Appunti di Ingegneria sanitaria ambientale - Parte 2

Nitrificazione e denitrificazione

La presenza di azoto nelle acque è sotto varie forme, la maggior parte proveniente dai processi di nitrificazione e likefazione moderna dell'equilibrio ecologico e di omossia (tenuta di ossigeno disciolto).

Per lo smaltimento dell'azoto delle acque di scarto sono disponibili sistemi:

• Biologici
• Chimico fisici

Biologie: I principi processi di rimozione dell'azoto dalle acque sono la nitrificazione e la denitrificazione.

La nitrificazione è il processo in cui gli organismi nitrificanti convertono l'azoto ammoniacale (NH₄) in nitriti (NO₃). Questo processo si svolge in due fasi principali:

1. Nitrificazione aerobica in questa fase i batteri nitrificanti, noti come Nitrosomonas, ossidano l'azoto ammoniacale a nitriti (NO₂). La fase tutta regola la velocità della reazione.
2. Nitrificazione anaerobica avvenuta in questa fase, i batteri nitrificanti-ossidanti, noti come Nitrobacter, convertono il nitriti in nitrati (NO₃) che è meno tossico per l'ambiente rispetto all'azoto ammoniacale o il mutato.

L'ossidazione dell'azoto ammoniacale a nitrito ad opera dei Nitrosomonas richiede 3,22 g di O₂ per ossidare 1 g di NO₄ a NO₂.

Mentre l'ossidazione del nitrito a nitrato ad opera dei Nitrobacter richiede 1,18 g di O₂ per ossidare 1 g di NO₂ a NO₃.

Pertanto l'O₂ totale richiesto è pari a 4,33 g di O₂ per g di NO₄.

Nitrificazione e denitrificazione

La presenza di azoto nelle acque è sotto variformi può provocare fenomeni di eutrofizzazione (marossi) modificando dell'equilibrio ecologico e dianomossia (aumento di ossigeno disciolto).

Per il abbattimento dell'azoto delle acque di scarto sono disponibili sistemi:

• Biologici
• Chimico-fisici

Biologici

I principali processi di rimozione dell'azoto dalle acque sono la nitrificazione e la denitrificazione.

La nitrificazione è il processo in cui gli organisminitri-ossidomili convertromo il azoti ammonisciato (NH4) innitriti (NO2). Questo processo si svolge in due fasi principali:

1. Nitrificazione anaerobica avvenuta in questa fase i batteri nitrofi-conti, noti come mhasomomos, ossidonero il azoto ammoniscoed ii nitrito (NO2), ha poi farla la veloci della reazione.
2. Nitrificazione anaerobica avvenuta in questa fase i batterinitri-ossidomi, noti come Nitobacterla, convertireil nitrito in nitrati (NO3), che è meno tossicoper l'ambiente rispetto all'azoto ammoniacale oal nitrato.

L'ossidorazione dell'azoto ammonisce a nitrato ad operadei mhrohomomos richiede 3,22 g di O2 per ossidor4g di NO4 a NO2, mentre l'ossidorazione del nitrato a nitrato ad opera dei Nitobacterla richiede 1,17g di O2 per ossiddra 4gdi NO2 a NO3, perciò l'O2 totale richiesto e per 5 a 4,39 g di O2 per g di NO3.

Cinetica del processo di nitrificazione

La cinetica del processo di nitrificazione può essere espressa dell'equazione di Monod:

d(N-NH₄)/dθ = (μ_max/Y) * ((N-NH₄)/(K_S+(N-NH₄))) * X

dove (N-NH₄) = azoto presente come azoto ammoniacale

Y = rendimento di crescita

X = concentrazione di biomassa

K_S = costante di semisaturazione

μ_max = max tasso specifico di crescita batterica

L'efficacia complessiva del processo di nitrificazione dipende da molti fattori tra cui la temperatura, il pH, la concentrazione di ossigeno e la presenza di sostanze inquinanti che possono influire sulla crescita e l'attività dei batteri coinvolti.

C'è quindi il rischio che i batteri eterotrofi abbiano una velocità di crescita molto maggiore rispetto gli autotrofi nitrificanti e quindi affinché non si verifichi il disivamento bisogna garantire che:

μ_m = μ_m,n

oppure

(O_2,c/O_2,m) > (C_2,c/C_m)

tasso specifico di crescita media dei nitrificanti

tasso specifico di crescita dei batteri eterotrofi

È possibile introdurre il fattore di sicurezza

FS = O_2,c/O_2,m

che deve essere minimo pari a 2.5 per poter minimizzare le variazioni di processo per il pH, l'ossigeno disciolto e le variazioni di concentrazione giornaliera dell'azoto ammoniacale.

Frazione dei nitrificanti

Si riferisce alla frazione di batteri nitrificanti presenti in una comunità microbica. Essa si impone nel contesto della nitrificazione perché una popolazione equilibrata di batteri nitrificanti è fondamentale per garantire un’efficace rimozione dell’azoto ammoniacale.

Tale frazione può essere stimata dalla conoscenza dei rendimenti netti di crescita dei microrganismi autotrofi ed eterotrofi, e dipende dal rapporto BOD₅/TKN. L’equilibrio si attua secondo la relazione:

γ = ₁/^{1 + ((_S0}