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Trattamento delle acque reflue

Trattamento acque reflue: criteri di gestione e progetto dell’impianto di scarico con software BIM

Tempo di lettura stimato: 7 minuti

Gestione e trattamento delle acque reflue a partire dalla progettazione dell’impianto di scarico con un software BIM per gli impianti MEP

Il trattamento e il riutilizzo delle acque reflue è una sfida irrinunciabile nell’ottica della sostenibilità ambientale e dell’ottimizzazione dell’uso delle risorse naturali. Gestire l’intero ciclo dell’acqua permette sicuramente di restituire all’uso una risorsa preziosissima che altrimenti andrebbe sprecata.

Il ciclo dell’acqua inizia con la raccolta delle acque reflue; partiamo proprio da qui allora e vediamo cosa sono le acque reflue, come si trattano e quali strumenti utilizzare per progettare e dimensionare correttamente un impianto di scarico.

Cosa sono le acque reflue

Nel campo dell’ingegneria ambientale e chimica, le acque reflue sono tutte le acque che, in seguito al loro utilizzo, necessitano di un trattamento di depurazione per poter essere reimmesse nell’ambiente naturale o riutilizzate.

In base alla loro provenienza, si distinguono:

  • acque reflue domestiche, provenienti da insediamenti di tipo residenziale e da servizi, derivanti prevalentemente dal metabolismo umano e da attività domestiche (quali alberghi, scuole, caserme, uffici pubblici e privati, impianti sportivi e ricreativi, negozi al dettaglio ed all’ingrosso e bar). Contengono principalmente cellulosa, lipidi, sostanze proteiche, urea, acido urico e glucidi;
  • acque reflue industriali, qualsiasi tipo di acque provenienti da edifici in cui si svolgono attività commerciali o di produzione di beni. Le caratteristiche di tali reflui sono variabili in base al tipo di attività industriale e si distinguono in pericolose o non pericolose per l’ambiente;
  • acque reflue urbane, sono il miscuglio di acque reflue domestiche, industriali  e/o di ruscellamento (meteoriche di dilavamento, acque di lavaggio delle strade, ecc.) convogliate in reti fognarie, provenienti da un agglomerato e destinate al trattamento presso un impianto di depurazione urbano.
proprietà oggetti MEP idraulico

Proprietà oggetti MEP

Tali acque sono ulteriormente caratterizzate in base ad una serie di parametri fisici, chimici e biologici, presenti nelle acque reflue.

I parametri usati per caratterizzare un’acqua reflua sono:

  • parametri fisici
    • temperatura
    • conducibilità elettrica
    • solidi
    • colore
    • odore
  • parametri chimici
    • pH
    • alcalinità
    • richiesta di O2: domanda chimica di ossigeno (COD), domanda biochimica di ossigeno (BOD), total oxygen demand (TOD)
    • total organic carbon (TOC)
    • azoto: ammoniacale, organico, nitriti, nitrati
    • fosforo: ortofosfati, polifosfati, organico
    • oli e grassi
    • oli minerali
    • tensioattivi
    • sostanze tossiche
    • ossigeno disciolto
  • parametri biologici
    • coliformi totali
    • coliformi fecali
    • streptococchi fecali
    • Escherichia coli
    • salmonelle.

Trattamento acque reflue

Le attività sociali, produttive e ricreative, soprattutto in contesti urbani, richiedono una considerevole quantità di acqua. L’utilizzo dell’acqua genera inevitabilmente scarichi che devono essere sottoposti a trattamento depurativo prima di essere restituiti all’ambiente. Le acque reflue urbane, una volta costituite principalmente da sostanze biodegradabili, oggi presentano sfide crescenti nel loro smaltimento a causa della diffusa presenza di composti chimici di origine sintetica, particolarmente impiegati nell’industria.

I mari, fiumi e laghi non possono sopportare un aumento delle sostanze inquinanti oltre la loro capacità autodepurativa senza compromettere la qualità dell’acqua e gli equilibri dell’ecosistema. Pertanto, è evidente la necessità di trattare le acque reflue attraverso sistemi che simulino i processi biologici naturali che avvengono nei corpi idrici. Il trattamento del refluo è particolarmente intensificato quando i corpi idrici riceventi (mari, fiumi, laghi, ecc.) sono a rischio di inquinamento permanente.

I processi di depurazione attraverso trattamenti biologici si basano su fenomeni naturali ricreati artificialmente, consentendo il controllo ottimale dei parametri che regolano tali processi. La depurazione biologica coinvolge comunità di organismi viventi, come batteri, alghe e microfauna, che degradano le sostanze inquinanti attraverso processi di mineralizzazione e accumulo in fango separabile dalle acque mediante sedimentazione.

