Caratteristiche dei biofilm - UniTrentoferraim/Biomassa adesa.pdf · Caratteristiche dei biofilm...
Transcript of Caratteristiche dei biofilm - UniTrentoferraim/Biomassa adesa.pdf · Caratteristiche dei biofilm...
Caratteristiche dei biofilm
• Associazione di microorganismi adesi a unasuperficie
• In condizioni naturali i microorganismitendono a formare biofilm spontaneamente
• Lo sviluppo dei microorganismi ha come conseguenza una stratificazione fisiologicadel biofilm
Composizione del Biofilm• Microorganismi adesi a un materiale di supporto• Matrice di esopolimeri organici di origine microbica• Materiali inorganici in sospensione che aderiscono
Processi che avvengonoall’interno di un Biofilm
Processi fisici Processi chimici
STRATIFICAZIONE FISIOLOGICA DEI
BIOFILM
• L’ossigeno e I nutrienti trasportatidall’acquadiffondonoattraverso il biofilm
• La profondità finoalla quale il biofilm è attivo è di 300-400µm
• Sloughing
ALTERNATIVEdi APPLICAZIONEdelle BIOMASSEADESE
LETTIPERCOLATORI
FILTRI BIOLOGICISOMMERSI
REATTORIA LETTO MOBILE
LETTIFLUIDIZZATI
BIODISCHI
SISTEMI A BIOMASSA ADESA
possibilità di svincolare il tempo di residenza cellulare da quello di ritenzione idraulica, senza operare ricircoli di biomassa;
possibilità di aumentare le concentrazioni di biomassa, con la conseguente riduzione dei volumi dei reattori e delle superfici occupate;
possibilità di migliorare le prestazioni di impianti esistenti sottodimensionati o al fine di rispettare standard allo scarico più restrittivi;
indipendenza del processo dalle caratteristiche di sedimentabilità del fango.
Sistemi a biomassa adesa
• Letti percolatori• Biodischi (RBC)• Reattori a letto mobile• Biofiltri• Reattori a letto fluidizzato• Reattori a biomassa adesa ad alimentazione
discontinua (SBBR)
VANTAGGI SISTEMI A BIOMASSA ADESA
CONVENZIONALI (RBC e TF)
• Bassi consumi energetici• Semplice gestione • Nessun problema di sedimentabilità del fango• Migliori proprietà di ispessimento dei fanghi• Minori fabbisogni di manutenzione• Miglior recupero da shock tossici
LETTI PERCOLATORIPrime applicazioni: Inghilterra 1893
Riempimento tradizionale (pietrisco)
Riempimento plastico
L’acqua reflua attraversa un letto sul quale è adeso il fango
Ventilazione naturale o forzata
Maturazione del biofilm e distacco
Necessita di sedimentazione secondaria per la separazione dei solidi
LETTI PERCOLATORIDiagramma di flusso
Ingresso
Ricircolo
Fango di supero
Lettopercolatore
Uscita
(eventuale)
Sedimentatore
LETTI PERCOLATORIDiagramma di flusso
Recycle
Primaryclarifier Trickling
filter
Finalclarifier
Wastesludge
FinaleffluentInfluent
Caratteristiche• Sedimentazione primaria per prevenire l’intasamento• Riempimento: pozzolana, ghiaia, etc. con una porosità del
50%• Profondità media del letto: 2 metri• Il ricircolo dell’effluente per diluire l’influente aumenta
l’efficacia• Autopulizia stazionaria per sloughing• Sedimentazione secondaria per la separazione dei solidi• In condizioni di basso carico nella parte bassa del letto si può
avere nitrificazione
Letti percolatori in materiale naturale
• Altezza (0,9-2,5 m, media 1,8 m)• Problema “sloughing”• Problema crescita a volte incontrollata di
funghi od alghe nella zona superiore o di organismi superiori (vermi, ecc.) che possono predare il biofilm.
