghi dovrebbero essere determinati in modo completo sulla base di fattori quali il processo di trattamento delle acque reflue adottato, le caratteristiche dei fanghi, i successivi metodi di trattamento e smaltimento, i requisiti ambientali, l'area del sito, gli investimenti e i costi operativi.
3. Ispessimento e disidratazione convenzionali
3.1 Principali tipologie e caratteristiche dei processi di ispessimento
I metodi di ispessimento dei fanghi sono principalmente suddivisi in ispessimento per gravità, ispessimento meccanico e ispessimento per flottazione. Attualmente vengono spesso utilizzati l'ispessimento per gravità e l'ispessimento meccanico.
L'ispessimento per gravità consuma meno elettricità e ha una forte capacità tampone, ma richiede un'area più ampia, è soggetto al rilascio di fosforo e produce un forte odore, richiedendo ulteriori strutture di deodorizzazione. I fanghi del serbatoio di sedimentazione primaria vengono ispessiti per gravità, riducendo in genere il contenuto di umidità dal 97%–98% a meno del 95%. I fanghi in eccesso generalmente non sono adatti al solo ispessimento per gravità. La miscelazione dei fanghi di sedimentazione primaria con i fanghi attivi in eccesso e il successivo ispessimento per gravità può ridurre il contenuto di umidità dal 96%–98,5% a meno del 95%.
L'ispessimento meccanico comprende principalmente l'ispessimento centrifugo, l'ispessimento del nastro, l'ispessimento del tamburo rotante e l'ispessimento della pressa a vite, che sono caratterizzati da requisiti di spazio ridotti e dall'assenza di rilascio di fosforo. Rispetto all'ispessimento per gravità, consuma più elettricità e richiede l'aggiunta di coagulanti polimerici. L'ispessimento meccanico può generalmente ridurre il contenuto di umidità dei fanghi in eccesso dal 99,2%–99,5% al 94%–96%.
3.2 Principali tipologie e caratteristiche dei processi di disidratazione
La disidratazione meccanica comprende principalmente la disidratazione del filtropressa a nastro, la disidratazione centrifuga e la disidratazione del filtropressa a piastre e telaio.
Il sistema di disidratazione con filtropressa a nastro presenta un basso rumore e un basso consumo energetico, ma richiede un ingombro maggiore e una maggiore quantità di acqua di lavaggio, con il risultato di un ambiente di officina più povero. La disidratazione del nastro richiede tipicamente un contenuto di umidità dei fanghi influenti inferiore al 97,5% e un contenuto di umidità dei fanghi effluenti generalmente inferiore all'82%.
La disidratazione centrifuga richiede meno spazio sul pavimento, non richiede acqua di scarico e offre un ambiente di officina migliore, ma consuma più elettricità, richiede dosaggi chimici più elevati e genera più rumore. La disidratazione centrifuga richiede tipicamente un contenuto di umidità dei fanghi influenti del 95%–99,5% e un contenuto di umidità dei fanghi effluenti raggiunge tipicamente il 75%–80%.
La disidratazione della filtropressa a piastre e telaio produce panelli con un basso contenuto di umidità, ma richiede più spazio sul pavimento e acqua di lavaggio, con il risultato di un ambiente di officina più povero. La disidratazione della filtropressa a piastre e telaio richiede in genere un contenuto di umidità dei fanghi in entrata inferiore al 97% e un contenuto di umidità dei fanghi in effluente raggiunge in genere il 65%-75%.
Il sistema di disidratazione con pressa a vite e quello con pressa a rulli richiedono meno spazio sul pavimento, richiedono meno acqua di lavaggio, generano meno rumore e hanno un ambiente di officina migliore, ma hanno capacità di unità singole più piccole, un contenuto di solidi surnatante più elevato e i loro esempi di applicazione in Cina sono ancora limitati. Il contenuto di umidità richiesto dei fanghi per la disidratazione con pressa a coclea è generalmente del 95%–99,5% e il contenuto di umidità dei fanghi in uscita può tipicamente raggiungere il 75%–80%.
