La filtrazione meccanica E’ uno dei processi utilizzati per ricondizionare l’acqua nei sistemi a ricircolo o per il trattamento dell’acqua prima dello scarico. Trattamenti fisici Trattamenti chimici Trattamenti biologici Vagliatura Sedimentazione Filtrazione a sabbia Centrifugazione Filtrazione a cartuccia Filtrazione a sacco Trattamenti termici Sterilizzazione UV Aerazione Ossigenazione Controllo alcalinità, pH Adsorbimento a carboni Osmosi inversa Degassazione Scambio ionico Ozonizzazione (Aerazione) (Ossigenazione) Nitrificazione Denitrificazione Trattamento anaerobico La frazione solida nelle acque di scarico Tutte le sostanze “contaminanti”, ad esclusione dei gas disciolti, contribuiscono alla frazione solida delle acque di scarico. La frazione solida, a sua volta, può essere distinta in una frazione organica ed in una frazione inorganica. Effetti della frazione solida ed importanza della riduzione Frazione organica ed inorganica: azioni fisiche di sedimentazione in bacini, ostruzione delle tubazioni, blocco delle pompe e intasamento dei sistemi di filtrazione. Frazione organica: la sua decomposizione comporta consumo di ossigeno e produzione di ammoniaca. La frazione solida origina da: materiali fecali residui non utilizzati di alimento sabbia, terra, ecc. microrganismi e macrorganismi inferiori residui di origine vegetale Gli effluenti di scarico delle piscicolture differiscono sostanzialmente dalle acque di scarico civili, dai rifiuti agro-industriali e dai liquami di allevamento. I materiali fecali contengono tipicamente sia sostanze digerite che indigerite, racchiuse insieme in un rivestimento mucoso. Le deiezioni vengono generalmente prodotte in forme filamentose allungate, ma questo può essere variabile in funzione delle specie. I materiali fecali sono generalmente più densi dell’acqua, ma le particelle più piccole possono flottare soprattutto nei sistemi con acqua molto turbolenta o in acque sature di ossigeno, dove l’intrappolamento di aria può causare il galleggiamento delle particelle. Caratterizzazione dei solidi La frazione solida degli effluenti dalle piscicolture può essere caratterizzata in base a 3 criteri: dimensione e stato delle particelle caratteristiche chimiche distribuzione dimensionale delle particelle Classificazione delle particelle solide nell’acqua (mm) Sedimentabili Disciolti 10-8 10-7 ioni organici e inorganici Colloidali 10-6 10-5 10-4 Virus Sospesi o non filtrabili 10-3 10-2 Batteri Alghe Sedimentabili: > 10-2 mm, sedimentano in cono Imhoff in 1 h Disciolti: < 10-3 mm, filtrano attraverso membrana con pori 1,2 mm Sospesi: > 10-3 mm, non filtrano attraverso membrana con pori 1,2 mm 10-1 1 La filtrazione meccanica SCOPO: separazione liquido/solido FENOMENO: differenza di dimensioni delle particelle Le attrezzature meccaniche disponibili per la filtrazione possono essere classificate in: fisse (vagli fissi, griglie fisse) rotanti vibranti filtri a sabbia filtri a farina di diatomee filtri a cartuccia Le attrezzature meccaniche per la filtrazione hanno la caratteristica comune di essere generalmente attrezzature semplici e facili da usare. Vagli fissi, griglie fisse La filtrazione meccanica con vagli o griglie fisse può essere eseguita: a monte dell’allevamento, per ridurre il carico di solidi entrante, come trattamento primario dell’acqua scaricata dall’allevamento. Generalmente con questa filtrazione vengono eliminate particelle solide grossolane con diametro > 1,5 mm, il costo delle attrezzature sale notevolmente se si intendono separare particelle di dimensioni inferiori. Vagli e griglie fisse tendono ad occludersi tanto più facilmente quanto cresce la concentrazione di sostanza secca; i costi di manutenzione e pulizia delle attrezzature possono essere anche piuttosto elevati e determinarne la convenienza. La pulizia delle superfici filtranti, infatti, consiste nella loro rimozione e nel controlavaggio; anche se queste operazioni possono essere automatizzate, si può riscontrare comunque un elevato consumo di acqua per la pulizia Griglia fissa in acciaio inossidabile con sistema meccanico automatizzato di pulizia. Vaglio statico fisso con superficie vagliante inclinata e regolabile in funzione della portata dell’acqua e del contenuto di solidi totali. Filtri rotanti Questa rappresenta la categoria di filtri maggiormente utilizzata in acquacoltura, soprattutto per il trattamento primario delle acqua di scarico. Il movimento della superficie filtrante permette portate di