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Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
“Il biossido di cloro nella disinfezione delle acquedestinate al consumo umano”
Genova - Centro Convegni IRIDE, 26 ottobre
CONVEGNO
ACQUA DISTRIBUITA (161 Mmc)
63%4%
28%
5%
FIUMELAGOPOZZOSORGENTE
Uso di ClO2 in Publiacqua SpA
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Acqua di originesuperficiale:
108.000.000 mc
86% classificato A3 (Dlgs. 152/06)
Trattata con ClO2 in almeno una fase del
processo
Uso di ClO2 in Publiacqua SpA
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Totale acquatrattata con ClO2:
114.000.000 mc
79,6
11,02,2 7,1
Superficiale A3Superficiale A2Superficiale A1Sotterranea
Produzione di acqua potabile che prevede uso di ClO2 : origine delle acque
80.000.000 mc provengono da
ANCONELLA E MANTIGNANO
EVOLUZIONE DELL'IMPIANTO DELL'ANCONELLA
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
ACQUA GREZZA
PREOSSIDAZIONE - BIOSSIDO DI CLORO
FLOCCULAZIONE-DECANTAZIONE
FILTRAZIONE SU SABBIA
ClO2/NaClO(in presenza NH4+)
OZONAZIONE
DISINFEZIONE FINALE - BIOSSIDO DI CLORO
SCHEMA ‘89-’03 PRIMA DEL 1989
ACQUA GREZZA
PREOSSIDAZIONE - IPOCLORITO
FLOCCULAZIONE-DECANTAZIONE
FILTRAZIONE SU SABBIA
OZONAZIONE
DISINFEZIONE FINALE - BIOSSIDO DI CLORO
Controllo pH (CO2)Dosaggio PAC
ACQUA GREZZA
PREOSSIDAZIONE BIOSSIDO DI CLORO
FLOCCULAZIONE-DECANTAZIONE
FILTRAZIONE SU SABBIA
OZONAZIONE
DISINFEZIONE FINALE BIOSSIDO DI CLORO
SCHEMA ATTUALE
FILTRAZIONE SU GAC
ClO2/NaClO
Dosaggio PAC (discontinuo)
H2O2
Vantaggi nell’uso di ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Effetto della sostituzione dell’ipoclorito di Sodio con ClO2in preossidazione su THM e AOX – Impianto Anconella
0
8
16
24
32
40
Raw water Preoxidation PAC Flocc-sedimentation
ClO2
disinfectionSand filtrationOzonation ClO2
disinfection
THM
sav
erag
eva
lues
(µg/
L)
THMs (1989 with NaClOpreoxidation)
THMs (1994-1997 with ClO2preoxidation)
0
8
16
24
32
40
Raw water Preoxidation PAC Flocc-sedimentation
ClO2
disinfectionSand filtrationOzonation ClO2
disinfection
AO
X av
erag
eva
lues
(µg/
L) AOX (1989 with NaClOpreoxidation)
AOX (1992 with ClO2preoxidation)
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Sicurezza microbiologica sempre garantita
Clorito Uscita impianto - Anconella
0.0
0.5
1.0
1.5
2.019
92
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Clo
rito
(mg/
L)Clorito in uscita impianto Anconella 1992-2007
Clorito Uscita filtri a sabbia - Anconella
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
clor
ito (m
g/L)
Riduzione di circa il 40% del dosaggio di ClO2 in preossidazione e ossidazione intermedia dal 2000 ad oggi.
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Ottimizzazione del dosaggio in preox ed ox intermedia
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Riduzione del clorito con FeCl2
• Reazione di riduzione:
4 Fe2+ + ClO2- + 4 H+ 4 Fe3+ + Cl- + 2 H2O
Precipitato Fe(OH)3
Rimosso in CFS + filtrazione
• Dosaggio Stechiometrico
• Reazione quantitativa e veloce a pH < 8
soddisfare clororichiesta
prima disinfezione
coadiuvare la chiariflocculazione
• tc prima dell’aggiunta di Fe sufficiente a
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Riduzione del clorito con FeCl2
• Caso di applicazione: Impianto di potabilizzazione di Figline Valdarno
Coagulante
Chiariflocculazione
NaClO
Filtrazione su Sabbia Filtri GAC
ClO2
FeCl2
ClO2
Fiume Arno
portata media di 100 L/sec
t.c.: 10 min
Regola dosaggio (cautelativo)
= 0.8 *Dosaggio stechiometrico Fe2+
per evitare sovradosaggi
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Riduzione del clorito con FeCl2Impianto di potabilizzazionedi Figline Valdarno
PERIODO A : prima dell’uso di Fe2+
PERIODO B : dopo l’uso di Fe2+
Concentrazione Fe 2+ nella filiera di trattamento
00.10.20.30.40.50.6
DECANTATA USCITA FILTRISABBIA
USCITA FILTRIGAC
USCITAIMPIANTO
Fe2+
(mg/
L)
Concentrazione ClO 2- nella filiera di trattamento
00.5
11.5
22.5
33.5
4
PRECLORATA DECANTATA USCITA FILTRISABBIA
USCITA FILTRIGAC
USCITAIMPIANTO
ClO
2-(m
g/L) PERIODO A
PERIODO B
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Riduzione del clorito su GAC
• Meccanismo di rimozione: adsorbimento fisico seguito da riduzione da ClO2
- a Cl- sui siti attivi del GAC
• Rimozione dipendente da: Tipo di carbone
EBCT (Empty Bed Contact Time)
Concentrazione del DOC (effetto di
competizione)
Attività biologica
• Fonti dei dati: - Impianti pilota
- Impianti reali: Impianto “Anconella” (2500 L/s)
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
rimozione ClO2- dipendente dal tipo di GAC
(A = 91mg ClO2- / gGAC; B = 119mg ClO2
- / gGAC dopo 259 gg).
