PAVAN Paolo

 

INDICE

 

 

1. GENERALITA’……..…………….......................................................................Pag.       3

2. ATTIVITA' DIDATTICA……………………....................................…..............Pag.       4

3. ATTIVITA' SCIENTIFICA...................................................................................Pag.       7

4. SINTESI DELLA PRODUZIONE SCIENTIFICA………………………….…...Pag.      9

4.1  Indicizzazione della produzione………………………………………...Pag.      9

4.2  Breve sintesi dei contenuti delle pubblicazioni più significative ...…… Pag     10

4.2.1        Digestione anaerobica……………………………………… Pag     10

4.2.2        Co-Compostaggio……………………………………………Pag    13

4.2.3        Trattamento anaerobico delle alghe………………………….Pag    14

4.2.4        comportamento reologico dei fanghi anaerobici……………..Pag    14

4.2.5        Rimozione biologica dei nutrienti……………………………Pag    16

4.2.5.1   ottimizzazione del processo BNR…………………...Pag    16

4.2.5.2   fermentazione anaerobica……………………………Pag    17

4.2.6        Trattamenti avanzati e terziari di acque reflue……………….Pag    18

5.  PRINCIPALI PROGETTI DI RICERCA…..……………………………………..Pag    19

6. ELENCO DELLE PUBBLICAZIONI……………….……………………………..Pag   20


 

1.         GENERALITA’

 

 

1989

Laurea in Chimica Industriale Università Ca’Foscari di Venezia – Facoltà di Scienze MM.FF.NN.

Punteggio 109/110

Tesi:    Studio e sperimentazione su impianto pilota del processo di digestione anaerobica applicato alla frazione organica dei rifiuti solidi urbani

1989

Esame di Stato per l’abilitazione alla professione di Chimico

1990

Borsista presso l’Università di Venezia – Dipartimento di Scienze Ambientali con incarico della Snamprogetti SpA per la messa a punto del processo di digestione anaerobica dei rifiuti solidi urbani in regime di semi-dry (1989-1990), brevettato nel 1991 dalla stessa società.

1991

Presa in servizio come Collaboratore Tecnico - VII livello  presso l'Università di Venezia Dipartimento di Scienze Ambientali

1996

Vincitore di concorso e conseguente presa in servizio come ricercatore di Impianti Chimici (I15C) presso l'Università di Venezia Dipartimento di Scienze Ambientali

1998

Conferma in ruolo nel settore I15C come ricercatore

2000

Idoneo alla valutazione comparativa per professore universitario di 2a fascia nel gennaio del 2000 per il settore scientifico disciplinare I15 F.

2002

Presa in servizio come Professore associato di IIa fascia  presso il dipartimento di scienze ambientali della Facoltà di Scienze MM.FF. NN. dell’Università Ca’ Foscari di Venezia, settore scientifico disciplinare ING-IND 27.

2005

Conferma in ruolo nel settore disciplinare ING-IND 27

2007

Inquadramento nel settore scientifico disciplinare ING-IND 25 attraverso trasferimento per mobilità interna

 


2.         ATTIVITA’ DIDATTICA

 

Esperienze iniziali

 

E' stato docente, assieme al Prof. Cecchi, del corso di aggiornamento in Ingegneria Sanitaria 'Recenti tendenze nella depurazione delle acque reflue' organizzato dal dipartimento di Ingegneria Idraulica del Politecnico di Milano nel 1996. 

Ha condotto alcune lezioni nell’ambito del master post-lauream organizzato da Università di Venezia e Consorzio per l’Università di Rovigo in ‘Ambiente’ nel corso di ‘Impianti e processi di trattamento liquami’.

Ha collaborato con il Prof. Cecchi al corso di 'Analisi e simulazione di Processi Biotecnologici' presso l'Università di Verona nell'A.A. 1995/96. A tale proposito è stato riconosciuto cultore della materia 'Reattori ed analisi e simulazione dei processi biotecnologici' dal C. di F. della Facoltà di Scienze MM.FF. e NN. della stessa Università il 20/5/96.

Ha collaborato al corso di 'Ecologia Applicata 3' tenuto dal Prof. Franco Cecchi  presso l'Istituto Universitario di Architettura di Venezia nell'A.A. 1995/96.

Ha collaborato, tenendo lezioni di esercitazioni e seminari, ai seguenti corsi presso la Facoltà di Scienze MM.FF. e NN. di Venezia:

 

-                      Processi ed impianti industriali Chimici II

-                      Tecniche di disinquinamento

 

Ha svolto, per esigenze didattiche, ulteriore attività di supporto al corso di Laboratorio di Ecologia applicata presso la stessa Università.

