Processi biologici

La cinetica di crescita dei microrganismi

In funzione della crescita del substrato, essa può essere crescente oppure, guardandola da destra verso sinistra, al diminuire del substrato, cioè all'aumentare del consumo di BOD nel nostro reattore, si osserva un rallentamento della cinetica della crescita dei microrganismi. Questa cinetica, per concentrazioni di substrato particolarmente elevate, è circa di ordine 0, mentre per concentrazioni basse si verifica una cinetica di tipo 1. La cinetica di Monod è una cinetica intermedia tra l'ordine 0 e l'ordine 1. Questa equazione è molto importante perché in funzione di quanto substrato c'è, si osserva una certa μ. Attraverso μ si ha alla fine una relazione tra biomassa e substrato. Quanta biomassa c'è in un reattore dipende dalla concentrazione di substrato. Più substrato c'è, più ho una crescita di biomassa maggiore, cioè più biomassa c'è, più proliferano i microrganismi.

Rapporto tra le reazioni di sintesi e le reazioni di ossidazione. In entrambe, sia sintesi che ossidazione, abbiamo la rimozione del BOD solo che noi preferiamo l'ossidazione in quanto non c'è alcuna produzione di cellule. L'ossidazione è da preferirsi perché non porta cellule mentre la sintesi sì. Il parametro Y, ricavabile stechiometricamente per ogni composto biodegradabile, rappresenta quanti mg di cellule si formano per ogni mg di substrato consumato. Ricordiamo che il substrato lo posso misurare come BOD oppure come COD.

Ottengo che la velocità cinetica di rimozione del substrato la posso ricavare dall'equazione di Monod dividendo semplicemente tutto per Y. È di utilità pratica sostituire al rapporto μ \Y con un parametro k che mi dà più l'idea di una cinetica. Bisogna fare anche un'altra osservazione cioè la r è una velocità generica. Possiamo anche definire la

VELOCITÀ SPECIFICA DI RIMOZIONE DEL SUBSTRATO COME

La k che si presenta è una costante che dipende da due costanti fondamentali.

Fino ad ora abbiamo incontrato 3 costanti fondamentali cioè K, Y e μS M.

Rimane a questo punto il discorso della RESPIRAZIONE ENDOGENA che si assume del primo ordine rispetto alla biomassa. Si assume quindi una velocità di decadimento endogeno delle cellule:

Il meno è giustificato dal fatto che dX sarebbe un differenziale negativo. A questo punto fa molto comodo introdurre un'altra velocità cioè la VELOCITÀ NETTA DI CRESCITA. In un reattore, in un'unità di tempo, il numero di cellule che aumenta è dato dal numero di cellule che crescono perché assimilato del substrato a cui vado a sottrarre il numero di cellule che muoiono in quanto è incominciato il processo di decadimento endogeno.

Anche in questo caso vado a definire la VELOCITÀ SPECIFICA NETTA DI CRESCITA

1. Equazione cinetica di Monod per il glucosio: µ₁ = µ_max1 * (S₁ / (K₁ + S₁))
2. Equazione cinetica di Monod per il secondo composto: µ₂ = µ_max2 * (S₂ / (K₂ + S₂))
3. Equazione cinetica di Monod per il terzo composto: µ₃ = µ_max3 * (S₃ / (K₃ + S₃))
4. Equazione cinetica di Monod per il quarto composto: µ₄ = µ_max4 * (S₄ / (K₄ + S₄))

composti 2-3 ed infinesarà fatta da microrganismi che mangiano acido aspartico. Quello che ci interesserà sarà sapere quanti i sonoi microrganismi nel nostro reattore cioè la X.Andiamo quindi ad estendere la validità dell'equazione di Monod per un liquame MULTI COMPONENTE euna colonia batterica mista cioè fatta da microrganismi in grado di mangiare un po' tutto.Il significato profondo di questo discorso è che quando parliamo di parametri cinetici, noi dobbiamo esularedai parametri cinetici specifici, cioè la Y non sarà più relativa ad un solo composto ma sarà una Y mediata tratutti i componenti e analogamente per tutte le altre costanti cinetiche. Andrò quindi a considerare delleCOSTANTI CINETICHE GLOBALI che tengono conto che all'interno del reattore c'è di tutto.PROCESSI BIOLOGICI A BIOMASSA SOSPESAI più importanti sono i reattori a fanghi attivi cioè un

Un reattore seguito da un sedimentatore secondario dal quale viene effettuato il ricircolo della biomassa. Abbiamo due tipologie di impianti:

1. CFSTR
2. PFR

Layout tipici:

In figura è riportato lo schema più semplice tra tutti che viene spesso chiamato PROCESSO TRADIZIONALE. Si tratta di un processo costituito da un sedimentatore primario, seguito da un reattore biologico a biomassa sospesa in cui devo necessariamente insufflare ossigeno (sia per fornire ossigeno ma anche per farmantenere tutto in sospensione). Dopo il reattore ho un sedimentatore secondario. Nel processo tradizionale esistono poi una serie di linee di ricircolo: il fango di ricircolo viene portato di nuovo al reattore. Parte del fango viene periodicamente spurgato e viene mandato, insieme al fango primario uscente dal sedimentatore primario, ad un digestore cioè ad un'unità di stabilizzazione del fango. La digestione del fango può avvenire in situazioni aerobiche oppure in situazioni anaerobiche.

• SISTEMA AD ALIMENTAZIONE DISTRIBUITA: Noi abbiamo che l'alimentazione, invece di inviarla in testa viene inviata nel reattore in punti diversi. Se il reattore è a mescolamento possiamo dire che l'alimentazione è sempre la stessa, contrariamente se mando l'alimentazione in punti diversi è come se andassi a favorire un flusso da sinistra verso destra in cui si va a stabilire un profilo di concentrazione. Distribuire l'alimentazione in più punti è molto interessante perché ci consente di andare a distribuire anche l'aerazione in più punti. Vado a mettere soffianti o giranti, di dimensioni e potenza diverse, in base a quanta alimentazione mando. Distribuire

L'alimentazione significa anche evitare che ci sia lo sviluppo dei batteri quasi in contemporanea con i protozoi che cominciano a mangiare i batteri.