Nel settore del trattamento delle acque, il COD è un indicatore fondamentale che non può essere ignorato. Che si tratti di acque reflue domestiche o di acque reflue industriali, quasi tutti gli standard di scarico includono limiti COD. Allora, cosa rappresenta esattamente il COD? Da dove viene il COD nelle acque reflue? E quali fasi di trattamento sono necessarie per portarlo allo standard? Questo articolo chiarisce queste domande tutte in una volta.
Cos'è il COD?
COD è l'abbreviazione di Chemical Oxygen Demand. In poche parole, misura la quantità totale di ossigeno consumato da tutte le sostanze presenti nell'acqua che possono essere ossidate da ossidanti chimici (principalmente materia organica, ma comprendente anche una piccola quantità di materia inorganica riducente).
In altre parole, più alto è il valore COD, più "cose sporche" possono ossidarsi nell'acqua e più l'acqua è inquinata. Più basso è il COD, più pulita è la qualità dell'acqua.
Negli attuali standard di scarico, i limiti COD variano a seconda della destinazione dello scarico e dei requisiti locali. Ad esempio, gli standard comuni sugli effluenti per gli impianti di trattamento delle acque reflue domestiche richiedono COD inferiore o uguale a 50 mg/l o inferiore o uguale a 100 mg/l. Anche le acque reflue industriali scaricate nelle reti di condotte comunali o nei corpi idrici naturali hanno limiti COD chiaramente definiti.
Da dove viene il COD?
Qualsiasi materia organica o sostanza riducente presente nell'acqua che può essere ossidata formerà COD. Ci sono tre fonti principali:
Domestico: Avanzi di cibo, macchie d'olio, feci, detersivi, acque reflue dei bagni.
Industriale: amido e zuccheri provenienti da fabbriche alimentari, sangue proveniente dai macelli, coloranti da stampa e tintura, solventi chimici, pasta di legno dalla fabbricazione della carta, letame di bestiame.
Altro: rifiuti di foglie vegetali, resti microbici, solfuri, nitriti.
Ricorda semplicemente: tutto ciò che può essere "ossidato e bruciato" conta come COD.
Come può il COD soddisfare gli standard di scarico?
La riduzione del COD negli impianti di trattamento delle acque reflue solitamente non è un processo in una-fase, ma piuttosto una riduzione graduale attraverso processi a più-fasi. Di seguito viene descritto il processo di trattamento standard in cinque fasi.
Fase 1: Pretrattamento – Rimozione di particelle di grandi dimensioni e di parte della materia organica sospesa
L'unità di pretrattamento comprende principalmente: vaglio, camera dissabbiatrice, degrassatore e vasca di equalizzazione.
Lo schermo intercetta detriti di grandi dimensioni come rami di alberi, sacchetti di plastica e stracci.
La camera dissabbiatrice permette il deposito di sabbia e piccoli sassi.
Il filtro antigrasso rimuove l'olio e il grasso galleggianti.
Il serbatoio di equalizzazione bilancia la qualità e la quantità dell'acqua per evitare impatti sui processi successivi.
Questa fase rimuove parte della materia organica sospesa e galleggiante, determinando una diminuzione preliminare del COD, ma la riduzione è limitata.
Fase 2: Coagulazione e sedimentazione fisico-chimica – Rimozione del COD sospeso e colloidale
Dopo il pretrattamento nell'acqua rimangono ancora numerose particelle sottili sospese e materia organica colloidale. Questi non possono depositarsi rapidamente per gravità e richiedono l'aggiunta di agenti chimici per la coagulazione e la sedimentazione.
Agenti comunemente utilizzati: cloruro di polialluminio (PAC) e poliacrilammide (PAM).
Principio di funzionamento: Il reagente destabilizza minuscole particelle e colloidi, facendoli aggregare in fiocchi più grandi, che vengono poi separati in un serbatoio di sedimentazione. Questo passaggio rimuove in modo significativo il COD sospeso e colloidale, rendendo l'acqua molto più limpida.
