Caratteristiche qualitative delle acque reflue

Caratteristiche Qualitative delle Acque Reflue

Gbase della loro sospetta o nota cancerogenicità, mutagenicità, tetarogenicità ed altatossicità. La maggior parte di essi di natura organica, sono classificati come, acronimo dell’inglese Volatile Organiccomposti organici volatili : VOCsCompounds. L’EPA ha individuato circa 129 composti, raggruppabili in 65 classi 15li impatti prodotti in acque naturali dallo scarico indiscriminato di acque reflueGsono principalmente ascrivibili alla presenza di composti organici, la cuidegradazione determina uno sfruttamento intensivo dell’ossigeno dei corpi idriciricettori, determinandone, in alcuni casi, un rapido deterioramento.Le sostanze organiche all’interno delle acque reflue sono state valutate in un grannumero di modi nel corso degli anni. La complessità della frazione organicapresente nelle acque reflue ha orientato le analisi verso

dall'inquinamento organico, richiedono la misurazione di entrambi i parametri. Questo perché il BOD fornisce informazioni sulla biodegradabilità della sostanza organica, mentre il COD indica la quantità totale di sostanza organica presente. La misurazione del BOD viene effettuata attraverso un test di ossigeno disciolto in una soluzione contenente campioni di acqua o di altri liquidi. Durante il test, i microrganismi presenti nel campione consumano l'ossigeno per ossidare la sostanza organica biodegradabile. La quantità di ossigeno consumata viene quindi misurata e utilizzata per calcolare il BOD. Il COD, d'altra parte, viene misurato attraverso una reazione chimica che ossida la sostanza organica presente nel campione. Durante la reazione, viene misurata la quantità di ossigeno consumata e utilizzata per calcolare il COD. Entrambi i parametri sono importanti per valutare l'impatto dell'inquinamento organico sull'ambiente. Tuttavia, è importante notare che non forniscono informazioni specifiche sulle molecole presenti, ma solo sulla loro natura generale. Pertanto, è necessario utilizzare ulteriori analisi per identificare e quantificare specificamente i composti organici presenti.

daeffluenti con valori elevati di questi parametri, sanciscono limiti di ammissibilità allo scarico basati su questi stessi parametri.

2.2.1 BIOCHEMICAL OXYGEN DEMAND: BOD composti organici sono generalmente costituiti da una combinazione di carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto. La sostanza organica presente nelle acque reflue è composta, così, da proteine, carboidrati, oli, grassi e azoto ammoniacale. La difficoltà di valutazione dei singoli costituenti, induce ad una valutazione complessiva, effettuata attraverso l’analisi del BOD.

La Domanda Biochimica di Ossigeno, BOD, acronimo dell’inglese Biochemical Oxigen Demand non è, perciò, un parametro inquinante ma una misura indiretta della quantità di sostanza organica presente. Tipicamente si misura in mg/l di O2. Esso rappresenta, infatti, la misura del consumo di ossigeno disciolto impiegato dai microrganismi nelle reazioni biochimiche di ossidazione della sostanza organica. Il consumo

Il consumo di ossigeno causato dalle reazioni biochimiche avviene adopera di vasta gamma di classe di microrganismi che consumano la sostanza organica per il sostentamento e la riproduzione.

Nei calcoli di bilancio di massa la stima del BOD è di fatto un passaggio complicato perché è una misura dinamica condotta in un tempo finito.

A complicare ulteriormente il calcolo, l'analisi del BOD include la richiesta di ossigeno azotato che potrebbe essere espresso contemporaneamente, o in modo antagonista, rispetto alla richiesta di ossigeno carbonioso.

Descritta la natura della misura, i parametri di influenza sono il tempo, la temperatura e le radiazioni luminose.

Caratteristiche Qualitative delle Acque Reflue- Versione preliminare

Il BOD si sviluppa nel tempo secondo una curva caratteristica, riportata in figura 1, nella quale sono distinguibili due stadi successivi:

- 1° stadio: il consumo di ossigeno è dovuto all'ossidazione biologica della frazione carboniosa

della sostanza organica;- 2° stadio: il consumo di ossigeno è dovuto all'ossidazione della frazione azotata della frazione organica (nitrificazione).[mg/L]

BOD 2° STADIO: sviluppo della frazione azotata BOD 201° STADIO: BOD sviluppo della frazione carboniosa

5 [d]t0 5 10 15 20

Figura 8. Degradazione della frazione carboniosa e della frazione azotata del BOD

È noto che alcuni batteri sono capaci di ossidare l'azoto ammoniacale prima anitrito, poi a nitrato. La richiesta di ossigeno associata all'ossidazione dell'ammoniaca, prodotta per idrolisi delle proteine, a nitrato è detta NBOD, acronimo dell'inglese Nitrogen Biochemical Oxigen Demand.

Quando subentrano i processi di nitrificazione la misura del BOD sarà più elevata che quella relativa alla degradazione della sola frazione carboniosa., ovvero il consumo di ossigeno misurato dopo

Un valore caratteristico è il BOD55 giorni.