foratura più rapida per DOC
GAC A:
Bituminoso
Attivazione fisica
GAC B:
Torba
Attivazione fisica
Impianto pilota
Riduzione del clorito su GAC: Tipo di carbone
0
20
40
60
80
100
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270
Giorni
Rim
ozio
ne
Clo
rito-
DO
C(%
)
Clorito-GAC AClorito-GAC BDOC-GAC ADOC-GAC B
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
GAC B:
Torba
Attivazione fisica
(analoghi risultati con GAC bituminoso)
Impianto pilota
La rimozione di ClO2- dipende in modo evidente dall’EBCT
Riduzione del clorito su GAC: EBCT
0
20
40
60
80
100
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270
Giorni
Rim
ozio
ne C
lorit
o(%
)
EBCT = 4.2 minEBCT = 7.4 minEBCT = 10.7 minEBCT = 12.4 min
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Riduzione del clorito su GAC: concentrazione del DOC
IMPIANTO PILOTA
effetto del precaricamento con acqua naturale sulla capacità di rimozione del Clorito
(GAC B; EBCT=10’; 259gg di esercizio)
Carbone vergine 117 mg ClO2- / gGAC
Carbone precaricato 85 mg ClO2- / gGAC
Bassa capacità del carbone precaricato :DOC e anioni già adsorbiti riducono fortemente i siti di reattivi nei confronti del Clorito.
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
L’azione biologica si deduce da:
- rimozione di ClO2- su
Biolite, che non possiede capacità adsorbente
- correlazione fra rimozione e temperatura
Impianto pilota
Riduzione del clorito su GAC: attività biologica
0
20
40
60
80
100
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600Giorni
Rim
ozio
ne C
lorit
o(%
)
GAC BGAC CGAC DGAC EBiolite
0
5
10
15
20
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
Giorni
Tem
pera
tura
(°C
)
25
30
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
Clorito Uscita impianto - Anconella
0.0
0.5
1.0
1.5
2.019
92
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Clo
rito
(mg/
L)
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
L’introduzione del GAC ha provocato una netta riduzione della concentrazione di ClO2
-:
1) Clorito uscita GAC sempre inferiore al l.d.r.
ad oggi si stima una capacità di rimozione di ClO2- di circa 50 mg / g GAC
Inserimento GAC(Aprile 2003)
Riduzione del clorito su GAC: Impianto “Anconella”
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
L’introduzione del GAC ha provocato una netta riduzione della concentrazione di ClO2
-:
2) Riduzione della richiesta di ossidante finale.Diminuzione del 30% del dosaggio di ClO2 e del residuo nell’acqua in uscita dall’impianto a vantaggio delle caratteristiche organolettiche dell’acqua specialmente per le utenze piùvicine all’impianto
Riduzione della richiesta di ossidante su GAC: Impianto “Anconella”
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 500 1000 1500Tempo (min)
mg/
l ClO
2re
sidu
o
3ppm O3 2ppm GAC 3ppm GAC
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Applicazione di miscele ClO2/NaClO
• Sperimentazione scala-banco
Miscele ClO2/NaClO su acqua grezza Fiume Arno
Miscela ClO2/NaClO su acqua filtrata su GAC
• Applicazione su impianto reale
Impianto “Anconella” (2500 L/s)
Impianto “Mantignano” (500 L/s)
Risultati positivi in termini di - Riduzione sottoprodotti - Stabilità del disinfettante in acqua
•Ossidazione di parte dei precursori organici dei THMs ad opera di ClO2
• Azione sinergica dei due ossidanti sul substrato ossidabile dell’acqua
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Applicazione di miscele ClO2/NaClO Impianti di potabilizzazione:•Anconella•Mantignano
PERIODO A:ClO2 - in ogni fase di trattamento NaClO - solo in presenza di Ammonio
PERIODO B:Miscele ClO2/NaClO - in pre-ossidazioneed in ossidazione intermedia ClO2 - in disinfezione finale
PERIODO B • Riduzione della concentrazione di ClO2
-: 30-40 %
• Concentrazione di THMs in finale ampiamente entro i limiti Dlgs31/2001
ClO2- in acqua filtrata a sabbia
0.00.20.40.60.81.01.21.41.6