 

Esperienze didattiche dopo l’inquadramento nel corpo docente.

 

Come ricercatore, ha collaborato ai corsi di

 

-           Processi ed impianti industriali Chimici II

-          Tecniche di disinquinamento

 

presso la Facoltà di Scienze MM.FF.NN. dell’Università Ca’ Foscari di Venezia, corso di laurea in Chimica Industriale vecchio ordinamento.

Come professore associato, dall’anno di presa in servizio, il Prof. Pavan è stato titolare dei seguenti corsi presso la Facoltà di Scienze MM.FF.NN. dell’Università Ca’ Foscari di Venezia:

 

 

-           Laboratorio di Processi ed Impianti chimici  1 – Triennio Chimica Industriale – Insegnamento fondamentale

 

-           Laboratorio di Processi ed Impianti chimici 2 – biennio specialistico chimica industriale – Insegnamento fondamentale

 

-           Processi e Tecnologie chimiche e biochimiche di Depurazione – Triennio chimica industriale - Insegnamento complementare

 

-           Gestione Reflui, Emissioni e Rifiuti – Triennio scienze ambientali - Insegnamento fondamentale

 

-           Smaltimento dei rifiuti – biennio specialistico scienze ambientali – Insegnamento fondamentale di indirizzo

 

Dall’A.A. 2007-2008, a seguito dell’adozione del nuovo ordinamento didattico,  è inoltre titolare dei corsi:

 

-                     Processi ed Impianti Chimici II, depurazione e laboratorio – Biennio specialistico Chimica Industriale – insegnamento fondamentale

 

-                     Processi e tecnologie per il trattamento dei reflui inquinanti – Biennio specialistico di Scienze Ambientali – Insegnamento fondamentale di indirizzo

 

 

Il Prof. Pavan  ha seguito, nell'ambito di importanti progetti di ricerca, finalizzati alla promozione di tecnologie 'pulite'  nello smaltimento dei rifiuti, condotti grazie a finanziamenti di importanti enti Pubblici, quali ENEA, SNAMPROGETTI, ENIRICERCHE, Regione Veneto lo sviluppo e la preparazione di diversi laureandi e dottorandi impegnati in tesi sperimentali legate a processi ed impianti di interesse ambientale, riguardanti la realizzazione e l'analisi del comportamento di impianti pilota nel campo dei processi di trattamento di rifiuti solidi e liquidi.

A seguito di questa attività, il Prof. Pavan risulta relatore o correlatore di oltre 50  tesi di laurea e dottorato aventi per oggetto lo studio dei processi biotecnologici, sia presso la facoltà di appartenenza che presso altre facoltà.

Dal 2002 il Prof. Pavan è membro del comitato scientifico del master interuniversitario di II° livello’Scuola di ingegneria chimica ambientale: gestione e trattamenti industriali delle acque e biotecnologie delle risorse rinnovabili e referente all’interno del Master per l’ Ateneo di Ca’ Foscari. All’interno del Master, è titolare degli insegnamenti relativi ai moduli di caratterizzazione delle acque e di progettazione dei sistemi di smaltimento dei fanghi. Ha inoltre partecipato alla fase di messa a punto degli impianti pilota, dei sistemi di acquisizione dati on-line e dei laboratori. Ha inoltre svolto diversi incarichi di docenza in altri master di I° livello nell’ambito delle scienze ambientali e scuole di alta specializzazione (ARPAV).

Dall’AA 2008-2009 è inoltre coordinatore del Master di II° livello in Prevenzione e controllo Ambientale, in capo agli Atenei di Venezia Ca’ Foscari, di Verona e all’ARPAV. E’ inoltre titolare, all’interno del master in oggetto, dei moduli relativi alla progettazione e gestione delle linee fanghi degli impianti di depurazione.

 


 

 

3.         ATTIVITA' SCIENTIFICA

 

La formazione e gli interessi scientifici del Prof. Pavan sono sempre stati orientati verso  lo studio degli impianti e processi biotecnologici nel campo del trattamento dei rifiuti, solidi e liquidi, che garantiscano un inserimento nel contesto ambientale con il minor impatto possibile.

La maggior parte del lavoro di ricerca svolto dal Prof. Pavan è stato condotto attraverso la collaborazione di colleghi di altri istituti e dipartimenti Universitari italiani e stranieri ed enti pubblici di ricerca.  Ciò è stato reso necessario dal carattere di interdisciplinarietà degli studi condotti e quindi dall'esigenza di creare un gruppo di lavoro. La conseguenza di questo è stata la contitolarietà dei lavori pubblicati.

