Foto del docente

Maurizio Mancini

Professore associato confermato

Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali

Settore scientifico disciplinare: ICAR/03 INGEGNERIA SANITARIA-AMBIENTALE

Temi di ricerca

Parole chiave: scarichi a mare eutrofizzazione recupero acque reflue nitrificazione combinata tecniche di trattamento acque "in situ" depurazione urbana biofiltrazione aria gestione automatica depurazione urbana sistemi naturali di depurazione acque transizione

1) Trattabilita'  biologica dei reflui urbani e gestione degli impianti di depurazione. 

2) Affinamento, recupero e riuso di acque reflue urbane depurate

3) Scarico di reflui urbani in acque interne e costiere ed effetti sugli ecosistemi acquatici.

4) Trattamenti on site per la depurazione e il riutilizzo di reflui da medio piccoli agglomerati urbani.

5) Controllo e mitigazione delle emissioni odorose da impianti biologici di trattamento acque e rifuti solidi e processi depurativi a biomasse adese per il trattamento dell'aria entro ambienti di lavoro confinati.


TEMA 1 - Lo studio del trattamento, in impianti biologici, degli scarichi fognari si articola su tre linee principali: 

a) il condizionamento esercitato sull'efficienza di trattamento dalle variazioni in qualita'  e diluizione delle acque in ingresso: primo campo di ricerca e' l'impianto di depurazione acque reflue (IDAR) di Bologna nel quale viene monitorato l'andamento, in portata e qualita' , dei reflui in arrivo dalla fognatura mista cittadina, in diverse condizioni di pioggia, e dove vengono contestualmente determinati i rendimenti nelle singole fasi di trattamento. Si eseguono test respirometrici e, sulla base dei risultati ottenuti, viene proposta una formulazione analitica rigorosa per il controllo degli eventi critici di funzionamento in tempo di pioggia nei grandi depuratori biologici urbani a servizio di reti miste.

b) lo studio sui rendimenti di rimozione dell'azoto, in impianti predenitro- nitro, in funzione dello stato di salute delle biomasse anche in relazione ai fenomeni di schiume biologiche: campi principali di ricerca sono sia l'impianto di depurazione acque reflue (IDAR) di Bologna, in cui viene studiata l'efficienza di nitrificazione, sia l'impianto di trattamento delle acque urbane di Ravenna-Bassette che, provvisto di fasi di denitrificazione a carbonio interno, consente di verificare l'efficienza di denitrificazione in funzione di diversi parametri gestionali (rapporti di ricircolo ed eta'  del fango). Le ricerche sono concordate e condotte in collaborazione con HERA Bologna ed HERA Ravenna. A Bologna viene studiato, in particolare, lo stato di salute e di attivita' delle biomasse operanti in nitrificazione combinata, utilizzando un modello originale scritto  per la simulazione dei fenomeni di ossinitrificazione, basato sulla stima del fango prodotto in funzione del tempo di residenza cellulare. La ricerca individua nella limitazione della capacita'  di trasferimento dell' ossigeno nel liquame, causata dai rilasci oleosi di biomasse filamentose, il fattore critico principale per il rendimento di nitrificazione. Infine si e' indagato, in collaborazione con l'Universita'  di Pavia, l'effetto della variazione giornaliera di carico organico sul rendimento di rimozione biologica dell'azoto in processi a carbonio interno. Il problema, molto diffuso nell'Italia settentrionale, e'  particolarmente avvertito in impianti soggetti al recapito di liquami deboli o di liquami pretrattati in fosse Imhoff.

c) la gestione automatica d'impianto mediante tecniche di intelligenza artificiale finalizzate a prevedere le perturbazioni indotte sul sistema ed orientare le scelte gestionali necessarie al rientro in condizioni di regime: le variabilita'  delle condizioni di ingresso in carico e portata rappresentano i fattori critici principali per il funzionamento a regime dei grandi impianti urbani di trattamento acque a fanghi attivi che devono operare in regime permanente. I transitori di funzionamento che ne derivano sono spesso causa di crolli di rendimento depurativo se non addirittura di stati di fuori servizio. La ricerca testa tecniche innovative di controllo parametrico on-line e verifica le pratiche gestionali legate all'interpretazione automatica dei dati ottenuti,  svolta in collaborazione col DEIS e con il settore acque dell' ENEA di Bologna. Nei laboratori ENEA di via Fornaciai sono stati allestiti e dotati di strumentazioni di controllo in continuo, due impianti pilota per la modellazione e lo studio di trattamenti a fanghi attivi operanti sia allo stato stazionario che secondo sequenze di transitorio (SBR). In collaborazione con HERA Bologna sono anche in corso di allestimento i sistemi di acquisizione dati in continuo per eseguire sperimentazioni a scala reale sugli impianti di Trebbo e Calderara di Reno. E' praticamente ultimata la fase interpretativa dei segnali di ORP, ph, OD applicati alla descrizione dei fenomeni nello schema SBR ed e' attualmente in corso la fase interpretativa del regime permanente.