Tipico letto percolatorein pietrisco naturale
ClassificazioneIn funzione del carico organico si distinguono• Filtri a basso carico• Filtri ad alto carico
������� ����������� �����������
������������ ������������ ����������
�������� ����� �����
Filtro percolatore con riempimento plastico
• Riempimento plastico di differenti configurazioni
• Fino al 90% di porosità• Elevata superficie specifica• Reattori più alti (reduzione
della superficie richiesta)• Aerazione facilitata• Trattamento di carichi da 1 a
5 Kg COD/m3 d• Possibilità di copertura
LETTI PERCOLATORIRiempimento plastico
modulare e sfuso
LP a basso carico
– Singolo stadio– Riempimento naturale– Carichi idraulici: 1-4 m3 WW/(m2 d)– Corg: 0,07-0,22 kgBOD/(mc d)– Nessun ricircolo– Elevata occupazione superficie
LP ad alto carico
• Pietrisco–Uno o due stadi–Ci:
10-40 m3 WW/(m2 d)–Corg:
0,4-2,4 kgBOD/(mc d)–Ricircolo:
1-3 Qc
• Materiale plastico–Uno o due stadi–Ci:
10-75 m3 WW/(m2 d)–Corg:
0,6-3,2 kgBOD/(mc d)–Ricircolo:
1-3 Qc
LP ad altissimo carico(sgrossamento COD)
– Riempimento plastico (sup. Specif. 2-5 voltepietrisco)
– Elevate altezze riempimento (5-10 m)– Carichi idraulici: 40-200 m3 WW/(m2 d)– Corg: > 1,5 kgBOD/(m3 d)– Ricircolo: 1-3 Qc
PARAMETRI PROGETTO LETTO PRECOLATORE
2-4
80-90
80-90
1,8-2,4
Intermitt.
0
0,07-0,22
1-4
Pietrisco
BassoCarico
10-206-106-102-8P installatakW/(103 m3)
---30-50Nitrificazione
40-7060-9050-9050-80Effic. Rim. BOD5
0,9-63-121,8-2,41,8-2,4Profondità (m)
ContinuoContinuoContinuoIntermitt.Distacco biofilm
0-31-31-30-1Rapporto di ricircolo
>1,50,6-3,20,4-2,40,24-0,48Carico organicokgBOD/(m3 d)
40-20010-7510-404-10Carico idraulico(m3/(m2 d))
Pietrisco/plasticaPlasticaPietriscoPietriscoRiempimento
SgrossamentoAlto caricoAlto caricoMedioCarico
Par. Progetto
CARICHI VOLUMETRICI E SUPERFICIALI DI PROGETTO
0,5-3 mg N-NH4 /L0,5-2,5 gTKN/(m2 d)Trattamento terziarioCarico (rim.N)
82-92% rim. BOD<3 mg N-NH4 /L
0,1-0,3 kgBOD/(mc d)0,2-1 gTKN/(m2 d)
Trattamento secondarioBasso carico (rim.CN)
82-92% rim. BOD0,3-1,0 kgBOD/(mc d)Trattamento secondarioMedio carico (rim.C)
55-70% rim. BOD2-5 kgBOD/(mc d)Pretrattamento alto carico(rim.C)
QUALITA’ EFFLUENTE
CARICOAPPLICAZIONE
LP – Rimozione CCriterio WEF (2000)
So, Se = BOD influente, effluente (mg/L)R = rapporto di ricircoloKrif,20= cost. cinetica [(L/s)0,5 /m2 (0,21 per reflui
civili)α=fatt. correttivo T per K (= 1,035)As = sup. spec. Supporti D = prof. Lettoq = portata idraulica superficiale [L/ (m2 s)]N = cost caratteristica mat. riempimento
RRq
AsDKR
SoSe
n
T
−���
����
�
+⋅+
=−
)1(exp)1(
2020 α
5,05,0
��
���
�⋅��
���
�=p
rif
p
rifrifp
SS
DD
KK
Drif=6,1 m
Srif = 150 mgBOD/L
LP- Rimozione carbonio + nitrificazioneCriterio WEF
Nc,s = capacità nitrificazione specifica gN/(m2 d)
44,0
82,0,−
��
���
�=TKNBOD
sNc
BIODISCHI
Biodischi• Dischi plastici uniti assialmente da un albero• Parzialmente sommersi in una vasca• Rotazione dell’albero• Il fango adeso ai dischi viene esposto
alternativamente all’acqua reflua e all’ossigenodell’atmosfera
• Distacco naturale del biofilm• Stadi separati• Sedimentazione secondaria obbligatoria
Caratteristiche generali
Diagramma di flusso dei biodischi
Ingresso
Fango di supero
Biodisco
Sedimentatore
Uscita
Ricircolo (eventuale)
Diagramma di flusso dei biodischi
Biodischi
• È costituito da dischi di 2-4 m di diametro, ravvicinati (2-3 cm) e posti suun albero orizzontale
• L’albero ruota a 1-2 rpm• Il materiale più usato è il polietilene ad alta densità (HDPE) corrugato. A
seconda del grado di corrugamento si parla di bassa, media o alta densità(area totale per albero). Usati in sequenza, diversi spessori del biofilm.