Gli studi affrontati ed in corso hanno ed hanno avuto come linee conduttrici lo sviluppo di processi e tecnologie innovative di interesse produttivo ed ambientale, considerando i più recenti problemi derivanti dai vincoli ambientalistici, di recupero energetico e di materiali che sono alla base di un equilibrato sviluppo del sistema produttivo.

In particolare, gli studi affrontati ed in corso sono basati sulle seguenti direttrici:

 

-          depurazione biologica di liquami misti urbani ed industriali;

-          trattamenti secondari e terziari dei fanghi di supero;

-           recupero di energia e materiali attraverso processi di stabilizzazione biologica di frazioni organiche provenienti da rifiuti solidi urbani e dall'industria agroalimentare;

-           monitoraggio dell'impatto ambientale di discariche controllate di rifiuti solidi urbani ed industriali, utilizzando e proponendo tecniche e metodologie innovative, con particolare attenzione alle tecniche di degradazione biologica del percolato;


-           studio di processi di depurazione con rimozione biologica dei nutrienti di effluenti urbani e misti;          

-           recupero del fosforo attraverso processi di cristallizzazione controllata di struvite ed idrossiapatite;

-           studio delle possibilità offerte dalla degradazione biologica di biomasse algali provenienti da sistemi lagunari;

-           modellizzazione matematica dei processi biologici di degradazione;

-          controllo dei processi biologici attraverso sistemi esperti in logica fuzzy.

 

Il filo conduttore di queste aree di interesse dal punto di vista dell'approccio alla ricerca è costituito dal fatto di aver sempre operato e di operare su substrati reali e non simulati ed utilizzando reattori pilota di grossa taglia. Ciò grazie alle possibilità offerte dal fatto di operare in una stazione sperimentale situata presso l' impianto di depurazione acque della città di Treviso, attrezzata con apparecchiature anche sofisticate e sistemi di acquisizione automatica dei dati di processo. Il prof. Pavan dirige e coordina tale area sotto il profilo tecnico-scientifico sia per quanto riguarda la conduzione dei laboratori che dell’area sperimentale ove operano gli impianti pilota. L’area ospita normalmente dottorandi di ricerca di vari Atenei, assegnisti e tesisti, tutti coordinati dal Prof. Pavan e/o in collaborazione con il Prof. Franco Cecchi, della Facoltà di Scienze MM.FF.NN. Di Verona,  ed il Prof. Paolo Battistoni, dell’isituto di idraulica della Facoltà di Ingegneria dell’università Politecnica dell Marche.

Le tematiche affrontate, tutte di grande attualità,  sono state sviluppate nell'ambito di programmi di ricerca di interesse nazionale finanziati dal CNR, MURST (coordinatore unità di ricerca), SNAMPROGETTI, ENIRICERCHE, ed internazionale grazie al supporto della Comunità Europea (V e VI programma quadro, coordinatore unità di ricerca), della NATO e del Ministero degli affari esteri.


 

4.         SINTESI DELLA PRODUZIONE SCIENTIFICA

 

4.1              Indicizzazione della produzione

 

Attualmente, la produzione scientifica complessiva del Prof. Pavan può essere quantificata nel modo seguente:

 

Pubblicazioni su rivista con impact factor:                                                   70

Pubblicazioni su rivista senza impact factor:                                                13       

Pubblicazioni su atti di congressi internazionali con referee:                                   87

Pubblicazioni su atti di congressi nazionali (su invito e non):                      42

Libri/capitoli di libri:                                                                                       4

Brevetti:                                                                                                          1

 

La quantificazione dell’attività in base agli indici internazionali (2007) di valutazione può essere sintetizzata nel seguente modo:

Impact Factor totale =                                                                                 94,703           

Impact Factor medio (per pubblicazione) =                                                1,503

Impact Factor medio (per anno) =                                                                           4,984

Numero di citazioni medie per pubblicazione =                                          10,39

Numero di citazioni medie per anno=                                                         34,30

H-index =                                                                                                        17

 

La valutazione della produzione scientifica del prof Pavan è stata illustrata dalla Thomson Reuters (ISI Web of Knowledge) mediante i seguenti grafici:

 

La produzione scientifica è stata ridotta nell’anno 2004, per motivi legati all’ideazione ed organizzazione del Master di II livello in Ingegneria Chimica Ambientale (vedi sopra) che ha coinvolto, e coinvolge tuttora, gli Atenei di Venezia, Verona, Padova, Trieste, Udine, Bologna, Ancona ed il Consorzio Universitario Trevigiano.

