L'esigenza di migliorare le rese di trattamento degli impianti di depurazione delle acque, adeguandoli ai limiti di legge più restrittivi posti allo scarico, comporta la ricerca continua di soluzioni tecniche sempre più efficaci con cui regolare gli interventi modificativi che si rivelano di volta in volta più convenienti e opportuni e che vanno decisi ricercando il giusto equilibrio fra efficienza dell’impianto e contenimento delle spese d’investimento. Tali interventi possono essere di natura strutturale e/o gestionale, e riguardare tutte le fasi operative, dai pretrattamenti fino ai trattamenti terziari, interessando in modo particolare il cuore dell’impianto che è il più delle volte rappresentato da una sezione biologica. Le possibili alternative sono numerose e alcune di esse abbastanza diffuse e note ai gestori degli impianti, quali, ad esempio: l'adeguamento della fornitura di ossigeno per favorire la nitrificazione; la temporizzazione del funzionamento degli aeratori o la suddivisione del reattore biologico in comparti; l'utilizzo di agenti chimici inerti con funzioni coagulanti-flocculanti in diverse fasi del processo depurativo. Altre soluzioni sono ancora in fase di studio e ricerca, e solo di alcune disponiamo di esperienze applicative in scala reale, come avviene, ad esempio, nel caso dei processi per ottenere la nitrificazione e la denitrificazione in simultanea attraverso un particolare controllo del dosaggio di ossigeno, e nel caso degli impianti che prevedono la separazione della biomassa con sistemi a membrana. Nel campo dei pre-trattamenti si registra una crescente diffusione di interventi che hanno come punto di forza l’impiego di una fase di bilanciamento degli scarichi, per rispondere con flessibilità alle condizioni di variabilità del carico, o di una grigliatura fine (microstacciatura), oppure prevedono uno stadio di trattamento chimico-fisico (flottazione, sedimentazione a pacchi lamellari) o chimico (stadi di ossidazione chimica alternati a stadi di ossidazione biologica). Per quanto riguarda la fase biologica, vanno ricordati, in modo particolare, gli interventi che prevedono l'aggiunta di una fase a coltura adesa (in stadio separato o volto a realizzare un sistema ibrido mediante l’aggiunta di materiale di riempimento all’interno della stessa vasca di ossidazione) sia per incrementare le rese di nitrificazione, sia per favorire la denitrificazione, oppure la suddivisione della sezione biologica in più stadi ciascuno progettato per una funzione particolare. Partendo dall’ampia gamma di soluzioni possibili, nella presente tesi di dottorato si è scelto di porre l’attenzione su due casi particolari di upgrading, uno riguardante un impianto di trattamento di reflui civili l’altro avente per oggetto interessato un impianto di trattamento di reflui industriali. Per ciascuno è stata studiata e messa a punto la verifica sperimentale adottando due distinte tecniche d’intervento. Nella prima parte è stato affrontato lo studio di una possibile configurazione di processo per gli impianti a fanghi attivi: il sistema a ricircolo parzializzato della biomassa. Tale sistema è stato sperimentato in scala reale su un impianto di depurazione civile in cui la sezione biologica è stata suddivisa in comparti e per ciascuno di essi è stato previsto un differente rapporto di ricircolo del fango proveniente dal fondo del sedimentatore secondario. Il primo comparto, non aerato, funzionava da reattore anossico per la predenitrificazione del liquame. Come conseguenza dell’ottimizzazione della portata del ricircolo fanghi, nei diversi stadi sono stati ottenuti rendimenti di rimozione superiori alla configurazione convenzionale, sia in termini di rimozione del carbonio che dell’azoto. A tale risultato hanno contribuito varie cause: una maggiore specializzazione della biomassa lungo il reattore; un andamento crescente lungo il reattore della concentrazione della biomassa, realizzandosi in un reattore siffatto un rapporto quantitativo ottimale tra biomassa e substrato. I risultati sperimentali hanno mostrato come