Trattamento di reflui agro-zootecnici

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1 Trattamento di reflui agro-zootecnici Hydroitalia - Colsen ha sviluppato una metodologia efficiente ed economicamente vantaggiosa per il trattamento dei prodotti da agro-zootecnia (es. letame). Tale trattamento viene effettuato combinando diverse tecnologie, quali il digestore termofilo dotato di DIGESTMIX, un sistema di strippaggio dell ammoniaca AMFER, produzione di fosfato grazie all utilizzo del sistema ANPHOS ed un post-trattamento della frazione liquida attraverso il sistema NAS. Durante la digestione termofila la biomassa (es. letame e liquami) viene convertita in biogas ed il residuo viene chiamato digestato. L ammoniaca presente nel digestato può essere riutilizzata sottoforma di solfato di ammonio dopo lo strippaggio nell AMFER. Entrambi i processi avvengono a temperature comprese tra i 50 C - 60 C. Per il processo di strippaggio può essere utilizzata l aria proveniente dalle stalle ottenendone così al tempo stesso il trattamento. Questo digestato viene separato in due frazioni, liquida e solida. La frazione liquida può essere ulteriormente depurata grazie all utilizzo del sistema NAS -MBR. L acqua ottenuta può ancora essere trattata con ANPHOS per produrre struvite. Le acque residue possono essere convogliate all impianto di trattamento acque. La frazione solida è ricircolata in testa al digestore incrementando così la produzione di biogas. Il quantitativo di residuo solido presente è ridotto di circa il 10% rispetto al prodotto in ingresso e può essere ulteriormente essiccato per produrre del compost. Nel caso in cui il biogas sia anche desolforizzato tramite il BIDOX, l acido solforico che ne risulta può essere impiegato per la produzione di solfato di ammonio utilizzando il sistema AMFER. La redditività economica della digestione dei prodotti agro-zootecnici deriva dalla produzione di energia che può essere incrementata mediante la co-digestione di diversi substrati organici. L alta resa della fermentazione termofila si ottiene dall incremento di produzione di biogas che porta ad un ulteriore profitto. Durante tutte le fasi di trattamento, non solo si produce energia, ma si recuperano anche nutrienti utili sottoforma, ad esempio, di solfato di ammonio ((NH₄)₂SO₄), struvite (MgNH₄PO₄.6H₂O) e compost. Il consumo energetico dell impianto, inclusa la depurazione acque è limitato a circa il 15-20% dell energia elettrica totale generata (si deve notare comunque che questo valore dipende dal progetto e dalle dimensioni dell impianto) Un interessante effetto di questo approccio nel trattamento dei prodotti agro-zootecnici è la sua sostenibilità e la sua adattabilità agli allevamenti intesivi. Motori a biogas per produzione di energia

2 Digestione termofila La fermentazione rappresenta un processo naturale di dissimilazione anaerobica durante il quale la biomassa organica viene trasformata. Alcune classi di batteri sono capaci di convertire il materiale organico in metano (CH4), anidride carbonica (CO2) e acqua. L efficacia della conversione è determinata dal sistema e dalla natura del substrato. Questo processo di digestione anaerobica avviene principalmente in due differenti range di temperatura da C (mesofilia) e da C (termofilia). La digestione termofila è spesso applicata al trattamento dei prodotti reflui organici industriali, a fanghi da impianti di trattamento delle acque reflue o a reflui zootecnici (es. letame). La combinazione di varie tipologie di reflui e/o prodotti organici di scarto è un processo che prende il nome di co-digestione. Uno dei vantaggi della digestione termofila è l eliminazione della maggior parte dei patogeni, virus e germi che vengono pastorizzati per l elevata temperatura a cui sono sottoposti. Il dispositivo di miscelazione e di riscaldamento unico nel suo genere di Hydroitalia Colsen (Digestmix ) permette di conseguire un efficienza operativa del digestore data dall instaurarsi di condizioni stazionarie di temperatura e omogeneità. Il biogas prodotto può essere desolforato (BIDOX ) per essere utilizzato efficacemente nella produzione di calore e/o energia mediante unità CHP o può essere purificato a gas naturale. e Con la digestione termofila del substrato organico sono stati verificati i seguenti livelli di conversione: Substrato organico Conversione % Fanghi da impianto di trattamento acque primario 90% Fanghi da impianto di trattamento acque secondario 50% Scarichi dell industria alimentare 95% Reflui zootecnici 70% Mais ecc. 85% La produzione di biogas dipende per la maggior parte dalla natura del substrato e da alcune importanti caratteristiche di processo. Elevati livelli di conversione si ottengono come risultato di: Temperatura di processo stabile Eccellente miscelazione Alimentazione in continuo Controllo di processo personalizzato Il digestato è separato in frazione liquida e frazione solida. Dato l elevato grado di conversione, il quantitativo di residui nel digestato è limitato. La frazione solida disidratata equivale a circa il 10% (w/w) del volume in ingresso. La frazione liquida può ulteriormente essere processata o trattata a seconda dei bisogni del cliente. In generale, il posttrattamento è mirato alla riduzione dell azoto, del fosforo e del COD presenti nel digestato. Hydrotalia Colsen offre sia la realizzazione che l assistenza operativa per il digestore. I digestori forniti da Hydroitalia Colsen non hanno parti mobili al loro interno e sono dotati di scambiatori di calore esterni. Sulla base delle richieste del cliente, la vasca può essere costruita con differenti materiali ed equipaggiata di diversi tipi di coperture. E inoltre possibile potenziare anche sistemi già esistenti.