Anconella Mantignano
ClO
2-(m
g/L)
PERIODO A
PERIODO B
THMs in acqua filtrata a sabbia e finale
05
10152025303540
Anconella Mantignano
THM
s(m
g/L) filtrata a
sabbia
finale
PERIODO B
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Applicazione di miscele ClO2/NaClO
−+−− ++→++ 32222 NO2H2ClOOHNO2ClO
1 ppm NO2- 2.93 ppm ClO2 2.93 ppm CLORITO
−+− ++→++ 3-
222 NO2H2ClOHNOCl
Esempio di sinergia degli ossidanti: Effetto sull’ossidazione ione NO2-
Prove scala-banco
1 ppm NO2- 1.54 ppm Cl2 1.54 ppm Cl-
Ossidazione con ClO2:
Ossidazione con NaClO:
THM
0.2846.61mg/L IPO+ 1,6 mg/L BIO
1.4951,6 mg/L BIO
9.21 mg/L IPO
CLORITOTHM
0.2846.61mg/L IPO+ 1,6 mg/L BIO
1.4951,6 mg/L BIO
9.21 mg/L IPO
CLORITO
Ossidazione del Nitrito
00.10.20.30.40.50.6
0 20 40 60t (min)
Nitr
ito (m
g/L)
1,6 mg/L ClO2
1mg/L NaClO + 1,6 mg/L ClO2
1 mg/L NaClO
CONCLUSIONI
L’uso del ClO2 è ad oggi insostituibile come agente disinfettante negli impianti che trattano acque superficiali.
Il controllo dei DBPs deve passare attraverso un complesso di azioni:
Ottimizzazione del dosaggio/generazione
Rimozione del clorito (Fe 2+/GAC)
Riduzione della richiesta di ossidante (tecniche tradizionali)
Possibile uso congiunto NaClO/ClO2
Gestione della rete di distribuzione
Possibili sviluppi:
Ricerca di ossidanti alternativi
Tecniche avanzate per la riduzione della richiesta di ossidante (membrane, resine, etc.)
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
L’inserimento del GAC nella filiera di trattamento ha permesso una netta riduzione della concentrazione di ClO2- nell’acqua in uscita dall’impianto
Ad oggi si stima una capacità di rimozione di ClO2- di circa 125 mg/gGAC
Impianto "Pontassieve" - Clorito
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
13/02/2002 28/06/2003 09/11/2004 24/03/2006 06/08/2007
Clo
rito
(mg/
L)
Filtrata Sabbia Filtrata GAC Uscita impianto
Inserimento GAC(2004)
Riduzione del clorito su GAC: Impianto “Pontassieve” (60 L/s)
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Applicazione di miscele ClO2/NaClO Sperimentazione scala banco su acqua uscita GAC
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
0 400 800 1200 1600t (min)
Cl2
(mg/
L)
CLORO RESIDUO:
STABILE1 ppm ClO2
1 ppm ClO2 + 1 ppm NaClO
1 ppm NaClO
1 ppm ClO2 + 0.6 ppm NaClO
1 ppm ClO2 + 0.3 ppm NaClO
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 400 800 1200 1600t (min)
Clo
rito
(mg/
L)
RIDUZIONE CLORITO :
20 - 30%
DISINFEZIONE FINALE
RIDUZIONE
THM : 50%
0
10
20
30
40
50
0 400 800 1200 1600t (min)
THM
(mg/
L)
Uso degli di ClO2 in Publiacqua SpA
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Acqua di originesuperficiale:
108.000.000 mc
80.000.000 mc provengono da
ANCONELLA E MANTIGNANO
Consumo dei prodottichimici:
Clorito di sodio 25%
Acido cloridrico 33%
1.500.000 kg/anno
PRODUZIONE MEDIA
(considerata una resa di generazione del 90%)
195.000 kgClO2/anno
DOSAGGIO MEDIO SU ANCONELLA E MANTIGNANO:
2.4 mg/l
• Uso di ClO2 : esperienza di Publiacqua SpA
SOMMARIO
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
• Vantaggi con l’uso di ClO2
• Svantaggi: problema dei DBPs del ClO2
• Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Ottimizzazione nel dosaggio di ClO2
Riduzione del Clorito con FeCl2
Adsorbimento/riduzione su GAC
Rimozione della richiesta di ossidante su GAC
Applicazioni di miscele ClO2/NaClO
Eliminazione del residuo di ClO2 dopo 10 min t.c.: non peggiorano i parametri microbiologici
Strategie di controllo dei DBPs del ClO2
Uso del biossido di cloro nel trattamento di acque superficiali
Riduzione del clorito con FeCl2
Gestione del dosaggio flocculante invariato nei periodi A e B
Impianto di potabilizzazionedi Figline Valdarno
Parametri microbiologici - Uscita decantatore
1
10
100
1000
10000
100000
E. coli (MPN/100 ml)
Clostr. perf.(UFC/100ml)
Coliformi totali (MPN/100ml)
Enterococchi(MPN/100ml)
PERIODO APERIODO B