alimentazione più elevate e l’adozione di sistemi di pulizia automatizzati. I filtri rotanti possono essere: flusso dell’acqua a flusso assiale, quando l’asse di rotazione della superficie filtrante è nella stessa direzione del flusso d’acqua di alimentazione (es. filtri a dischi), asse di rotazione flusso dell’acqua asse di rotazione a flusso radiale, quando l’asse di rotazione della superficie filtrante è ortogonale rispetto al flusso d’acqua di alimentazione (es. filtri cilindrici o a tamburo). Filtro rotante a flusso radiale (filtro a tamburo) Filtro rotante a flusso assiale (filtro a dischi) Filtro fisso (vaglio statico) I filtri rotanti a flusso assiale Sono relativamente economici e facili da usare. Le dimensioni delle maglie della superficie filtrante sono analoghe a quelle delle griglie fisse. Le perdite di carico dipendono dalle dimensioni delle maglie e dall’efficienza del lavaggio, in condizioni normali sono dell’ordine di 0,15 – 0,60 m. Svantaggi: dato che la parte immersa deve necessariamente stare sotto l’asse di rotazione, quando si superano raggi di poco più di 1 m, le attrezzature cominciano a diventare ingombranti e pesanti. Così per portate elevate dovrebbero essere usati filtri multipli, con gli ovvii svantaggi. Schema funzionale ed applicazione di filtro a dischi I filtri rotanti a flusso radiale (filtri a tamburo) Sono i più diffusi, perché superano gli svantaggi dei filtri a flusso assiale. Essendo di forma cilindrica, la superficie vagliante è molto più ampia dei filtri a dischi (a flusso assiale). I materiali costruttivi sono molto vari, ma oggi si è orientati verso l’acciaio inossidabile e soprattutto le materie plastiche. Le perdite di carico sono simili a quelle dei filtri a dischi, mediamente dell’ordine di 0,30 m. Le dimensioni delle maglie filtranti normalmente arrivano fino a 1 mm, ma in commercio esistono maglie inferiori (microscreens), fino a 3 mm. Esempi di applicazione dei filtri a tamburo nel trattamento primario delle acqua di scarico Specifiche tecniche commerciali di alcuni modelli di filtri a tamburo rotante Visualizza filmato FAIVRE sui filtri rotanti Visualizza filmato HYDROTECH sui filtri rotanti - Presentazione - Visualizza filmato HYDROTECH sui filtri rotanti - Istruzioni operative - Filtri rotanti a catena I filtri rotanti a catena, per quanto riguarda funzionalità ed economicità, possono sostituire i sistemi fissi a griglia o a vaglio statico e risultano anche piuttosto economici (il costo di acquisto rispetto ai vagli statici è superiore, ma i costi di manutenzione sono inferiori. Vengono utilizzati solo con maglie larghe, generalmente maggiori di 1,2 mm, e quindi l’efficienza di rimozione non è mai molto elevata.Possono essere utilizzati per rimuovere particelle con diametri fino a 3 mm. Vagli vibranti Anche i vagli vibranti vengono utilizzati per il trattamento primario delle acque di scarico. La pulizia della superficie vagliante è agevolata da un sistema di vibrazione, generalmente costituito da motori ad azionamento elettrico che muovono un eccentrico colelgato al telaio del vaglio. La regolazione di queste attrezzature può avvenire, oltre che variando la dimensione delle maglie della superficie filtrante, modificando la frequenza e l’ampiezza della vibrazione. Questa possibilità estende la possibilità di impiego ad una vasta gamma di effluenti. A C B Schema funzionale di vaglio vibrante A – alimentazione dell’acqua da trattare B – frazione liquida trattata C – solidi separati I filtri a sabbia Nei filtri a sabbia l’azione filtrante viene garantita da strati di diverso materiale che hanno una profondità totale dell’ordine di 0,6 - 1,2 m. Generalmente si hanno da 3 a 5 strati filtranti, disposti in sequenza dal più fine al più grossolano: Materiale Diametro delle particelle (mm) sabbia fine sabbia 2 (max) ghiaia - roccia triturata 15 roccia 25 0,02 (min.) Ogni sabbia è caratterizzata da particolari dimensioni, uniformità e massa volumica. La dimensione effettiva è data dal diametro per il quale il 10% in peso della sabbia presenta dimensioni inferiori. L’uniformità è data dal rapporto tra la dimensione effettiva e il diametro per il quale il 60% in peso della sabbia presenta dimensioni inferiori L’azione filtrante nei filtri a sabbia viene svolta nei primi cm degli strati filtranti. A questo livello i solidi filtrati e le particelle di sabbia sono comprimibili e tendono ad intasare il filtro. Questo fenomeno aumenta l’efficacia di trattenimento delle particelle