3 Digestione termofila dei fanghi Incremento del 25% nella conversione del COD e fino al 50% in più di biogas dall unità di digestione dei fanghi. Il trattamento dei fanghi che si generano dalla depurazione delle acque reflue rappresenta un costo considerevole per la gestione di un impianto di trattamento dei reflui. Solo nel caso in cui il quantitativo di fanghi sia limitato tali costi possono essere ridotti. La digestione termofila dei fanghi è una soluzione efficiente per la riduzione dei volumi complessivi. Se paragonata alle condizioni della digestione mesofila convenzionale, la digestione termofila consente la degradazione di un maggior quantitativo di volume della frazione organica (conversione superiore del 10-25%). L incremento di biogas così prodotto può essere utilizzato (dopo la rimozione dei solfuri mediante Bidox ) per la produzione di elettricità e calore attraverso l installazione di un unità CHP. Tale soluzione determina un impatto positivo immediato sul bilancio energetico degli impianti di depurazione dei reflui. La digestione termofila dei fanghi è direttamente applicabile sia su impianti di trattamento delle acque reflue già esistenti che di nuova costruzione. Per entrambi i casi si può ottenere un ulteriore vantaggio dall installazione del sistema DIGESTMIX per un ottimale miscelazione e riscaldamento della biomassa. Tale configurazione rende il processo di digestione più stabile, oltre che più efficiente, con la possibilità di alimentare il sistema con fanghi concentrati. Di conseguenza la dimensione complessiva di un nuovo sistema di digestione può essere ridotta o, negli impianti già esistenti, può essere processata una quantità maggiore di fanghi. Tale vantaggio apre nuove possibilità anche per la digestione del fango nei piccoli impianti. La digestione del fango è un processo biologico sulla base del quale i substrati organici e i fanghi (primari e/o secondari) sono convertiti in biogas (CH 4 e CO 2 ) e acqua in condizioni di anaerobiosi. Come conseguenza di una più alta temperatura dovuta alle condizioni termofile (50-55 C) viene rilasciato più azoto (NH 4+ ) nell ambiente del digestore. Dopo la digestione e la separazione, l acqua reflua (contenente un elevata concentrazione di NH 4+ ) può essere direttamente sottoposta ad un trattamento di rimozione dell azoto opportunamente selezionato (es. AMFER o NAS ). Durante la digestione dei fanghi secondari, con un tempo di ritenzione di soli 20 giorni, viene convertita più del 50% della frazione organica ( ~ 40% della sostanza secca). In tale fase si producono 750 litri di biogas per kg di sostanza secca organica. In caso di digestione combinata dei fanghi primari e secondari il rendimento complessivo di rimozione del COD aumenta e così la produzione di biogas. Il fango residuo della digestione può essere disidratato (in notevole percentuale) più efficacemente del fango convenzionale. Siccome la temperatura più elevata, dovuta alle condizioni termofile, comporta una conversione di un quantitativo maggiore di azoto organico in NH 4+, la frazione liquida, con concentrazioni spesso superiori ai 1500 mg/l, è adatta ad un successivo trattamento di rimozione dell azoto con metodo opportunamente selezionato.