 

4.2       Breve sintesi dei contenuti delle pubblicazioni più significative

 

4.2.1    Digestione anaerobica

 

La vocazione iniziale degli studi condotti dal Prof. Paolo Pavan è senz'altro da ricercarsi nei trattamenti anaerobici dei rifiuti solidi urbani. Questa linea di ricerca è stata portata avanti sempre a livello di impianti pilota di grossa taglia ed utilizzando substrati reali, allo scopo di ottenere risultati di diretta applicabilità a livello industriale. La strategia conduttrice di tutti gli studi effettuati sull’argomento è stata quella di mettere a punto un processo affidabile che associ i vantaggi legati all’operare ad alto regime di solidi in reattore (rese specifiche maggiori) a quelli derivanti dall’utilizzo di un fango semifluido, tale da minimizzare gli inconvenienti legati alla movimentazione dei materiali, tipici dei processi a secco (Dranco). Il risultato di questi studi, durati diversi anni ed in parte tuttora in corso riguardo allo studio delle rese di processo con substrati diversi e diverse condizioni operative, hanno portato alla brevettazione del processo semi-dry da parte di Snamprogetti (Bassetti,A., Barbaresi, U.,  Cecchi, F., (1991). Processo di digestione anaerobica termofila di residui organici in fase semisolida.  MI 91 000777). L’applicazione in piena scala di tali studi è data dalla realizzazione impiantistica di Ca’ del Bue a Verona, dove è attualmente in esercizio un impianto in grado di trattare anaerobicamente FORSU attraverso digestione anaerobica semi-dry termofila (4 digestori da 2000 m3 ciascuno). Il Prof. Pavan ha collaborato con Snamprogetti per seguire i problemi connessi allo scale-up ed alle fasi di avvio e messa a regime dei digestori.

I  lavori 3, 6 e 15 possono essere considerati  come la presentazione dei risultati di base del processo di digestione anaerobica controllata  applicato su scala pilota alla frazione organica dei rifiuti solidi urbani in condizioni di esercizio mesofile. Il lavoro 3 riporta i risultati ottenuti attraverso il ricircolo della frazione liquida dell'effluente, migliorando così la disponibilità dei nutrienti in digestore senza alcun bisogno di chemicals esterni. Nel lavoro 6 viene dimostrata la possibilità pratica di operare stabilmente in regime termofilo, raggiungendo rese di conversione a biogas molto più elevate (circa il doppio) rispetto a quelle ottenibili a parità di altre condizioni in regime mesofilo, trattando frazione organica dei rifiuti solidi urbani separata meccanicamente. Analogamente, nel corso dell’attività di ricerca sono stati studiati gli aspetti di controllo di processo  e le rese ottenibili utilizzando il regime termofilo nel trattamento di substrati complessi, come la frazione organica dei rifiuti solidi urbani. Un esempio di questo studio è illustrato nel lavoro 10, applicando le metodiche di monitoraggio sviluppate nel caso precedente al trattamento dei fanghi attivi. I dati confermano quanto osservato precedentemente, aprendo definitivamente un nuovo approccio alla gestione di un  processo erroneamente ritenuto in passato lento e difficile da controllare. Il vantaggio derivante dall'acquisizione di queste conoscenze è, oltre che scientifico, anche applicativo, aprendo di fatto nuove possibilità gestionali agli operatori di settore che potranno aumentare l'efficienza del sistema passando al regime termofilo, anche raddoppiando la capacità di trattamento dei loro impianti, come recentemente dimostrato in piena scala in regime di codigestione presso l’impianto di Treviso. Il tema è poi ripreso in studi successivi, con particolare attenzione alle fasi di passaggio di regime termico e di transiente di processo.

