ANALISI DELLA SEDIMENTAZIONE PRIMARIA IN UN IMPIANTO DI TRATTAMENTO BIOLOGICO DI REFLUI MISTI

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TRIESTE FACOLTÀ DI INGEGNERIA Corso di Laurea Triennale in INGEGNERIA INDUSTRIALE Curriculum: Ingegneria Chimica e di Processo Tesi di Laurea in IMPIANTI DI TRATTAMENTO DEGLI EFFLUENTI INQUINANTI ANALISI DELLA SEDIMENTAZIONE PRIMARIA IN UN IMPIANTO DI TRATTAMENTO BIOLOGICO DI REFLUI MISTI Laureando: Guido Maestro Relatore: Chiar.mo Prof. Iginio Colussi ANNO ACCADEMICO

2 Cap. I DEFINIZIONI Esiste per questa disciplina, come per altre, un vocabolario specifico, senza il quale risulta difficile la spiegazione del funzionamento di un impianto nelle sue varie fasi. Qui di seguito ho ritenuto opportuno pertanto riportare alcuni termini e alcune sigle la cui conoscenza è imprescindibile alla trattazione della materia. BOD 5 È l unità di misura dell inquinamento delle acque. Indica la sostanza organica che si ossida completamente in 5 giorni in presenza dei batteri; è sempre inferiore al COD: alcune sostanze (non biodegradabili) non sono ossidate biologicamente. La determinazione avviene in laboratorio, si controlla quanto ossigeno viene consumato dai batteri attraverso la respirazione. COD Indica la sostanza organica che si ossida chimicamente; viene realizzata in laboratorio in circa 2 ore. Praticamente si controlla quanto ossigeno viene consumato per ossidare completamente in condizioni estreme (ph acido ed ebollizione) la sostanza organica presente nel campione. COD/BOD E un rapporto: indica il grado di facilità con cui i batteri possono degradare la sostanza organica: se prossimo a 1 sarà più facile per i batteri degradare il COD. Solidi sedimentabili Sono la quantità di solidi che sedimentano in un apposito cono da un litro in 2 ore. Se invece si riferiscono alla miscela aerata in ossidazione rappresentano il volume di fanghi che sedimentano in un cono da un litro in mezz ora. Solidi sospesi E la quantità di sostanze presenti in sospensione, ed è ricavabile dalla misura del peso dopo essiccazione in una stufa a 100 C. Solidi sospesi non volatili o ceneri Sono le sostanze presenti nel liquame dopo essiccazione in stufa a 600 C. Indicano la frazione di sostanza inorganica presente in sospensione. Solidi sospesi volatili Si ricavano per differenza tra totali e non volatili. Indicano la frazione di sostanza organica presente in sospensione nel liquame. Sostanze colloidali Sono solidi in sospensione di dimensioni minute, ma con superficie estesa. Non sedimentano per gravità: per farle precipitare bisogna usare processi di destabilizzazione con coagulanti e flocculanti. 1

3 Abitante equivalente Si è adottata una convenzione che fa corrispondere ad ogni abitante una produzione giornaliera di carico inquinante (BOD 5 ) pari a 60 mg/l. Biomassa Con questo termine si indica l insieme dei microrganismi atti alla depurazione. Tali organismi (principalmente batteri) scompongono le sostanze inquinanti del refluo ottenendo energia per le proprie funzioni vitali attraverso l ossidazione. TOC E l analisi chimica di tutto il carbonio organico presente nel campione. Può essere eseguita in laboratorio o direttamente all esterno con apposite apparecchiature che relevano all ingresso o all uscita dell impianto. Normalmente è poco utilizzato per gli alti costi delle apparecchiature necessarie all analisi. Ossigeno disciolto E il parametro fondamentale per capire le condizioni in ossidazione e nitrificazione; numerose disfunzioni sono provocate dalla carenza di ossigeno. Bisogna garantire almeno 0,5-1 mg/l per l ossidazione del BOD e del COD, mentre per abbattere l ammoniaca sono necessari almeno 2 mg/l. La lettura dell ossimetro consente anche, a parità di altre condizioni, di rilevare un aumento del carico inquinante. Richiesta di ossigeno E una grandezza fondamentale per consentire il processo biologico: dipende dal carico inquinante in ingresso (BOD 5 ), dalla concentrazione della biomassa (respirazione endogena) e dalla richiesta di ossigeno necessari ad ossidare altri componenti riducenti (in particolare l ammoniaca). Il trasferimento dell ossigeno dipende da numerosi fattori: per quanto riguarda i diffusori dalla profondità e dalla dimensione delle bolle, per le turbine dal grado di immersione delle pale. Rendimento dell impianto E la percentuale della differenza tra la concentrazione in ingresso e in uscita del carico inquinante. Viene calcolato così = BODi - BODu/BODi*100 Inquinamento da azoto e fosforo E responsabile, una volta scaricato l effluente in mare, della crescita abnorme e non controllata di alghe (eutrofizzazione), che provoca una serie di conseguenze dannose per l ambiente acquatico. Fondamentale per il metabolismo dei microrganismi è il rapporto tra C(BOD 5 ):N:P che deve essere di 100:5:1. Quando il liquame alimentato presso un depuratore non rispetta questo rapporto è causa di notevoli inconvenienti. Spesso, allora, si rende necessario dosare dei composti chimici in quantità adeguata per riequilibrare il rapporto. ph E la scala logaritmica della concentrazione degli ioni ossidrile. 2