4 Digestmix Efficiente sistema di miscelazione e riscaldamento per la digestione Il DIGESTMIX è un sistema unico nel suo genere in grado di miscelare e al tempo stesso riscaldare quanto contenuto nel digestore con costi operativi di funzionamento e gestione (consumo energetico e manutenzione) minimi. Questo dispositivo di miscelazione e riscaldamento rende stabile la temperatura e omogenea la miscelazione, prevenendo la formazione di eventuali stratificazioni interne di materiale in sospensione e di schiume in superficie. Il DIGESTMIX può essere fornito anche con la sola funzione di miscelatore. Il meccanismo per miscelare e riscaldare è collocato all esterno del reattore e permette il funzionamento del digestore senza il ricorso a componenti meccaniche in movimento al suo interno (es. agitatori, pale, ecc.). Eccellenti condizioni di miscelazione sono il prerequisito necessario del Continuous Stirred-Tank Reactor (CSTR), reattore a miscelazione continua, al fine di massimizzare il contatto tra batteri anaerobici e substrato ed evitare l instaurarsi di correnti interne a flusso preferenziale che provocano basse efficienze di processo. In un CSTR tradizionale la miscelazione si ottiene mediante l immissione di biogas e/o eliche. Nel caso del DIGESTMIX si raggiunge un opportuna ed efficace miscelazione meccanica prevenendo la formazione di strati schiumosi, patine e stratificazioni di materiali a minor peso specifico in superficie. Rappresentazione schematica del DIGESTMIX Il DIGESTMIX rende omogeneo quanto contenuto all interno del digestore, estraendo lo strato superficiale di digestato dalla sommità del reattore e reimmettendolo con spinta dal basso attraverso una connessione posta nella parte inferiore della vasca. Tale schema di funzionamento previene la formazione di strati galleggianti. Il DIGESTMIX è posizionato all esterno del reattore, previene la formazione di correnti di flusso preferenziali e permette condizioni interne ottimali di miscelazione e riscaldamento del reattore. Il riscaldamento e la simultanea miscelazione del DIGESTMIX agevolano un ottimale circolazione e distribuzione del calore e della biomassa all interno del reattore e consentono il funzionamento del processo in condizioni molto stabili. Vantaggi Il DIGESTMIX favorisce l immissione della biomassa fresca all interno del reattore. In questo modo si ottiene immediatamente la sua completa e ottimale miscelazione con quanto già contenuto nel digestore. La progettazione idraulica innovativa del sistema assicura un consumo di elettricità molto contenuto. L assenza di parti meccaniche all interno della vasca ne semplifica considerevolmente la fase di manutenzione. Lo scambiatore di calore non è soggetto a interruzioni e l usura del sistema è molto limitata. Qualora ci sia la necessità di fare manutenzione si può intervenire e operare sul sistema, senza la necessità di interrompere il funzionamento dell intero reattore, salvaguardando così la continua produzione di biogas. Non è, dunque, necessario in alcun modo svuotare il digestore e/o accedervi all interno, in caso di qualsiasi genere di problema del sistema. L ottimale miscelazione e riscaldamento consente così l instaurarsi di condizioni di processo molto stabili. (Brevetto nr.nl )

5 BIDOX Desolforazione biologica del biogas Uno dei più efficienti sistemi di rimozione biologica dei solfuri dal biogas è il BIDOX (Desolforazione Biologica per Ossidazione). Per il funzionamento del sistema BIDOX non sono necessari prodotti chimici. Il sistema richiede una manutenzione limitata, è fornito di un controllo automatico del processo e riesce a ridurre la quantità di H 2 S nel biogas fino a concentrazioni inferiori ai 50 ppm. Questa proprietà ha un significativo impatto positivo sulla durata di vita e sui costi di gestione dell unità CHP, facilitando in modo efficiente l upgrading del biogas a gas naturale. Il BIDOX è un sistema completamente automatizzato e biologico in cui il biogas viene trattato in contro corrente con acqua di lavaggio. Durante questo trattamento i batteri aerobici immobilizzati su specifici materiali di supporto all interno del BIDOX convertono l H 2 S presente nel biogas quasi interamente in solfati. I solfati vengono rimossi mediante il refluo del BIDOX nella forma di acido solforico diluito. L acido solforico può essere ulteriormente concetrato e commercializzato o può essere trattato dal sistema di trattamento aerobico delle acque. Mediante la rimozione dell H₂S si prevengono i danni da corrosione del l unità CHP. Range di portata del biogas da 25 a Nm³/h Riduzione del livello di H₂S da > a <50 ppm La desolforazione del biogas con il sistema BIDOX non è associata ad emissione di odori perchè il sistema è completamente chiuso. In più non è necessaria la pulizia interna o la rimozione di biomassa residua. I costi di gestione sono bassi se paragonati ad altre tecnologie di desolforazione biogas. I consumi energetici del sistema BIDOX sono di 0,21 kwh/kg di H 2 S rimosso e i costi di manutenzione ammontano a circa 0,10-0,25 / kg di H 2 S rimosso. La maggior parte dei costi di manutenzione sono relativi alla taratura dei sistemi di misura dei parametri di processo. Non si osservano problemi di ostruzione conseguenti alla precipitazione dei solfuri o alla formazione di schiume, dati i bassi valori di ph.

