Concezione e design

Il Dan Region Reclamation Project delle acque reflue municipali è il più grande progetto del suo genere al mondo. Consiste in strutture per il trattamento e la ricarica delle acque sotterranee delle acque reflue municipali dell'area metropolitana della regione di Dan, un conglomerato di otto città incentrato su Tel Aviv, Israele, con una popolazione complessiva di circa 1.5 milioni di abitanti. Il progetto nasce per la raccolta, il trattamento e lo smaltimento delle acque reflue urbane. L'effluente bonificato, dopo un periodo relativamente lungo di detenzione nella falda acquifera sotterranea, viene pompato per uso agricolo illimitato, irrigando l'arido Negev (la parte meridionale di Israele). Uno schema generale del progetto è riportato nella figura 1. Il progetto è stato istituito negli anni '1960 ed è in continua crescita. Attualmente il sistema raccoglie e tratta circa 110 x 10⁶ m³ per anno. Entro pochi anni, nella sua fase finale, il sistema gestirà da 150 a 170 x 10⁶ m³ per anno.

Figura 1. Impianto di bonifica delle acque reflue della regione di Dan: layout

È noto che gli impianti di trattamento delle acque reflue creano una moltitudine di problemi di salute ambientale e occupazionale. Il progetto Dan Region è un sistema unico di importanza nazionale che combina il vantaggio nazionale con un notevole risparmio di risorse idriche, un'elevata efficienza di trattamento e una produzione di acqua a basso costo, senza creare eccessivi rischi occupazionali.

Durante la progettazione, l'installazione e il funzionamento di routine del sistema, è stata prestata un'attenta considerazione ai problemi di igiene dell'acqua e di igiene del lavoro. Sono state prese tutte le precauzioni necessarie per garantire che le acque reflue recuperate siano praticamente sicure quanto la normale acqua potabile, nel caso in cui le persone le bevano o le ingeriscano accidentalmente. Analogamente, è stata prestata adeguata attenzione alla questione della riduzione al minimo di qualsiasi potenziale esposizione a incidenti o altri pericoli biologici, chimici o fisici che possono interessare i lavoratori dell'impianto di trattamento delle acque reflue vero e proprio o altri lavoratori impegnati nello smaltimento e nell'uso agricolo dell'acqua recuperata.

Nella prima fase del progetto, le acque reflue sono state trattate biologicamente da un sistema di vasche di ossidazione facoltative con ricircolo e ulteriore trattamento chimico mediante un processo di calce-magnesio, seguito dalla detenzione dell'effluente ad alto pH in "stagni di lucidatura". L'effluente parzialmente trattato è stato ricaricato nella falda freatica regionale mediante i bacini di diffusione Soreq.

Nella Seconda Fase, le acque reflue convogliate al depuratore subiscono un trattamento meccanico-biologico mediante un processo a fanghi attivi con nitrificazione-denitrificazione. L'effluente secondario viene ricaricato in falda mediante i bacini di diffusione Yavneh 1 e Yavneh 2.

Il sistema completo è costituito da una serie di elementi diversi che si completano a vicenda:

• un impianto di depurazione delle acque reflue, costituito da un impianto a fanghi attivi (l'impianto biomeccanico), che tratta la maggior parte dei reflui, e da un sistema di vasche di ossidazione e lucidatura utilizzate per lo più per il trattamento dei flussi in eccesso dei liquami

• un sistema di ricarica delle acque sotterranee per l'effluente trattato, che consiste in bacini di diffusione, in due diversi siti (Yavneh e Soreq), allagati in modo intermittente; l'effluente assorbito attraversa la zona insatura del suolo e attraversa una porzione della falda, creando una zona speciale dedicata al trattamento complementare degli effluenti e allo stoccaggio stagionale, denominata SAT (soil-aquifer-treatment)

• reti di pozzi di osservazione (53 pozzi in tutto) che circondano i bacini di ricarica e consentono il monitoraggio dell'efficienza del processo di depurazione

• reti di pozzi di recupero (complessivamente 74 pozzi attivi nel 1993) che circondano i siti di ricarica

• una conduttura speciale e separata di convogliamento dell'acqua recuperata per l'irrigazione illimitata delle aree agricole nel Negev; questa principale è chiamata "La terza linea del Negev" e completa il sistema di approvvigionamento idrico del Negev, che comprende altre due principali linee principali di approvvigionamento di acqua dolce

• un impianto per la clorazione dell'effluente, che consiste, attualmente, di tre siti di clorazione (altri due saranno aggiunti in futuro)

• sei serbatoi operativi lungo il sistema di convogliamento, che regolano le quantità di acqua pompata e consumata lungo il sistema

• un sistema di distribuzione degli effluenti, composto da 13 zone di pressione principali, lungo la conduttura degli effluenti, che forniscono l'acqua trattata alle utenze

• un sistema di monitoraggio completo che supervisiona e controlla l'intero funzionamento del progetto.