Un importante confronto sulle rese di processo è poi stato illustrato nel lavoro 16, in cui vengono analizzati i risultati ottenuti trattando la frazione organica proveniente da metodi diversi di selezione. Nel lavoro 8 viene dimostrata la possibilità di riduzione dei tempi di avviamento offerta dall’utilizzo di un inoculo proveniente da un esercizio termofilo nell’avvio del processo mesofilo per la stabilizzazione dei fanghi attivi di un impianto di depurazione. Nei lavori 9 e 11 viene condotta una valutazione sulla effettiva possibilità di utilizzo del processo in piena scala, in particolare nell’ambito del bacino di produzione di rifiuti del mercato ortofrutticolo della città di Barcellona. La valutazione viene condotta dapprima provando il processo a livello di laboratorio sul substrato specifico, (lavoro 9) ed in seguito riportando i risultati ottenuti all’ipotesi di realizzazione in piena scala (lavoro 11). In particolare, in quest’ultimo è messa in evidenza l'esigenza di uno stadio di disidratazione dei fanghi per la funzionalità dell'impianto ed è condotta una analisi economica comparativa tra tutte le tecnologie cui si potrebbe fare ricorso per dare una soluzione al problema dello smaltimento dei riifuti mercatali di una grossa città come Barcellona. Sono stati presi in considerazione gli smaltimenti massivi: discarica controllata ed incenerimento, e quelli con recupero di materiali ed energia: digestione anaerobica, co-digestione con fanghi di supero e produzione di mangime per animali.  Nel lavoro 20 viene dimostrata praticamente la possibilità di ridurre i tempi di avviamento termofili da 6 mesi, come riportato generalmente nella letteratura esistente, a poche settimane, in particolare realizzando il cambiamento termico di condizioni in sole 48 ore senza provocare effetti irreversibili sulla stabilità del sistema. Tale procedura non era mai stata studiata su reattori pilota, in modo da poter essere trasferita direttamente in piena scala, tanto che i lunghi tempi riscontrati per l'acclimatazione hanno indotto in passato a ritenere il regime termofilo come poco indicato per la digestione dei rifiuti solidi. Il lavoro illustra, dal punto di vista teorico, chimico-biologico i motivi del successo della tecnica proposta, anche attraverso parametri particolari acquisiti in continuo (H2, CH4 ecc.). Il lavoro 21 conferma tali osservazioni, sperimentando un re-start-up in regime termofilo.  Nel lavoro 22 vengono esaminate le caratteristiche del processo operando in condizioni di transiente, fornendo informazioni dettagliate sugli scostamenti dei parametri di monitoraggio e sulle escursioni di questi nei periodi di cambio di condizioni operative. Il lavoro 36 illustra, sotto il profilo delle  rese e della stabilità, le possibilità offerte dalla separazione della fase idrolitico-acidogenica da quella metanogenica, indispensabile nel trattamento anaerobico di substrati ad alto contenuto di frazione putrescibile, quali il rifiuto mercatale puro. L’articolo 62 considera la digestione anaerobica a fase separate di soli fanghi con pre trattamento a 70°C, nell’ottica di verificare il bilancio costi/benefici offerto da queste condizioni di esercizio.  Nel lavoro 37 viene studiato il comportamento del processo simulando una variazione delle caratteristiche del substrato indotta dal passaggio da un regime di raccolta indifferenziata ad uno di raccolta separata o alla fonte. Viene anche in questo caso evidenziata l’elasticità del processo, che si dimostra in grado di sopportare variazioni anche sensibili di carico e di composizione. Vengono inoltre determinati gli intervalli dei parametri operativi (HRT, OLR) ottimali per il trattamento di questo tipo di substrato.

I lavori 40, 47, 48, 54, 56 e 57 riportano il passaggio dalla fase pilota all’applicazione del processo di digestione anaerobica di fanghi e frazione organica dei rifiuti urbani agli impianti di Treviso e di Viareggio, con particolare attenzione alla riduzione della produzione di fanghi ed all’ottimizzazione della rimozione dei nutrienti in linea acque, sfruttando gli intermedi metabolici organici bassobollenti quale fonte di RBCOD a sostegno delle fasi di denitrificazione e defosfatazione biologica.

Lo studio della digestione anaerobica è stato condotto anche considerando gli aspetti cinetici: ciò è stato possibile grazie alla metodologia semi-continua di alimentazione ed allo sviluppo di un sistema on-line per il monitoraggio in continuo del biogas prodotto, sia in termini di produzione che di caratteristiche. I lavori concernenti tali aspetti sono in particolare il 4, dove vengono illustrate le basi dell’approccio utilizzato, il 5, dove viene presentato il modello step-diffusional, dimostratosi in seguito la via migliore per la decrizione analitica del processo, l’13 ed il 14, dove viene condotta la validazione del modello in differenti condizioni, il 28, dove viene condotta la verifica in regime termofilo con differenti substrati, ed il 36 che considera il processo a fasi separate. Il lavoro 15 riguarda il controllo di processo: esso consiste in una applicazione dell’approccio in logica sfumata per il controllo esperto. Lo studio è stato condotto in collaborazione con l’Università di Trieste, che ha curato gli aspetti relativi alla messa a punto del software, mentre il Prof. Paolo Pavan ha collaborato in veste di esperto di processo. Le conoscenze e l’esperienza sul comportamento del processo in condizioni di stazionarietà e di transiente sono state trasferite ad un controllore esperto basato su logica fuzzy, messo a punto e testato sui dati di funzionamento esistenti, in grado di gestire l’impianto utilizzando tre sole variabili di input, garantendo un’affidabilità di controllo molto vicina alla supervisione umana.

