Microbiologia

MICROBIOLOGIA DELLA DEPURAZIONE ACQUE:

Acque di scarico contaminate che devono essere in qualche modo immesse nell'ambiente.

Trattamento di depurazione delle acque reflue per non compromettere l'equilibrio

dell'ecosistema. Depurare per:

• Non inquinare e mantenere l'integrità dell'ambiente

• Per non sovraccaricare l'impianto di d epurazione centralizzato

• Per ridurre i costi dello scarico dei reflui

• Per poter ottenere la certificazione ambientale ISO 14001

• Per poter recuperare l'acqua depurata per l'irrigazione ed i fanghi per il riutilizzo

agronomico.

Nei reflui di industrie agroalimentari sono presenti:

• Sostanze biodegradabili (alcoli, zuccheri, acidi organici, tannini, ecc.)

• Solidi sospesi

• Azoto e fosforo in basse concentrazioni

Il trattamento adeguato risulta essere quello di tipo biologico:

• Fanghi attivi tradizionale

• SBR (Sequencing Batch Reactor) di tipo discontinuo

• MBR (Membrane Bio Reactor).

Le ultime due tecnologie sono da preferirsi per la loro elasticità funzionale.

Un impianto di depurazione biologico sfrutta i meccanismi biologici naturali e la biomassa

deputata alla depurazione può essere di tipo "adeso" oppure di tipo "sospeso".

• Reattori a biomassa sospesa:

o Impianti a fanghi attivi

o Impianti a fanghi attivi ad ossidazione totale

o SBR

o MBR

o Lagunaggio areato

• Reattori a biomassa adesa:

o Letti percolatori

o Bio-dischi o bio-rulli

o Biofiltrazione.

• Reattori a "biomassa mista" (sospesa/adesa): MBBR (Mooving Bed Bio Reactor)

Parametri principali di dimensionamento sistemi di depurazione:

• Carico idraulico: quantità liquida di acque di rifiuto

• Carico organico: quantità di sostanze organiche che devono essere trattate, BOD5)

Costituiscono le due grandezze la cui conoscenza è indispensabile per il dimensionamento di un

qualsiasi sistema di trattamento acque reflue.

Indagini scrupolose, sistematiche nel tempo e significative, sulla valutazione dei parametri per:

• Portate idrauliche

• Concentrazioni di carico organico

Le analisi vengono estese anche ad altre caratteristiche:

• Fisiche: solidi sospesi, torbidità, temperatura conduttività, ecc.

• Chimiche: COD, azoto, fosforo, oli e grassi, detersivi, pH, ossigeno disciolto, metalli pesanti,

ecc.

• Biologiche: carica batterica, patogeni, ecc.

Sperimentazioni dirette per mantenere in evidenza situazioni particolari ed anomalie:

• Apporti non stimabili di impianti industriali

• Collegamenti sconosciuti del sistema fognario con la rete idrica superficiale

• Allacciamenti alle condotte fognanti di sistemi drenanti diversi

• Scarichi di utenze quali scuole, supermercati, villaggi turistici.

Trattamenti depurativi:

• Trattamento meccanico: in genere un trattamento dei liquami che si limita alle sole fasi

preliminari: grigliatura, disoleatura, dissabbiamento

• Trattamento primario: comprende oltre che i trattamenti preliminari anche una fase di

sedimentazione "primaria" a carico dei solidi sedimentabili

• Trattamento secondario: trattamento più spinto, in genere biologico: fanghi attivi, filtri

percolatori, subirrigazione o chimico

• Trattamento terziario: successivo affinamento del grado di depurazione, es. osmosi

inversa.

Un trattamento depurativo ha i seguenti scopi:

• Rimozione delle sostanze sospese e disciolte nei reflui

• Stabilizzazione dei composti organici suscettibili di fermentazione

• Inattivazione dei microrganismi patogeni

• Rimozione di sostanze nocive o sgradevoli e di odori molesti.

Sedimentazione (trattamento primario): chiarificazione ma non abbattimento sostanze ossidabili.

Bacini circolari o rettangolari in cui l'acqua, lasciata a riposo, deposita particelle sospese. Stramazzi

orizzontali permettono l'efflusso del liquido. Ai materiali galleggianti viene impedito di lasciare il

bacino con l'acqua, tramite un intercettore a lama posto davanti agli stramazzi. Criteri di

dimensionamenti, funzione di:

• Profondità del bacino in corrispondenza delle pareti laterali

• Portata specifica e

• Tempo di ritenzione.

Portata specifica media giornaliera:

V0 = Q/A

Dove:

• 3 -1

Q: portata media giornaliera (m giorno )

• 2

A: superficie totale del serbatoio (m )

Tempo di ritenzione:

t = 24*V/Q (espresso in ore)

Dove

• 3

V: volume del serbatoio (m )

• 3 -1

Q portata media giornaliera (m giorno )

Portata specifica giornaliera sedimentatori primari civili 16-33 (m3 m-2 giorno-1). 30-40%

abbattimento BOD.

Sedimentazione secondaria. Posti a valle del trattamento biologico. Sono presenti le alghe, perché

quel disciolto contiene azoto e fosforo. Parametri per cui i microrganismi in superfici riducono la

possibilità di eutrofizzazione.

I parametri che ci permettono di controllare l'inquinamento sono molto maggiori per una

situazione civile-produttiva.

Nel caso solo civile ci sono 3 parametri: BOD5; COD; solidi sospesi.

In zone sensibili devo aggiungere altri 2 parametri: azoto e fosforo totali.

Valori limite di emissione in acque superficiali e fognature legge 152/06 allegato 5: fognature

miste che raccolgono scarichi di insediamenti industriali.