il rendimento del processo depurativo dipenda dalla ripartizione del flusso della linea di ricircolo dei fanghi: aumentando la frazione di tale ricircolo che viene inviata nell’ultimo stadio della vasca di reazione, si ottiene un incremento dei rendimenti depurativi, sia in termini di rimozione del substrato carbonioso che di quello azotato. La configurazione del ricircolo per la quale si ottiene il miglior rendimento prevedeva una immissione del 10% della corrente di ricircolo in testa all'impianto, un altro 10% nel secondo stadio aerobico e la restante parte nell'ultimo stadio. È stato inoltre verificato un notevole miglioramento delle caratteristiche di sedimentabilità del fango, testimoniato dal raggiungimento, nella configurazione di processo ottimale, di valori dell’indice di volume del fango prossimi a quelli ritenuti ottimali per gli impianti a fanghi attivi. Tale risultato è stato ottenuto in virtù della specializzazione della biomassa lungo il reattore e della possibilità di favorire una crescita bilanciata tra i microrganismi fiocco-formatori e quelli filamentosi. Lo stadio di denitrificazione in testa all’impianto, assoggettato ad un valore elevato del carico organico, esercita le funzioni selettore anossico. In tal modo sono garantite le condizioni in cui i microrganismi fiocco formatori possono espletare le loro caratteristiche di maggiore velocità di cattura del substrato rispetto ai microrganismi filamentosi. Il secondo caso concerne la modifica di un impianto di trattamento di reflui di conceria, funzionante secondo il principio di segregazione degli scarichi e recupero dei sottoprodotti. L’impianto prevedeva il trattamento simultaneo dei reflui delle lavorazioni di rinverdimento, calcinazione e scarnatura, che insieme raccolgono fino al 60% del carico organico dell’intera industria, attraverso una prima fase destinata al recupero dei sottoprodotti delle lavorazioni e una seconda fase costituita da un impianto biologico operante ad alto carico. La modifica studiata e messa a punto è consistita nell’interporre tra le diverse fasi di trattamento uno stadio di ossidazione chimica con il reattivo di Fenton. Il sistema proposto, che consiste nel trattamento combinato dell’effluente con sistemi di ossidazione chimica e biologica, consente nel contempo l'insolubilizzazione ed il recupero della ricca componente proteica contenuta nelle acque di scarico e un consistente miglioramento della biocompatibilità di tali acque ai fini dei successivi trattamenti biologici di depurazione. Tale scopo era raggiunto grazie al duplice effetto assicurato dall'ossidazione chimica, che realizzava un aumento della frazione biodegradabile del refluo ed una contemporanea diminuzione del contenuto totale di sostanze ossidabili: ciò avviene attraverso la formazione di radicali ossidrile che sono in grado di attaccare le complesse molecole cheratiniche abbondantemente presenti in tali reflui, trasformandole in composti più semplici e di conseguenza più facilmente assimilabili biologicamente. E' interessante osservare come a tale risultato si giunga mantenendo inalterate le possibilità di recupero dello zolfo e della frazione proteica, realizzata a monte del trattamento ossidativo. Ciò appare inoltre determinante anche ai fini dell'ottimizzazione dell'efficienza di ossidazione, che risulta indubbiamente facilitata dalla assenza di colloidi e di particelle in sospensione nella miscela di reazione. È interessante notare che la specificità dell’intervento consiste nel generare un effluente trattabile con un semplice impianto aerobico: ciò permette di usufruire, volendo, di un impianto di trattamento di reflui civili, dalla tecnologia consolidata e dai contenuti costi di gestione, invece di ricorrere necessariamente ad impianti anaerobici, la cui conduzione risulta notevolmente più complessa.

Interventi per l’upgrading degli impianti di depurazione: il processo a fanghi attivi a ricircolo parzializzato della biomassa e il pretrattamento di ossidazione chimica con il reattivo di Fenton / DI PALMA, Luca. - STAMPA. - (1999).