 

4.2.2  Co-Compostaggio

 

Lo studio del processo di digestione anaerobica ha portato inevitabilmente all’interconnessione, attrraverso la necessità di dare un adeguato destino all’effluente, con i processi di stabilizzazione aerobica del fango, strada che attualmente sembra essere destinata a diventare un approccio standard nel trattamento della frazione umida. Tali studi, caratterizzati quindi da una forte interdiscpilinarietà, sono stati condotti in collaborazione con l’Istituto di Microbiologia del Suolo di Pisa (Dr. Vallini), ove esistevano le facilities (piazzola aerata con controlli in linea del cumulo) per poter verificare le possbilità offerte dal post trattamento aerobico sull’effluente. I lavori che riguardano tali aspetti sono l’1 ed il 18, dove viene illustrata la possbilità di creare un processo unico a più fasi (anaerobica+aerobica) per consentire, oltre al recupero energetico tramite il biogas, anche la produzione di un ammendante. L’utilizzo di un inoculo anaerobico (quindi non specifico) ha dimostrato inoltre la possibilità di abbattere i tempi per il raggiungimento della soglia di fitotossicità nell’effluente fino al 50%.

 

4.2.3  Trattamento anaerobico delle alghe

 

Il processo di digestione anaerobica di biomasse organiche è stato studiato dal Prof. Paolo Pavan anche nel campo della co-digestione di substrati di diversa natura, come i fanghi di supero e le biomasse algali. In termini applicativi, il fatto di poter convertire digestori operanti con soli fanghi di supero a servizio di impianti di depurazione a reattori operanti in co-digestione assume rilevanza primaria, in quanto apre la strada a logiche integrate di trattamento, senza necessità di costruzione di nuovi digestori. L’approccio è stato indagato dal Prof. Paolo Pavan sia considerando la codigestione di fanghi di supero e FORSU, sia considerando la possibilità di miscelare substrati particolari quali le biomasse algali prodotte nella laguna veneta. Gli studi condotti in particolare su quest’ultimo substrato hanno evidenziato instabilità legate alle caratteristiche intrinseche della biomassa algale, parallelamente ad un eccessivo contenuto di composti solforati nel biogas prodotto (oltre il 10% in volume). Tali effetti, che hanno portato ad un aumento sensibile di acidi grassi in digestore, sono comunque stati contrastati dalla opportuna scelta di condizioni operative. In definitiva, è stata provata la possibilità di gestire il processo in condizioni stabili,  portando alla produzione, attraverso un successivo stadio di compostaggio, alla produzione di un ammendante agricolo (lavoro 19). I risultati sono stati poi confermati nel lavoro 27, evidenziando le condizioni operative che hanno permesso la maggior stabilità di processo.

 

4.2.4  comportamento reologico dei fanghi anaerobici

 

Sempre nell’ambito delle problematiche connesse con il processo di digestione anaerobica applicato alla FORSU, sono stati indagate le caratteristiche fluidodinamche del sistema, tentando una predizione del comportamento del processo attraverso la determinazione dei parametri tipici della reologia. I lavori 7, 38 e 39 illustrano i risultati di queste sperimentazioni, condotte sui fanghi di processi a singola ed a doppia fase, con substrati provenienti da diversi tipi di raccolta ed in diverse condizioni operative, dalle quali risulta principalmente:

-           il modello di Bingham risulta quello più adatto a descrivere questi fluidi, che mostrano un comportamento decisamente plastico;

-           sono possibili alcune correlazioni tra proprietà reologiche e contenuto in TVS dei fanghi, che però sono omogenee solo nell’ambito di prove condotte con lo stesso substrato;

-           sono ricavabili delle espressioni modellistiche più generali quando vengano associati alle proprietà reologiche più parametri di esercizio, quali la produzione specifica di biogas (SGP), il tempo di ritenzione (HRT), il carico organico (OLR), oltre al numero di interazioni solido-solido, rappresentate globalmente dal parametro TVS.