stesse. Per lo stesso motivo, quando l’intasamento raggiunge livelli non più sostenibili (sensibile aumento delle perdite di carico) devono essere adottati efficaci sistemi di pulizia. Controlavaggio La pulizia dei filtri a sabbia viene effettuata con controlavaggio ad acqua, più raramente con sistemi ad aria. Il flusso di controlavaggio deve essere sufficiente a fluidizzare il letto filtrante superiore, ma non troppo elevato da asportarlo. Se con il controlavaggio i diversi strati che compongono il letto filtrante si mescolano, devono successivamente separarsi rapidamente ed autonomamente per sedimentazione. Prestazioni Le prestazioni operative dei filtri a sabbia non sono veramente generalizzabili. Anche per uno stesso filtro le prestazioni variano in funzione del grado di intasamento del letto filtrante. Uno degli inconvenienti più comuni è l’eventuale formazione di flussi idrici preferenziali all’interno del letto filtrante che può comprometterne le prestazioni. Classificazione dei filtri a sabbia Possono essere classificati in diversi modi. In generale, si può adottare la classificazione in base al flusso idrico e alla pressione mantenibile: filtri a lento deflusso. Sono filtri non in pressione, manifestano perdite di carico non elevate (<0,1 m), sono economici, ma richiedono elevata manutenzione ed ampi spazi disponibili, filtri a rapido deflusso. Sono filtri in pressione che permettono di mantenere elevate portate (1 - 2 l/s .m2 di letto filtrante) con perdite di carico dell’ordine di 10-30 mH2O. Possono essere completamente automatizzati, richiedono poca manutenzione e poco spazio disponibile, ma sono più costosi. Descrizione tecnica commerciale dei filtri a sabbia (FONTE: Blaufisch™ ) Conclusioni Esempio di filtro a sabbia Schema funzionale di un tipico filtro a sabbia con controlavaggio ad acqua ed aria Alimentazione dell’acqua da trattare Tubazioni per il controlavaggio Schema di inserimento di filtri a sabbia in un sistema complesso a ricircolo d’acqua. Filtri a farina di diatomee L’azione filtrante è garantita da farine fossili, esistenti in centinaia di tipi diversi, le più fini delle quali sono in grado di eliminare particelle con diametro dell’ordine di 1 mm. La base del filtro è costituita da una maglia di acciaio o altro materiale che funge da supporto alla farina. Il filtro per funzionare deve subire un processo di avviamento, che consiste nell’intimo fissaggio della farina fossile alle maglie del supporto. Quando lo strato filtrante è formato, si può procedere alla fase di filtraggio vera e propria, alimentando il filtro con l’acqua che si deve trattare addizionata di farina di diatomee in ragione di circa il 10% rispetto ai solidi totali che devono essere rimossi. Anche questi filtri richiedono un efficiente sistema di pulizia, che generalmente è un controlavaggio ad acqua o ad aria+acqua. Prestazioni Le portate specifiche tipiche di questi filtri sono 0,4 - 0,6 l/min.m2 I filtri a farina fossile consentono anche una rimozione dei batteri (almeno il 50% dei coliformi, quando questi hanno concentrazioni di 102 103/100 ml. Le caratteristiche funzionali dei diversi tipi di filtri meccanici Lento deflusso Rapido deflusso Alta pressione Farina diatomee Carico specifico (m3/m3.day) 0,2 80 - 200 120 - 1200 20-250 Profondità del letto (m) 0,7 0,7 - 1,0 1,0 - 2,0 - Rimozione particelle (mm) >30 >30 30 0,1 Perdite di carico (m H2O) <1,0 0,1 - 3,0 2 - 20 - az. biolog. az. biolog. - “pre-coat” finale nitrificazione primario e secondario ev. nitrificazione secondario finale Note Possibili trattamenti I filtri a cartuccia Caratteristiche funzionali filtrazione di tipo meccanico simile a quella dei filtri a sabbia, trattamento di acqua con basso o medio carico di solidi sospesi, portata di alimentazione limitata a pochi m3/h. I filtri a cartuccia sono normalmente applicati a monte di uno stadio di trattamento biologico. Considerate le portate di alimentazione limitate, spesso vengono sistemati in parallelo. Per elevare le prestazioni in termini di rimozione di particelle di piccolo diametro, invece, vengono montati in serie con superfici filtranti a maglie via via più piccole (micro-filtrazione per acque ad elevato carico di solidi sospesi). Per mantenere l’efficienza di filtrazione le cartucce del filtro devono essere periodicamente pulite. Normalmente la pulizia si effettua con soluzioni clorate diluite. Caratteristiche di filtri a cartuccia utilizzati per la filtrazione meccanica di scarichi id acquacoltura.