TEMA 2 - a - In collaborazione con HERA ed ENEA Bologna, presso l'impianto full-scale di Imola , si sono testate le rese di alcuni promettenti sistemi naturali di fitodepurazione FWS e SFS applicabili al trattamento e finissaggio di acque di scarico domestiche. In particolare, attraverso monitoraggi in continuo si sono verificate le capacita'  di disinfezione e di estrazione dalle acque del fosforo, delle varie forme di azoto e del BOD. Risultati convincenti sono stati dimostrati a tempo di residenza pari a 2 giorni su tutti i parametri utilizzando fragmites australis e per le componenti azotate disciolte applicando lemna fragilis, ottenendo altresi' utili criteri gestionali sul controllo dei transitori di crescita e sulla quantificazione e temporizzazione delle estrazioni di biomassa in condizioni di regime.

b - Di concerto con il Comune di Cagliari, l'Ente Autonomo Flumendosa, il Consorzio di Bonifica Sardegna Meridionale, che hanno resi disponibili tutti i dati di monitoraggio e gestione, si e' verificata la possibilita'  di affinamento della totalita'  dei reflui trattati in uscita dall'impianto di trattamento di Cagliari (600.000 AE). Cio' allo scopo sia di garantire disponibilita'  di risorsa idrica nei periodi estivi di massima richiesta, sia di eliminare del tutto lo scarico a mare estivo di reflui dolci d'impianto in acque costiere soggette a balneazione. In particolare e' stata eseguita e tarata una modellazione matematica di bilancio fra biomasse batteriche ed algali attive nei sistemi di lagunaggio facoltativo, ottenendo una buona interpretazione dei dati in uscita e verificando la compatibilita'  dell'effluente con i limiti imposti al riutilizzo irriguo dalle vigenti leggi.

c - Altro campo di ricerca e' rappresentato dalle acque di transizione connesse a mare dalle bocche dei porti canale della riviera romagnola. Sulla base di indagini e di modellazioni numeriche gia'  sviluppate sulle Piallasse di Ravenna, sono state progettate e condotte tre campagne di monitoraggio sui canali del bacino del Porto Canale di Cesenatico allo scopo di verificare gli effetti sulla qualita'  dell'acqua dei tratti piu' interni di canale, dove le variazioni di profondita'  sono indotte dalla marea ma gli apporti da terra mantengono l'ecosistema in condizioni prevalenti di acqua dolce. Il tratto di canale e' stato suddiviso in tre celle di reazione, ciascuna controllata alle sezioni di ingresso ed uscita. Viene descritto e modellato lo stato estivo di tempo secco con immissione da monte dell'intera portata proveniente dall'impianto di depurazione di Cesena (180.000 AE) e sono utilizzate sonde multiparametriche per il rilievo dei profili verticali di temperatura ossigeno, salinita'  e REDOX. Le condizioni di moto vario, regolate da valle dall'oscillazione di marea, sono rappresentate secondo quattro cicli sequenziali giornalieri di accumulo e scarico. L'effetto di finissaggio registrato su BOD, azoto ammoniacale, azoto nitrico viene confrontato con le cinetiche classiche proposte per lagune biologiche facoltative applicate a reattori di tipo plug flow.

