Seminario DEPURAZIONE DEI REFLUI URBANI: OTTIMIZZAZIONE DELLA GESTIONE, TRATTAMENTI TERZIARI E NATURALI INTERVENTI DI UPGRADING CON PARTICOLARE RIFERIMENTO AI TRATTAMENTI TERZIARI DI ABBATTIMENTO DEI NUTRIENTI AZOTO E FOSFORO venerdì 13 settembre 2013 Ing. Paola Foladori Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica Università degli Studi di Trento Articolo 105 (D. Lgs. 152/06) - Scarichi in acque superficiali Comma… 2. Gli scarichi di acque reflue urbane che confluiscono nelle reti fognarie, provenienti da agglomerati con meno di 2.000 AE abitanti equivalenti e recapitanti in acque dolci e gli scarichi provenienti da agglomerati con meno di 10.000 AE recapitanti in acque marino-costiere, sono sottoposti ad un trattamento appropriato 3. Le acque reflue urbane devono essere sottoposte, prima dello scarico, ad un trattamento secondario o equivalente Articolo 106 - Scarichi di acque reflue urbane in corpi idrici ricadenti in aree sensibili 1. le acque reflue urbane provenienti da agglomerati con oltre 10.000 AE, che scaricano in acque recipienti individuate quali aree sensibili, devono essere sottoposte ad un trattamento più spinto di quello previsto dall'articolo 105, comma 3 2. Le disposizioni di cui al comma 1 non si applicano nelle aree sensibili in cui può essere dimostrato che la percentuale minima di riduzione del carico complessivo in ingresso a tutti gli impianti di trattamento delle acque reflue urbane è pari almeno al 75% per il P totale oppure per almeno il 75% per N totale Le prescrizioni si riferiscono: - ad “abitante equivalente” misurato sulla base del BOD5 - alla potenzialità dell’impianto Cosa significa? AE dell’insediamento urbano (agglomerato) 1. 2. DEP1 DEP2 Potenzialità dell’impianto DEP2 Potenzialità dell’impianto DEP1 3. Direttiva 271 del 1991 …the agglomeration coincides with the sufficiently concentrated area itself and not with the de facto situation of the existing “catchment area” of a collecting system (i.e. network of sewers) within the agglomeration………. ….the “catchment area” of a collecting system coincides with the limits of the agglomeration where the connection rate for the agglomeration is 100 %. Tipologie di trattamento per raggiungere gli obiettivi di legge Ossidazione della sostanza organica carboniosa Nitrificazione Denitrificazione Oggetto della presentazione Rimozione biologica dell’azoto: nitrificazione + denitrificazione. Processi innovativi per la rimozione dell’azoto: Annamox Rimozione biologica e chimica del fosforo RIMOZIONE DELL’AZOTO NITRIFICAZIONE + DENITRIFICAZIONE NELLA LINEA ACQUE Upgrading/adeguamento di impianti esistenti realizzati in passato per la sola rimozione del carbonio esigenza di espansione difficoltà nel reperimento delle aree necessarie preferenza verso soluzioni a basso foot-print preferenza verso soluzioni a basso/medio costo di investimento preferenza verso soluzioni sostenibili nel tempo (facilità di gestione, crescente attenzione ai consumi energetici) in alcuni casi per limitazione aree, alti carichi o necessità di alte performances si ricorre a configurazioni innovative: - processi biologici a biomassa adesa (Moving Bed Biofilm Reactors, biofiltrazione) - reattori operanti con membrane (Membrane Bioreactors) Configurazione di nitrificazione + pre-denitrificazione sedimentatore secondario acqua reflua in ingresso denitrificazione effluente ossidazione nitrificazione ricircolo miscela aerata ricircolo fanghi Riduzione dei nitrati nel 1° stadio utilizzando la sostanza organica del liquame grezzo come fonte di carbonio Efficienza dipende dal rapporto tra la portata