Caratteristiche dei biofilm. Composizione del Biofilm

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Albino Oliva
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Caratteristiche dei biofilm Associazione di microorganismi adesi a una superficie In condizioni naturali i microorganismi tendono a formare biofilm spontaneamente Lo sviluppo dei microorganismi ha

1 Caratteristiche dei biofilm Associazione di microorganismi adesi a una superficie In condizioni naturali i microorganismi tendono a formare biofilm spontaneamente Lo sviluppo dei microorganismi ha come conseguenza una stratificazione fisiologica del biofilm Composizione del Biofilm Microorganismi adesi a un materiale di supporto Matrice di esopolimeri organici di origine microbica Materiali inorganici in sospensione che aderiscono

2 Processi che avvengono all interno di un Biofilm Processi fisici Processi chimici STRATIFICAZIONE FISIOLOGICA DEI BIOFILM L ossigeno e I nutrienti trasportati dall acqua diffondono attraverso il biofilm La profondità fino alla quale il biofilm è attivo è di µm Sloughing

3 LETTI PERCOLATORI BIODISCHI FILTRI BIOLOGICI SOMMERSI ALTERNATIVE di APPLICAZIONE delle BIOMASSE ADESE REATTORI A LETTO MOBILE LETTI FLUIDIZZATI SISTEMI A BIOMASSA ADESA possibilità di svincolare il tempo di residenza cellulare da quello di ritenzione idraulica, senza operare ricircoli di biomassa; possibilità di aumentare le concentrazioni di biomassa, con la conseguente riduzione dei volumi dei reattori e delle superfici occupate; possibilità di migliorare le prestazioni di impianti esistenti sottodimensionati o al fine di rispettare standard allo scarico più restrittivi; indipendenza del processo dalle caratteristiche di sedimentabilità del fango.

4 Sistemi a biomassa adesa Letti percolatori Biodischi (RBC) Reattori a letto mobile Biofiltri Reattori a letto fluidizzato Reattori a biomassa adesa ad alimentazione discontinua (SBBR) VANTAGGI SISTEMI A BIOMASSA ADESA CONVENZIONALI (RBC e TF) Bassi consumi energetici Semplice gestione Nessun problema di sedimentabilità del fango Migliori proprietà di ispessimento dei fanghi Minori fabbisogni di manutenzione Miglior recupero da shock tossici

5 LETTI PERCOLATORI Prime applicazioni: Inghilterra 1893 Riempimento tradizionale (pietrisco) Riempimento plastico L acqua reflua attraversa un letto sul quale è adeso il fango Ventilazione naturale o forzata Maturazione del biofilm e distacco Necessita di sedimentazione secondaria per la separazione dei solidi LETTI PERCOLATORI Diagramma di flusso Ricircolo (eventuale) Ingresso Letto percolatore Sedimentatore Uscita Fango di supero

6 LETTI PERCOLATORI Diagramma di flusso Recycle Final clarifier Influent Final effluent Primary clarifier Trickling filter Waste sludge Caratteristiche Sedimentazione primaria per prevenire l intasamento Riempimento: pozzolana, ghiaia, etc. con una porosità del 50% Profondità media del letto: 2 metri Il ricircolo dell effluente per diluire l influente aumenta l efficacia Autopulizia stazionaria per sloughing Sedimentazione secondaria per la separazione dei solidi In condizioni di basso carico nella parte bassa del letto si può avere nitrificazione

7 Letti percolatori in materiale naturale Altezza (0,9-2,5 m, media 1,8 m) Problema sloughing Problema crescita a volte incontrollata di funghi od alghe nella zona superiore o di organismi superiori (vermi, ecc.) che possono predare il biofilm. Tipico letto percolatore in pietrisco naturale

8 Classificazione In funzione del carico organico si distinguono Filtri a basso carico Filtri ad alto carico Filtro percolatore con riempimento plastico Riempimento plastico di differenti configurazioni Fino al 90% di porosità Elevata superficie specifica Reattori più alti (reduzione della superficie richiesta) Aerazione facilitata Trattamento di carichi da 1 a 5 Kg COD/m 3 d Possibilità di copertura

