(a cura di Valentina Marchetti, Process & Design Engineer)

 

Nel prossimo decennio il settore della depurazione sarà chiamato a fronteggiare una trasformazione senza precedenti. La nuova Direttiva Europea sulle acque reflue urbane non rappresenta un semplice aggiornamento normativo, ma un netto cambio di prospettiva: vengono introdotti limiti più stringenti su macro e microinquinanti, requisiti avanzati per il recupero del fosforo, obblighi più rigorosi sulla gestione delle acque meteoriche e una forte spinta verso il monitoraggio continuo delle prestazioni. Al centro di tutto, resta l’obiettivo più impegnativo: raggiungere la neutralità energetica.

A fronte di un aumento così deciso delle richieste, gli impianti non dispongono però di nuovi volumi e non possono permettersi espansioni significative. Lo spazio è limitato, i CAPEX sono sotto controllo continuo e ogni intervento che comporti lunghi fermi impiantistici è difficile da giustificare dal punto di vista operativo ed economico. È in questo contesto che i gestori si trovano a porsi una domanda cruciale: come trattare più portata, con maggiore efficienza, utilizzando le strutture già esistenti e mantenendo sostenibili i costi di esercizio?

Per rispondere a questa sfida non basta affinare il modello dei fanghi attivi così come lo conosciamo. Gli schemi tradizionali – MLE, Bardenpho e tutte le loro varianti – hanno garantito per decenni standard affidabili, ma mostrano limiti strutturali sempre più evidenti. Il processo richiede ampi volumi biologici, presenta tempi di sedimentazione lunghi e comporta ricircoli significativi, con un impatto diretto sul consumo energetico. Inoltre, i fiocchi dei fanghi attivi sono sistemi poco densi e relativamente instabili, che faticano a mantenere performance elevate quando il carico idraulico e organico varia in modo repentino.

Il vero fattore abilitante del cambiamento risiede quindi nella biomassa stessa. Ed è proprio qui che si inserisce la tecnologia dei fanghi granulari aerobici (Aerobic Granular Sludge, AGS), un approccio in grado di rispondere ai nuovi requisiti normativi e operativi tramite una trasformazione radicale dell’assetto biologico del trattamento acque.

 

Perché l’AGS rappresenta un cambio di paradigma

La differenza tra fanghi attivi e fanghi granulari non è solo morfologica: riflette due filosofie completamente diverse nella gestione della biomassa. Nei sistemi convenzionali, la biomassa si presenta sotto forma di fiocchi leggeri, poco compatti e soggetti a fenomeni di instabilità sedimentativa, soprattutto quando aumentano i carichi o quando gli impianti lavorano in condizioni non ottimali. L’AGS, invece, si presenta come una biomassa che si auto-organizza in granuli sferici di diametro variabile (tipicamente >0,2 mm), caratterizzati da una struttura interna complessa. Ogni granulo contiene infatti zone aerobiche, anossiche e anaerobiche che si sviluppano spontaneamente a seconda della diffusione dei substrati e dell’ossigeno.

Questa particolare architettura interna permette ai granuli di concentrare in un singolo volume funzionalità che, negli impianti tradizionali, richiederebbero fasi e compartimenti separati. La rimozione di carbonio, azoto e fosforo può quindi avvenire in parallelo, sfruttando in modo più efficiente lo spazio disponibile. A ciò si aggiunge un vantaggio operativo decisivo: i granuli sedimentano molto più rapidamente dei fiocchi convenzionali, consentendo processi più compatti, tempi di ciclo più brevi e una maggiore resilienza ai carichi variabili.

Tutti questi elementi contribuiscono a un risultato fondamentale: un impianto con tecnologia AGS può trattare una portata maggiore rispetto a un impianto tradizionale avente lo stesso volume biologico.

 

Una tecnologia che risponde ai problemi reali dei gestori

Nel dibattito tecnico, i vantaggi dell’AGS vengono spesso descritti attraverso elenchi e schemi comparativi. Tuttavia, ciò che interessa realmente alle water utilities è comprendere come questa tecnologia modifichi la gestione quotidiana degli impianti e risponda alle sfide operative che i tecnici affrontano ogni giorno.

Con l’AGS, la capacità idraulica aumenta grazie alla maggiore densità della biomassa e ai tempi di sedimentazione molto ridotti. Ciò permette di gestire portate di punta e oscillazioni stagionali con un margine di sicurezza più elevato. Inoltre, la struttura granulare rende la biomassa molto più stabile rispetto ai fiocchi leggeri, eliminando problemi come instabilità del fango, SVI elevati e fenomeni di flottazione.