Indipendentemente dall’impatto ambientale, la gestione corretta del ciclo dell’acqua implica il riutilizzo delle acque reflue depurate come alternativa per un uso più razionale della risorsa idrica. Questo approccio offre benefici sociali ed economici, come la protezione dei corpi idrici e una gestione appropriata della risorsa idrica. Il riutilizzo delle acque reflue può essere considerato un’innovazione nell’uso sostenibile delle riserve d’acqua, offrendo un approvvigionamento idrico a costi inferiori rispetto allo smaltimento.

Il trattamento delle acque reflue è dunque, un processo fondamentale per rimuovere contaminanti e inquinanti prima di restituire l’acqua all’ambiente o di riutilizzarla in modo sicuro e viene generalmente diviso in tre fasi principali:

  • trattamento primario
    • settizzazione: le acque reflue passano attraverso una fase di decantazione in grandi vasche per separare le particelle più grosse. Durante questo processo, si formano sedimenti che si depositano sul fondo delle vasche, formando il cosiddetto fango primario;
    • rimozione dei solidi sospesi: attraverso processi fisici come la sedimentazione, vengono rimossi i solidi sospesi più grandi;
  • trattamento secondario
    • processo biologico: le acque reflue vengono messe a contatto con batteri e altri microorganismi che decompongono la materia organica in sostanze più stabili, come biossido di carbonio e acqua;
    • aerazione: l’ossigeno viene spesso fornito alle acque reflue per sostenere l’attività dei batteri aerobici che accelerano la decomposizione della materia organica;
  • trattamento terziario
    • rimozione dei nutrienti: in alcune situazioni, è necessario rimuovere ulteriori nutrienti come azoto e fosforo, che possono causare problemi ambientali come l’eutrofizzazione;
    • filtrazione avanzata: l’acqua può passare attraverso filtri aggiuntivi per rimuovere particelle più piccole e impurità residue;
    • disinfezione: per garantire la sicurezza microbiologica, l’acqua può essere sottoposta a processi di disinfezione, come l’aggiunta di cloro o l’irraggiamento con raggi ultravioletti.

Le acque reflue trattate possono essere riutilizzate in varie applicazioni, come l’irrigazione, il raffreddamento industriale o il ricaricamento delle falde acquifere.
È importante notare che il processo di trattamento delle acque reflue può variare a seconda delle caratteristiche delle acque reflue in ingresso, delle normative locali e delle risorse disponibili.

Inoltre, gli impianti di trattamento delle acque reflue possono essere di dimensioni e complessità diverse a seconda delle esigenze della comunità o dell’industria servita.

Il trattamento delle acque reflue è essenziale per preservare la qualità dell’acqua, prevenire l’inquinamento ambientale e proteggere la salute pubblica.

Progetto impianto di scarico

Per impianto di scarico si intende l’insieme di tubazioni, raccordi e apparecchiature necessarie a ricevere, convogliare e smaltire le acque usate provenienti dagli apparecchi sanitari ad uso domestico (lavandini, wc, docce, lavatrici, ecc.).

Le acque reflue domestiche possono classificarsi in:

  • acque grigie: acque reflue provenienti da lavaggi (saponose);
  • acque nere: acque reflue provenienti dal metabolismo dell’uomo;
  • acque bianche o meteoriche: acque derivanti da precipitazioni naturali e raccolte da gronde e pluviali.

Le acque bianche, di solito, vengono separate dai reflui domestici e convogliate direttamente nel terreno. Le reti di scarico devono facilitare un rapido deflusso delle acque di rifiuto verso il sistema di smaltimento esterno, evitando accumuli stagnanti. Per garantire ciò, è essenziale creare le giuste pendenze e selezionare diametri appropriati per i tubi. Le tubazioni devono anche resistere a sollecitazioni meccaniche, termiche e all’azione corrosiva dei liquami. Si raccomanda inoltre l’utilizzo di tubazioni e dispositivi con isolamento acustico per prevenire rumori indesiderati.

Esistono diversi tipi di sistemi di scarico delle acque reflue attualmente in uso. In Europa, la pratica comune è dimensionare le diramazioni di scarico (collegate ai sanitari) considerando un grado di riempimento del 50%, con il collegamento a una singola colonna di scarico. Questa soluzione tecnica mira a ridurre i livelli di rumore e a prevenire efficacemente la perdita della guardia idraulica dei sifoni.

MEP-impianto idraulico elaborati

All’interno di un edificio, un sistema di scarico è composto dai seguenti componenti principali:

  • sifone: è un dispositivo installato direttamente sugli apparecchi sanitari con l’obiettivo di impedire il passaggio di cattivi odori attraverso la creazione di una tenuta idraulica;
  • diramazione di scarico: una tubazione, di solito orientata in modo prevalente in orizzontale, che connette gli apparecchi sanitari a una colonna di scarico o a un collettore di scarico;
  • colonna di scarico: una tubazione prevalentemente verticale che convoglia le acque reflue provenienti dagli apparecchi sanitari verso il sistema di scarico;
  • collettore di scarico: una tubazione sub-orizzontale, installata a vista all’interno dell’edificio o interrata, alla quale sono collegate le colonne di scarico o gli apparecchi sanitari del piano terreno;
  • colonna di ventilazione: una tubazione prevalentemente verticale collegata a una colonna di scarico, il cui scopo è limitare le variazioni di pressione all’interno della colonna di scarico stessa.

