Energia e depurazione delle acque? Un matrimonio possibile! - di Antonio Gabriele Fucilone

Si parla tanto di "sviluppo sostenibile" e io vorrei portare all'attenzione di tutti ciò che concerne la depurazione delle acque reflue ed una possibile risorsa energetica ad essa correlata.

Nella maggior parte dei casi, i reflui che provengono dai centri abitati (e in parte quelli industriali) vengono depurati tramite DEPURAZIONE BIOLOGICA A FANGHI ATTIVI. A chi non conosce questo processo, do una breve spiegazione.
All'ingresso dell'impianto di depurazione, il refluo subisce una GRIGLIATURA, ossia la separazione dai solidi, prima di accedere al processo vero e proprio. Spesso gli impianti sono sopraelevati e dopo la grigliatura avviene la fase di SOLLEVAMENTO, in cui il refluo viene portato al depuratore tramite delle ELETTROPOMPE SOMMERSE. Dopo la grigliatura, il sollevamento  ed un' eventuale DISOLEATURA, il refluo entra in VASCA DI OSSIDAZIONE. In tale vasca il refluo viene aerato, tramite compressori o delle turbine. Questo fa in modo che vi sia una forte crescita dei microbi presenti che ossidano l'ammoniaca (presente come ione ammonio NH4+) che diventa nitrato (NO3-) facendo passare l'azoto dal numero di ossidazione -3 a +5. A ciò si accompagnano l'abbattimento del COD (chemical oxygen demand o domanda chimica di ossigeno) quello del BOD (biochemical oxygen demand o domanda biochimica di ossigeno) e la decomposizione dei composti organici.

Da questa crescita si genera il FANGO ATTIVO che verrà fatto flocculare e decantare in un'altra vasca nella FASE DI DECANTAZIONE in cui avviene anche la DENITRIFICAZIONE, processo in cui, sempre tramite un'azione di batteri (come la Klebsiella pneumoniae) il nitrato viene ridotto in azoto gassoso. L'acqua pulita viene fatta stramazzare in una grondaia con bordo a "denti di lupo", portata nella VASCA A SETTI, dove subisce la disinfezione (spesso con cloro) per abbattere la carica microbica. Segue poi lo sversamento nel corso d' acqua. Il fango precipitato nel fondo della vasca di decantazione viene reimmesso in circolo nell'impianto di depurazione, precisamente in quella di ossidazione. Se l'impianto di depurazione è in BATCH questo RICIRCOLO del fango non c'è, dato che tutte le fasi (ad eccezione della grigliatura e della disinfezione) avvengono tutte nella stessa vasca. Quando il fango diventa eccessivo, non viene reimmesso nel processo ma viene raccolto in un'apposita vasca (detta d'ISPESSIMENTO) e trasferito poi nei LETTI PERCOLANTI, in cui gli viene tolta l'acqua (che viene messa all'ingresso dell'impianto con quella proveniente dal collettore fognario) e reso poi palabile. Questo fango in eccesso (detto FANGO DI SUPERO) può essere destinato ad un altro processo ed è di questo che voglio parlare.

In quanto ricco di sostanza organica, il fango può essere un'ottima fonte per ricavare il BIOGAS che può essere prodotto tramite un processo chiamato "DIGESTIONE ANAEROBICA".

Esso consiste nel mettere il fango in un serbatoio chiamato DIGESTORE. In tale recipente inizia una FASE FERMENTATIVA, causata da microrganismi come i batteri anaerobici (enterobatteri e clostridi) attinomiceti e muffe (Aspergillus e Penicillium) che porta alla riduzione di grosse molecole organiche come zuccheri ed acidi grassi in composti più piccoli. Questi composti sono acidi grassi volatili fino a sei atomi di carbonio, alcoli costituiti da uno a cinque atomi di carbonio (tra cui l' etanolo o alcol etilico, formula C2H5OH) e chetoni. Questa fase porta ad una liquefazione, in quanto la sostanza organica complessa ed insolubile diventa solubile, e alla formazione di acidi carbossilici, come L' ACIDO FORMICO (HCOOH) e quello ACETICO (CH3COOH) che abbassano il pH.

Tra la fase fermentativa e quella vi è la FASE DI BETWEEN STEP, detta anche "DI COLLEGAMENTO", in cui l'etanolo, gli acidi grassi volatili e l'acido 2-idrossipropanoico (meglio conosciuto come ACIDO LATTICO) vengono trasformati da alcuni batteri in acido acetico, idrogeno e biossido di carbonio.

A seguire vi sarà poi la FASE METANIGENA in cui questi acidi diventano metano (CH4) grazie ad altri batteri (come il Methanobacterium ruminantium,  il Methanosarcina bakeri o il Methanospirillum hungatii) che li decompongono.
La reazione chimica della metanogenesi dall'acido acetico  può essere rappresentata in questo modo:
 
CH3COOH->CH4+CO2
 
Il metano (CH4) costituisce circa il 50-70% del biogas finale. Insieme al metano vi sono biossido di carbonio (CO2) monossido di carbonio (CO) idrogeno (H2) ossigeno (O2) vapore acqueo (H20) e composti solforati.

Il potere calorifero del biogas varia tra i 19 e i 27 MJ*Nm-3 o, se vogliamo misurarlo in calorie, tra le 4,5 e le 6,5 Mcal*Nm-3. Sicuramente esso rappresenta una fonte rinnovabile e potrebbe contribuire a soddisfare il fabbisogno energetico.
Non è una panacea ma può aiutare molto, tenendo conto del fatto che un processo analogo si possa fare anche coi liquami zootecnici e coi rifiuti organici.

Dato che deve essere gestito, questo processo potrebbe creare posti di lavoro. Ad esempio, vanno analizzati sia il fango in entrata che quello che ne rimane in uscita oppure bisogna monitorare il pH che se dovesse abbassarsi troppo, a causa dell'acidità, potrebbe inibire la fase metanigena.

Quella del biogas potrebbe essere una soluzione capace di integrare le fonti tradizionali.

Vista la maggiore richiesta di energia, dobbiamo studiare tutte le possibili soluzioni e aprire sia alle fonti rinnovabili (come il biogas, per l'appunto, il biolalcol, l'idrogeno, l'energia solare o quella eolica) e sia al nucleare, a cui sono favorevole.

Nucleare e fonti rinnovabili non sono in contraddizione tra loro ma possono integrarsi, anche per ridurre le richieste di combustibili fossili (petrolio, carbon fossile e gas naturale) che inesorabilmente scarseggiano.

Se non vogliamo trovarci in guai seri è meglio iniziare a trovare delle alternative alle fonti tradizionali già da subito.


Antonio Gabriele Fucilone - Italia chiama Italia