 

4.2.5  Rimozione biologica dei nutrienti

 

L’interesse del Prof. Paolo Pavan verso queste tematiche nasce negli anni compresi tra il 1991 e 1993, a seguito della maggiore attenzione a livello internazionale sul dstino dei nutrienti, concretizzato a livello normativo con l’emanazione della direttiva CEE 91/271, che fissa dei limiti molto stringenti in merito allo scarico dei nutrienti nei corpi idrici superficiali in aree sensibili. In questo ambito, i processi biologici rivestono una importanza fondamentale, in quanto connettono la possibilità di raggiungere alte rese di rimozione con il basso impatto ambientale. La base di conoscenza di tali processi è stata realizzata dalle scuole sudafricana ed americana, ed il supporto di realizzazioni in piena scala ha dato conforto alle basi teoriche raggiunte. Anche lo sviluppo di modelli matematici di largo consenso (IAWQ model n. 1 e 2) ha consentito lo sviluppo di una rete di applicazione e ricerca tale da indirizzare gli sforzi verso l’ottimizzazione di questi processi quale elemento risolutore del problema dello sversamento dei nutrienti.

Allo stato attuale, anche attraverso la frequentazione dei più importanti congressi internazionali sull’argomento, è apparso subito chiaro che gli spazi che dovevano essere riempiti nell’ambito della ricerca in questo campo erano essenzialmente legati alla produzione di fonti di carbonio rinnovabili ed a costo zero, se non negativo, ed all’ottimizzazione del processo utilizzando questo tipo di materiali. Da questo quadro è scaturita l’ipotesi di creare un processo integrato, nel quale la fermentazione anerobica dei RSU possa garantire la produzione di tali materiali, ed i processi BNR possano essere ottimizzati al fine di garantire la riduzione dell’impatto dei nutrienti, che è stata la base del progetto del nuovo impianto di trattamento acque della città di Treviso (70.000 AE), su cui il Prof. Pavan ha seguito la messa a regime e l’evoluzione dei processi nel corso di oltre 5 anni.

Il lavoro relativo a queste problematiche si suddivide in tre filoni, relativi ciascuno ad un aspetto peculiare del processo proposto:

 

-           ottimizzazione del processo BNR

-           fermentazione anaerobica dei RSU

-           blocco del fosforo attraverso la cristallizzazione della struvite

 

 

4.2.5.1 ottimizzazione del processo BNR

 

Il lavoro 23 presenta le prime valutazioni in merito alle possibilità prevedibili dall’adozione di questo approccio, considerando alcuni bilanci di massa condotti sulle produzioni medie per AE di refluo fognario e frazione organica di RSU, ed utilizzando i primi risultati sperimentali derivanti dalla produzione di VFA attraverso fermentazione anaerobica. Un bilancio effettuato sulla base di un bacino di utenza di 100.000 AE ha evidenziato come sia possibile, attraverso questa via, raddoppiare la quantità di COD facilmente biodegradabile presente nel refluo urbano. Nel lavoro 31 sono state studiate diverse condizioni operative su un impianto pilota da 30 m3, verificando le rese in termini di costanti cinetiche sulla denitrificazione e di fosforo accumulato sui fanghi. I risultati principali dimostrano che la costante di denitrificazione sale a valori pari a 0.28 KgN-NO3/KgVSS quando si utilizza il fermentato come promotore. Valori simili si ottengono nella pratica industriale solo utilizzando alcoli leggeri quali il metanolo o l’acido acetico, chemicals che ovviamente hanno un costo importante nella gestione. Al risparmio ottenuto vanno aggiunti anche i vantaggi di dare un destino adeguato alla FORSU, materiale che viceversa dovrebbe essere smaltito attraverso sistemi di trattamento massivi, con costi economici ed in termini di impatto ambientale anche molto rilevanti. Il lavoro 34 riprende le logiche studiate nel precedente, illustrando una serie di test condotti presso l’Università di Barcellona.  Gli articoli 44 e 49 descrivono ulteriori prove sull’utilizzo della frazione fermentata dei rifiuti e sull’applicazione di trituratori sottolavello per aumentare le efficienze di rimozione biologica dei nutrienti (aumento del COD influente del 68%).

Il lavoro 35 riguarda l’utilizzo del processo di denitrificazione biologica su acque ad alto contenuto di nitrati (750 mg/l), utilizzando reattori fed-batch e varie forme di carbonio esterno, dal metanolo all’effluente da digestori anaerobici. Anche in questo caso, sono state determinate alte rese di rimozione dell’azoto.