ricircolata (somma della miscela aerata e del fango di ricircolo) e la portata in ingresso Limite massimo 5 o 6 volte quella in ingresso: motivi energetici + rischio ricircolo OD Configurazione di nitrificazione + denitrificazione completa COD esterno acqua reflua in ingresso pre-denitrificazione ossidazione nitrificazione post-denitrificazione sedimentatore secondario effluente postaerazione ricircolo miscela aerata ricircolo fanghi Combinazione tra la post-denitrificazione e la pre-denitrificazione Viene sfruttata sia la sostanza organica contenuta nel liquame grezzo (pre-), sia il carbonio endogeno (post-) I rendimenti di rimozione dell'azoto non tanto diversi da quelli della configurazione di pre-denitrificazione (a meno di non usare una fonte esterna di COD) Utile la post-aerazione Configurazione di nitrificazione + denitrificazione mediante aerazione ad intermittenza acqua reflua in ingresso SOFFIANTI ON/OFF sedimentatore secondario effluente ossidazione + nitrificazione + denitrificazione ricircolo fanghi nitrificazione e denitrificazione avvengono nel medesimo reattore biologico, anziché in porzioni diverse fasi aerobiche (aerazione attiva) e fasi anossiche (aerazione spenta) si alternano nel tempo anziché nello spazio interessante alternativa nei piccoli impianti, riduzione costi di intervento e di energia processo applicato anche con la modalità «Cicli Alternati» Controllo dell’aerazione ad intermittenza Strategia basata su temporizzazione predefinita (uso di timer) Controllo on-line dei parametri Ossigeno Disciolto, ORP, pH misurati nel reattore biologico Controllo on-line dei parametri NH4, NO3 all’uscita del reattore biologico (oggi costi bassi per le sonde on-line) Vantaggi… elevata flessibilità: possibilità di ottimizzare la durata delle fasi aerobica/anossica (es. località a carattere turistico) non sono richiesti: il ricircolo della miscela aerata, opere civili, fase di attivazione (non è necessario fermare la linea depurativa) ottimizzazione della fornitura di ossigeno in funzione del fabbisogno per la nitrificazione → risparmio energetico semplice e vantaggiosa per piccoli impianti a basso costo e flessibile Impiego dell’aerazione ad intermittenza (strategia open loop control) L’aerazione ad intermittenza prevede un vero e proprio spegnimento delle soffianti per un certo periodo (open loop control = prefissati intervalli temporali, no parametri misurati in vasca). Utile solo per realizzare una modesta denitrificazione (e risparmio energetico) durante le ore di basso carico (per esempio ore notturne) in impianti di piccole dimensioni. 5 …….continuazione di cicli ON - OFF programmati con timer ON ON 20 18 4 16 14 3 12 10 2 8 6 1 4 2 0 25/06 0.00 concentrazione NO 3-N (mgN/L) concentrazione NH 4-N, OD (mgN/L) sonda on-line OD sonda on-line NH4 sonda on-line NO3 0 25/06 12.00 26/06 0.00 26/06 12.00 27/06 0.00 27/06 12.00 28/06 0.00 Aerazione ad intermittenza (strategia feedback control o closed loop control ) Accensione/spegnimento delle soffianti in funzione di set-point di NH4 e/o NO3 (sonde online in vasca di ossidazione). Il risparmio energetico è dell’ordine del 20-40% dei consumi elettrici con aerazione continuativa della vasca di ossidazione. concentrazione N , OD (mg/L) La strategia feedback control presenta maggiori costi rispetto alla strategia open loop control poiché richiede l’installazione di dispositivi di misura più costosi (analizzatori on-line delle forme azotate) e software più complessi. E’ complessivamente più vantaggiosa, poiché si dispone anche delle concentrazioni effluenti. sonda on-line NH4-N sonda