Calcolo e dimensionamento

I sistemi di scarico devono garantire un corretto deflusso delle acque e indirizzarle verso la rete fognaria. Questi sistemi devono garantire diverse prestazioni, tra cui la rapidità di scarico, l’assenza di residui, la tenuta idraulica e dei gas, il reintegro dell’aria spinta durante il deflusso e, soprattutto, il corretto diametro delle tubazioni che permette l’evacuazione dei reflui evitando il riempimento dell’intera sezione.

La progettazione di un impianto di scarico richiede la conoscenza dei quantitativi massimi di acque scaricabili dai singoli apparecchi sanitari. La normativa generalmente fornisce i criteri per dimensionare le diramazioni di scarico, le colonne di scarico e i collettori in base alle portate da scaricare in ogni tratto dell’impianto. Il dimensionamento delle diramazioni di scarico si basa su un grado di riempimento pari a 0,5 con la connessione ad un’unica colonna di scarico.

Il metodo di calcolo, valido per tutti i sistemi di scarico a gravità per lo smaltimento delle acque reflue domestiche, prevede il dimensionamento delle tubazioni in base alle utenze e agli apparecchi sanitari da servire. Il diametro dei tubi dipende dalla portata di acque reflue (Qww) che devono garantire, espressa in litri/secondo, e si ottiene dalla somma delle “unità di scarico” tipiche degli apparecchi moltiplicate per un coefficiente di frequenza (K) relativo all’uso (per le abitazioni, è pari a 0,5).

La progettazione dell’impianto di scarico comprende le seguenti fasi:

  • calcolo del carico totale (portata media in l/s) su ogni diramazione di scarico, sommando i contributi di portata di ogni allacciamento e considerando la contemporaneità;
  • determinazione del carico totale (portata media in l/s) su ogni colonna di scarico, sommando i contributi di portata di ogni allacciamento e considerando la contemporaneità;
  • calcolo del carico totale (portata media l/s) convogliato al collettore di scarico, sommando progressivamente i valori totali di tutti gli allacciamenti, delle colonne che vi confluiscono e considerando la contemporaneità.
bim mep

Modello 3D impianti MEP

È essenziale conoscere la portata media di scarico (l/s) degli apparecchi sanitari presenti nel fabbricato, per dimensionare correttamente le tubazioni del sistema di scarico.

La capacità massima ammessa per le tubazioni (Qmax) deve corrispondere al minimo ammissibile, determinato dal valore maggiore tra la portata massima di acque reflue calcolata (Qwwmax) o la portata totale. Inoltre, si deve considerare la portata dell’apparecchio con l’unità di scarico (DU) più grande.

Il deflusso dell’acqua nell’impianto avviene per gravità atmosferica, poiché le acque di scarico scendono per proprio peso. Pertanto, tutte le diramazioni non verticali devono essere inclinate verso l’efflusso. La pendenza dei collettori dovrebbe essere il più possibile uniforme e compresa tra i valori del 1% e del 5%, con la pendenza consigliata del 2%, per favorire l’autopulizia delle condotte.

Il dimensionamento delle condotte deve essere eseguito attentamente per evitare ostruzioni, emissioni di cattivi odori verso i locali abitati, elevata rumorosità di scarico e ritorni di schiuma. Una sezione sottodimensionata impedisce lo scarico, mentre una sezione eccessiva favorisce la formazione di incrostazioni e sedimenti, con una progressiva riduzione di sezione e possibilità di intasamento. Pertanto, è fondamentale adottare un diametro appropriato per assicurare un regolare smaltimento e deflusso delle acque, consentendo un’azione autopulente sulle pareti interne delle condotte.

Con un software BIM per gli impianti MEP puoi realizzare il modello 3D dell’impianto e dimensionare le tubazioni in base alle disposizioni normative. Il modello 3D dell’impianto sarà utilissimo sia in fase di progetto, per assicurarti di evitare interferenze con il modello strutturale, architettonico e degli altri impianti (riscaldamento, gas, elettrico. ecc.), sia in fase di manutenzione e gestione.

Immagina di avere una perdita, di dover sostituire una tubazione esistente oppure di avere la necessità di effettuare delle demolizioni, per individuare la precisa posizione delle tubature e degli altri elementi che compongono l’impianto, avere il modello 3D del progetto è di grande aiuto e consente di agire senza problemi e in massima sicurezza.

Questi sono solo alcuni dei tantissimi vantaggi della modellazione 3D BIM dell’impianto MEP che stai progettando, leggi questi articoli per saperne di più:

 

Edificius-MEP

 

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