9 LETTI PERCOLATORI Riempimento plastico modulare e sfuso

10 LP a basso carico Singolo stadio Riempimento naturale Carichi idraulici: 1-4 m 3 WW/(m 2 d) Corg: 0,07-0,22 kgbod/(mc d) Nessun ricircolo Elevata occupazione superficie LP ad alto carico Pietrisco Uno o due stadi Ci: m 3 WW/(m 2 d) Corg: 0,4-2,4 kgbod/(mc d) Ricircolo: 1-3 Qc Materiale plastico Uno o due stadi Ci: m 3 WW/(m 2 d) Corg: 0,6-3,2 kgbod/(mc d) Ricircolo: 1-3 Qc

11 LP ad altissimo carico (sgrossamento COD) Riempimento plastico (sup. Specif. 2-5 volte pietrisco) Elevate altezze riempimento (5-10 m) Carichi idraulici: m 3 WW/(m 2 d) Corg: > 1,5 kgbod/(m3 d) Ricircolo: 1-3 Qc PARAMETRI PROGETTO LETTO PRECOLATORE Par. Progetto Basso Carico Medio Carico Alto carico Alto carico Sgrossamento Riempimento Pietrisco Pietrisco Pietrisco Plastica Pietrisco/plastica Carico idraulico (m 3 /(m 2 d)) Carico organico kgbod/(m 3 d) 0,07-0,22 0,24-0,48 0,4-2,4 0,6-3,2 >1,5 Rapporto di ricircolo Distacco biofilm Intermitt. Intermitt. Continuo Continuo Continuo Profondità (m) 1,8-2,4 1,8-2,4 1,8-2, ,9-6 Effic. Rim. BOD Nitrificazione P installata kw/(10 3 m 3 )

12 CARICHI VOLUMETRICI E SUPERFICIALI DI PROGETTO APPLICAZIONE Pretrattamento alto carico (rim.c) Trattamento secondario Medio carico (rim.c) Trattamento secondario Basso carico (rim.cn) Trattamento terziario Carico (rim.n) CARICO 2-5 kgbod/(mc d) 0,3-1,0 kgbod/(mc d) 0,1-0,3 kgbod/(mc d) 0,2-1 gtkn/(m 2 d) 0,5-2,5 gtkn/(m 2 d) QUALITA EFFLUENTE 55-70% rim. BOD 82-92% rim. BOD 82-92% rim. BOD <3 mg N-NH4 /L 0,5-3 mg N-NH4 /L Se = LP Rimozione C Criterio WEF (2000) So K AsD ( R + 1) exp q( R + 1) T α n R So, Se = BOD influente, effluente (mg/l) R = rapporto di ricircolo K rif,20 = cost. cinetica [(L/s) 0,5 /m 2 (0,21 per reflui civili) α=fatt. correttivo T per K (= 1,035) As = sup. spec. Supporti D = prof. Letto q = portata idraulica superficiale [L/ (m 2 s)] N = cost caratteristica mat. riempimento K p = K rif D D Drif=6,1 m rif p 0,5 S S Srif = 150 mgbod/l rif p 0,5

13 LP- Rimozione carbonio + nitrificazione Criterio WEF Nc, s = 0,82 BOD TKN 0,44 Nc,s = capacità nitrificazione specifica gn/(m 2 d) BIODISCHI

14 Biodischi Dischi plastici uniti assialmente da un albero Parzialmente sommersi in una vasca Rotazione dell albero Il fango adeso ai dischi viene esposto alternativamente all acqua reflua e all ossigeno dell atmosfera Distacco naturale del biofilm Stadi separati Sedimentazione secondaria obbligatoria Caratteristiche generali

