Ingegneria sanitaria

OC

st

Q =

air ρ∙0,21∙r

ρ: densità dell’aria a 20 °C (1,429 kg/m³);

Dove: r: resa di trasferimento; è funzione

0,21… l’ossigeno è il dell’aria.

del tipo di aeratore utilizzato; 21%

v/v

Rimozione biologica del fosforo

Durante i processi biologici parte del fosforo presente nei liquami (che si trova

prevalentemente nella forma di fosfato) viene rimosso dai microorganismi per

produrre biomassa. In pratica una parte del fosforo viene inglobata dai

microorganismi. In particolare, si verifica una rimozione dei fosfati pari a:

−3

(P ) (S )

− PO = − S ∗ ρ

rimosso 0 e

4

ρ

Dove rappresenta i fosfati consumati dai microorganismi per la rimozione di un

kg di BOD (0.01kg /kg ). Quindi il fosforo è necessario e bisogna garantire

P-PO4 BOD

almeno 0.01 kg /kg .

P-PO4 BOD

I PAO sono microorganismi eterotrofi in grado di accumulare grandi quantitativi di

fosfati nella forma di polifosfati e grazie ad un ciclo di trattamento che comprende

una vasca anaerobica (con assenza di ossigeno) con al suo interno i composti

organici biodegradabili, che vengono metabolizzati molto lentamente, portano alla

produzione dei VFA. Alla presenza di questi acidi grassi volatili (VFA), che sono

degli acidi organici a basso peso molecolare, tali microorganismi sono in grado di

riprodursi accumulando fosforo all’interno delle singole cellule. Di conseguenza, il

L’energia viene presa

fosforo rimosso dei liquami lo troveremo nei fanghi di supero.

dall’ossidazione delle catene dei polifosfati.

Se ci trovassimo in condizioni aerobiche ci sarebbe l’assenza di VFA e quindi il

microorganismo incamera il PHB (Polidrossibutirrato) ed è quella la sua fonte di

energia per formare nuove cellule di microorganismi che devono avere una loro

catena di polifosfati all’interno. l’energia rilevata dall’ossidazione del PHB

Inoltre

viene sfruttata dai microorganismi per costituire la catena di polifosfati distrutta

prima e quindi si riprende gli ioni fosfato che aveva precedentemente perso. Così

viene prodotta nuova biomassa e il PAO appena nato, al suo interno, contiene

sempre gli ioni fosfato.

Quindi nella fase anaerobica si ha la produzione di VFA a partire dal BOD disciolto

in soluzione, i PAO assimilano i VFA nella forma di prodotti di stoccaggio

a spese dell’energia resa disponibile dalle catene di polifosfato

intracellulari e si

può formare anche glicogeno che si trasforma in glucosio che dà sempre energia. In

concomitanza alla rimozione dei VFA, si ha un rilascio di fosfati in soluzione e così

il contenuto di PHB nella singola cellula aumenta, mentre i polifosfati

diminuiscono.

In condizioni aerobiche il PHB immagazzinato viene metabolizzato, così da fornire

l’energia attraverso la reazione di ossidazione e il carbonio necessario alla sintesi di

nuove cellule. Inoltre, dal metabolismo del PHB si ha la produzione di glicogeno.

L’energia rilasciata dall’ossidazione del PHB viene utilizzata per ricostruire i

legami dei polifosfati con una conseguente rimozione dei fosfati dal liquame. Al

contempo essendosi verificato un aumento delle cellule di PAO, il quantitativo di

fosfati rimossi nella fase aerobica/anossica è maggiore di quella rilasciata durante

la fase anaerobica.

In fase anaerobica, quindi, si ha un consumo di BOD che viene tramutato in VFA

che vengono poi inglobati dalla cellula e trasformati in PHB, a spese della rottura

delle catene di polifosfati, e di conseguenza quando procediamo lungo la vasca si

vede un incremento della concentrazione di fosfato. Questi ioni fosfato vengono re-

inglobati dalle cellule quando passano in condizioni aerobiche e visto che si

formano nuove cellule, queste prendono gli ioni fosfato inizialmente presenti in

soluzione. Quindi tutto il fosforo presente in soluzione si trova all’interno dei PAO

e ce lo ritroveremo sul fondo della vasca di sedimentazione e ce lo ritroviamo in

linea fanghi.

Per la rimozione del fosforo conviene sempre una vasca anaerobica.

Se volessi rimuovere contemporaneamente BOD, azoto e fosforo basta mettere tra

la vasca aerobica e anaerobica una vasca anossica, in modo da non dare ossigeno

alla soluzione in alcun modo e ricircoliamo i nitrati presenti nelle pre-

denitrificazione.

Nasce adesso un problema dovuto all’SRT perché se io lo aumento troppo i

microorganismi rimangono per troppo tempo all’interno di tutto il processo

biologico e per quanto possono riprodursi, gli altri moriranno. Dobbiamo quindi

dare una SRT che non sia troppo bassa per permettere il corretto funzionamento dei

processi, ma neanche troppo alto altrimenti muoiono i PAO. Per garantire una

nitrificazione completa ci vogliono circa 8 giorni e nel caso di rimozione del fosforo

non posso superare i 4 giorni di SRT perché se no muoiono i microorganismi.

Avendo tutti i trattamenti SRT differenti, devo mettermi in un intervallo che vada

ovvero circa 4 giorni (garantisco l’eliminazione del BOD, del fosforo

bene per tutti

e la nitrificazione).

