Filtrazione terziaria per il trattamento acque reflue: panoramica, normativa, tecnologie

La filtrazione terziaria, o filtrazione finale, è un insieme di processi e tecnologie che rientrano nell’insieme più vasto dei trattamenti terziari di acque reflue. Un unico obiettivo: consentire a depuratori civili e industrie di processo di ottenere un’acqua di livello qualitativo molto elevato, in grado di soddisfare le più stringenti normative nazionali e sovranazionali per lo scarico in corpi idrici superficiali e il riutilizzo in ambito civile, agricolo e industriale.

Quali sono questi processi e quali sono le tecnologie di punta? Facciamo subito chiarezza.

1. Filtrazione terziaria: panoramica

La filtrazione terziaria delle acque reflue è un processo di trattamento avanzato che ha lo scopo di rimuovere le particelle solide sospese (solidi sospesi totali) ed eventualmente i nutrienti ancora presenti nell’acqua dopo il trattamento primario e secondario.

L’obiettivo principale del processo è lo scarico della risorsa trattata in corpi di superficie, quali fiumi e laghi, nel rispetto delle normative nazionali e internazionali di riferimento. Inoltre, il processo di filtrazione terziaria è sempre più riconosciuto come un utile strumento per il riutilizzo dell’acqua depurata in ambito agricolo, industriale o civile: una necessità sempre più riscontrata, data la scarsità sempre più evidente di questa risorsa e ai notevoli problemi legati alla sua gestione.

2. Trattamenti primari, secondari e terziari: come si inserisce la filtrazione nel trattamento di acque reflue

Per comprendere meglio dove si inseriscano le tecnologie di filtrazione terziaria all’interno di un impianto di depurazione, vediamo la differenza tra i trattamenti primari, secondari e terziari delle acque reflue.

• I trattamenti primari si concentrano sulla rimozione dei solidi sospesi più grossolani attraverso processi fisici, come la sedimentazione o la grigliatura.
• I trattamenti secondari si focalizzano sulla rimozione di contaminanti organici e nutrienti. Questo tipo di trattamento prevede l’uso di processi biologici come la nitrificazione/denitrificazione.
• I trattamenti terziari sono l’ultimo stadio del trattamento delle acque reflue: in questa fase vengono separati i solidi sospesi rimanenti, fino ad ottenere allo scarico concentrazioni di 5-10 mg/L, componenti residue di fosforo e azoto e la carica microbica. Questo tipo di trattamento prevede l’uso di tecnologie avanzate di filtrazione, adsorbimento e disinfezione.

La filtrazione terziaria è uno specifico processo all’interno dell’alveo dei trattamenti terziari: in questo caso si prevede l’utilizzo di un mezzo filtrante per la separazione finale dei solidi sospesi. Bisogna comunque ricordare che questi passaggi si trovano sempre in frequenza soltanto nei depuratori civili. In ambito industriale troviamo invece una grande variabilità di acque e di esigenze impiantistiche e può essere quindi necessaria una differente combinazione di trattamenti: in tale ambito, è meglio quindi parlare di filtrazione finale.

Infine, proprio grazie alla sua funzione di “finissaggio” dei reflui, precedente solo agli interventi di disinfezione, i processi che vanno sotto questo nome vengono anche indicati nell’alveo dei trattamenti avanzati delle acque reflue.

3. Qualità dell’effluente nella filtrazione terziaria: numeri e normative

La qualità dell’effluente dei sistemi di filtrazione terziaria dipende dal tipo di tecnologia di filtrazione utilizzata, ma in generale, questi sistemi sono in grado di produrre un’acqua depurata di alta qualità, con basse concentrazioni di solidi sospesi e altri contaminanti.

I sistemi di filtrazione terziaria sono in grado di rimuovere la maggior parte dei solidi sospesi. Inoltre, anche le quantità di nutrienti come fosforo e azoto risultano notevolmente ridotte.

In generale, l’effluente dei sistemi di filtrazione terziaria è in grado di incontrare i criteri stabiliti dalla Direttiva UE 2020/2184: 10 mg/L di solidi sospesi totali allo scarico.