Fase 3: Trattamento biologico – La fase fondamentale nella rimozione del COD disciolto
Il trattamento biologico è il passaggio più cruciale ed economico nella maggior parte degli impianti di trattamento delle acque reflue per ridurre il COD. Utilizza l'attività metabolica dei microrganismi per decomporre la materia organica disciolta nell'acqua in anidride carbonica e acqua.
I processi comuni includono: processo A/O, processo A²/O, fossa di ossidazione, SBR (Sequencing Batch Reactor), MBR (Membrane Bioreactor), ecc.
Generalmente è diviso in due ambienti:
Stadio anaerobico: in condizioni di assenza di ossigeno-, i batteri anaerobici decompongono le grandi molecole organiche in acidi organici più piccoli e metano, migliorando l'efficienza del successivo trattamento aerobico. Adatto per acque reflue organiche ad alta-concentrazione.
Fase aerobica: l'aerazione fornisce ossigeno, consentendo ai microrganismi aerobici di moltiplicarsi rapidamente e consumare rapidamente la materia organica nell'acqua, ossidandola e decomponendola completamente.
Questa fase può rimuovere dal 70% al 90% o più del COD, il che è fondamentale per ottenere un trattamento conforme.
Fase 4: Trattamento avanzato – Riduzione del COD residuo dopo il trattamento biologico
Dopo il trattamento biologico, la materia organica più facilmente degradabile è stata rimossa, ma una piccola quantità di materia organica recalcitrante può rimanere ancora nell'acqua, oppure il COD potrebbe non soddisfare gli standard di scarico. È quindi necessario un trattamento avanzato.
I metodi comuni includono:
Vasca di sedimentazione secondaria: Separa i fanghi attivi dall'acqua nel sistema di trattamento biologico, chiarendo l'effluente. Questo fa parte del processo convenzionale, ma il suo utilizzo da solo non può ridurre ulteriormente il COD disciolto.
Ossidazione Fenton: l'aggiunta di perossido di idrogeno e sali ferrosi genera radicali idrossilici altamente ossidanti, che possono distruggere la materia organica recalcitrante con strutture molecolari stabili. Particolarmente indicato per acque reflue industriali provenienti dall'industria chimica e farmaceutica.
Adsorbimento di carbone attivo: utilizza la struttura porosa del carbone attivo per assorbire la materia organica e il colore residui, riducendo ulteriormente il COD.
Filtrazione su membrana MBR: il modulo a membrana intrappola direttamente colloidi e microrganismi, con conseguente quantità estremamente bassa di solidi sospesi e COD nell'effluente.
Lo scopo di questa fase è ridurre ulteriormente il COD che il trattamento biologico non è in grado di gestire, garantendo che l'effluente finale soddisfi gli standard.
Passaggio 5: disinfezione e scarico
Infine, le acque reflue vengono sottoposte a disinfezione (ad esempio, luce ultravioletta, ipoclorito di sodio o ozono) per uccidere i microrganismi patogeni. Allo stesso tempo, indicatori come COD, azoto ammoniacale e fosforo totale soddisfano gli standard di scarico, consentendone lo scarico in corpi idrici naturali o il riutilizzo (ad esempio, per l'abbellimento, lo scarico, ecc.).
Differenti qualità dell'acqua hanno diverse concentrazioni di COD e requisiti di trattamento, e combinazioni di processi specifiche devono essere progettate in base alle condizioni reali. Tuttavia, la comprensione di questo percorso di base mostra chiaramente che il COD nelle acque reflue non scompare dal nulla, ma viene ridotto passo dopo passo attraverso l’intercettazione fisica, la precipitazione chimica, la degradazione microbica, l’ossidazione avanzata e la filtrazione per adsorbimento.
Se la tua azienda o il tuo progetto si trova ad affrontare COD che superano gli standard, il controllo delle carenze rispetto ai passaggi precedenti spesso fornirà una direzione per risolvere il problema.