6 AMFER Rimozione dell ammoniaca da digestato e acque reflue Rimozione dell azoto dall ammoniaca presente in acque, fanghi, digestato e produzione di fertilizzante (artificiale) Durante la fermentazione del liquame o di altri substrati organici, l azoto organico presente è in maggior parte convertito in azoto ammoniacale (NH 4 ). L elevato contenuto di azoto è il fattore limitante per l utilizzo del digestato nei campi (vedi ad esempio normativa europea e nazionale sui nitrati). L attuale trattamento del digestato si basa su processi biologici di conversione dell azoto ammoniacale in azoto gassoso. Queste tecniche consentono l abbattimento dell azoto in quanto nutriente, ma richiedono un notevole consumo di energia. La tecnologia AMFER può essere applicata per produrre solfato di ammonio, utilizzabile come fertilizzante (artificiale). L ammoniaca (NH 3 ) si libera e viene rimossa per via aerea mediante l aumento simultaneo di temperatura e ph. Il flusso d aria contenente ammoniaca passa dal serbatoio di strippaggio alla colonna di lavaggio in cui, entrando a contatto in controcorrente con il fluido acido di lavaggio (H 2 SO 4 ), l ammoniaca viene fissata sottoforma di solfato di ammonio ((NH 4 ) 2 SO 4 ). L aria pulita priva di ammoniaca è reintrodotta per l aerazione del processo o emessa in atmosfera. I costi di gestione dell installazione AMFER sono molto cinvenienti se comparati alle altre tecnologie di rimozione dell azoto. Sono compresi i costi di manutenzione, i consumi elettrici dei sistemi di pompaggio, di aerazione e l acquisto dell acido. Tecniche di rimozione dell azoto Rendimento di rimozione (%) Nitrificazione/denitrificazione 2) > 95 CANON, DEMON, SHARON, ANNAMOX 1) Fino a 75 NAS > 95 AMFER Fino a 80 L ammoniaca si libera e viene rimossa mediante un sistema a batch o in continuo in cui il digestato viene riscaldato e aerato. Il processo si svolge ad una temperatura di circa 60 C senza l aggiunta di reagenti chimici. L energia termica richiesta può essere prelevata dall unità CHP eventualmente già installata. Tali costi sono largamente compensati dal profitto derivante dalla vendita del solfato di ammonio. Tale fertilizzante (NPK= (SO 3 )) può essere direttamente utilizzato in forma liquida o come materia prima nella produzione dei fertilizzanti 2). 1 Fonte: pubblicazione H2O, numero 10, Fino a / ton solfato di ammonio

7 UASB Depurazione anaerobica delle acque reflue industriali Il trattamento anaerobico dei reflui è spesso applicato in impianti industriali per la depurazione di acque di scarico con elevate concentrazioni di sostanza organica (COD> mg/l). La progettazione del sistema UASB assicura una distribuzione omogenea dell acqua reflue in ingresso sulla superficie del reattore. In tal modo si genera uno scambio ottimale tra l acqua da trattare e la biomassa all interno. Le acque reflue passano attraverso la stratificazione della biomassa (granulare) nel reattore e durante questa fase avviene la conversione del COD secondo la seguente formula: C₆H₁₂O₆ 3CO₂+ 3CH₄ Questa tecnologia è applicata sia per evitare gli alti costi operativi del trattamento aerobico delle acque reflue che per produrre biogas e, di conseguenza, energia. Con tale proposito si possono installare vari tipologie di reattori UASB. I vantaggi addizionali nell utilizzo di questo sistema sono: riduzione della quantità/volume di fanghi prodotti guadagno derivante dal fango granulare. Il trattamento anaerobico delle acque reflue è un processo in cui i batteri (in assenza di ossigeno) trasformano la materia organica presente in Biogas, cioè in metano e anidride carbonica. Questo processo