Rimozione dei nutrienti. Rimozione dei nutrienti. Rimozione dei nutrienti. I nutrienti presenti nelle acque reflue sono: N e P

Transcript

1 La riduzione delle emissioni, dirette ed indirette, nei sistemi MBR e MB-MBR Innovative wastewater treatment technologies for energy saving and environmental protection May 2, 216 -Palermo I nutrienti presenti nelle acque reflue sono: N e P Forme di azoto presenti nei liquami: N organico: deriva da proteine, urea, amminoacidi circa il 25% dell azoto totale idrolisi a N-NH 3 Giorgio Mannina Università di Palermo Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, Aerospaziale, dei Materiali (DICAM) Forme di azoto presenti nei liquami: N inorganico: sversamentodiretto e idrolisi di N organico Forme possibili: NH 3 ammoniaca NH 3 + H + NH + 4 NO 2- nitriti NO 3- nitrati N 2 azoto gassoso Forme di fosforo presenti nei liquami: Forme del fosforo presenti nei liquami grezzi: Fosforo organico: 1% del Ptot Fosforo inorganico: Ortofosfato solubile: 5% del Pinorganico Polifosfati solubile: 25 85% del Ptot Giorgio Mannina 1

2 Forme di azoto presenti nei liquami: Forme del fosforo presenti nei liquami dopo trattamento biologico: Fosforo organico: 5 1% del Ptot Fosforo inorganico:ortofosfato solubile: 9 95%del Ptot Possibili conseguenze dei nutrienti Tossicitàdell NH 3 (in forma gassosa) per N-NH 3 >,1 mg/l Inquinamento della falda da nitrati(no 3 ): cianosi infantile modifica dell emoglobina, incapace di portare O 2 al sangue Eutrofia dei bacini a debole ricambio A seconda del tipo di recapito finale in cui il refluo trattato viene smaltito, può rendersi necessario un trattamento di: Post-denitrificazione NITRIFICAZIONE DENITRIFICAZIONE SEDIMENTAZIONE nitrificazione(trasformazione del TKN in nitrati) nitrificazione/denitrificazione (eliminazione dell'azoto totale) rimozione di P. Fonte di carbonio (v D ) 2 [gno 3 -N/kgSSV h] FANGO DI RICIRCOLO Metanolo 1 1,3 Carbonio interno 4 1,8 Carbonio endogeno 1,5 1,1-1,12 FANGO DI SUPERO Enormi volumi di denitrificazione! θ NON PROPONIBILE! Giorgio Mannina 2

3 Post-denitrificazione Pre-denitrificazione BY-PASS LIQUAME INFLUENTE qr1 RICICOLO INTERNO NITRIFICAZIONE DENITRIFICAZIONE SEDIMENTAZIONE q q + qr qr = qr1 + qr2 DENITRIFICAZIONE NITRIFICAZIONE SEDIMENTAZIONE FANGO DI RICIRCOLO FANGO DI SUPERO qr2 FANGO DI RICIRCOLO Rimozione biologica di P Phoredox Rimozione biologica di P Bardenpho Fase anaerobica Fase aerobica ricircolo interno influente influente effluente Anaerobico Anossico Aerobico effluente TDI=1 2 h ricircolo fanghi fango di supero ricircolo fanghi fango di supero Giorgio Mannina 3

4 Rimozione biologica di P A2/O Rimozione biologica di P UniversityCape Town UCT ricircolo interno 1 ricircolo int. 2 ricircolo int. influente influente effluente Anaerobico Anossico Aerobico effluente ricircolo fanghi fango di supero ricircolo fanghi fango di supero Nell ambito del progetto di ricerca «I consumi energetici e le emissioni di gas climaalteranti negli impianti di depurazione: un sistema di supporto decisionale per il dimensionamento e la gestione» È stata investigata la produzione di gas climalteranti (N 2 O) in sistemi avanzati per la rimozione di C, N e P. UCT MBR + UCT-MB-MBR Q in Anaerobic Tank Anoxic Tank Aerobic Tank Q R1 ODR ODR=OxygenDeplectionReactor; Q IN = inletflow; Q R1 = recyclefromanoxictoanaerobic; Q RAS = recycleactivatedsludge; Q R2 = feedingflow rate tombr; Q OUT = permeate flow Q IN = 2 L h -1 ; Q R1 = 2 L h -1 ; Q RAS = 8 L h -1 ; Q R2 = 1 L h -1 ; Q OUT = 2 L h -1 Q RAS Q R2 MBR Tank Clean In Place Tank Carriers filling ratio: anoxic: 15% Aerobic 4% Giorgio Mannina 4

5 UCT MBR + UCT-MB-MBR UCT MBR + UCT-MB-MBR Alimentazione CIP MBR ODR Anaer Aer Anox Analisi dell influenza delle caratteristiche dell influente (C/N) su: Performance depurative Produzione di sostanze polimeriche extracellulari Produzione di N2O in forma disciolta e gassosa UCT-MBR Sporcamento della membrana Parametri cinetici/stechiometrici Filtrabilità dei fanghi Giorgio Mannina 5