4 Fondamentale per la maggior parte delle forme viventi è che il ph si mantenga intorno alla neutralità (5,5-9,5), in quanto possono venir inibite da ph non ottimali. Fango E un miscuglio di sostanze organiche ed inorganiche in acqua; rappresenta lo scarto dell impianto e viene raccolto al fondo dei sedimentatori. Già quando l acqua assume un tenore del 75-80% viene considerato solido e quindi palabile (asportabile con una pala). Deve subire una serie di trattamenti prima dello smaltimento finale. Surnatante E la frazione liquida che si ottiene da una separazione solido-liquido del fango; questo liquido risulta molto ricco di BOD e viene solitamente ricircolato in testa alla linea liquami. Volume dei fanghi Si ottiene misurando il volume del fango lasciato decantare per mezz ora in un particolare cono (cono imhoff). Il cono rappresenta un impianto pilota in scala del nostro sedimentatore. SVI Indice di volume del fango. Viene calcolato così: volume rilevato dal cono in 30 /concentrazione dei fanghi. Indica il tipo di sedimentazione di un fango: se è gonfio e sedimenta poco occuperà molto volume, se è compatto e sedimenta bene occuperà un volume più limitato. Carico del fango Parametro che ha come unità di misura [kgbod5/kg SS]; in pratica è la quantità di inquinante (BOD) fornita ai batteri (espressi come kg SS) in un giorno. Il carico del fango indica se diamo troppo o troppo poco cibo ai batteri. Ricircolo del fango Indica il grado di ricircolo attuato dal sedimentatore per garantire la corretta concentrazione dei fanghi in ossidazione. Normalmente si aggira intorno all % della portata in ingresso, ma può variare in base a condizioni specifiche. Un ricircolo dei fanghi limitato porta a tempi di permanenza troppo elevati nel sedimentatore e a setticità degli stessi. Viceversa un ricircolo eccessivo porta a fanghi leggeri e voluminosi (manca il tempo per l ispessimento). Un ricircolo ottimale consente la formazione di uno strato di cm sul fondo del sedimentatore. Produzione fango [ kg SS/kg BOD rimosso] Si tratta della produzione di biomassa superiore a quella necessaria per il trattamento biologico, sono i cosiddetti fanghi di supero che vengono inviati alla linea fanghi. Praticamente è il materiale che costituisce lo scarto del depuratore. Dipende dal carico del fango ed è determinato dalla frequenza di estrazione del fango di supero rispetto la biomassa. 3

5 Età del fango L età del fango corrisponde ai giorni di permanenza del fango (età) nel reattore biologico. Una volta stabilito quanto fango è presente (biomassa) e dividendolo per il fango estratto (fanghi di supero) si calcola facilmente il tempo di permanenza (età del fango) nel reattore. In realtà si dovrebbe tenere conto anche della perdita di solidi sospesi dal sedimentatore secondario che viene considerata trascurabile. Bulking o rigonfiamento del fango Il bulking costituisce il problema del rigonfiamento del fiocco di fango e comporta una minore compattazione e a volte la perdita del fango dal fondo del sedimentatore. E causato dalla eccessiva presenza di batteri filamentosi nel bacino di ossidazione. Quando si instaurano le condizioni tali per cui questi batteri risultano competitivi rispetto la microflora esistente, è possibile riscontrare il fenomeno microscopicamente rilevando una notevole presenza di filamentosi nei fiocchi di fanghi attivi. Le cause principali sono: eccessivo carico organico, bassa concentrazione dell ossigeno disciolto, deficit di nutrienti (rapporti sbilanciati di carbonio-azoto), brusche variazioni ambientali, presenza di inquinanti. Controlli sugli impianti Si valutano le caratteristiche organolettiche del fango (colore e odore) con una semplice occhiata. Il fango bruno indica la colorazione ottimale; se troppo scuro (oltre all eccessiva densità) può essere carente di ossigeno. Ossidazione L ossidazione è il bacino a fanghi attivi dove avvengono i processi biologici che consentono la depurazione del liquame. Gli organismi presenti nell impianto di depurazione vivono assumendo sostanza organica e ricavano energia dalla sua ossidazione per le proprie funzioni (accrescimento e riproduzione) e ottengono alcune sostanze di scarto (anidride carbonica e acqua). I batteri e gli altri microrganismi presenti si aggregano tra di loro ed alle particelle di sostanza organica alimentate tramite il liquame formando dei minuscoli fiocchi di fango: i fanghi attivi. La caratteristica principale dei fiocchi di fango è quella di sedimentare bene in assenza di agitazione del liquido. Nel bacino di ossidazione viene mantenuta la concentrazione costante della biomassa attraverso il controllo del ricircolo dei fanghi e l estrazione dei fanghi di supero. L ossigeno disciolto che viene utilizzato dai microrganismi è fornito in continuazione al fine di conservare gli adeguati livelli di concentrazione (normalmente intorno a 2 mg/l). Nitrificazione Quest operazione avviene normalmente nello steso bacino in cui si compie l ossidazione, la vasca viene opportunamente ampliata e si incrementa la capacità di trasferimento dell ossigeno. L azoto presente nel liquame urbano è normalmente sotto forma di ammoniaca, ammine o altre forme organiche ridotte (urea e azoto organico) che vengono facilmente degradate ad ammoniaca e anidride carbonica. 4