Appunti Tecniche di bonifica ambientale

Reattore

Bilancio di materia

IN - OUT ± GEN = ACC

Reattore a mescolamento perfetto

• CSTR - Continuo
• BSTR - Discontinuo (Batch)

CSTR

C = C_out

Bilancio di materia C₀ - C + (ρ V τ) = 0

Tempo di residenza idraulico τ = V / Q

(Q · C₀) - (Q · C) + (V · ν) = 0

BSTR

• IN = 0
• OUT = 0
• V = Costante
• GEN = ACC

dC/dt = ν

ν = Velocità di reazione chimica

Dipende da concentrazione

Ordine della reazione ν = K · C

Velocità costante ν = K · C

Velocità cala con C

EQ curva ν = (K · C) / (K + C)

Trattamento acque reflue

INVERTITI SE PRODUZIONE

• SS = solidi sospesi
• SST = solidi sospesi totali (= filtrazione = peso filtro)_{(evaporazione = peso) (chiusura biomassa)}
• VSS • solidi volatili
• FSS • solidi fissi
• SST = SV + FSS

(SST + 400 = peso) = Δm

OSSANGHI ATTIVI NON SONO CONTAMINANTE

• ODORI → valutati da persone → diluizione da 3 a 70 fino ad inodore
• COLORI ^{my platinum} /L → confronto con campione noto

Domanda di ossigeno

• BOD = domanda biologica (O₂) per biodegradazione
• COD = domanda chimica (O₂) per degradare (biodegradazione + degradazione chimica) COD > BOD
• TOC = contenuto di (C) organico (libera CO₂)
• TKN = azoto ammoniacale + AA, trasformato da azoto organico (misurato con tecnica Kjeldahl)

Trattamento acque reflue

• TRATT.PRIMARI → contaminanti (SS) → trattamento fisico FANGHI
• TRATT.SECONDARI → contaminanti (SS + organici biodegradabili) →/ chimico e fisico
• TRATT.TERZIARI → nutrienti (azoto, fosforo) →// chimico-fisico o biologico

Reflui trattati

SEDIMENTAZIONE = LEGGI DI STOKES

V_caduta = G(ds - ds₀)·d / η• μ

• PRIMARIA = DISSABBIATURA, i FILOELATURA
• SEDIMENTAZIONE SECONDARIA = DOPO TRATTAMENTO BIOLOGICO

SE AGGIUNGO COAGULANTI[ ] → v↑

Processo a fanghi attivi

Devo eliminare C organico - Uso microrganismi

• Aerobi
• Chemiotrofici
• Photosintetici

(Bioreattore)

Vado di aerazione X S V

Ricircolo (variazione tempo di residenza)

Concentra cellule

Q = Portata [L/T]

X = Concentrazione Biomassa Microbica [gSS/L]

S = Concentrazione Substrato [gBOD₅/L]

Crescita microbica

dx/de = µ * x

Legge di Monod: Substrato Limitante

Senza il quale crescita si ferma µ = µ_max * S / (Ks + S)

Ks - Coefficiente di mezza per Biomassa (Substrato)

CSTR senza ricircolo

BIOMASSA ≠ SUBSTRATO

τc = Tempo residenza idraulico = Età del fango = τc_FANGO = τ_RESIDENZAV/Q

μ_x = μ_x・X₀ = X・V^X/_Q

Efficienza ^S₀-S/_S0

CSTR con ricircolo

X_VASCA = X_USCITA

μ_x = μ_x・S = ^X/_{(XE+QE) + (XR+QR) + (XR+QW)}^{k_S (1+kd・τ_c)}/_{(μMAX-kd)・(CC-1)}

CON RICIRCOLO MEGLIO CHE SENZA, A PARITÀ DI τ_EFFICIENZA

Efficienza aumenta perché (T_c) aumenta e regola(s)

Batteri Crano Fiocchi

CF = Carico del Fango = Biomassa nel reattore

I batteri nitrificanti vengono inibiti da troppo organico

Valori tipici

• T_c = Età del fango = 3 - 15 giorni
• T = Tempo di ritenzione idrica = 4 - 8 h
• X = Concentrazione Fango (biomassa microbica) = 3 Atg [SST/L]
• CF = Carico del fango 0,01 - 1 giorni
• SVI = Sludge volume index = stabilità del fango X = 70 - 750 [ml/g]
• Concentrazione (O₂)_min in H₂O = 6 - 7 mg/L
• Indice biotico del fango = qualità del fango = 1 - 10

Problematiche sedimentatore

1. Bulking — Fango non sedimenta — Dominanza specie filamentose
2. Raising — Fango sedimenta ma fiocchi tornano a galla — Denitrificazione crea gas
3. Formazione di schiume = Microorganismi genere (nocardia)

Soluzione problemi

1. Disinfezione parziale (clorazione) + Prelievo fanghi da vasca secondaria
2. Tenere sotto controllo nitrati
3. Lavorare con carico del fango alto per inibire (autotrofi) rimuovere prima azoto
4. Disinfezione parziale