Interventi per l’upgrading degli impianti di depurazione: il processo a fanghi attivi a ricircolo parzializzato della biomassa e il pretrattamento di ossidazione chimica con il reattivo di Fenton

DI PALMA, Luca
01/01/1999

Abstract

L'esigenza di migliorare le rese di trattamento degli impianti di depurazione delle acque, adeguandoli ai limiti di legge più restrittivi posti allo scarico, comporta la ricerca continua di soluzioni tecniche sempre più efficaci con cui regolare gli interventi modificativi che si rivelano di volta in volta più convenienti e opportuni e che vanno decisi ricercando il giusto equilibrio fra efficienza dell’impianto e contenimento delle spese d’investimento. Tali interventi possono essere di natura strutturale e/o gestionale, e riguardare tutte le fasi operative, dai pretrattamenti fino ai trattamenti terziari, interessando in modo particolare il cuore dell’impianto che è il più delle volte rappresentato da una sezione biologica. Le possibili alternative sono numerose e alcune di esse abbastanza diffuse e note ai gestori degli impianti, quali, ad esempio: l'adeguamento della fornitura di ossigeno per favorire la nitrificazione; la temporizzazione del funzionamento degli aeratori o la suddivisione del reattore biologico in comparti; l'utilizzo di agenti chimici inerti con funzioni coagulanti-flocculanti in diverse fasi del processo depurativo. Altre soluzioni sono ancora in fase di studio e ricerca, e solo di alcune disponiamo di esperienze applicative in scala reale, come avviene, ad esempio, nel caso dei processi per ottenere la nitrificazione e la denitrificazione in simultanea attraverso un particolare controllo del dosaggio di ossigeno, e nel caso degli impianti che prevedono la separazione della biomassa con sistemi a membrana. Nel campo dei pre-trattamenti si registra una crescente diffusione di interventi che hanno come punto di forza l’impiego di una fase di bilanciamento degli scarichi, per rispondere con flessibilità alle condizioni di variabilità del carico, o di una grigliatura fine (microstacciatura), oppure prevedono uno stadio di trattamento chimico-fisico (flottazione, sedimentazione a pacchi lamellari) o chimico (stadi di ossidazione chimica alternati a stadi di ossidazione biologica). Per quanto riguarda la fase biologica, vanno ricordati, in modo particolare, gli interventi che prevedono l'aggiunta di una fase a coltura adesa (in stadio separato o volto a realizzare un sistema ibrido mediante l’aggiunta di materiale di riempimento all’interno della stessa vasca di ossidazione) sia per incrementare le rese di nitrificazione, sia per favorire la denitrificazione, oppure la suddivisione della sezione biologica in più stadi ciascuno progettato per una funzione particolare. Partendo dall’ampia gamma di soluzioni possibili, nella presente tesi di dottorato si è scelto di porre l’attenzione su due casi particolari di upgrading, uno riguardante un impianto di trattamento di reflui civili l’altro avente per oggetto interessato un impianto di trattamento di reflui industriali. Per ciascuno è stata studiata e messa a punto la verifica sperimentale adottando due distinte tecniche d’intervento. Nella prima parte è stato affrontato lo studio di una possibile configurazione di processo per gli impianti a fanghi attivi: il sistema a ricircolo parzializzato della biomassa. Tale sistema è stato sperimentato in scala reale su un impianto di depurazione civile in cui la sezione biologica è stata suddivisa in comparti e per ciascuno di essi è stato previsto un differente rapporto di ricircolo del fango proveniente dal fondo del sedimentatore secondario. Il primo comparto, non aerato, funzionava da reattore anossico per la predenitrificazione del liquame. Come conseguenza dell’ottimizzazione della portata del ricircolo fanghi, nei diversi stadi sono stati ottenuti rendimenti di rimozione superiori alla configurazione convenzionale, sia in termini di rimozione del carbonio che dell’azoto. A tale risultato hanno contribuito varie cause: una maggiore specializzazione della biomassa lungo il reattore; un andamento crescente lungo il reattore della