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Impianto di Trattamento Reflui Enologici per Cantine Vinicole

Prefabbricato in cemento armato

Premessa

Il trattamento depurativo delle acque di scarico delle aziende vinicole e delle cantine è un problema difficile e complesso da affrontare, le cui problematiche sono connesse soprattutto alla spiccata stagionalità della lavorazione (concentrata al massimo in 2÷3 mesi all'anno, cioè il periodo della vendemmia e della vinificazione) e all'elevato contenuto organico degli scarichi.
Queste acque di scarico sono poi contraddistinte da un alto contenuto di bucce, acini, raspi, foglie, ecc… che devono essere necessariamente rimosse a monte del trattamento.
La trasformazione dell'uva in vino presenta ovviamente un forte carattere di stagionalità; l'uso di acqua e la conseguente formazione di reflui deriva, infatti, sostanzialmente dalle operazioni di lavaggio delle attrezzature (pigiatrici, diraspatrici, torchi, ecc.), dei contenitori (vasche di raccolta, tini di fermentazione e di riempimento, ecc.) e dei locali (pavimenti, piazzali, ecc.) secondo le seguenti fasi ed epoche:
- vendemmia-ammostatura (settembre-ottobre);
- travasi (maggio-giugno);
- imbottigliamento (febbraio-aprile ed ottobre-dicembre).

Nel resto dell'anno gli scarichi derivano soprattutto dalle operazioni di lavaggio dei macchinari, delle pavimentazioni e dei contenitori dei prodotti e il carico idraulico giornaliero si riduce anche di 5 volte rispetto a quello del periodo di punta.
Questa grande quantità di liquidi non sono di per sé inquinanti, perché principalmente contengono sostanze organiche non tossiche, ma hanno comunque un impatto negativo sull'ambiente, anche perché prodotti in periodi di tempo limitati.
L'attenzione è stata rivolta soprattutto alle piccole e medie aziende, le più diffuse nella zona di studio: la media è stata di 400 quintali di uve lavorate all'anno.
L'obiettivo è stato quello di valutare la possibilità di un uso agronomico di questi reflui, dopo averli stabilizzati attraverso uno stoccaggio in condizioni anaerobiche (cioè in assenza di ossigeno e quindi non a contatto con l'aria).

Da un ettaro di vigneto si ottengono dagli 80 ai 130 quintali di uva "in media" 100 quintali di uva e di conseguenza si possono ottenere più o meno 70 ettolitri di vino finito, ossia 9.300 bottiglie da 0,75 cl.
Il quantitativo di acqua a disposizione del viticoltore non è indifferente: ipotizzando una produzione di uva pari a 80 -130 q/ha dal quale si ottengono 56-100 q/ha dal quale si ottengono 56 -70 hl di vino per ha e 70 hl di vino per ha e un rapporto acqua-refluo pari a 1, annualmente si avranno a disposizione circa 6-7 m3 di acque reflue.
L'attività dell'azienda enologica non è limitata al solo periodo della vendemmia ma, tra "travasi" ed "imbottigliature" si protrae praticamente per tutto l'anno.
I termini del problema, fatte salve le dovute eccezioni, legate alla geografia del sito, alle condizioni climatiche stagionali, alla varietà dei "cultivar" ed alla lavorazione, possono riassumersi come segue:
- Da un ettaro di vigneto si ottengono circa 13 – 15 tons di uva.
- Dalla lavorazione di una tonnellata di uva si originano in media:
700 lt di acque reflue
300 Kg di residui solidi.

- L’80% dei residui solidi è destinato alla distilleria ed è costituito da:
Vinacce ( ca. 200 Kg/tons)
Fecce (ca 50 Kg/tons)

-Il 20% rimanente è costituito per ca. 30 Kg/tons di uva lavorata, da raspi e materiale solido ( ca. 20 Kg/tons)
derivante dalla filtrazione e chiarificazione.


Per quanto riguarda la tipologia delle acque reflue, oggetto del nostro interesse, queste sono caratterizzate da carico organico elevato, dovuto al Carbonio legato agli zuccheri e facilmente biodegradabile ed in parte ad una componente residuale, legata ai tannini ed agli acidi organici, meno biodegradabile.
Indicativamente il carico organico, espresso come COD, oscilla tra 500 mg/lt e 1.000 mg/lt nel periodo che intercorre tra Novembre e Marzo, per salire a 1.000 mg/lt – 1.500 mg/lt da Aprile a Luglio ed attestarsi poi tra 2.500 mg/lt e 3.000 mg/lt nel periodo della vendemmia, tra Agosto ed Ottobre; in questo periodo non sono infrequenti punte anche di 8.000 mg/lt o più.
Per contro il refluo è povero di Azoto e Fosforo, contenuti che spesso non superano i 2 mg/lt; attorno al mg/lt si pongono i Fenoli mentre più ampio è il range dei tensioattivi che, a seconda della lavorazione in corso, possono raggiungere i 5 mg/lt.
L'impianto di depurazione deve essere dimensionato sulla portata giornaliera del refluo; per avere un corretto valore dell'acqua consumata e per una maggiore precisione nei calcoli del dimensionamento, si deve far riferimento a dati specifici rilevati direttamente in cantina.