8. Quadro normativo per il trattamento ed il riutilizzo delle acque e

membrane

I microorganismi posso allontanarli dalla soluzione con la filtrazione grazie alle

membrane. Si usano in trattamento biologico e sono membrane a fibre cave.

all’interno

Sono semplicemente dei tubi di materiale organico e poroso con una pompa

all’interno delle membrane e di conseguenza il

di aspirazione che aspira il liquido

liquame presente in una vasca a fanghi attivi andrà verso le fibre che hanno dei pori

tali da non far passare i microorganismi ma solo acqua, composti organici disciolti,

composti inorganici disciolti, ecc. Posso inserirle o nella vasca a fanghi attivi (non

facendo dopo la sedimentazione) o creare una piccola vasca apposita. La qualità

dell’effluente è molto più elevata rispetto a quella che esce dalla sedimentazione

secondaria e possiamo lavorare con concentrazione di biomassa molto più elevate

(invece di 2-4 g/l si può arrivare a 10-12 g/l). Con questo metodo si risparmia spazio,

diminuisce la portata di spurgo e quindi meno fanghi da trattare, però avendo una

concentrazione così elevata aumenterà l’SRT e se aumenta troppo è problematico per

la rimozione del fosforo.

Gli svantaggi dell’utilizzo delle membrane sono: l’intasamento delle fibre, ci vogliono

degli impianti di sollevamento per aspirare l’acqua e i costi per l’aspirazione, per

quando si sporca e per la membrana stessa.

Possono essere classificate in funzione:

- Della dimensione dei pori (d): più è piccolo il diametro maggiore è la perdita di

carico e quindi maggiore è la pressione che deve garantire la pompa.

- Della struttura geometrica e del materiale costitutivo: possono essere di

materiale organico (più economiche, buona resistenza alle variazioni di PH ma

minore resistenza nei confronti dei solventi organici) o inorganico (più costose

e con maggiore resistenza verso agenti chimici). Le membrane

commerciali utilizzate generalmente nel trattamento delle acque sono quelle

costituite da materiali organici polimerici.

- Sono o a spirale o tubolari.

In quelle tubolari le pareti sono semi-permeabili. Questi tubi infondo sono chiusi con

materiale uguale alle membrane, le particelle passano nel tubo e vanno verso l’esterno

e poi escono sotto forma di permeato.

Quelle a spirale vengono utilizzate per l’osmosi inversa (processo che riesce a

rimuovere ioni, sali, ecc, adatto per la potabilizzazione) ed è fatta a strati che si ripetono

in continuazione. Il liquame entra e passa per la griglia, che serve esclusivamente per

tenere separati tra loro i fogli di membrana, separate anche da parti permeabili. Il tutto

è arrotolato a spirale.

Con il passare del tempo si ha il fenomeno del fouling (sporcamento). Ci si accorge di

questo fenomeno perché si avverte una diminuzione del flusso del permeato nel tempo

(significa che i pori si sono intasati). Accumulandosi il tutto sulla superficie della

membrana aumentano le perdite di carico dovendo fornire all’acqua energia maggiore.

Dobbiamo quindi prevedere una pulizia delle membrane.

Lo sporcamento o fouling è un fenomeno che deriva dalla:

- Deposizione e dall’ accumulo di particelle sulla superficie della membrana;

- Formazione di colture adese di microorganismi (biofouling);

- Cristallizzazione e precipitazione di soluto sulla superficie e tra i pori della

membrana stessa.

Ci sono diverse tecniche di pulizia per manutenere una membrana: lavaggio in

controcorrente acqua e/o aria o lavaggio chimico. 3

Per risolvere questo problema si potrebbe ricorrere al contro-lavaggio (ogni tot m che

passano dalla membrana, una piccola parte la si fa ritornare indietro e la faccio uscire

sotto forma di concentrato) ma non basta perché, ad esempio, si possono avere delle

colture adese sulla membrana, quindi nel lavaggio si può aggiungere candeggina per

garantire l’abbattimento dei microorganismi che si stanno sviluppando e poi l’acido

muriatico per eliminare il calcare.

Il lavaggio di tipo fisico comporta un contro-lavaggio con acqua oppure con il

rilassamento (ad esempio nelle fibre cave ci sono dei tubi lunghi che si fanno rilassare

e tutto il materiale che si è adeso sopra cade e precipita sul fondo).

Il lavaggio di tipo chimico si fa in funzione di quello che vogliamo rimuovere

(ipoclorito di sodio, acidi, ecc..). Per far sciogliere le incrostazioni si deve avere un PH

basico e quindi vado a mettere nel contro-lavaggio una base.

Purtroppo, lo sporcamento delle membrane è un fenomeno non reversibile (quindi

vanno saltuariamente cambiate), ma una accorta manutenzione può farle durare a

lungo. Le membrane degli MBR (microfiltrazione) possono durare anche più di 10

anni.

9. Filtrazione in volume. Chiariflocculazione.

La chiariflocculazione serve per far sedimentare le particelle che non sedimentano;

sono particelle solide che non galleggiano e non sedimentano.

I solidi sospesi non sedimentabili aumentano la torbidità dell’acqua, causando

problemi alla flora e alla fauna e possono causare l’intasamento degli ugelli negli

impianti.

La filtrazione in volume permette la rimozione dei solidi sospesi (non colloidali) da un

liquido, facendo passare questi ultimi attraverso un letto filtrante costituito da materiale

granulare. In un depuratore, la filtrazione in volume viene generalmente usata a valle

della sedimentazione secondaria per la rimozione dei solidi sospesi non sedimentabili.

È un processo fisico, ma può diventare fisico-chimico se aggiungiamo reagenti prima

del processo di filtrazione in volume (chiariflocculazione che è un processo mirato per

eliminare i solid