BOD: domanda di ossigeno biochimico. La domanda di ossigeno richiesta per la demolizione

biologica delle sostanze organiche, sotto condizioni aerobie, a una data temperatura e per un

certo tempo. Dato che non sarebbe agevole determinare la domanda finale di ossigeno (UOD), che

richiederebbe circa un mese di tempo, si è convenuto arbitrariamente di considerare terminata la

prova dopo 5 giorni (BOD5), ammettendo che il BOD5 rappresenti il 68% dell'UOD.

Richiesta cumulativa di ossigeno: BOD > x > [sostanza organica] e x > velocità di biodegradazione:

per questo motivo si indica quale ottimo strumento per la valutazione della "forza dei liquami":

• 1° stadio: ossidazione della frazione carboniosa dei composti organici

• 2° stadio: ossidazione biologica della frazione azotata.

Fabbisogno chimico di ossigeno: ossidazione di sostanze organiche ed inorganiche mediante una

soluzione di dicromato di potassio in presenza di acido solforico concentrato e di solfato di

argento, come catalizzatore. l'eccesso di dicromato viene successivamente titolato con una

soluzione a concentrazione nota di solfato di ammonio e ferro.

"Abitante equivalente" (AE): il carico organico biodegradabile avente una richiesta biochimica di

ossigeno a 5 giorni (BOD5) pari a 60 grammi di ossigeno al giorno.

PUNTE DI CARICO IDRAULICO CON SISTEMA UNITARIO (FOGNATURE MISTE): se al sistema

depurativo fossero adatte anche le acque piovane, in certi periodi arriverebbero portate

elevatissime (>anche di 150 volte le portate massime di acque nere). Dato che è impossibile un

loro trattamento si pone a monte dell'impianto uno scaricatore di piena.

TRATTAMENTO SECONDARIO:

Lagunaggio: viene fatto come trattamento preliminare di un trattamento particolare. Lo troviamo

in ambienti dove è difficile fare impianti. È un sistema che può aiutare la depurazione.

Filtro percolatore

Processo a fanghi attivi: la depurazione biologica sfrutta 2 principali fenomeni di bioflocculazione,

per la rimozione delle sostanze sospese non viventi ed eventualmente i batteri dispersi, ed il

metabolismo microbico per la rimozione delle sostanze solubili o facilmente solubilizzanti. La

componente fisica del fenomeno è costituita dall'energia di turbolenza che favorisce l'incontro

delle particelle. La componente biologica è data da un non ben definito effetto di flocculazione, a

tutt'oggi sconosciuto, favorito dai prodotti del metabolismo dei batteri e di altri organismi che

popolano i fiocchi stessi.

CARATTERIZZAZIONE MICROBIOLOGICA: i batteri sono i diretti responsabili della rimozione della

sostanza organica, della formazione e della stabilizzazione dei fiocchi. Le caratteristiche chimiche

dei composti presenti nello scarico determinano la selezione delle specie microbiche:

• Concentrazione alta di proteine favorisce la presenza di Alcaligenes, Flavobacterium e

Bacillus

• Elevato tenore di carboidrati favorisce la crescita di Pseudomonas

• Elevata [O2] disciolto ed una bassa [sostanze organiche] favorisce la crescita di

Nitrosomonas e Nitrobacter.

L'eventuale presenza di alghe e funghi deve ritenersi accidentale:

• Le prime non procurano danni rilevanti se non quelli di eccessivi accumuli nelle zone

superficiali delle vasche

• I secondi possono influire negativamente sulla formazione del fiocco con le loro strutture

filamentose e ne peggiorano la sedimentabilità. La predominanza di funghi è da imputare

all'alto tenore di carboidrati, bassi pH, deficienze nutrizionali specialmente di azoto.

• Si trovano anche forme di vita superiori:

o Protozoi: flagellati, amebe e ciliati

o Metazoi: nematodi, rotiferi

FORMAZIONE DEI FIOCCHI DI FANGO ATTIVO: agglomerato gelatinoso di qualche millimetro,

costituito dall'insieme di sostanze sospese, prevalentemente organiche, frequentemente

colloidali, nonché da una comunità microbica, principalmente batteri il cui contenuto in biomassa

attiva (respirante e riproducentesi) si aggira intorno al 10-40 % del peso secco totale

rispettivamente per sistemi a basso ed a alto carico del fango.

La bioflocculazione è un evento che si manifesta spontaneamente areando per qualche giorno il

refluo organico ed è il risultato della concomitante azione di fattori chimici, fisici e biologici quali:

• La presenza dei colloidi organici ed inorganici

• Del pH

• Della concentrazione salina

• Dell'agitazione

• De contenuto energetico del sistema

• Delle masse di microrganismi attivi ed inattivi presenti

• Tramite la bioflocculazione, il fiocco è in grado di aggregare su di sé le sostanze sospese

presenti e creare acqua limpida, favorito da un basso valore di turbolenza.

• Il livello di turbolenza nei sistemi a fanghi attivi è un compromesso tra l'incremento della

respirazione batterica e quindi della rimozione dei substrati solubili, e l'erosione del fiocco.

STRUTTURA DEL FLOCCULO: un fango attivo di buona sedimentazione è costituito da una miscela

calibrata di organismi zoogleali e filamentosi essenziali per l'integrità della microstruttura del

fiocco. I filamenti interni costituiscono una struttura armata su cui attecchiscono le forme

zoogleali.

NEI FANGHI ATTIVI LA XOMPONENTE BIOTICA È RAPPRESENTATA DA:

• Decompositori (batteri, funghi) che prendono l'energia per il loro sviluppo della sostanza

organica disciolta nel r