TEMA 3 - Il tema del recapito di reflui e degli effetti conseguenti su corpi idrici, condizionati in salinita'  e moto dalle oscillazioni di marea, viene studiato nei seguenti campi di ricerca: l'opera di presa a mare della Salina di Cervia, l'estuario del torrente Marano presso Riccione che veicola a mare i residui di trattamento del depuratore cittadino, il sistema del Porto Canale di Cesenatico che, dotato di buona capacita'  di polmonazione riceve i reflui dei depuratori di Cesena e Cesenatico. Tutti i sistemi vengono descritti attraverso una ricostruzione del moto a resistenze trascurabili, e su equazioni di continuita' discretizzate sulle sezioni in funzione del volume di monte. Il primo non prevede l'immissione di portate di monte ed i volumi idrici interni sono scambiati esclusivamente dalle oscillazioni di marea. Il secondo, a causa delle consistenti portate di acque dolci riversate da monte, limita l'ingressione salina a poche centinaia di metri entro la bocca a mare e presenta sovrascorrimento di acque dolci recapitate entro lo strato marino superficiale. Per quanto riguarda la bocca di presa della salina, i risultati, ottenuti attraverso bilanci di massa di azoto rilasciato dal fondo e scambiato col paraggio marino, interpretano in maniera originale e verificano sul campo un andamento giornaliero fortemente variabile dei rilasci a mare dell'azoto dalla bocca canale. Relativamente allo scarico di reflui entro le acque di transizione del Marano e del Porto di Cesenatico si e' interpretata, secondo un modello a doppio strato, la dinamica di sversamento superficiale in funzione della esigua profondita'  della bocca di sfocio e della larga prevalenza del trasporto di massa uscente proveniente da monte rispetto a quello marino entrante generato dalla marea. Apposite campagne di monitoraggio, precedute da simulazioni modellistiche tridimensionali, sono state condotte in mare per la determinazione della dispersione delle acque dolci recapitate in differenti condizioni di marea. I dati delle campagne 2007, eseguite nella zona costiera prospiciente la bocca a mare del Porto di Cesenatico, hanno consentito di modellare e descrivere la plume di rilascio di acqua dolce proveniente dall'entroterra in diverse condizioni di corrente e marea. Di particolare interesse scientifico e' risultato il confronto fra le differenti modalita'  di dispersione dei reflui rilevate in acque costiere caratterizzate dalla presenza di barriere frangiflutti emerse ovvero di barriere frangiflutti sommergibili.

TEMA 4 - Su diversi impianti di fitotrattamento attivi in Romagna si sono verificati i rendimenti di impianti di trattamento e affinamento di reflui domestici ubicati in prossimita'  dei punti di produzione del refluo. Sono stati analizzati sistemi sia a flusso orizzontale che a flusso verticale verificando la capacita'  di abbattimento sia del BOD che delle varie forme di azoto riscontrando a) frequenti deficit di nitrificazione per insufficiente capacita'  di trasferimento di ossigeno al letto da parte delle essenze vegetali, b) presenza rilevante di BOD residuo allo scarico  con locali intasamenti del mezzo nel caso di reti fognarie miste. Sono stati eseguiti confronti sui rendimenti di trattamenti definiti appropriati ai sensi del Dlgs 152/2006 ed in particolare su piccoli impianti a fanghi attivi, sistemi combinati Fossa Imhoff+Fitotrattamento SFS e Fossa Imhoff+Filtro anaerobico.

Su impianto pilota ubicato presso il plesso didattico della Scuola di Ingegneria in via Terracini viene studiato l'effetto del tipo di flusso idraulico e della tipologia del mezzo filtrante sulle rese depurative di sistemi di fitotrattamento SFS che utilizzano fragmites australis come macro-fita radicata.

TEMA 5  -  Il controllo e la mitigazione delle emissioni odorose da impianti di trattamento di scarichi liquidi o solidi urbani, attraverso tecniche di biofiltrazione,viene studiato:

a) in due biofiltri a letto fisso recentemente installati presso il depuratore di Bologna, attraverso i quali viene veicolata aria aspirata dalle fasi primarie di trattamento acque e dalle fasi di trattamento fanghi. La ricerca verifica il rendi-mento di rimozione per ammoniaca, idrogeno solforato e mercaptano operato da biomasse adese su torba+erica e cippato di legno. I dati vengono discussi e confrontati con i risultati di modellazioni proprie basate su cinetiche di biomasse adese e di trattazioni classiche di letteratura (modello Ottengraf)

b) presso il sistema di biofiltrazione dell'aria presente nell'impianto di selezione e pretrattamento rifiuti solidi urbani di Piani di Tiedoli a Borgotaro (PR) dove vengono eseguite sperimentazioni gestionali finalizzate al miglioramento dell'efficienza di trattamento del biofiltro controllata attraverso misure ed analisi olfattometriche in situ. Presso l'impianto di trattamento e smaltimento rifiuti di Roncadello di Caorso (PC) dove si studiano le modalita'  di rilascio e diffusione delle sostanze odorigene nell'ambiente esterno. Le misure effettuate hanno consentito di tarare sul caso di studio le cinetiche classiche a biomasse adese utilizzate nella descrizione dei fenomeni e di orientare le scelte gestionali mediante modellazioni preliminari.

c) Viene altresì studiata su prototipo  la possibilita'  di trattare mediante macchine mobili basate su tecniche di scrubber  combinate con processi a biomasse adese, l'aria interna ad ambienti lavoro soggetto a rilascio di polveri e fumi.  Una prima fase di fase di sperimentazione e' stata svolta all'interno degli stabilimenti Beretta di Brescia. Attualmente e' in corso la verifica di applicabilita' del sistema a reflui liquidi provenienti da attivita'  di tintoria.

Ultimi avvisi

Al momento non sono presenti avvisi.