on-line NO3-N sonda on-line OD 8 7 6 5 4 set-point, max NH4-N = 2 mg/L 3 2 1 set-point, min NO3-N = 1 mg/L 0 14/09 0.00 14/09 6.00 14/09 12.00 14/09 18.00 15/09 0.00 Possibilità di controllare on-line la concentrazione di NH4 e NO3 all’uscita dei fanghi attivi Aerazione ad intermittenza (strategia feedback control o closed loop control ) Aerazione intermittente Aerazione continua N organico (mg/L) 1.0 0.9 NH4-N (mg/L) 0.6 0.4 NO3-N (mg/L) 2.4 30.3 NO2-N (mg/L) 0.38 0.43 N totale (mg/L) 4.4 32.0 ALTRI PROCESSI PER LA RIMOZIONE DELL’AZOTO TIPOLOGIA ASPETTI CARATTERIZZANTI - Sistemi SBR - grande elasticità per carichi ad alta variabilità consumi energetici favorevoli per semplicità impiantistica (no ricircoli, no sedimentatori) Lunghezza fasi solo per il tempo necessario al completamento delle reazioni (sonde on-line pH, redox, OD) Sistemi a biomassa adesa (Moving Bed Biofilm Reactors) Bioreattori a membrana (MBR, Membrane BioReactors) Biofiltri Processo efficiente per upgrading impianti esistenti (incremento di +30/40% del carico) - Controllo di processo è più difficile: sistemi molto performanti all’aumentare dell’aerazione → antagonismo tra efficientamento energetico e di processo. - Processo molto efficiente per upgrading impianti esistenti; upgrading limitabile a 1 o poche linee - Elevata aerazione per pulizia membrane → antagonismo tra efficientamento energetico e di processo. - Processo molto efficiente per upgrading impianti esistenti; - Elevati costi, linee aggiuntive → antagonismo tra efficientamento energetico e di processo. Sistemi SBR (Sequencing batch Reactors) FASE ANAEROBICA ALIMENTAZIONE FASE ANOSSICA eventuale RIMOZIONE DELL’AZOTO FASE AEROBICA STADI DI UN SISTEMA SBR SISTEMI SBR ATTESA SCARICO SEDIMENTAZIONE ALIMENTAZIONE tempo [ore] 0.00 FASE ANOSSICA FASE AEROBICA SEDIMENTAZIONE 3h 8h 1h 3.00 11.00 SCARICO 12.00 Uno (o più reattori in parallelo) in cui si realizzano l’alimentazione del liquame, la denitrificazione, la nitrificazione, la sedimentazione, lo scarico La sequenza delle fasi di processo è di tipo temporale, anziché nello spazio come nei fanghi attivi convenzionali Si può gestire il processo come se fosse possibile variare il volume delle singole vasche Ottimizzazione per la rimozione dell’azoto nei sistemi SBR (Punti notevoli) DO breakpoint Fine del processo di nitrificazione Nitrate knee “ginocchio dei nitrati” Fine del processo di denitrificazione Punti notevoli nel processo di nitrificazione in un reattore SBR OD Breakpoint nella curva dell’ossigeno disciolto La completa rimozione dell’NH4 è correlata ad Ammonia Valley e OD Breakpoint 12 8.6 dissolved oxygen (DO) 10 8.4 pH 8.2 6 ammonia valley 4 Ammonia Valley è il punto di minimo del pH 8 2 0 0.00 0.15 0.30 0.45 1.00 1.15 time [hours] 1.30 1.45 7.8 2.00 pH mg OD/L 8 Punti notevoli nel processo di denitrificazione in un reattore SBR La completa rimozione di NO3 è correlato al Nitrate Knee and Nitrate Apex 200 8.6 pH ORP [mV] 100 Nitrate Knee è il flesso della curva di ORP 0 8.5 8.4 0.00 0.15 0.30 0.45 1.00 1.15 1.30 1.45 2.00 8.3 -100 -200 -300 8.2 nitrate knee -400 ORP 8.1 8 time [hours] pH Nitrate Apex è il massimo nella curva di pH RIMOZIONE DELL’AZOTO SISTEMI MOVING BED BIOFILM REACTOR SISTEMI DI BIOFILTRAZIONE Sistemi a biomassa adesa (MBBR, biofiltri sommersi) Filtri percolatori: ormai considerati obsoleti Minore footprint (occupazione di spazio planimetrico) Eliminazione della sedimentazione secondaria (solo biofiltrazione) No problemi di bulking o altre patologie No ricircolo fanghi (configurazione pura) Configurazioni pluristadio, per favorire biomassa