Descrizione del Sistema di Bonifica

Lo schema generale del sistema di bonifica è presentato in figura 1 e il diagramma di flusso in figura 2. Il sistema è costituito dai seguenti segmenti: impianto di trattamento delle acque reflue, campi di ricarica idrica, pozzi di recupero, sistema di convogliamento e distribuzione, impianto di clorazione e un sistema di monitoraggio completo sistema.

Figura 2. Diagramma di flusso del progetto Dan Region

L'impianto di trattamento delle acque reflue

L'impianto di trattamento delle acque reflue dell'area metropolitana della regione di Dan riceve i rifiuti domestici delle otto città della regione e gestisce anche parte dei loro rifiuti industriali. L'impianto è situato all'interno delle dune di sabbia di Rishon-Lezion e si basa principalmente sul trattamento secondario dei rifiuti mediante il metodo a fanghi attivi. Alcuni dei rifiuti, soprattutto durante gli scarichi di picco, vengono trattati in un altro sistema più vecchio di bacini di ossidazione che occupano un'area di 300 acri. I due sistemi insieme possono gestire, allo stato attuale, circa 110 x 10⁶ m³ per anno.

I campi di ricarica

Gli effluenti dell'impianto di trattamento vengono pompati in tre diversi siti situati all'interno delle dune di sabbia regionali, dove vengono sparsi sulla sabbia e percolati verso il basso nella falda acquifera sotterranea per lo stoccaggio temporaneo e per un ulteriore trattamento dipendente dal tempo. Due dei bacini di spandimento sono utilizzati per la ricarica degli effluenti dell'impianto di trattamento meccanico-biologico. Questi sono Yavneh 1 (60 acri, situato a 7 km a sud dello stabilimento) e Yavneh 2 (45 acri, 10 km a sud dello stabilimento); il terzo bacino è utilizzato per la ricarica di una miscela dell'effluente dei bacini di ossidazione e di una certa frazione dell'impianto di trattamento biomeccanico necessaria per migliorare la qualità dell'effluente al livello necessario. Questo è il sito di Soreq, che ha una superficie di circa 60 acri e si trova ad est degli stagni.

La ripresa va a gonfie vele

Attorno ai siti di ricarica sono presenti reti di pozzi di osservazione attraverso i quali l'acqua ricaricata viene ripompata. Non tutti i 74 pozzi in funzione nel 1993 sono stati attivi durante l'intero progetto. Nel 1993 un totale di circa 95 milioni di metri cubi di acqua sono stati recuperati dai pozzi del sistema e pompati nella Terza Linea del Negev.

I sistemi di trasporto e distribuzione

L'acqua pompata dai vari pozzi di recupero viene raccolta nel sistema di convogliamento e distribuzione della Terza Linea. Il sistema di trasporto è composto da tre sezioni, aventi una lunghezza complessiva di 87 km e un diametro compreso tra 48 e 70 pollici. Lungo il sistema di convogliamento sono stati realizzati sei diversi serbatoi operativi, “galleggianti” sulla linea principale, al fine di regolare la portata dell'acqua del sistema. Il volume operativo di questi serbatoi varia da 10,000 m³ a 100,000 m³.

L'acqua che scorre nel sistema della Terza Linea è stata fornita ai clienti nel 1993 attraverso un sistema di 13 zone di pressione maggiori. A queste zone di pressione sono collegate numerose utenze idriche, per lo più aziende agricole.

Il sistema di clorazione

Lo scopo della clorazione che viene effettuata nella Terza Linea è la “rottura del legame umano”, il che significa l'eliminazione di ogni possibilità di esistenza di microrganismi di origine umana nell'acqua della Terza Linea. Nel corso del monitoraggio è stato riscontrato un notevole incremento di microrganismi fecali durante la permanenza delle acque recuperate negli invasi. Pertanto è stato deciso di aggiungere più punti di clorazione lungo la linea e nel 1993 tre punti di clorazione separati erano regolarmente operativi. Nel prossimo futuro verranno aggiunti al sistema altri due punti di clorazione. Il cloro residuo è compreso tra 0.4 e 1.0 mg/l di cloro libero. Questo metodo, in base al quale vengono mantenute basse concentrazioni di cloro libero in vari punti lungo il sistema piuttosto che una singola dose massiccia all'inizio della linea, assicura la rottura della connessione umana e allo stesso tempo consente ai pesci di vivere nei bacini . Inoltre, questo metodo di clorazione disinfetterà l'acqua nelle sezioni a valle del sistema di convogliamento e distribuzione, nel caso in cui gli inquinanti siano entrati nel sistema in un punto a valle del punto iniziale di clorazione.