Test respirometrici

Velocità' di consumo (O₂) = Proporzionale all'attività

O₂ consumato = pendenza retta = OUR

OUR = SOUR Specific Oxigen Uptake Rate

Concentrazione biomassa microbica

Nutrimenti

• Azoto organico, Azoto ammoniacale, Fosforo
• Rimozione Azoto Azoto organico ← Azoto ammoniacale ← Nitrato NO₂ ← Nitrato NO₃ → Azoto gas

Decomposizione batterica

• Substrato limitante
• Nitrificazione Aerobi eterotrofi
• Poco C_x se C_x c'è va in anossio prima
• Denitrificazione Anaerobi eterotrofi

Nutrienti

TKN Azoto organico + Azoto ammoniacale

Nitrificazione NO₃^- → NO₂^- → NO → N₂O → N

Soluzione: Raising

Sistema a Biomassa Unica Processi biologici di rimozione dei nutrienti

Stima capacità del fango AUR = Ammonia Utilization Rate NUR = Nitrate Utilization Rate SOUR = Velocità consumo O₂ / Biomassa

Misurazione parametri

• Azoto ammoniacale - Metodo Kildal
• Nitriti e nitrati - Spettrofotometria
• NOx = Nitriti + Nitrati
• AUR = Pendenza curva (NOx/C)
• NUR = AUR

Rimozione del fosforo

• Processo chimico
• Aggiungo Al³⁺ Fe³⁺
• Precipitazione può essere fatta prima, durante, dopo
• Processo biologico Uso batteri e eterotrofi anaerobi facoltativi

Filtrazione a membrana con flusso tangenziale

• 1 micron = Microfiltrazione
• 0.1 micron = Ultrafiltrazione
• PTM = (P_in + P_out) / 2 - Pperm

Disinfezione acque

ELIMINAZIONE ORGANISMI PATOGENI VALORE TIPO: 10⁶-10⁹ cellule/l

CHIMICA:

• Cloruro = Cl₂
• Ipoclorito = HOCl Acido ipocloroso → PRODOTTI E SCARTI TOSSICI
• Biossido di cloro → Instabile, prodotto in situ
• Radicale → Sottoprodotto = O₂ costoso
• Ozono → Instabile prodotto in situ

Legge di Wallen

→ Empirica

C^τC^e = k

Abbisogno / Tempo di contatto

QUALITÀ ACQUA:

• MAX A₁
• A₂
• MIN A₃

Trattamento biologico del suolo

Inquinanti inorganici

• IPA
• Composti benzenici
• Metalli
• Solventi clorurati
• Fenoli, polifenoli

Caratteristiche suolo

• Isotropia
• Densità media
• Permeabilità = 720–2000

EH ↔ Potenziale di ossidoriduzione

K_OC = Coefficiente di ripartizione solido acqua

COD = Misura indiretta carbonio (C) – Consumo (O₂)

INQUINANTE = Adsorbito / Assorbito

Tecniche di bonifica suolo

Bioventing

• Attivo/Preventivo
• In situ
• Insufflazione aria
• Aumento O₂

Pozzi di insufflazione

Utilie se analisi gas interstiziali

Tempo di Bonifica stimato con velocità di degradazione:

M_B(t) = ^conc/_τ = M_B^e -^μ/_δB Poveri di: (O₂) (IDROCARBURI VOLATILI)

Tanta (O₂) Se analisi di rischio evidenzia criticità

MAX O₂ SUOLO = 2.2%

USO GAS INERTE PER VEDERE DISTRIBUZIONE

PORTATA D'ARIA NECESSARIA:

TEMPO NECESSARIO:

OBBIETTIVO DI CONCENTRAZIONI

RAGGIO DI INFLUENZA PUNTO A

Distanza Pozzi: 7,5 * (Raggio di influenza)

Bonifiche suolo ex situ

• Frantumazione/Degradazione/Disidratazione
• Bioreattore SLURRY
• Lavoro con chi me esce è pompabile
• Il suolo grossolano non necessita quasi mai di trattamento → poco contaminatore

Reattori Air Lift

• Q_F portata
• Q_m portata fanghi di supero
• Q_i portata di ricircolo
• Q² tempo di residenza idraulico
• T₂ tempo di residenza cellule e età del fango

Parameteri di processo

• BOD₅ domanda biologica di ossigeno
• COD domanda chimica di ossigeno
• TOC contenuto di carbonio organico
• TKN contenuto di azoto
• X concentrazione della biomassa microbica
• S₀ concentrazione del substrato
• µ_S capacità di crescita microbica
• µ_max capacità massima di crescita microbica
• K_S parametro di mono
• λ velocità di crescita cellulare
• SVI sedimentabilità del fango
• C_F=carico del fango
• OUR velocità di consumo ossigeno
• SOUR velocità specifica di consumo ossigeno
• NO_x nitriti nitrat
• AUR capacità di ossidare azoto ammoniacale
• NUR capacità di ridurre azoto
• PTM pressione trans membrana
• EH potenziale di ossido riduzione
• RB velocità biodegradazione
• R_O velocità di consumo ossigeno
• R_c velocità di reazione chimica