si svolge nel reattore denominato UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket). Le acque di scarico alimentano in continuo il reattore dalla sezione di base attraverso un sistema apposito di distribuzione. Sulla sommità del reattore, l acqua, il biogas che si genera e la biomassa vengono separati mediante un separatore a tre fasi. La tipologia di processi dell UASB determinano un efficace trattamento di una ampia gamma di reflui industriali e permettono: bassi costi operativi; alte rese energetiche (Biogas); produzione di bassi quantitativi di fango. In condizioni ottimali di processo si registrano le seguenti rese di rimozione: Componente Rimozione % COD N (azoto) c.a 10 P (fosforo) c.a 10

8 ANPHOS Produzione del fosforo dalle acque reflue e dal digestato Applicazioni Per rimuovere i fosfati presenti nelle acque reflue o nel digestato in modo ecologicamente sostenibile si può ricorrere al sistema ANPHOS. Nella depurazione anaerobica delle acque reflue il fosforo presente viene in gran parte convertito in orto-fosfato, mentre l azoto in azoto ammoniacale (NH4-N). In caso di pre-trattamento aerobico si forma orto-fosfato in combinazione con il potassio quale ione positivo. Il principio base del processo ANPHOS è l aerazione dell acqua reflua, che induce un innalzamento del ph. Con l aggiunta di idrossido di magnesio, l orto-fosfato reagisce con l ammoniaca e gli ioni di magnesio, formando il fosfato idrato di ammonio e magnesio (MgAP) o il fosfato idrato di potassio e magnesio (MgKP) detto anche struvite. Dopo la reazione la struvite precipita, viene disidratata ed essicata. Questo prodotto può essere direttamente usato come sostitutivo dei prodotti fertilizzanti in agricoltura. In questo modo è possibile chiudere il ciclo del fosfato (cradle-to-cradle o C2C). Il processo ANPHOS può essere applicato per il trattamento di qualsiasi tipo di acqua reflua con concentrazioni di P superiori a 50mg/L. Durante il (pre-)trattamento anaerobico delle acque reflue circa 85% del fosfato viene convertito in ortofosfato. In caso di (pre-)trattamento aerobico, il grado di conversione è maggiore del 95%. Il processo ANPHOS è in grado di rimuovere l orto-fosfato fino a concentrazioni inferiori ai 5 mg/l (<10-15 mg/l P tot ) Ogni Kg di orto-fosfato rimosso, si combina con 0,45 kg di azoto ammoniacale e 1,3 kg di magnesio per generare circa 7,9 kg di struvite. Allo stesso tempo il processo AHPHOS consente di rimuovere fino al 50% della sostanza organica (COD). A differenza dei sistemi tradizionali di rimozione (chimica) del fosforo, i costi di esercizio del processo ANPHOS sono maggiormente bilanciati. I costi per l acquisto del reagente (idrossido di magnesio) e i consumi energetici determinati dall aerazione del sistema (per l innalzamento del ph), sono compensati dalla vendita di un prodotto, la struvite, ampiamente commercializzato. I guadagni ottenuti con il processo dell ANPHOS sono rappresentati dalla commercializzazione della struvite e da una significativa riduzione dei costi operativi. Per realizzare la defosfatazione chimica con sistemi convenzionali, infatti, sono necessari dei reagenti chimici per la precipitazione del fosforo (es. FeCl3, FeSO4 o AlCl3). A tali costi si aggiungono i costi operativi per l aerazione aggiuntiva del sistema per la quota parte di COD e azoto ammoniacale rimossi invece dall ANPHOS. Da notare che con i sistemi convenzionali viene prodotto anche un volume significativo di fango speciale, il cui inevitabile smaltimento rappresenta un extra-costo. l processo ANPHOS combina dunque due benefici principali: sostenibilità (C2C) ed economicità!

