SBBGR: Una nuova tecnologia per il il trattamento delle acque di scarico

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1 Italian National Research Council Water Research Institute SBBGR: Una nuova tecnologia per il il trattamento delle acque di scarico Claudio Di Iaconi Istituto di Ricerca sulle Acque CNR Processi avanzati per il trattamento delle acque reflue, ARPA Puglia, Bari, 19 Ottobre 2010

2 PRINCIPALI PROBLEMATICHE DELLE TECNOLOGIE CONVENZIONALI A FANGHI ATTIVI inf. sediment. primar. unità biologica sediment. second. eff. fango basse velocità di sedimentazione (< 1 m/h) fango basse concentrazioni di biomassa (4 kg/m 3 ) basse capacità di trattamento (<1 kgcod/m 3 d) elevata richiesta di superficie elevata produzione di fango (0,5 kg fango /kgcod rimosso )

3 PRINCIPALI PROBLEMATICHE DELLE TECNOLOGIE CONVENZIONALI A FANGHI ATTIVI Reflui industriali sedim. prim. unità biologica sedim. sec. unità aff. sedim. terz. inf. eff. fango fango fango In aggiunta alle problematiche del trattamento dei reflui urbani: maggiore produzione di fango (anche chimico); elevati costi operativi (utilizzo di reattivi chimici);

4 LA TECNOLOGIA SBBGR (Sequencing Batch Biofilter Granular Reactor) elevate concentrazioni di biomassa (fino a 50 kg/m 3 ); elevate capacità di trattamento (fino 4 kg COD/m 3 d); basso foot-print; bassa produzione di fango (< 0,1 kg/kg COD); possibilità di integrare la degradazione biologica con l ossidazione chimica per il trattamento di scarichi recalcitranti

5 SBBGR: low foot-print system Depuratore convenzionale Depuratore basato su SBBGR sed. prim. unità biol. sed. second. sed. prim. SBBGR unità tratt. fanghi unità tratt. fanghi

6 IL SISTEMA SBBGR Sistema (Sequencing SBBGRBatch Biofilter Granular Reactor) aria fango (dal lavaggio) ricircolo pressostato aria (per lavaggio) influente effluente 5/20

7 Perdita di carico (cm Profilo della perdita di carico nel tempo 600 LAVAGGIO LAVAGGIO ) Tempo (giorni) LAVAGGIO

8 BIOMASSA GRANULARE NEL SISTEMA SBBGR 1 cm

9 GRANULAR BIOMASS IN A SBBGR 1 cm 1 cm

10 Biomassa granulare Fanghi attivi

11 FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA SBBGR Le tecnologie di trattamento convenzionali (ad es., fanghi attivi) sono sistemi space-oriented : le varie fasi del trattamento (rimozione carbonio, rimozione azoto, rimozione fosforo, sedimentazione) avvengono contemporaneamente in unità diverse. inf AN AX AE SS eff aria fango La tecnologia SBBGR é un sistema time-oriented (o periodico): le fasi del processo si susseguono nella stessa unità con sequenza temporale inf SBBR eff fango

12 FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA SBBGR scarico influente carico aria effluente reazione

13 APPLICAZIONE DELLA TECNOLOGIA SBBGR PER IL TRATTAMENTO DEI REFLUI MUNICIPALI Prestazioni ad HRT di 6 h COD SST TKN N-NO x Inf. (mg/l) Eff. (mg/l) Eff. di rim. (%) produzione di fango < 0.1 kg fango secco/kg COD rimosso

14 DISTRIBUZIONE DEI BATTERI NITRIFICANTI NEL LETTO Ammonia-oxidisers Nitrite-oxidisers % Ntspa662-Nsr1156/EUBmix % Nso1225-Nso190/EUBmix Bed height DAPI

15 DISTRIBUZIONE DEI BATTERI NITRIFICANTI NEL GRANULO 20% 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% 0-150µm µm µm µm µm µm µm µm µm DAPI Ammonia-oxidizers at 1200 µm depth EUB338mix Ammonia-oxidizer Nitrite-oxidizer Nso1225

16 TRATTAMENTO DI SCARICHI RECALCITRANTI: SBBGR POTENZIATO CHIMICAMENTE SBBGR unit air drawing influent filling ozonation unit to ozone destroyer air effluent cycle V M ozone reactor ozonation P R + biol. degrad. preliminary biol. ozone degradation influent P F air effluent P O ozone