Il sistema di monitoraggio

Il funzionamento del sistema di bonifica della Terza linea del Negev dipende dal funzionamento di routine di un sistema di monitoraggio supervisionato e controllato da un ente scientifico professionale e indipendente. Questo organismo è l'Istituto di Ricerca e Sviluppo del Technion - Israel Institute of Technology, ad Haifa, in Israele.

L'istituzione di un sistema di monitoraggio indipendente è stato un requisito obbligatorio del Ministero della Salute israeliano, l'autorità legale locale secondo l'Ordinanza sulla sanità pubblica israeliana. La necessità di stabilire questa configurazione di monitoraggio deriva dal fatto che:

1. Questo progetto di bonifica delle acque reflue è il più grande al mondo.
2. Comprende alcuni elementi non di routine che non sono ancora stati sperimentati.
3. L'acqua recuperata deve essere utilizzata per l'irrigazione illimitata delle colture agricole.

Il ruolo principale del sistema di monitoraggio è quindi quello di garantire la qualità chimico-sanitaria dell'acqua fornita dal sistema e di emettere avvisi relativi a qualsiasi cambiamento nella qualità dell'acqua. Inoltre, l'impianto di monitoraggio sta conducendo un follow-up dell'intero progetto di bonifica della Dan Region, indagando anche alcuni aspetti, come il normale funzionamento dell'impianto e la qualità chimico-biologica delle sue acque. Ciò è necessario per determinare l'adattabilità dell'acqua di Terza Linea all'irrigazione illimitata, non solo dal punto di vista sanitario ma anche dal punto di vista agricolo.

Il layout di monitoraggio preliminare è stato progettato e preparato dalla Mekoroth Water Co., il principale fornitore di acqua israeliano e gestore del progetto della regione di Dan. Un comitato direttivo appositamente nominato ha rivisto il programma di monitoraggio su base periodica e lo ha modificato in base all'esperienza accumulata attraverso le operazioni di routine. Il programma di monitoraggio ha riguardato i vari punti di campionamento lungo il sistema di Terza Linea, i vari parametri indagati e la frequenza di campionamento. Il progetto preliminare si riferiva a vari segmenti del sistema, ovvero i pozzi di recupero, la linea di convogliamento, i serbatoi, un numero limitato di allacciamenti di utenze, nonché la presenza di pozzi di acqua potabile in prossimità dell'impianto. L'elenco dei parametri inclusi nel programma di monitoraggio della Terza Linea è riportato nella tabella 1.

Tabella 1. Elenco dei parametri indagati

Monitoraggio pozzi di recupero

Il programma di campionamento dei pozzi di recupero si basa su una misurazione bimestrale o trimestrale di alcuni “parametri-indicatori” (tabella 2). Quando la concentrazione di cloruri al pozzo campionato supera di oltre il 15% il livello di cloruri iniziale del pozzo, si interpreta come un aumento “significativo” della quota di effluente recuperato all'interno della falda sotterranea, e il pozzo viene trasferito in la prossima categoria di campionamento. Qui vengono determinati 23 “parametri-caratteristici”, una volta ogni tre mesi. In alcuni pozzi, una volta all'anno, viene eseguita un'indagine completa sull'acqua, inclusi 54 diversi parametri.

Tabella 2. I vari parametri indagati ai pozzi di recupero

Monitoraggio del sistema di trasporto

Il sistema di convogliamento, lungo 87 km, è monitorato in sette punti centrali lungo la linea delle acque reflue. In questi punti vengono campionati 16 diversi parametri una volta al mese. Questi sono: PHFD, DO, T, EC, SS₁₀, SS₅₅, UV, TURB, NO₃ ⁺, PTOT, ALKM, DOC, TOTB, TCOL, FCOL e ENTR. I parametri che non dovrebbero cambiare lungo il sistema vengono misurati solo in due punti di campionamento: all'inizio e alla fine della linea di trasporto. Questi sono: Cl, K, Na, Ca, Mg, HARD, B, DS, SO₄ ^-2, NH₄ ⁺, NO₂ ^- e MBAS. In questi due punti di campionamento, una volta all'anno, vengono campionati diversi metalli pesanti (Zn, Sr, Sn, Se, Pb, Ni, Mo, Mn, Li, Hg, Fe, Cu, Cr, Co, Cd, Ba, As, Al, Ag).