specializzata Costi più elevati Caratteristiche e superficie specifica dei vari sistemi Materiale di riempimento Dimensione riempim. (mm) Superficie specifica del materiale (m2/m3) lapideo 40-80 50-100 plastico - 100-200 MBBR plastico 7-25 Circa 300 Biofiltri sommersi argilla porosa - 1.3-8 1000-1400 0.2-0.8 3000-4000 Tipo di reattore Letti percolatori Fango granulare Sistemi MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) reattori a letto sommerso riempiti al <70% con elementi prismatici a cui aderisce la biomassa e liberi di muoversi in tutto il reattore biologico. Elementi con peso specifico < 1 g/cm3 Movimento garantito da aerazione o miscelatori meccanici interventi su vasche esistenti modesti installazione di griglie per evitare la fuoriuscita degli elementi mobili limitate perdite di carico Tipi configurazioni 1) Applicare come pre-trattamento di sgrossatura (1 stadio) prima di un comparto a fanghi attivi a basso carico 2) Nella configurazione MBBR puro usare schemi pluristadio (almeno 2 stadi in serie) Particolari realizzativi adeguata grigliatura, stacciatura (meglio microgrigliatura), evitare by-pass adeguata dimensione delle griglie di trattenimento elementi mobili accorgimenti per una pulizia automatica delle griglie (aerazione dal fondo) adeguato tasso di riempimento (< 70%) realizzazione al chiuso in zone di montagna Più è alta la concentrazione di OD nel reattore (ottimale > 4 mgO2/L) più è alta la velocità di rimozione Aspetti peculiari poco sensibili a basse temperature (il rallentamento della cinetica è compensato da una maggiore diffusione dell’ossigeno nel biofilm) Fanghi : pareri discordanti sulla migliore o peggiore sedimentabilità delle pellicole di spoglio rispetto ai fanghi attivi configurazione di sistemi a biomassa adesa a 2-3-stadi nel 1° stadio avviene la rimozione della sostanza organica nel 2° e 3° stadio avviene la nitrificazione in quanto la competizione con i batteri eterotrofi è minore (eterotrofi crescono meno perché minore disponibilità di sostanza organica) 1° stadio Rimozione sostanza organica 1 cm 2-3 stadio nitrificazione effluente influente S2 S1 aria fanghi primari fanghi secondari Velocità di nitrificazione in funzione del carico organico appllcato eff luente secondario eff luente primario Velocità di nitrificazione (g NOx-N m-2 d-1) 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 nitrificazione nulla 0.2 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 Carico organico applicato (gBOD7 m-2 d-1) Rendimento di nitrificazione in funzione del carico organico applicato carico superficiale applicato (gCOD m-2 d-1) 0 5 10 15 rendimento di nitrificazione 100% Il CARICO SUPERFICIALE NON dipende dal tipo di supporto 80% 60% 40% Nitrificazione limitata fino a scomparire a causa dell’elevato carico organico applicato e della competizione nel biofilm tra eterotrofi e nitrificanti. 20% 0% 0 0.5 1 1.5 carico volumetrico applicato (kgCOD m-3 d-1) 2 Dipende dal tipo di supporto Concentrazione NO2 effluente da sistemi MBBR -1 concentrazione N-NO2 effluente (mgN L ) 0 5 10 15 4,0 4,0 3,5 3,5 3,0 3,0 2,5 2,5 2,0 2,0 Nitrificazione instabile causa incremento di NO2 nell’effluente 1,5 1,0 0,5 1,5 1,0 0,5 0,0 0,0 0 0,5 1 1,5 -1 -1 carico superficiale applicato (gCOD m d ) concentrazione N-NO2 effluente (mgN L ) -2 Il CARICO SUPERFICIALE NON dipende dal tipo di supporto 2 -3 -1 carico volumetrico applicato (kgCOD m d ) Dipende dal tipo di supporto carichi applicati e rimossi di NH4 carico superficiale applicato -2 -1 (gNH4 -N m d ) 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 Il CARICO