9 ANPHOS Recupero del fosforo nell impianto di trattamento acque Land van Cuijk A seguito della presentazione di iniziative quali Energy Factory olandese, è in crescita l interesse per il recupero dei nutrienti e il risparmio energetico mediante il trattamento selettivo delle acque reflue. L acqua non è più da considerare come un prodotto di scarto (rifiuto) ma da trattare come materia prima. Il fosforo è un nutriente che può essere facilmente recuperato dalle acque reflue. Nell impianto di trattamento delle acque di Land van Cuijk (Haps, NL) sin dal febbraio del 2011, il fosforo è recuperato con successo grazie all utilizzo dell istallazione ANPHOS nella linea fanghi. Durante la digestione dei fanghi, il fosforo presente è in gran parte trasformato in orto-fosfato (PO₄-P) e l azoto in azoto ammoniacale (NH₄-N). Dopo la fase di separazione tramite centrifuga l acqua in uscita dal sistema è trattata tramite il processo ANPHOS. In tale processo l acqua viene aerata per indurre l innalzamento del ph. Successivamente l orto-fosfato, reagendo con l ammoniaca, in seguito all aggiunta di idrossido di magnesio, genera il fosfato idrato di ammonio e magnesio (MgNH₄PO₄.6H₂O). Questo cristallo è chiamato anche struvite. Dopo la reazione, la struvite precipita e viene disidratata ed essiccata. In tale forma può essere commercializzata come fertilizzante (artificiale). La commerciabilità della struvite è garantita. Il ciclo del fosfato si chiude così in modo sostenibile. Nelle acque di scarico è presente % di fosforo sottoforma di orto-fosfato. Nel processo dell ANPHOS viene rimosso più del 90% degli orto-fosfati. Per ogni kilo di orto-fosfato rimosso reagiscono 0,45 Kg di azoto ammoniacale e 1,3 Kg di magnesio che generano 7,9 Kg di struvite. Utilizzando l istallazione ANPHOS viene rimosso circa il 20% del carico giornaliero di fosforo in arrivo all impianto di trattamento acque della Land van Cuijk. In aggiunta a ciò il processo dell ANPHOS consente anche la rimozione di parte della sostanza organica presente (COD). I costi operativi per la defosfatazione tramite ANPHOS comprendono il dosaggio dell idrossido di magnesio e il consumo di energia per l aerazione necessaria all innalzamento del ph dell acqua. Il vantaggio economico del processo ANPHOS deriva dalla produzione e commercializzazione della struvite come fertilizzante (artificiale). Al tempo stesso, i costi operativi per la depurazione aerobica dell acqua vengono significativamente ridotti poiché è richiesta una quantità inferiore di reagente e si evita il ricorso ai reagenti chimici tradizionalmente utilizzati (es. FeCl₃, AlCl₃) per la precipitazione del fosforo sottoforma di sali fosfati che, oltretutto, aumentano la salinità dell effluente. Anche la produzione dei fanghi è notevolmente ridotta e i costi di smaltimento risultano più bassi. Infine, il processo ANPHOS porta alla diminuzione del COD e del carico di NH₄ nell effluente finale che determina una minore richiesta di ossigeno nella successiva fase di depurazione aerobica. Accanto a queste intrinseche caratteristiche di sostenibilità, l associato risparmio sugli extra costi determina l interessante valore economico della tecnologia ANPHOS.