Monitoraggio dei serbatoi

L'impostazione del monitoraggio degli invasi di Terza Linea si basa principalmente sull'esame di un numero limitato di parametri che fungono da indicatori dell'evoluzione biologica negli invasi e per individuare l'ingresso di inquinanti esterni. Cinque serbatoi vengono campionati, una volta al mese, per: PHFD, T, DO, Total SS, Volatile SS, DOC, CLRL, RSCL, TCOL, FCOL, STRP e ALG. In questi cinque serbatoi viene campionato anche Si, una volta ogni due mesi. Tutti questi parametri vengono campionati anche in un altro giacimento, Zohar B, con una frequenza di sei volte l'anno.

Sommario

Il Dan Region Reclamation Project fornisce acqua recuperata di alta qualità per l'irrigazione illimitata del Negev israeliano.

La prima fase di questo progetto è in esercizio parziale dal 1970 e in piena attività dal 1977. Dal 1970 al 1993, una quantità totale di acque reflue grezze è stata convogliata ai bacini di ossidazione facoltativi di 373 milioni di metri cubi e una quantità totale di acqua di 243 MCM sono stati pompati dalla falda acquifera nel periodo 1974–1993 e forniti al sud del paese. Parte dell'acqua è andata persa, principalmente a causa dell'evaporazione e delle infiltrazioni dagli stagni. Nel 1993 queste perdite ammontavano a circa il 6.9% del liquame grezzo convogliato all'impianto Stage One (Kanarek 1994).

L'impianto di depurazione meccanico-biologico, Seconda Fase del progetto, è in funzione dal 1987. Nel periodo di esercizio 1987-1993 è stato convogliato all'impianto di depurazione meccanico-biologico un quantitativo complessivo di liquami grezzi pari a 478 Mmc. Nel 1993 circa 103 MCM di acqua (95 MCM di acqua recuperata più 8 MCM di acqua potabile) sono stati convogliati attraverso il sistema e utilizzati per l'irrigazione illimitata del Negev.

L'acqua dei pozzi di recupero rappresenta la qualità dell'acqua di falda sotterranea. La qualità dell'acqua della falda acquifera cambia continuamente a causa della percolazione degli effluenti in essa. La qualità delle acque di falda si avvicina a quella degli effluenti per quei parametri che non sono influenzati dai processi di Trattamento Suolo-Falda (SAT), mentre i parametri che risentono del passaggio attraverso gli strati del suolo (es. torbidità, solidi sospesi, ammoniaca, carbonio organico e così via) mostrano valori notevolmente inferiori. Degno di nota è il contenuto di cloruri dell'acqua di falda, aumentato nell'ultimo quadriennio dal 15 al 26%, come testimoniato dalla diversa qualità dell'acqua nei pozzi di recupero. Questo cambiamento indica la continua sostituzione dell'acqua di falda con effluenti aventi un contenuto di cloruri considerevolmente più elevato.

La qualità dell'acqua nei sei invasi del sistema di Terza Linea è influenzata dai cambiamenti biologici e chimici che avvengono all'interno degli invasi aperti. Il contenuto di ossigeno aumenta a causa della fotosintesi delle alghe e della dissoluzione dell'ossigeno atmosferico. Le concentrazioni di vari tipi di batteri sono aumentate anche a causa dell'inquinamento casuale da parte di varie specie acquatiche che risiedono vicino ai bacini.

La qualità dell'acqua fornita alle utenze lungo il sistema dipende dalla qualità dell'acqua proveniente dai pozzi di recupero e dagli invasi. La clorazione obbligatoria dell'acqua dell'impianto costituisce un'ulteriore salvaguardia contro l'errato utilizzo dell'acqua come acqua potabile. Il confronto dei dati sull'acqua di terza linea con i requisiti del Ministero della Salute israeliano in merito alla qualità delle acque reflue da utilizzare per uso agricolo illimitato mostra che la maggior parte delle volte la qualità dell'acqua soddisfa pienamente i requisiti.

In conclusione si potrebbe dire che il sistema di recupero e utilizzo delle acque reflue della Terza Linea è stato un progetto israeliano ambientale e nazionale di successo. Ha risolto il problema dello smaltimento sanitario delle acque reflue della regione del Dan e allo stesso tempo ha aumentato il bilancio idrico nazionale di circa il 5%. In un paese arido come Israele, dove l'approvvigionamento idrico, soprattutto per uso agricolo, è piuttosto limitato, questo è un vero contributo.

I costi dell'operazione di ricarica e manutenzione dell'acqua recuperata, nel 1993, erano di circa 3 centesimi di dollaro al metro³ (0.093 NIS/m³).

Il sistema è operativo dalla fine degli anni '1960 sotto la stretta sorveglianza del Ministero della Salute israeliano e del dipartimento per la sicurezza e l'igiene sul lavoro di Mekoroth. Non sono state segnalate malattie professionali derivanti dal funzionamento di questo sistema complesso e completo.

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