Dal punto di vista energetico, l’operatore può ridurre i ricircoli interni e la miscelazione, minimizzando lo spreco di ossigeno e migliorando l’efficienza dell’aerazione. Anche la produzione di fango diminuisce, poiché la selezione biologica interna ai granuli favorisce lo sviluppo di microorganismi più efficienti e meno propensi a generare biomassa in eccesso.

Infine, la gestione dell’impianto diventa più semplice: meno volumi, meno attrezzature, meno ricircoli, una struttura più compatta e processi più prevedibili. Per molte utilities, questo significa liberare tempo, ridurre costi e migliorare la sicurezza operativa.

 

Le architetture disponibili: SBR, continuo e sistemi ibridi plug-flow

L’AGS può essere implementato attraverso diverse configurazioni impiantistiche, ognuna con caratteristiche specifiche che la rendono più o meno adatta a seconda degli scenari.

1. Sistemi SBR (sequencing batch reactors)

È la configurazione in cui l’AGS può esprimere al massimo il proprio potenziale. I reattori operano secondo cicli successivi di alimentazione, aerazione, decantazione e scarico, permettendo un controllo molto preciso della pressione selettiva necessaria per mantenere e sviluppare i granuli. Questa soluzione garantisce il livello di granulazione più elevato, le migliori performance di rimozione biologica del fosforo e un footprint molto ridotto.
Il limite principale viene dal tempo di avviamento, che può richiedere circa 60 giorni, e dalla minore tolleranza verso reflui industriali particolarmente complessi, oltre all’investimento iniziale più alto per nuove realizzazioni.

2. Sistemi continui ibridi con idrocicloni

Questa soluzione rappresenta la strada più diretta per un retrofit. Gli idrocicloni permettono di trattenere selettivamente le particelle di biomassa più dense (i granuli) ed espellere quelle leggere. Il risultato è un miglioramento rapido della sedimentazione, con valori di SVI spesso inferiori ai 100 mL/g e un incremento immediato della capacità organica e idraulica dell’impianto. L’installazione è semplice, non richiede nuove vasche e garantisce buone performance anche in condizioni climatiche sfavorevoli.
La granulazione ottenuta è tuttavia parziale e richiede una regolazione accurata della pressione selettiva per mantenere la qualità della biomassa nel lungo periodo.

3. Sistemi a cascata in continuo con trattamento ciclico

È una soluzione più recente, che combina l’alimentazione continua tipica dei plug-flow con una sequenza di fasi di trattamento gestite ciclicamente. L’ingresso distribuito consente la formazione di zone funzionali distinte, mentre i sistemi di decantazione intermittente permettono di ottenere una pressione selettiva simile a quella dei SBR. Questo approccio offre un compromesso interessante tra flessibilità di gestione, efficienza e possibilità di scalare progressivamente la granulazione.

 

Caso studio: come ETC Engineering ha aumentato la capacità senza nuove vasche

Un impianto da 600.000 A.E., basato su uno schema Bardenpho tradizionale, si trovava in una situazione critica: lo spazio disponibile era esaurito, la portata in ingresso era in aumento e i limiti emissivi si stavano progressivamente irrigidendo. Non potendo costruire nuove vasche, è stato valutato un retrofit in tecnologia AGS, convertendo due delle otto linee biologiche in reattori batch.

Il progetto ha richiesto una serie di interventi mirati: la trasformazione di una vasca di sedimentazione primaria non utilizzata in vasca di accumulo, l’adeguamento idraulico di due vasche biologiche, il rifacimento completo dell’aerazione e una revisione profonda dell’automazione di processo. Un elemento particolarmente strategico è stata l’integrazione tra le linee AGS e quelle tradizionali, tramite il rilancio dei fanghi AGS alle linee a fanghi attivi convenzionali, che ha migliorato anche la sedimentabilità delle vasche non convertite.

La configurazione resta inoltre scalabile nel tempo, consentendo al gestore di convertire ulteriori linee in funzione del budget e delle esigenze operative future.

 

Perché l’AGS sarà decisivo nei prossimi 10 anni

La tecnologia AGS offre una risposta concreta ai vincoli che le utilities stanno già affrontando: richiede meno energia, permette di trattare più carico negli stessi volumi, semplifica la gestione operativa e si allinea perfettamente alle nuove richieste regolatorie su nutrienti e microinquinanti.
Ma c’è un altro fattore strategico da non sottovalutare: l’AGS rende gli impianti più flessibili e pronti a fronteggiare l’incertezza dei carichi futuri, caratterizzati da eventi meteorici estremi, variazioni improvvise e obblighi di monitoraggio sempre più rigorosi.

Chi sceglie oggi di avviare una transizione verso questa tecnologia costruisce un vantaggio competitivo reale: un impianto più leggero, più efficiente e più sostenibile, progettato per affrontare con successo i prossimi dieci anni di evoluzione del settore.

 

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