Applicazione dei sistemi MBR al trattamento di reflui industriali

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Silvestro Torre
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1 Università degli Studi di Napoli Federico II Università degli Studi di Palermo Università degli Studi di Salerno Corso di Aggiornamento Bioreattori a Membrane (MBR) per la depurazione delle Acque Applicazione dei sistemi MBR al trattamento di reflui industriali Claudio Lubello (Università di Firenze) Palermo, 4-5 Luglio 2013

(MBR) per la depurazione delle Acque Applicazione dei sistemi MBR al trattamento

2 Sommario Il mercato dei reflui industriali Vantaggi specifici della tecnologia MBR Esempi di casi applicativi innovativi Considerazioni conclusive Saluti

3 Installazioni per trattamento reflui industriali

4 Installazioni per trattamento reflui industriali Frequenza cumulata (%) civile industriale Capacità installata (m 3 /d)

5 Il trattamento dei reflui industriali

6 Vantaggi specifici tecnologia MBR Controllo flessibile dell età del fango senza i vincoli necessari per l ottenimento di fiocchi flocculanti; Possibilità di operare con reattori volumetricamente compatti; Incremento delle capacità di adsorbimento dei composti recalcitranti da parte della biomassa con riduzione dello scarico; Avvio più rapido per la capacità di ritenzione completa della biomassa; Ritenzione del particolato, dei colloidi e delle macromolecole organiche per un tempo pari all età del fango.

dei composti recalcitranti da parte della biomassa con riduzione dello scarico; Avvio più rapido per la capacità di ritenzione

7 Vantaggi specifici tecnologia MBR Riduzione dei costi connessi al controllo delle caratteristiche di sedimentabilità della biomassa; Possibilità di rimozione dei metalli e fosforo, mediante aggiunta di reagenti, attraverso la completa ritenzione dei precipitati; Ridotta necessità di controllo del processo biologico; Ottima possibilità di utilizzo della tecnologia per l upgrading; Soluzione ideale per il riutilizzo delle acque reflue; Sistema ideale di pre-trattamento per successivi trattamenti a membrana (nanofiltrazione, osmosi inversa).

Ridotta necessità di controllo del processo biologico; Ottima possibilità di utilizzo della tecnologia per l upgrading; Soluzione

8 Casi di studio: trattamento acque tessili Capacità depurativa abitanti equivalenti Portata in ingresso circa m 3 /d Un aliquota di circa 100 l/s viene inviata all impianto di affinamento per il riutilizzo industriale Equalizzazione Trattamenti Sedimentazione Ossidazione Sedimentazione Preliminari primaria biologica secondaria Permeato Pilota MBR Chiariflocculazione Effluente Ozono

000 m 3 /d Un aliquota di circa 100 l/s viene inviata all impianto di affinamento per il riutilizzo

9 Casi di studio: trattamento acque tessili Assorbanza influente Assorbanza permeato Rendimento Assorbanza influente a 420 nm Tem po (settim ane) Rendimento di rimozione (%) Assorbanza a 420 nm Range Media Inlet 0,153-0,504 0,322 Outlet 0,041-0,119 0,075

10 Trattamento reflui tessili Effluente chiariflocculazione Effluente ozono Permeato MBR 0,160 0,140 Assorbanza a 420 nm 0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 0, Tem po (settim ane) MBR Rimozione media 77,2 % WWTP (con ozono) 77,6 %

0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 0 2 4 6 8 10 12 14

11 Trattamento reflui tessili Chiariflocculazione MBR Ozono Abs. a 420 nm 0,090 0,074 0,070

12 Trattamento reflui tessili Distretto tessile di Prato, in collaborazione con GIDA SpA Impianto di Calice Installazione pilota MBR (membrane a fibra cava GE) Distretto tessile di Terrassa (Barcellona), in collaborazione con CSIC Impianto di Terrassa (Barcellona, Spagna) Installazioni pilota MBR (membrane a fibra cava Koch) MBR (membrane piane Kubota)

tessile di Terrassa (Barcellona), in collaborazione con CSIC Impianto di Terrassa