La verifica, tra valori teorici e dati sperimentali, può essere effettuata, tenendo conto della capacità di produzione dello stabilimento enologico e del processo stesso di vinificazione; pertanto, per semplicità di comprensione, il dimensionamento dell'impianto di depurazione verrà eseguito per una produzione specifica di x q.li lavorati durante l'anno.
Va da sé che il refluo prodotto dovrà subire una preventiva grigliatura fine per allontanare eventuali bucce e vinaccioli residuali, prima di essere raccolto in vasca di equalizzazione che ammortizzi le punte di carico, assicuri un livello qualitativo il più stabile che sia possibile ed operi nel contempo la sedimentazione delle farine fossili eventualmente trascinate nella corrente dal refluo.

Caratteristiche e Funzionamento

Impianti per Piccole Cantine Vinicole

Gli Impianti di Trattamento Reflui per Cantine Vinicole di Piccole Dimensioni vengono realizzati mediante lo step depurativo sotto descritto:
la Fitodepurazione è un processo naturale per depurare le acque reflue che sfrutta il principio di autodepurazione tipico degli ambienti acquatici. In questi biotipi gli inquinanti vengono naturalmente rimossi attraverso processi fisici, chimici e biologici tra i quali filtrazioni adsorbimento, assimilazione da parte degli organismi vegetali, degradazione batterica e antibiosi sono maggiormente efficaci.
I trattamenti di Fitodepurazione sono trattamenti biologici secondari, che necessitano di un trattamento primario di sedimentazione a monte come una Vasca Imhoff o Vasca Settica Bicamerale/Tricamerale, Degrassatore/Desaponatore, ma che possono anche essere utilizzati come stadio di affinamento a valle di un depuratore a Fanghi attivi.
Gli impianti di Fitodepurazione vengono utilizzati per depurare le sorgenti di inquinamento puntiforme e diffuso incluse le acque meteoriche di dilavamento superficiale, i reflui domestici e i reflui di origine agricola e zootecnica.
I sistemi di Fitodepurazione vengono utilizzati anche per depurare il percolato di discarica, i reflui industriali (cartiere, industrie tessili, industrie alimentari, e cantine vinicole).
Gli impianti a Flusso Verticale sono costituiti da bacini impermeabilizzati con manti plastici riempiti di ghiaia e/o sabbie di granulometria opportuna, in cui vengono messe a dimora le seguenti tipologie di piante: Abelia Rupestris, Cistus, Cotoneaster Franchetii/Salicifolia, Eleagnus Ebbingei, Evonimus, Gynerium, Hebe, Hypericum, Lavandola Officinalis, Mahonia Aquilfolium, Nandina Domestica, Nerium Oleander, Rosmarinum Officinalis, Teucrium Fruticans.
Gli impianti di Fitodepurazione Verticale hanno il vantaggio di poter essere installati anche in superfici senza dislivello in quanto dotati di elettropompa di rilancio. Gli impianti di Fitodepurazione Verticale con sistema del ricircolo permettono di utilizzare minori superfici per Abitante Equivalente.