 

4.2.5.2 fermentazione anaerobica

 

Con i lavori 24, 25, 26, 42 e 54 viene dimostrata la possibilità offerta dalla fermentazione di substrati organici quali la FORSU proveniente da mercati ortofrutticoli o raccolta separatamente, la quale porta ad ottenere dei brodi di fermentazione contenenti concentrazioni di VFA, alcoli leggeri ed acido lattico nell’intervallo dei 10.000-25.000 ppm, a seconda delle condizioni operative applicate. Il fatto poi che i tempi di ritenzione in oggetto possano essere ridotti a 12-72 ore porta a costi impiantistici molto ridotti. Infatti, l’applicazione di questi risultati in piena scala ha permesso l’implementazione di una unità di fermentazione di RSU nell’impianto di Treviso, dove è attualmente in fase di avviamento un fermentatore in grado di trattare circa 10 t/d di FORSU, dalla quale verrà ricavato attraverso questa via l’RBCOD da dosare in linea acque. Il volume utile del fermentatore è di soli 30 m3, e si prevede che tale unità sia in grado di almeno raddoppiare il contenuto di RBCOD in ingresso all’impianto, portando ai già citati vantaggi nelle fasi di denitrificazione e defosfatazione.

 

4.2.5.3 blocco del fosforo attraverso cristallizzazione controllata di struvite.

 

L’ottica che ha portato allo sviluppo di questo processo è nata dall’idea di chiudere definitivamente il ciclo di trattamento acque-rifiuti prima illustrato. Infatti, la presenza di uno stadio anaerobico di stabilizzazione dei fanghi porta inevitabilmente alla produzione di surnatanti dalla nastropressatura caratterizzati da carichi notevolissimi in fosforo, rilasciato all’interno del digestore dai batteri stessi. Questo stream provoca, oltre al logico feed back in testa impianto, con conseguente riduzione globale delle rese, anche dei problemi gestionali, dovuti alla cristallizzazione incontrollata di struvite (MAP- NH4 Mg PO4) ed idrossiapatite (HAP – Ca5 (OH) (PO4)3) lungo le tubazioni di ricircolo. Pertanto, lo scopo del processo, messo a punto dall’ l’Università di Ancona (Prof. P.Battistoni), ha lo scopo di far avvenire la cristallizzazione controllata del fosforo in un reattore finalizzato allo scopo. La particolarità premiante dell’approccio scelto è data dal fatto che tale processo si attua senza alcuna addizione di chemicals esterni, portando così alla produzione di un ammendante a lento rilascio con ottime caratteristiche di utilizzo.

Tali studi, ampiamente illustrati nei lavori 29, 30, 32 e 41, hanno già portato ad importanti riconoscimenti internazionali, oltre che nazionali ed alla realizzazione del processo in piena scala (impianto di Treviso).

Nei lavori 43, 53 e 59 vengono riportati i diversi test svolti sull’impianto dimostrativo.

 

 

4.2.6 Trattamenti avanzati e terziari di acque reflue

 

Dal 1998, grazie ad una rapida evoluzione delle direttive comunitarie sostenuta da un grande sviluppo tecnologico, il Prof. Pavan ha svolto studi sui processi di trattamento avanzato e terziario di acque reflue, in particolare il processo a Cicli Alternati® per la rimozione biologica dei nutrienti e l’applicazione del processo a membrane ad ultrafiltrazione (MBR) per la rimozione dei microinquinanti con conseguente riutilizzo dell’effluente impianto per scopi agricoli. Gli articoli 45, 46 e 50 sono il punto di partenza per lo sviluppo del progetto (PRIN 2003 e PRIN 2005) finalizzato allo studio del comportamento e del destino dei microinquinanti prioritari nella filiera di trattamento delle acque reflue, ed è stato possibile allestire, presso l’impianto di depurazione di Treviso, un’area sperimentale dove sono stati allocati due impianti pilota di grossa taglia (11m3) funzionanti con processi differenti (pre-Denitrificazione/Nitrificazione e Cicli Alternati - CA), entrambi con una sezione di ultrafiltrazione terminale.

Il processo a Cicli Alternati®, sperimentato su scala pilota e descritto nell’articolo 58, trova ad oggi applicazione su molteplici impianti in scala reale (articoli 61, 64). L’articolo 65 tratta lo studio e la modellazione del comportamento e del destino dei microinquinanti prioritari nella filiera di trattamento delle acque reflue. L’elaborazione dei risultati analitici ottenuti hanno reso possibile l’analisi del comportamento del processo in relazione alla tipologia di liquami trattati (urbani, industriali e misti), la definizione dei vari meccanismi di rimozione intercorsi e le relative efficienze di abbattimento.