13 Trattamento reflui tessili Classi di composti oggetto d indagine: Comprensorio tessile di Prato TENSIOATTIVI METALLI Alchifenoli polietossilati (APnEO) Cr, Cd, Pb IDROCARBURI POLICLICI AROMATICI (IPA) FTALATI - naftalene, - antracene - fluorantene - benzo(a)pirene - benzo(g,h,i)perilene - crisene - IPA tot di-2-etilesilftalato - Fenantrene - acenaftene - fluorene - acenaftilene - benzo(a)antracene - benzo(b)fluorantene - benzo(k)fluorantene Terrassa Barcellona (Spagna) TENSIOATTIVI - APnEO e loro sottoprodotti di degradazione - LAS (tensioattivi anionici a catena alchilica lineare)

crisene - IPA tot di-2-etilesilftalato - Fenantrene - acenaftene - fluorene - acenaftilene - benzo(a)antracene - benzo(b)fluorantene -

14 Trattamento reflui tessili Impianti pilota Screen Grit removal Primary settling Equalization tank Denitrification Impianto pilota MBR Calice (Prato) Oxidation-nitrification Secondary settling Clariflocculation Denitrification Oxidation-nitrification Permeate Air MBR pilot plant Air Ombrone river

(Prato) Oxidation-nitrification Secondary settling Clariflocculation

15 Confronto dell efficienza di rimozione del Di-2-etilesilftalato MBR Calice ,00 MBR - IDL Calice andamento Di-2-etilesilftalato (ng/l) Di-2- etilesilftalato 8.000,00 Suddivisione degli Ftalati 70.0% ng/l 60.0% 50.0% 40.0% 30.0% 6.000, , , % 37.0% 20.0% 10.0% 0.0% 0,00 14//12/04 18/01/06 08/02/06 01/03/06 29/03/06 27/04/06 3.8% 0.7% 0.8% 0.1% 0.4% ingresso 33,30 719, , , , ,00 MBR 0,00 63,50 424,00 473, ,00 303,00 Calice Di-n-butil Di-isobutil 182,50 Di-2-etilesil 44,40 Butilbenzil 1.079,00 Di-n-decil 1.124,00 Di-n-esil 1.689,00 Di-n-pentil 3.379,00 Limite 125/ Efficienza di rimozione MBR 89% Impianto a fanghi attivi tradizionale 70% 15

0% 0,00 14//12/04 18/01/06 08/02/06 01/03/06 29/03/06 27/04/06 3.8% 0.7% 0.8% 0.1% 0.4% ingresso 33,30 719,00 6.498,00 1.989,00 8.809,00 6.046,00 MBR 0,00 63,50 424,00 473,00 1.

16 Confronto dell efficienza di rimozione degli NPnEO tra MBR e CASP Concentration (µg/l) NPnEO NP(3-15)EO CAS influent CAS effluent MBR Koch effluent MBR Kubota effluent MBR Terrassa Efficienza di rimozione 85.7% CAS 97.8% MBR Koch 96.8% MBR Kubota Time (sampling day) Influent CASP MBR-HF MBR-PF LAS ± ± ± ±1.25 NP (1-15) EO 16.44± ± ± ±0.16 NP 4.58± ± ± ±0.46 NP 1 EC 0.60± ± ± ±0.27 NP 2 EC 0.67± ± ± ±

8% MBR Koch 96.8% MBR Kubota - 1 2 8 9 15 16 22 23 Time (sampling day) Influent CASP MBR-HF MBR-PF LAS 1362.9±187.1 15.06±14.44 6.51±4.07 2.76±1.

17 Trattamento reflui oleari Olio di Sansa Olive Sanse Vergini DECANTER a TRE FASI OLIO Sanse Esauste Acque di Vegetazione COMBUSTIONE RIUSO EVAPORAZIONE / CONDENSAZION E 25% in secco Estrazione Polifenoli SCARICO Effluente depurato TRATTAMENTI BIOLOGICI Fanghi Biologici

COMBUSTIONE RIUSO EVAPORAZIONE / CONDENSAZION E 25% in secco

18 Trattamento biologico a scala pilota L impianto MBR Q a ph DO Q f Alimentazione NaOH Q r Condizioni operative: HRT di circa 1 giorno. Volume vasca di ossidazione 30 litri. ph = 7 DO = 3 mg/l Aggiunta di macronutrienti COD : N : P = 100 : 20 : 2

circa 1 giorno. Volume vasca di ossidazione 30 litri.