Impianti per Medie Cantine Vinicole

Gli Impianti di Trattamento Reflui per Cantine Vinicole di Medie Dimensioni vengono realizzati mediante la combinazione degli step depurativi sotto elencati:
Sedimentazione primaria Vasca Imhoff
A monte del trattamento biologico, è inserita una fossa di tipo IMHOFF, in cui nel comparto superiore della vasca è ubicata la sedimentazione primaria; tale fase è necessaria a trattenere tutti quei corpi solidi sospesi sedimentabili per ridurre il carico organico in ingresso al trattamento biologico. Altra funzione principale è quella di trattenere quei corpi solidi fini non biodegradabili che sarebbero fonte d’intasamento dei diffusori, tubazioni, ecc.. che potrebbero essere trattenuti da griglie molto fini, ma che richiederebbero l'intervento giornaliero dell'addetto alla gestione, in tal modo l'intervento risulterà saltuario perché effettuato mediante l'intervento di autospurgo.
Sollevamento/Accumulo Liquami
I liquami sono raccolti in un pozzetto d'adeguate dimensioni e sollevati alla successiva fase d’aerazione utilizzando due pompe sommerse (una in funzione ed una di riserva). Le pompe sono del tipo sommerso collegate elettricamente a sonde di livello per l'avviamento automatico. L'equalizzazione delle portate determina, come positivo effetto indiretto, una parziale omogeneizzazione delle concentrazioni dei diversi inquinanti ed una consistente omogeneizzazione dei carichi inquinanti. Il dimensionamento della vasca d'equalizzazione, è dato dalla somma di un adeguato volume di compenso giornaliero, di un volume minimo richiesto per il funzionamento in continuo delle apparecchiature d’aerazione/miscelazione per il simultaneo svolgimento dei processi depurativi e di un eventuale volume necessario all’equalizzazione dei carichi discontinui, tenendo conto di un adeguato franco di sicurezza.
Ossidazione Liquami
Tale fase è dimensionata in modo che il fattore del carico del fango verso il comparto di ossidazione sia adeguato. Il volume della vasca comunque sarà tale da assicurare un tempo di ritenzione idoneo, valutato sulla portata sollevata. Il sistema di aerazione è previsto con soffianti a canale laterale, sufficienti a fornire alla miscela aerata una giusta concentrazione di ossigeno disciolto. L’aria sarà dispersa all’interno della vasca da una serie di diffusori porosi tubolari, o a disco, disposti lungo la parete longitudinale.
Sedimentazione Finale
La vasca di sedimentazione è del tipo statico (DORTMUND ). Questa fase è dimensionata facendo particolare attenzione alla velocità ascensionale e al tempo di ritenzione. La vasca è completa di canaletta periferica in acciaio inox. per la raccolta delle acque depurate. Le pareti della tramoggia hanno una pendenza superiore ai 45° per facilitare la raccolta dei fanghi. Per il sollevamento dei fanghi secondari da inviare alla fossa imhoff, è impiegata una pompa sommmersa che garantisce anche il ricircolo dei fanghi in continuo a monte del trattamento biologico.
Fitodepurazione
La Fitodepurazione è un sistema di depurazione naturale delle acque reflue domestiche, agricole e talvolta industriali, che riproduce il principio di autodepurazione tipico degli ambienti acquatici e delle zone umide. Questa tecnologia prevede che le acque reflue vengano depurate mediante l'uso di un bacino impermeabilizzato in cui il substrato ghiaioso e quello vegetale combinano la loro azione al fine di rendere pulita l'acqua.
L'acqua non depurata scorre nel letto di ghiaia e piante acquatiche: qui entrano in gioco dei microrganismi che, attraverso reazioni biochimiche, eliminano le sostanze inquinanti.
L'azione delle piante è fondamentale perché nelle loro radici si sviluppano i microrganismi necessari all'intero sistema: essi, assorbendo l'ossigeno prodotto dalle specie vegetali, innescano i processi chimici necessari alla depurazione dell'acqua.
Le piante acquatiche hanno la funzione di creare un habitat idoneo alla crescita della flora batterica.
In pratica le piante acquatiche catturano l'ossigeno dall'atmosfera e lo portano dalle foglie, passando per il fusto, alle radici (o rizomi) della pianta e quindi nella rizosfera (lo strato di terra in cui si trovano i rizomi della pianta), rendendolo disponibile ai batteri aerobici presenti nel substrato.
Questi batteri che vivono in simbiosi con le piante necessitano infatti di ossigeno per vivere e svolgere la loro funzione.
Il loro ruolo è quello di degradare gli inquinanti e le sostanze organiche trasformandole in sostanze inorganiche disponibili per le piante.
Anche le piante a loro volta contribuiscono alla depurazione perché assorbono come nutrienti per la loro crescita una parte delle sostanze disciolte in acqua e trasformate dai batteri.
Digestione Anaerobica Fanghi Vasca Imhoff
I fanghi attivi prodotti dalla trasformazione della sostanza organica per opera di batteri specifici, separati e raccolti sul fondo delle tramogge di sedimentazione, sono riciclati in continuo alla fase d'aerazione, mentre una parte, il supero costituito dall'eccedenza prodotto giornalmente, è estratto periodicamente ed avviato nel comparto di DIGESTIONE ANAEROBICA della FOSSA tipo IMHOFF ; in seguito il fango stabilizzato sarà smaltito a norma di legge.