concentrazione della biomassa, realizzandosi in un reattore siffatto un rapporto quantitativo ottimale tra biomassa e substrato. I risultati sperimentali hanno mostrato come il rendimento del processo depurativo dipenda dalla ripartizione del flusso della linea di ricircolo dei fanghi: aumentando la frazione di tale ricircolo che viene inviata nell’ultimo stadio della vasca di reazione, si ottiene un incremento dei rendimenti depurativi, sia in termini di rimozione del substrato carbonioso che di quello azotato. La configurazione del ricircolo per la quale si ottiene il miglior rendimento prevedeva una immissione del 10% della corrente di ricircolo in testa all'impianto, un altro 10% nel secondo stadio aerobico e la restante parte nell'ultimo stadio. È stato inoltre verificato un notevole miglioramento delle caratteristiche di sedimentabilità del fango, testimoniato dal raggiungimento, nella configurazione di processo ottimale, di valori dell’indice di volume del fango prossimi a quelli ritenuti ottimali per gli impianti a fanghi attivi. Tale risultato è stato ottenuto in virtù della specializzazione della biomassa lungo il reattore e della possibilità di favorire una crescita bilanciata tra i microrganismi fiocco-formatori e quelli filamentosi. Lo stadio di denitrificazione in testa all’impianto, assoggettato ad un valore elevato del carico organico, esercita le funzioni selettore anossico. In tal modo sono garantite le condizioni in cui i microrganismi fiocco formatori possono espletare le loro caratteristiche di maggiore velocità di cattura del substrato rispetto ai microrganismi filamentosi. Il secondo caso concerne la modifica di un impianto di trattamento di reflui di conceria, funzionante secondo il principio di segregazione degli scarichi e recupero dei sottoprodotti. L’impianto prevedeva il trattamento simultaneo dei reflui delle lavorazioni di rinverdimento, calcinazione e scarnatura, che insieme raccolgono fino al 60% del carico organico dell’intera industria, attraverso una prima fase destinata al recupero dei sottoprodotti delle lavorazioni e una seconda fase costituita da un impianto biologico operante ad alto carico. La modifica studiata e messa a punto è consistita nell’interporre tra le diverse fasi di trattamento uno stadio di ossidazione chimica con il reattivo di Fenton. Il sistema proposto, che consiste nel trattamento combinato dell’effluente con sistemi di ossidazione chimica e biologica, consente nel contempo l'insolubilizzazione ed il recupero della ricca componente proteica contenuta nelle acque di scarico e un consistente miglioramento della biocompatibilità di tali acque ai fini dei successivi trattamenti biologici di depurazione. Tale scopo era raggiunto grazie al duplice effetto assicurato dall'ossidazione chimica, che realizzava un aumento della frazione biodegradabile del refluo ed una contemporanea diminuzione del contenuto totale di sostanze ossidabili: ciò avviene attraverso la formazione di radicali ossidrile che sono in grado di attaccare le complesse molecole cheratiniche abbondantemente presenti in tali reflui, trasformandole in composti più semplici e di conseguenza più facilmente assimilabili biologicamente. E' interessante osservare come a tale risultato si giunga mantenendo inalterate le possibilità di recupero dello zolfo e della frazione proteica, realizzata a monte del trattamento ossidativo. Ciò appare inoltre determinante anche ai fini dell'ottimizzazione dell'efficienza di ossidazione, che risulta indubbiamente facilitata dalla assenza di colloidi e di particelle in sospensione nella miscela di reazione. È interessante notare che la specificità dell’intervento consiste nel generare un effluente trattabile con un semplice impianto aerobico: ciò permette di usufruire, volendo, di un impianto di trattamento di reflui civili, dalla tecnologia consolidata e dai contenuti costi di gestione, invece di ricorrere necessariamente ad impianti anaerobici, la cui conduzione risulta notevolmente più complessa.
1999
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11573/391827
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