Il BOD ultimo rappresenta il consumo di

ossigeno complessivamente richiesto perossidare tutta la frazione organica. Il tasso di sviluppo del BOD varia in funzione della temperatura essendo più rapido a temperature elevate, (cfr. figura 8), Il BOD "ultimo", invece, non dipende dalla temperatura 17

Caratteristiche Qualitative delle Acque Reflue- Versione preliminare

[mg/L]BOD BOD ultimo

TBOD (T ) T 35 3 T 2 T 1(T )

BOD5 2 BOD(T )BOD5 1 20[d]t0 5 10 15 20

Figura 9. Andamento del BOD in funzione del tempo e della temperatura

Le radiazioni luminose, infine, hanno influenza sul metabolismo di molti microrganismi, quindi, condizionano la misura del BOD5

I valori del BOD sono frequentemente espressi in termini di:

BOD "soddisfatto": quantitativo di ossigeno consumato;

BOD "residuo": differenza tra il BOD ultimo ed il BOD soddisfatto.

Si può pertanto scrivere la seguente relazione:

y(t) = L - Lt (12)

dove:

Lt : BOD residuo nell'acqua al tempo t;

y(t) : BOD soddisfatto al tempo t;

L : BOD ultimo,

ovvero BOD residuo al tempo t = 0.[mg/L]
BODLy(t) y, BOD "consumato"L , BOD "residuo"tLt [d]t t0
Figura 10. Modellazione del BOD 18
Caratteristiche Qualitative delle Acque Reflue- Versione preliminare
L'andamento regolare del BOD di 1° stadio ne consente l'espressione in termini analitici
attraverso una cinetica del 1° ordine. dL = - ⋅t k L (13)
tdt
dove:
• -1k = costante della cinetica del 1° ordine (a T = 20°C), tipicamente espressa in d .
Integrando la (2) si ottiene l'espressione che fornisce il BOD residuo:
dL - ⋅= - ⋅ ⇒ = ⋅ k tt (14)
k dt L L etLt
da cui si può ricavare l'espressione del BOD consumato:
( )- ⋅= - = ⋅ - k ty t L L L e( ) 1 (15)
t
Ai fini pratici è lecito approssimare il BOD ultimo con il BOD a 20 giorni per cui:
( ) ( )- ⋅ - ⋅= ⋅ - ≅ ⋅ -k t k tBOD BOD e BOD e1 1 (16)
t u 20 -1
Nelcaso di acque inquinate e di acque reflue, per k si può assumere il valore 0,23 d, valido per la temperatura di riferimento di 20°C. Per determinare il valore della costante di reazione per temperature diverse da 20°C, si può utilizzare l'equazione di van't Hoff-Arrhenius: θ = k(T) / k(20) * exp((ΔH / R) * (1/T - 1/20)) dove: - k = costante della cinetica di reazione alla temperatura T, k = k(T); - k(20) = costante della cinetica di reazione a 20°C; - T = temperatura; - θ = coefficiente di attività microbica (θ = 1,056 per acque reflue civili e acque inquinate). Alla temperatura di 20°C: θ = k / k(20) * exp((ΔH / R) * (1/20 - 1/20)) e per k = 0,23 d: θ = 1,45 * exp((ΔH / R) * (1/20 - 1/20)) Ai

Per le fini dell'analisi del BOD sono indispensabili la presenza di una attiva e acclimatata coltura batterica, agenti chimici necessari ad inibire la nitrificazione o un pretrattamento per eliminare gli organismi nitrificanti, la pressoché assenza di prodotti tossici ai microrganismi. Queste limitazioni rendono l'analisi del BOD correttamente applicabile quasi esclusivamente nel caso di liquame prevalentemente fecale. L'estensione agli scarichi industriali organici-biodegradabili comporta in molti casi l'inconveniente di dover ricorrere a colonie batteriche acclimatate, esterne allo scarico: inoculi.

Il test richiede un tempo di cinque giorni, il campione deve essere mantenuto a temperatura costante di 20°C e protetto da luce. Oltre ai tempi relativamente lunghi richiesti dall'analisi, all'influenza subita per la presenza di composti tossici, ulteriori limiti dell'analisi del BOD.

Sono l'acquisizione di una informazione sullapresenza della sostanza organica parziale, relativa alla sua sola componente biodegradabile e la bassa riproducibilità.

2.2.2 CHEMICAL OXYGEN DEMAND

La Domanda Chimica di Ossigeno, COD, acronimo dell'inglese Chemical Oxygen Demand, consente la misura dell'ossigeno richiesto per l'ossidazione chimica della sostanza organica.

Poiché i potenziali redox delle due seguenti semireazioni sono molto prossimi:

εo- +O + 4e + 4H 2H O =1,2 V (20)

2 2 εo72- - + 3+O + 6e + 14H 2 Cr + 7 H O =1,3 V (21)

Cr 2 2

usando dicromato di potassio in soluzione acida, come mostrato nella seguente espressione:

72- 4++ 3+C H O N + Cr O + H Cr + NH +CO +H O (22)

n a b c 2 2 2 -

si misura il fabbisogno chimico di ossigeno come la quantità di K Cr2O72 che viene impiegata per ossidare la sostanza organica.

Il campione immesso in una soluzione di dicromato di potassio, nella quale si sono aggiunti acido solforico, solfato

i solfati. Per fare ciò, si filtra la soluzione attraverso una carta da filtro previamente pesata e si risciacqua il residuo con acqua distillata. Successivamente, si asciuga la carta da filtro con il residuo in un forno a temperatura controllata e si pesa nuovamente. La differenza tra il peso della carta da filtro prima e dopo la filtrazione rappresenta il peso dei solfati presenti nel campione.