10 NAS Anammox nei fanghi attivati Il NAS (New Activated Sludge) rappresenta un sistema a fanghi attivi unico nel suo genere nel quale i batteri Anammox fanno parte della biomassa batterica. Questi microrganismi assicurano una rimozione molto efficace dell azoto durante il processo di depurazione aerobica. Per permettere la rimozione della rimanente frazione di COD, dei nutrienti e per facilitare il riuso dell effluente è necessaria la successiva fase di depurazione aerobica. La tecnologia NAS si può associare alla grande varietà dei sistemi di separazione di fanghi/acque, quali vasche di post-sedimentazione, separazione per flottazione o a membrane. Nel caso di un sistema a fanghi attivi o di un bio reattore a membrane (MBR) l applicazione del sistema NAS offre numerosi vantaggi quali, ad esempio, una qualità migliore dell effluente in uscita e la possibilità di ridurre le dimensioni complessive del sistema di depurazione aerobica. Sinistra (blu) : Destra (rosso) : tutti i microrganismi denitrificazione autotrofica (con batteri Anammox) Il sistema NAS consiste in una serie di compartimenti in grado di operare in condizioni anossiche ed aerobiche. Nella prima vasca aerobica, una buona parte dell azoto ammoniacale (NH 4 -N) viene ossidata a nitrito e parzialmente a nitrato. Allo stesso tempo anche il COD viene convertito. Nel successivo compartimento anossico, nitriti e nitrati vengono denitrificati. Parte dei nitriti rimanenti e del NH 4 -N sono convertiti direttamente in azoto gassoso (N 2 ) dagli organismi autotrofi, in assenza di ossigeno e senza consumo di COD. L azoto rimanente viene ossidato a nitrato in un secondo compartimento aerato e viene ulteriormente denitrificato attraverso il ricircolo. In un successivo sistema di sedimentazione o attraverso l utilizzo di membrane, i microrganismi vengono separati dall acqua effluente pulita e ricircolano nel sistema. La tecnologia MBR-NAS può essere applicata sia alla depurazione dell acqua industriale che alla post depurazione della frazione liquida del digestato che si origina, per esempio dalla digestione anaerobica dei reflui zootecnici. Il sistema NAS permette di ottenere un risparmio energetico di circa il 40-50%. Inoltre, le dimensioni complessive del sistema sono inferiori e non si ha la necessità di fornire nuovo COD per supportare il processo di denitrificazione. Allo stesso tempo si producono anche minori volumi di fango e dunque un ulteriore riduzione dei costi dovuti allo smaltimento con notevole risparmio economico. Il NAS è un sistema molto robusto e può essere integrato in maniera relativamente semplice con impianti a fanghi attivi pre-esistenti. A seconda delle necessità, l acqua effluente può essere scaricata o riutilizzata.

11 RO Recycle /MemPhos Grazie al recente sviluppo della tecnologia di processo Ro- Recycle è possibile migliorare la qualità dell effluente in uscita dai sistemi di trattamento biologico delle acque, al fine di ottenere elevati livelli qualitativi dell acqua che può essere riutilizzata per alimentare caldaie, torri di raffreddamento o come acqua di processo. La tecnologia RO (osmosi inversa) è in grado di processare fino al 70% dell effluente totale e generare acque con gli standard di qualità sopra descritti. Lo stato dell arte attuale dei sistemi RO consente di rimuovere il fosforo al punto di permettere di saltare i passaggi della defosfatazione chimica a valle della depurazione biologica dell acqua. Per ottenere questi risultati uno speciale trattamento combina la disinfezione periodica della membrana e la pulizia con agenti chimici standard. Questa pratica rigorosa riduce la frequenza di lavaggio fino a meno di 10 volte all anno e diminuisce i costi di esercizio. Il processo descritto è chiamato Ro-Recycle Il rimanente 30% dell effluente consiste in un acqua concentrata ricca di sali. Prima di poter smaltire tale frazione liquida è necessario rimuovere buona parte dei sali contenuti. A tal fine è stato implementato un reattore pellet che permette la rimozione di più del 80% dei sali polivalenti dal concentrato, mentre viene aggiunta solo una piccola quantità di alcali. Tali sali precipitano sottoforma di pellet che dopo un breve drenaggio raggiungono un peso secco superiore al 90%. La composizione chimica dei pellet costituisce un perfetto mix di nutrienti per il settore agricolo. Il processo descritto è chiamato MemPhos L effluente di qualsiasi sistema di depurazione biologica delle acque può essere trattato con l utilizzo della tecnologia Ro- Recycle grazie al quale un quantitativo maggiore del 70% dell effluente può essere riutilizzato come acqua purificata di alimento delle caldaie e/o come acqua di processo. Il grado qualitativo dell effluente raggiunge i requisiti di qualità dell acqua potabile. Il costo dell acqua potabile in molti casi è superiore ai costi per la depurazione delle acque reflue mediante Ro-Recycle. Il sistema MemPhos facilita la desalinizzazione delle acque contenenti alte concentrazioni di sali e contemporaneamente riduce il fosforo a concentrazioni inferiori all 80%. Grazie a tale reattore sono prodotti pellet fertilizzanti di alta qualità. La progettazione relativamente semplice del reattore MemPhos garantisce costi di investimento minimi. Inoltre anche i costi operativi sono bassi per il ridotto consumo di alcali. Il MemPhos può essere utilizzato per la desalinizzazione del concentrato dell osmosi inversa, ma anche per la rimozione dei sali da una grande varietà di acque reflue (es. percolati delle discariche). Pellet fertilizzanti prodotti dal reattore Memphos