SUPERFICIALE NON dipende dal tipo di supporto 2,00 rimozione = 100% 0,20 1,50 0,15 1,00 0,10 0,50 0,05 0,00 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 carico volumetrico applicato -3 -1 (kgNH4-N m d ) carico superficiale rimosso -2 -1 (gN-NH4 m d ) carico superficiale applicato -3 -1 (kgN-NH4 m d ) 0,25 0,00 0,25 Dipende dal tipo di supporto Sistemi di biofiltrazione reattori con supporti fissi non è necessaria la sedimentazione finale maggiori consumi energetici, impiantistici e gestionali Filtri a flusso discendente (down-flow): Biocarbone Filtro a flusso ascendente (up-flow): Biofor, Biostyr Caratteristiche materiali di supporto con elevate superfici specifiche (1-4 mm) pezzatura inferiore per la nitrificazione, superiore per i reattori di denitrificazione riduzione dei volumi dei reattori altezza del letto filtrante = 3-4 m perdita di carico massima alla fine del ciclo=1.5-2.0 m durata del ciclo (periodo tra 2 controlavaggi)=24-48 h rendimenti BOD, SST = 80-90% rendimenti nitrificazione > 90% rendimenti denitrificazione > 95% (post-denitrificazione + metanolo) carichi idraulici molto elevati = 4-20 m3 m-2 h-1 Applicazioni impianti compatti ed ad alta efficienza impianti a scala reale sono ancora pochi: trattamento di reflui industriali o reflui civili per ridurre le aree occupate Sistemi di biofiltrazione Filtri biologici sommersi a letto fisso con controlavaggio effluente 1 3 1 2 Esempio: biofiltro aerato a flusso ascendente (tipo Biofor, Degrèmont). al trattamento fanghi 4 5 liquame primario Refluo in ingresso 1) Mezzo di supporto (argilla espansa, Biolite, pezzatura 3.5 mm) 2) Accumulo effluente per i cicli di lavaggio 3) Accumulo fanghi asportati durante i cicli di lavaggio 4) Soffiante aria di esercizio normale 5) Soffiante aria di controlavaggio ESEMPIO Post-denitrificazione di effluenti da trattamento a fanghi attivi convenzionali con biofiltro biofiltro pilota (Biofor DN) post-denitrificazione + metanolo alimentazione con refluo secondario nitrificato = 21 mgN-NO3/L rapporto COD/N-NO3 = 4 gCODsolubile/gN-NO3 rimosso Rendimento 100% 3,0 2,0 1,0 NO3-N effluente (mg N L -1) 4,0 -3 -1 Carico rimosso (kg N-NO3 m d ) 10 8 6 4 2 0 0,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 -3 -1 Carico applicato (kg N-NO 3 m d ) 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 -3 -1 Carico applicato (kg N-NO3 m d ) 5,0 REATTORE A MEMBRANA (MBR = Membrane BioReactor) RIMOZIONE DELL’AZOTO BIOREATTORI A MEMBRANA Schema a membrane interne Schema a membrane esterne Tipi di filtrazione da Metcalf & Eddy I bioreattori a membrana (MBR) Vantaggi indipendenza dalle caratteristiche di sedimentabilità del fango, filamentosi e bulking concentrazione di SST nel reattore biologico fino a 10-15 kgSST/m3 (tipico 8-10) basso footprint ottima qualità degli effluenti con assenza pressoché totale di SST → forte rimozione di inquinanti, riduzione elevatissima della carica batterica senza necessità di ulteriori fasi di filtrazione e disinfezione → riutilizzo riduzione della produzione di fanghi sedimentatore MBR permeato fanghi di supero Limiti necessità di elevate superfici filtranti, elevato costo per unità di superficie problemi di fouling (sporcamento membrane) necessità di microgriglie (1-3 mm) alti costi di investimento elevata potenza installata e consumi energetici (pulizia membrane avviene mediante insufflazione d’aria) rendimento più basso nel trasferimento dell’ossigeno complessità del processo Esempio di membrane RIMOZIONE DELL’AZOTO RICIRCOLI DALLA LINEA FANGHI Concentrazioni nelle acque di ricircolo separate da disidratazione dei fanghi