15 Diagramma di flusso dei biodischi Ricircolo (eventuale) Biodisco Ingresso Sedimentatore Uscita Fango di supero Diagramma di flusso dei biodischi

Biodischi È costituito da dischi di 2-4 m di diametro, ravvicinati (2-3 cm) e posti su un albero orizzontale L albero ruota a 1-2 rpm Il materiale più usato è il polietilene ad alta densità (HDPE)

16 Biodischi È costituito da dischi di 2-4 m di diametro, ravvicinati (2-3 cm) e posti su un albero orizzontale L albero ruota a 1-2 rpm Il materiale più usato è il polietilene ad alta densità (HDPE) corrugato. A seconda del grado di corrugamento si parla di bassa, media o alta densità (area totale per albero). Usati in sequenza, diversi spessori del biofilm. Massimo abitanti equivalenti

17 Par. Progetto Carico idraulico (m 3 /(m 2 d)) Carico organico gsbod/(m 2 d) Carico organico gbod/(m 2 d) Carico organico massimo 1 stadio gsbod/(m 2 d) Carico organico massimo 1 stadio gbod/(m 2 d) Carico NH 3 gn/(m 2 d) HRT (h) BOD effluente (mg/l) N-NH 4 effluente (mg/l) PARAMETRI PROGETTO BIODISCHI Rimozione BOD Rimozione BOD e nitrificazione <2 Nitrificazione separata Biodisco Rimozione C Criterio Grady (1999) = + + S n = sbod allo stadio n (mg/l) As = sup. del disco n Q = portata (m 2 /d) Il carico del primo stadio deve essere posto uguale a g sbod/m 2 d per determinare la prima area

18 Letto fisso sommerso Reattore a letto fisso Sedimentatore Ingresso Uscita Aria Fango di supero Letto fisso sommerso Aria Liquame Film liquido Film biologico Supporto Reagenti Diffusione Prodotti di reazione Diffusione e reazione

19 Biofiltrazione Reattori biologici con biomassa adesa e non in sospensione Supporto granulare o corrugato Nello stesso reattore avvengono due processi: Degradazione biologica dei contaminanti Filtrazione fisica dei materiali in sospensione È necessario effettuare lavaggi periodici Vantaggi della Biofiltrazione Risparmio di spazio Dovuto alla maggiore concentrazione della biomassa Non richiedono sedimentazione secondaria Assenza di bulking Minore emissione di odori Costruzione modulare Operazione automatizzata

20 Svantaggi della Biofiltrazione Possibile sensibilità ad alti carichi Richiesta di un buon pretrattamento Cicli di lavaggio ogni ore Alta richiesta di energia Pompe e soffianti per il lavaggio Personale qualificato per lo svolgimento del processo Processo di lavaggio Obiettivo: eliminare l eccesso di fango che riempie il filtro Frequenza: ogni ore Sequenza Iniezione di aria per disintasare Lavaggio con aria e acqua in simultanea Risciacquo finale con acqua Processo simile al lavaggio dei filtri a sabbia

21 Classificazione in funzione del materiale di supporto Biofiltri con riempimento minerale Biofiltri con materiale plastico Biofiltri con piastre corrugate Biofiltri con alimentazione upflow Biofiltro effluente al trattamento fanghi liquame primario 4 5

22 Biofiltri con alimentazione downflow Biofiltro BIOFOR (Dégremont)

23 Modo di alimentazione: upflow Materiale di riempimento più denso dell acqua: Biolite Lavaggio upflow con effluente finale e aria MBBR Reattore a letto mobile Sedimentatore Ingresso Uscita Fango di supero Aria

24 MBBR Reattori a biomassa adesa puri pretrattamento trattamento primario reattore a letto mobile chiarificazione influente sedimentazione sedimentazione effluente stacciatura filtro a sabbia MBBR Reattori a biomassa mista (adesa+sospesa) pretrattamento trattamento primario reattore a letto mobile chiarificazione influente sedimentazione effluente sedimentazione stacciatura ricircolo supero

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