6 UCT-MBR rimozione di COD e N Concentration [mgcod TOT,IN L -1 ] NH 4 -N concentration [mgl -1 ] CODTOT,IN TOT,IN 2 CODTOT,OUT TOT,OUT (a) (c) INH 4 -N,iN OUT NH 4 -N,OUT Concentration [mgcod TOT,OUT L -1 ] COD efficiency removal [%] Removal efficiency [%] hbio η hphys η CAKE,FILT htot η (b) (d) C/N = 1 C/N = 5 hdenitr η [%] 2 htotale[%] ηn hnitr η [%] Innovative 2 wastewater 4 treatment 6technologies 8 1 for energy saving and Time environmental [days] protection UCT-MBR rimozione di P PO 4-P concentration [mgl -1 ] P-PO 4 concentration [mg L -1 ] Assimilated (+) Released (-) (a) INPO 4-P,IN OUT PO 4-P,OUT (c) (b) 1 P removal efficiency [%] P-PO 4 concentration [mg L -1 ] Assimilated (+) Released (-) (d) Innovative 38 43wastewater 5 57treatment technologies for energy saving and Time environmental [days] protection UCT-MBR - Sporcamento membrana Resistance - R T [1 12 m -1 ] (a) C/N = 1 Physical cleaning C/N = 5 K 2 [1 2 L m -2 h -1 bar -1 ] (b) C/N = 1 C/N = UCT-MBR - Sporcamento membrana (c1) (c2) (c3) Phase I (54 th day) (c4) Phase II (94 th day) Phase II (68 th day) (c5) R PB 2R C,irr 3R C,rev Phase II (96 th day) Phase II (8 th day) EPS TOT [mg gtss -1 ] SMP [mg gtss -1 ] EPS Bound [mg gtss -1 ] R 2 = Resistance - R T [1 12 m -1 ] R 2 =.94 6 (d2) Resistance - R PB [1 12 m -1 ] R 2 =.68 (d1) (d3) Resistance - R C [1 12 m -1 ] Giorgio Mannina 6

7 UCT-MBR Produzione N 2 O Concentrazione misurata nello spazio di testa UCT-MBR Produzione N 2 O Concentrazione misurata nella fase liquida Concentration [mg N-N 2 O L -1 ] MBR Aerobic Anoxic Anaerobic C:N=5 favorisce la produzionedi N 2 O Anaerobic Anoxic Aerobic MBR Concentration [mg N-N 2 O L -1 ] Aerobic MMBR Permeate Anoxic Ana Anaerobic Maggiore produzione di N 2 O per C/N = 5 Concentrazione di N 2 O non trascurabile nel permeato rimozione di COD e N UCT-MB-MBR Concentration [mg/l] 15 C/N = 5 C/N = 1 C/N = COD_IN COD_OUT COD_sol_MBR Efficiency [%] 12 C/N = 5 C/N = 1 C/N = hnitr [%] hdenitr [%] htotale[%] Drastica riduzione delle performance depurative per C/N = 2 Giorgio Mannina 7

8 rimozione di P P-PO 4 Released (-) Assimilated (+) [mg L -1 ] ANAEROBICO C/N = 5 C/N = 1 C/N = P-PO 4 Released (-) Assimilated (+) [mg L -1 ] AEROBICO C/N = 5 C/N = 1 C/N = determinazione microbiologiche Concentration [mg/l] 2 1 C/N = 5 C/N = 1 C/N = Removal efficiency [%] Po4_in PO4_out Efficiency produzione N 2 O Concentrazione misurata nello spazio di testa Concentration [mg N 2 O-N L -1 ] MBR AEROBIC ANAEROBIC ANOXIC C:N=2 favorisce la produzione nel reattore anossico e aerobico produzione N 2 O Concentrazione misurata nella fase liquida Concentration [mg N 2 O-N L -1 ] ANAEROBIC ANOXIC PERMEATE ODR MBR AEROBIC Aumentoin MBR e ODR nelcaso C/N = 1 Giorgio Mannina 8

9 Confronto tra gli schemi Contributo per reattore C/N=1 e1 27% UCT-MBR Anaerobic Anoxic Aerobic MBR 2% 19% C/N=5 e2 19% Confronto tra gli schemi Contributo per reattore UCT-MB-MBR Al diminuire del valore di C/N il contributo del reattore anaerobico e anossico aumenta C/N=5 C/N=1 C/N=2 2.61% 1.9% 3.5% 1.47% 3.76% 2.24% 11% 43% 43% La riduzione del valore di C/N comporta l aumento della produzione nel comparto anossico 36% 29.39% 46.32% 41.42% 54.87% 47.31% 65.2% ANAEROBIC ANOXIC AEROBIC MBR Conclusioni Entrambi gli schemi investigati presentano ottime performance depurative per C/N = 1 La gestione dell impianto UCT-MB-MBR per C/N = 2 conduce ad una drastica riduzione delle performance depurative e all aumento della concentrazione di N 2 O nell off-gas Per la configurazione UCT-MBR la maggiore produzione di N 2 O si ha nel comparto aerato per C/N = 1; al diminuire del C/N aumenta il contributo del reattore anossico La biomassa adesa nella configurazione UCT-MB-MBR contribuisce a ridurre l emissione in aerobico e anossico Giorgio Mannina 9