19 Risultati Condensa to COD (mg/l) Ammonio (mg N- NH 4 /L) VFA (mg/l) Phosphate (mg P- PO 4 /L) , ,1 3,47 ph Condensato/Acqua di rubinetto = 1/3 Condensato tal quale COD (mg/l) mg L Tempo (d) Bioegradabilità del refluo di circa il 95%. Concentrazione del COD nell effluente inferiore al limite di scarico in corpo idrico recettore. REPLICA START-UP: Rimozione del 90 % del COD dopo 8 giorni dall avvio con diluizione iniziale 1:1 con acqua di rubinetto

6 mg L -1 0 3 8 13 18 23 Tempo (d) Bioegradabilità del refluo di circa il 95%.

20 Trattamento surnatante digestato suinicolo Batteri Azoto fissatori N 2 Azoto in atmosfera Batteri Denitrificanti NH 4 + Ammonio usato dalle piante ed animali e rilasciato per decomposizione ANAMMOX NO 3 - Nitrati Batteri Ammoniossidanti NO 2 - Nitriti Batteri Nitritossidanti

dalle piante ed animali e rilasciato per decomposizione ANAMMOX NO 3

21 Trattamento surnatante digestato suinicolo Processo convenzionale di Nitrificazione - Denitrificazione 1.5 O O 2 COD NH + 4 NO - 2 NO - 3 NO - 3 N 2 BIOMASSA AUTOTROFA BIOMASSA ETEROTROFA Processo combinato Nitrificazione Parziale - Anammox NH O 2 50% NH + NH N 50% NO 2 - N 2 NO - 2 NO - 3 BIOMASSA AUTOTROFA BIOMASSA AUTOTROFA

22 Trattamento surnatante digestato suinicolo MBR Anammox Mixer Frequenti interventi di pulizia per presenza di SS e colloidi nel refluo TMP36 (mbar) tempo (d)

23 Bioagumentation Limiti del contesto tecnologico tradizionale nella rimozione di nutrienti Biomassa Ammonio Ossidante (AOB) Biomassa Nitrito Ossidante (NOB) Ammonio Nitriti Nitrati NH 4 + NO 2 - NO 3 - Biomassa Eterotrofa (HET) bcod CO 2 Azoto gas N 2 COD = mg/l N tot = mg/l SRT = 8 10 d SRT = 1 2 d COD = 125 mg/l N tot = 10mg/L Vasca di OSSIDAZIONE - NITRIFICAZIONE Vasca di DENITRIFICAZIONE

24 Bioagumentation MAIN - STREAM SIDE - STREAM

25 Bioagumentation Refluo in ingresso con elevato rapporto N-COD Elevata età del fango (SRT = 20 d) Reattore side-stream: MBR Controllo della temperatura (T = 20 C)

26 Bioagumentation

27 Reflui conciari: MBR+PAC Period PAC [g L -1 ] SRT [d] TSS [g/l] HRT [h] Start Experimental [d] End periods [d] Mean T [ C] COD removal [%] I Period I ,4 II Period II ,6 III Period III ,5 81 IV Period IV ,5 Effetto di stabilizzazione nella rimozione del COD COD removal stability and efficiency Pressioni transmembrana TMP vs TSS Relative frequency. 0,25 0,2 0,15 0,1 Without PAC PAC = 1,5 g/l PAC = 3 g/l TMP[KPa] No pac 2 Pac TSS [mg/l] Frequenza di sporcamento 0,05 0 < COD removal [%] Fouling rate [m2/m3]. No Pac PAC 1,5 g/l Time [d]

28 Conclusioni Gli impianti MBR rappresentano oggi una tecnologia che è uscita dalla fase sperimentale e rappresenta una scelta tecnologica di cui sono noti i punti di forza e di debolezza. Il settore industriale rimane probabilmente il luogo applicativo di elezione, anche se le installazioni più importanti sono destinate al trattamento di reflui civili. Nonostante ciò ci sono ancora ampi margini di messa a punto e miglioramento funzionale, con soluzioni che, specie per il trattamento di reflui industriali possono trovare utili sinergie con altre tecnologie di trattamento.

29 Applicazione dei sistemi MBR al trattamento di reflui industriali Grazie per l attenzione Claudio Lubello Università di Firenze claudio.lubello@unifi.it

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