4. Disidratazione profonda dei fanghi
La disidratazione profonda si riferisce ai fanghi con un contenuto di umidità del 55%–65% dopo la disidratazione e, in condizioni speciali, il contenuto di umidità può essere ancora inferiore. Attualmente, la maggior parte degli impianti di trattamento delle acque reflue urbane del mio Paese non dispone di vasche di sedimentazione primaria e non è sottoposta a trattamento di digestione anaerobica; pertanto, il contenuto di umidità dei fanghi disidratati è per lo più compreso tra il 78% e l'85%. Questo elevato contenuto di umidità pone sfide significative al successivo trattamento, trasporto e smaltimento dei fanghi. Pertanto, in aree con condizioni adeguate, è possibile effettuare una disidratazione profonda dei fanghi.
Prima della disidratazione profonda, i fanghi dovrebbero essere efficacemente condizionati. Il meccanismo di condizionamento prevede principalmente la modifica della materia organica sulla superficie delle particelle di fango o la distruzione della struttura cellulare e colloidale dei fanghi, riducendo la capacità di legare l'acqua-dei fanghi; contemporaneamente, riduce la comprimibilità dei fanghi, consentendo loro di soddisfare i requisiti dei processi di disidratazione ad alta-secchezza.
Esistono tre tipi principali di metodi di condizionamento dei fanghi: condizionamento chimico, condizionamento fisico e condizionamento termico.
Il condizionamento chimico prevede principalmente l'aggiunta di sali metallici inorganici, polimeri organici e vari modificatori dei fanghi.
Il condizionamento fisico prevede l'aggiunta ai fanghi di sostanze che non producono reazioni chimiche per ridurne o migliorarne la comprimibilità. Queste sostanze includono principalmente le ceneri dei gas di scarico, la farina fossile, le ceneri dei fanghi inceneriti e le ceneri volanti.
Il condizionamento termico comprende il congelamento, il riscaldamento a temperatura media-e ad alta-temperatura, di cui il condizionamento termico ad alta-temperatura è il più comune. Il condizionamento termico ad alta-temperatura può essere suddiviso in due tipi: idrolisi a caldo e ossidazione a umido. Il condizionamento termico ad alta-temperatura consente una disidratazione profonda riducendo allo stesso tempo il volume in una certa misura.
5. Potenziale inquinamento secondario e requisiti di controllo da parte dell'unità di ispessimento e disidratazione
Il processo di ispessimento e disidratazione dei fanghi genera una grande quantità di gas odorosi, principalmente dai serbatoi di stoccaggio dei fanghi, dai serbatoi di ispessimento, dalle sale macchine di disidratazione dei fanghi e dai capannoni o silos di stoccaggio dei fanghi. La sala di disidratazione è un'area chiave per il controllo degli odori durante il processo di ispessimento e disidratazione dei fanghi poiché i gas odorosi sono difficili da dissipare.
Le misure di controllo degli odori dovrebbero essere implementate secondo i requisiti della valutazione di impatto ambientale. I nuovi impianti di trattamento delle acque reflue dovrebbero implementare misure chiuse per vasche di ispessimento, serbatoi di stoccaggio dei fanghi, locali di disidratazione e aree di stoccaggio e trasporto dei fanghi, utilizzando la ventilazione di scarico per aspirare l’aria nel sistema e trattarla per il controllo degli odori per garantire la conformità agli standard sulle emissioni. Per i progetti di ristrutturazione che prevedono il controllo degli odori, le strutture dovrebbero essere coperte o racchiuse a seconda delle loro condizioni e dovrebbero essere installati ulteriori condotti di scarico e sistemi di controllo degli odori. Vengono generalmente utilizzati metodi di deodorizzazione biologici, ma quando necessario possono essere utilizzati anche metodi di deodorizzazione chimica.