Impianti per Grandi Cantine Vinicole

Gli Impianti di Trattamento Reflui per Cantine Vinicole di Grandi Dimensioni vengono realizzati mediante la combinazione degli step depurativi sotto elencati:
Sedimentazione primaria Vasca Imhoff
La vasca Imhoff è suddivisa in due comparti, il comparto superiore è denominato Sedimentazione primaria. Tale fase è necessaria a trattenere i corpi solidi sedimentabili per ridurre il carico organico in ingresso al successivo trattamento biologico.
Sollevamento/Accumulo Liquami
In un pozzetto, di adeguate dimensioni, vengono raccolti i liquami ed inviati al trattamento biologico, mediante l'utilizzo di pompe sommerse. L'equalizzazione dei liquami produce come effetto indiretto l'omogeneizzazione delle caratteristiche dei diversi inquinanti.
Ossidazione a Biodisco
Il processo si basa sul trattamento biologico aerobico a biomassa adesa dove il Biodisco viene utilizzato come supporto inerte sul quale si sviluppa la flora batterica.
Questo sistema non è altro che l'applicazione artificiale del processo di autodepurazione naturale (laghi, corsi d'acqua), con la differenza che i batteri nel manufatto (vano di Ossidazione a Biodisco) si trovano in concentrazione maggiore ed in uno spazio ridotto.
Il supporto porta la flora stessa alternativamente a contatto con la materia organica contenuta nel liquame da depurare e con l'ossigeno atmosferico.
I microrganismi costituenti la flora biologica, posti a contatto diretto con i due elementi determinanti per il loro sviluppo e la loro attività, assorbono direttamente la maggior quantità possibile di materia organica durante la fase di immersione nel liquame e l'ossigeno proporzionalmente necessario durante la fase di emersione.
Sedimentazione Finale
La Sedimentazione finale permette la separazione dell'acqua depurata dal fango; l'acqua in superficie defluisce verso l'uscita mediante una canaletta periferica in acciaio inox con stramazzi thompson, mentre il fango sedimentato viene inviato, mediante una pompa sommersa, in testa alla fossa Imhoff come fango di esubero allo smaltimento, previa digestione anaerobica.
I fanghi secondari o biologici sono diversi dai fanghi primari, i quali vengono separati dal liquame grezzo senza subire alcuna trasformazione da parte dei batteri.
Fitodepurazione
La Fitodepurazione acque reflue civili e industriali è un metodo a base naturale di depurazione delle acque di scarico.
Questo sistema è costituito essenzialmente da un bacino le cui pareti laterali e il fondo sono impermeabilizzati con adeguati teli di rivestimento.
Lo stesso bacino presenta uno strato superficiale costituito da piante acquatiche ed è poi riempito interamente con del materiale ghiaioso, che viene scelto con diversa granulometria poiché la sua funzione principale è quella di fare da filtro alle acque reflue che poi dovranno essere depurate.
Il processo di depurazione delle acque avviene mediante la combinazione di una serie di azioni chimiche che si vengono a creare tra la ghiaia, le varietà vegetali che vengono impiantate, e i microrganismi che si vengono a sviluppare all'interno di questo contesto.
Il ruolo principale viene svolto dagli organismi vegetali, il cui compito principalmente è quello di depurare le acque reflue che vengono raccolte all'interno di questo bacino, assorbendo gli elementi nutritivi contenuti in esse.
Un impianto di Fitodepurazione è in grado di svolgere la sua funzione già pochi mesi dopo l'avvio, in particolare se l'impianto delle piante acquatiche viene fatto nella primavera.
Le specie di piante acquatiche da utilizzare sono diverse a seconda del tipo di impianto di Fitodepurazione che si vuole realizzare.
Il sistema funziona in assenza di energia aggiunta e quindi di parti elettromeccaniche.
Ciò permette di definire l'impianto "ecocompatibile".
Gli impianti di Fitodepurazione opportunamente dimensionati consentono un abbattimento del carico organico del refluo in entrata superiore al 90% e comunque conforme ai limiti di legge (D.Lgs. 152/06).
Digestione Anaerobica Fanghi Vasca Imhoff
I fanghi prodotti vengono convogliati sotto le tramogge della vasca Imhoff e periodicamente estratti dal comparto di Digestione Anaerobica con autobotti, per poi essere smaltiti a norma di legge.

Dimensionamento

Per scaricare in conformità ai limiti tabellari fare riferimento al dimensionamento impianti imposto dalla tabella 3 allegato 5 Decreto Legislativo 152/06 per scarico in acque superficiali.
Per dimensionare gli Impianti di scarico in conformità ai limiti tabellari imposti contattare il Ns. Ufficio Tecnico.

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