griglia grossolana griglia fine dissabbiatore aerato sedimentatore primario ossidazione sedimentatore secondario scarico LINEA ACQUE fognatura debatterizzaz. coclee equalizzazione fanghi misti alla linea fanghi ricircolo fanghi dalla linea fanghi alla linea acque LINEA FANGHI ingresso fanghi misti acque separate acque madri biogas supernatante nastropressa addensatore dinamico smaltimento finale digestore anaerobico post-ispessitore PARAMETRO RANGE BOD5 30-1500 mg/L COD 800-4000 mg/L N totale 100-500 mg/L P totale 5-20 mg/L SST 100-1000 mg/L Un impianto di depurazione tratta acque reflue con portata media di 10.000 m3/d e concentrazione di N di 50 mg/L. Si assume che il 50% del carico giornaliero di N in ingresso si presenti in 8 h diurne. L’impianto ha un digestore anaerobico del fango e il surnatante dal digestore ha portata di 100 m3/d e concentrazione di 700 mgN/L. Calcolare il sovraccarico interno di N dovuto al ricircolo del surnatante dal digestore. m3 mg kgN Q ⋅ N = 100 ⋅ 700 = 70 Carico di N nel surnatante d L d 3 m mg kgN Q 24 ⋅ N = 10.000 ⋅ 50 = 500 Carico di N nel refluo in d L d ingresso = 250kgN / 8h = 31.3 kgN / h Carico di N nel refluo in ingresso durante 8 ore di picco Sovraccarico interno di N (medio su 8 h) 70 / 500 = 14% Calcolare il sovraccarico nella vasca di ossidazione/nitrificazione se il ricircolo venisse avviato solo per 4 h diurne. 70 17.5 / 31.3 = 56% = 17.5 kgN / h 4 La nitrificazione+denitrificazione potrebbe avere problemi, con peggioramento dell’efficienza durante le ore diurne di UNITN-Andreottola, Foladori sovraccarico Rimozione dell’azoto sui flussi di ricircolo Processi side-stream per il trattamento delle acque madri provenienti dalla linea fanghi o surnatanti dei digestori. Questi flussi ricircolano il 10-30% del carico di azoto in ingresso all’impianto Il trattamento separato di questo flusso porta ad aumentare l’efficienza di trattamento dell’impianto. BATTERI ANAMMOX • • • • • • • • Batteri autotrofi Tasso di crescita = 0.1gVSS/gNH4+-N Tasso di conversione =1 kg N/(kg VSS d) Crescita molto lenta = generation time : 8-12 d ( startup lungo: mesi) Colore rosso Formano facilmente biofilm o granuli Resistono per brevi periodi in presenza di ossigeno Sensibili a solfuro Confronto rispetto ad un trattamento convenzionale dei flussi di ricircolo con nitrificazione + denitrificazione N+D convenzionale Risparmio di O2 Risparmio di COD Riduzione produzione di fanghi 0% 0% 0% 25% 40% 30-45% 63% ~100% ~100% SHARON SHARON/ ANAMMOX RIMOZIONE DEL FOSFORO RIMOZIONE CHIMICA E RIMOZIONE BIOLOGICA PERCHE’ RIMUOVERE IL FOSFORO? Limiti di legge per lo scarico in zone sensibili N e P responsabili dell’eutrofizzazione quando N diventa limitante, organismi quali i cianobatteri possono fissare l’N2 atmosferico; la rimozione del P è invece più efficace poiché P deriva solo dai reflui La rimozione di P è un fattore chiave → dovendo dare delle priorità, la rimozione del P può essere considerata prioritaria rispetto alla rimozione di N Bilancio del fosforo Qin P Qin = 8 mgP/L ∆Nden= 23-28 mgN/L Qout Pout ≤ 1-2 mgP/L in scarico TKNin= 50 acqua reflua mgN/L dopo pretrattamenti acqua reflua dopo pre-trattamenti ossidazione nitrificazione ricircolo miscela ossidazione denitrificazione aerata nitrificazione ricircolo fanghi ricircolo miscela aerata fanghi di ricircolo fanghisupero denitrificazione sedimentatore scarico secondario sedimentatore secondario fanghi di Senza rimozione supero chimica/biologica del P P è conservativo in un impianto di depurazione e si ripartisce solo in 2 flussi - P in uscita fino a 10-15 mgN/L - P nei fanghi