4. Tipologie di filtrazione terziaria

Come per altre fasi del trattamento di acque reflue, con la filtrazione terziaria (o filtrazione finale) incontriamo un buon numero di processi e tecnologie in grado di incontrare le esigenze con acque urbane e industriali.

La letteratura riconosce tre processi di filtrazione terziaria principale: pensiamo alla trattazione di Metcalf & Eddy Wastewater Engineering. Treatment and Reuse.

• Filtrazione di superficie. Il trattamento avviene con un mezzo filtrante attraverso un processo di stacciatura, quindi bidimensionale (come nel caso dei filtri a tela a micro-rete).
• Filtrazione di profondità o in volume. In questo caso, le sostanze in sospensione passano attraverso un letto filtrante costituito da materiale granulare (come nei filtri a sabbia) oppure compressibile (come nei filtri a tela a fibra libera). Le “dimensioni” su cui sviluppare la filtrazione sono tre invece che due: per questo si tratta di un processo molto più efficiente a parità di dimensionamento dei macchinari utilizzati.
• Filtrazione a membrane. In questa tipologia, l’acqua reflue passa sotto pressione attraverso una sottile membrana. Questa è costituita da fibre cave o da fogli di materiale composito (avvolti a spirale). Si tratta di un processo di stacciatura, come nel caso della filtrazione di superficie.

5. L’utilità della filtrazione terziaria

Abbiamo visto che la filtrazione terziaria delle acque produce un’acqua di elevata qualità, adatta a diverse applicazioni. Tra le principali utilità della filtrazione terziaria delle acque reflue si possono citare le seguenti:

1. La necessità di rimuovere i solidi sospesi totali a livelli avanzati, per migliorare l’efficienza di processi a valle come quelli di disinfezione (evitando un eccessivo sporcamento delle lampade a UV).
2. La riduzione dell’impatto ambientale delle attività umane sulle risorse idriche e la riduzione della pressione sulle risorse idriche naturali, limitando anche fenomeni di eutrofizzazione grazie alla rimozione dei nutrienti dalle acque (azoto e fosforo).
3. La conformità con le normative ambientali nazionali e internazionali, che impongono limiti di emissione per determinati parametri chimici, fisici e biologici delle acque reflue.
4. Il riutilizzo delle acque trattate per scopi non potabili, sia in ambito civile sia industriale. Alcuni esempi: l’irrigazione agricola, il lavaggio di strade e veicoli, la produzione di energia elettrica, il reintegro di acque di processo e di raffreddamento.

6. Soluzioni di filtrazione terziaria

Ci sono diverse soluzioni tecniche di filtrazione terziaria. Ecco alcune delle più efficienti:

1. Filtri a sabbia: queste soluzioni utilizzano uno strato di sabbia per rimuovere le particelle solide in sospensione. L’acqua passa attraverso lo strato di sabbia, che trattiene i solidi sospesi, prima di essere scaricata.
2. Filtri a tela a microrete: in questi sistemi, il mezzo filtrante è una tela con fili di lunghezza fissa. Si tratta di una classica applicazione di filtrazione di superficie.
3. Filtri a tela a fibra libera (pile): il mezzo filtrante è costituito da lunghi filamenti scomposti, che realizzano una filtrazione di profondità analoga a quella dei filtri a sabbia (su volumi più ridotti). Opere accessorie limitate, utilizzo di energia minimo e limitato al controlavaggio delle tele.
4. Filtri a membrane: utilizzano membrane con pori di dimensioni diverse per rimuovere i contaminanti presenti nell’acqua. L’acqua passa attraverso le membrane, che trattiene i solidi sospesi e altre sostanze indesiderate, prima di essere scaricata.

7. Benefici tecnici e applicazioni della filtrazione terziaria

Negli anni, sono state sperimentate diverse applicazioni di processi e tecnologie di filtrazione terziaria. Di seguito alcuni esempi:

• trattamento terziario di acque reflue municipali,
• industria alimentare,
• industria plastica,
• settore chimico e farmaceutico,
• cartiere, concerie, industrie tessili,
• settore oil & gas.