17 LAB-SCALE PROCESS ozone meter R O ozone generator SBBGR O 2 P O P R

18 SCALE-UP OF THE PROCESS ozone reactor ozone injector ozone generator ozone reactor SBBGR 4 Project No LIFE05 ENV/IT/000868

19 APPLICAZIONE DEL PROCESSO PER IL TRATTAMENTO DEI REFLUI CONCIARI Parameter Value range Parameter Value range COD g/l Conductibility 3 5 ms/cm BOD 5 /COD < 0.4 Sulphates g/l DOC g/l Chlorides g/l TKN mg/l P tot 1 2 mg/l ph Surfactants mg/l TSS mg/l Cr 2 3 mg/l VSS mg/l

20 APPLICAZIONE DEL PROCESSO PER IL TRATTAMENTO DEI REFLUI CONCIARI SBBGR (OLR: kg COD/m 3 d) COD BOD 5 TSS TKN NO x Surf. Col. Eff. (mg/l) Rem. eff. (%) SBBGR potenziato ad ozono (OLR: kg COD/m 3 d; ozone dose: 0.1 kgo 3 /m 3 inf ) Eff. (mg/l) Rem. eff. (%) effluente effluente (SBBGR) (SBBGR pot. ad ozono) produzione di fango < 0.05 kg fango secco/kg COD rimosso

21 APPLICAZIONE DEL PROCESSO PER IL TRATTAMENTO DEI REFLUI CONCIARI SBBGR seguito da polishing con ozono (ozone dose: 0.1 kgo 3 /m 3 inf ) Inf SBBGR ozonation Eff COD BOD 5 TSS TKN NO x Surf. Col. Eff. (mg/l) Rem. eff. (%) SBBGR potenziato ad ozono (OLR: kg COD/m 3 d; ozone dose: 0.1 kgo 3 /m 3 inf ) Eff. (mg/l) Rem. eff. (%)

22 Conventional treatment INF. CONVENTIONAL TREATMENT (ACTIVATED SLUDGE + POLISHING STAGE) physicochemical ASS physicochemical pre-treatment treatment Cost per polishing m 3 of treated wastewater Energy consumption 0.6 (5.5 kwh) Chemicals for Fenton 0.65 Sludge treatment and disposal 1.4 Total 2.65 HRT: 3 d; sludge production: 3 kg/m 3 treatment cost: 2.65 /m 3 SBBGR treatment INF. HRT: 1 d; PROCESS COST-BENEFITS SBBGR INTEGRATED WITH OZONATION Energy physicochemical consumption for SBBGR Ozone enhanced 0.53 SBBGR (4.8 kwh) Energy pre-treatment consumption for ozonation 0.27 (2.5 kwh) Sludge treatment and disposal 0.05 Total 0.85 sludge production: 0.1 kg/m 3 treatment cost: 0.85 /m 3 EFF. EFF. 10/15

23 APPLICAZIONE DEL PROCESSO PER IL TRATTAMENTO DEI PERCOLATI DI DISCARICA Parameter Value range Parameter Value range COD g/l Sulphates g/l BOD 5 /COD < 0.2 Sodium g/l DOC g/l Potassium g/l NH gn/l Magnesium g/l ph Cr < 0.1 mg/l P tot 4 6 mg/l Ni mg/l TSS mg/l Mn < 0.02 mg/l VSS mg/l Fe mg/l Chlorides g/l Zn < 0.01 mg/l Conductibility ms/cm Cu mg/l

24 APPLICAZIONE DEL PROCESSO PER IL TRATTAMENTO DEI PERCOLATI DI DISCARICA SBBGR (OLR: kg COD/m 3 d) COD DOC BOD 5 NH 4 -NNO x -N TSS Surf. Col. Eff. (mg/l) 1, Rem. eff. (%) SBBGR potenziato ad ozono (OLR: kg COD/m 3 d; ozone dose: 0.4 kgo 3 /m 3 inf ) COD DOC NH 4 -N NO x -N TSS Surf. Col. influent effluent Eff. (mg/l) Rem. eff. (%) sludge production < 0.05 kg dry sludge/kg COD removed

25 APPLICAZIONE DEL PROCESSO PER IL TRATTAMENTO DEI PERCOLATI DI DISCARICA Energy demand (kwh/m 3 inf. ) Operating costs ( /m 3 inf. ) Biological unit (i.e., SBBGR) Fill. and recirc. oper Air supply External carbon source 1.5 Sludge treatment and disposal 0.20 Ozonation unit ozone production, transfer and removal oxygen demand 0.36 energy cost: 0.07 / kwh 3.2

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