di supero Qin ⋅ Pin = Q out ⋅ P out + Q f ,ex ⋅ Pf ,ex Q ⋅P ==QQin ⋅2.5 mgP/L Qf,ex f,ex⋅Nf,ex f,ex in ⋅12 mgN/L Incremento di P nei fanghi mediante rimozione chimica/biologica del P per rispettati i limiti allo scarico è necessario implementare la rimozione chimica e/o biologica del fosforo Quanto P si rimuove nel trattamento convenzionale? Rimozione del P: Sedimentazione primaria 15-20% del P totale in ingresso Fanghi attivi convenzionali (per sintesi) 30-40% del P totale in ingresso Per rispettare i limiti di legge per il P nell’effluente di 1-2 mg/L in maniera stabile durante l’anno è necessario realizzare la rimozione chimica o biologica del P Il limite di 1 mgP/L può essere difficile da raggiungere nel caso di fognature nere con reflui concentrati e serve un approccio multistep Rimozione del P rimozione chimica mediante coagulazione-flocculazione con sali di Al, Fe, Ca rimozione biologica in sistemi a fanghi attivi dotati di reattore anaerobico configurazione di post-precipitazione chimica; filtrazione finale in filtri a sabbia Tipo di trattamento Rimoz. chimica Rimoz. biol. postprecipitaz. filtrazione finale su sabbia Livello di rimozione < 2 mg/L < 1 mg/L < 0.5 mg/L <0.1 mg/L (più sicuro) (più sicuro) (più sicuro) Vantaggi e limiti della rimozione biologica del P Vantaggi: costi più contenuti (non ci sono reattivi) minori contenuti di metalli nei fanghi (non ci sono reattivi) minore produzione di fango di supero (con riduzione dei costi di smaltimento) elevate efficienze di rimozione del P (anche superiori alla precipitazione chimica in simultanea) Limiti: sono richieste maggiori competenze nella gestione dell’impianto rischio di rilascio di P nella linea fanghi (con rischio di ricircolo del P dalla linea fanghi alla linea acque) è implementato in un numero ridotto di impianti poiché si preferisce la più semplice rimozione per via chimica Configurazione di nitrificazione + denitrificazione + rimozione biologica del fosforo processo "A2/O", Anaerobic/Anoxic/Oxic Per la rimozione di AZOTO: solito processo di nitrificazione (OX) + predenitrificazione (AX) Per la rimozione di FOSFORO: si inserisce un reattore anaerobico (AN) all’inizio della filiera L’alternanza di fasi AN + OX causa lo sviluppo di batteri P-accumulanti Il contenuto di fosforo nei fanghi è 2-3 volte superiore, raggiungendo un rapporto P/SST pari a 4% o più (normalmente senza rimozione del P=1%) Influente AN AX AE OX S Effluente aQ rQ Fango di supero ConcentrazionePO4 Dinamica del P nel processo di rimozione biologica Phosphorus Accumulating Organisms (PAOs) AN 1.Stoccaggio di PHA intracellulare 2.Idrolisi dei polifosfati 3.Rilascio di PO4 AN reattore anaerobico OX 1.Sintesi di biomassa 2.Consumo di PHA 3.Sintesi/accumulo di polifosfati OX reattore aerobico sedimentatore secondario ricircolo fanghi Condizioni importanti: Esposizione di P-accumulanti a condizioni alternate anaerobiche (AN) e aerobiche (AE) Stoccaggio di VFA (substrati rapidamente biodegradabili) da parte dei PAO nel reattore AN fanghi di supero ricchi di P CONCLUSIONI SUI TRATTAMENTI TERZIARI DI ABBATTIMENTO DEI NUTRIENTI AZOTO E FOSFORO OGGI: Importanza rimozione fosforo → DOMANI: recupero fosforo OGGI: Importanza rimozione azoto → DOMANI: rimozione azoto + risparmio energetico = nuove filiere strategie di risparmio energetico produzione/recupero di energia produzione/recupero di materia in futuro, nuove filiere a basso consumo energetico e alto recupero Nuove filiere Recupero di materia Recupero di energia Situazione attuale, elevati consumi di materia e di energia, basso recupero GRAZIE PER L’ATTENZIONE