• Massimo 50000 abitanti equivalenti
PARAMETRI PROGETTO BIODISCHI
0.5-12.5-84-10Carico organicogsBOD/(m2 d)
15-30
0.7-1.5
24-30
12-15
8-20
0.08-0.16
Rimozione BOD
1-2<2N-NH4 effluente (mg/l)
7-157-15BOD effluente (mg/l)
1.2-31.5-4HRT (h)
0.75-1.5Carico NH3 gN/(m2 d)
24-30Carico organico massimo 1° stadiogBOD/(m2 d)
12-15Carico organico massimo 1° stadiogsBOD/(m2 d)
1-25-16Carico organicogBOD/(m2 d)
0.04-0.100.03-0.08Carico idraulico(m3/(m2 d))
Nitrificazione separataRimozione BOD e nitrificazionePar. Progetto
Biodisco – Rimozione CCriterio Grady (1999)
Sn= sBOD allo stadio n (mg/L)As = sup. del disco nQ = portata (m2/d)
����������
�����������
��
����
�
��
� ⋅⋅−⋅⋅++−
=
Il carico del primo stadio deve essere posto uguale a 12-15 g sBOD/m2 d per determinare la prima area
Ingresso
Fango di supero
Reattore a letto fisso
Sedimentatore
Uscita
Aria
Letto fisso sommerso
Aria Liquame Filmliquido
Film biologico Supporto
Reagenti
Prodottidi reazione
Diffusione
Diffusionee reazione
Letto fisso sommerso
Biofiltrazione
• Reattori biologici con biomassa adesa e non in sospensione
• Supporto granulare o corrugato• Nello stesso reattore avvengono due
processi:– Degradazione biologica dei contaminanti– Filtrazione fisica dei materiali in sospensione
• È necessario effettuare lavaggi periodici
Vantaggi della Biofiltrazione
• Risparmio di spazio– Dovuto alla maggiore concentrazione della
biomassa
• Non richiedono sedimentazione secondaria– Assenza di bulking
• Minore emissione di odori• Costruzione modulare• Operazione automatizzata
Svantaggi della Biofiltrazione
• Possibile sensibilità ad alti carichi• Richiesta di un buon pretrattamento• Cicli di lavaggio ogni 24-48 ore• Alta richiesta di energia
– Pompe e soffianti per il lavaggio
• Personale qualificato per lo svolgimento del processo
Processo di lavaggio• Obiettivo: eliminare l’eccesso di fango che
riempie il filtro• Frequenza: ogni 24-48 ore• Sequenza
– Iniezione di aria per disintasare– Lavaggio con aria e acqua in simultanea– Risciacquo finale con acqua
• Processo simile al lavaggio dei filtri a sabbia
Classificazione in funzione del materiale di supporto
• Biofiltri con riempimento minerale• Biofiltri con materiale plastico• Biofiltri con piastre corrugate
Biofiltro
al trattamentofanghi
1
liquame primario
4 5
2
3
effluente
Biofiltri con alimentazione upflow
BiofiltroBiofiltri con alimentazione downflow
BIOFOR (Dégremont)
• Modo di alimentazione: upflow
• Materiale di riempimento piùdenso dell’acqua: Biolite
• Lavaggio upflowcon effluentefinale e aria
MBBR
Ingresso
Fango di supero
Reattore a lettomobile
Sedimentatore
Uscita
Aria
MBBR
Reattori a biomassa adesa puri
influente
pretrattamento trattamento primario reattore a letto mobile chiarificazione
sedimentazione
stacciatura
sedimentazione
filtro a sabbia
effluente
MBBR
influente
pretrattamento trattamento primario reattore a letto mobile chiarificazione
sedimentazione
stacciatura
sedimentazione
effluente
Reattori a biomassa mista (adesa+sospesa)
ricircolo supero