2. - Provincia di Pordenone

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