INTERVENTI DI UPGRADING CON PARTICOLARE RIFERIMENTO AI TRATTAMENTI TERZIARI DI ABBATTIMENTO DEI NUTRIENTI AZOTO E FOSFORO

Seminario DEPURAZIONE DEI REFLUI URBANI: OTTIMIZZAZIONE DELLA GESTIONE, TRATTAMENTI TERZIARI E NATURALI INTERVENTI DI UPGRADING CON PARTICOLARE RIFERIMENTO AI TRATTAMENTI TERZIARI DI ABBATTIMENTO DEI NUTRIENTI AZOTO E FOSFORO venerdì 13 settembre 2013 Ing. Paola Foladori Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica Università degli Studi di Trento

Articolo 105 (D. Lgs. 152/06) - Scarichi in acque superficiali Comma 2. Gli scarichi di acque reflue urbane che confluiscono nelle reti fognarie, provenienti da agglomerati con meno di 2.000 AE abitanti equivalenti e recapitanti in acque dolci e gli scarichi provenienti da agglomerati con meno di 10.000 AE recapitanti in acque marino-costiere, sono sottoposti ad un trattamento appropriato 3. Le acque reflue urbane devono essere sottoposte, prima dello scarico, ad un trattamento secondario o equivalente

Articolo 106 - Scarichi di acque reflue urbane in corpi idrici ricadenti in aree sensibili 1. le acque reflue urbane provenienti da agglomerati con oltre 10.000 AE, che scaricano in acque recipienti individuate quali aree sensibili, devono essere sottoposte ad un trattamento più spinto di quello previsto dall'articolo 105, comma 3 2. Le disposizioni di cui al comma 1 non si applicano nelle aree sensibili in cui può essere dimostrato che la percentuale minima di riduzione del carico complessivo in ingresso a tutti gli impianti di trattamento delle acque reflue urbane è pari almeno al 75% per il P totale oppure per almeno il 75% per N totale

Le prescrizioni si riferiscono: - ad abitante equivalente misurato sulla base del BOD 5 - alla potenzialità dell impianto Cosa significa? AE dell insediamento urbano (agglomerato) 1. 2. DEP2 Potenzialità dell impianto DEP2 DEP1 Potenzialità dell impianto DEP1 3. Direttiva 271 del 1991 the agglomeration coincides with the sufficiently concentrated area itself and not with the de facto situation of the existing catchment area of a collecting system (i.e. network of sewers) within the agglomeration..the catchment area of a collecting system coincides with the limits of the agglomeration where the connection rate for the agglomeration is 100 %.

Tipologie di trattamento per raggiungere gli obiettivi di legge Ossidazione della sostanza organica carboniosa Nitrificazione Denitrificazione Oggetto della presentazione Rimozione biologica dell azoto: nitrificazione + denitrificazione. Processi innovativi per la rimozione dell azoto: Annamox Rimozione biologica e chimica del fosforo

RIMOZIONE DELL AZOTO NITRIFICAZIONE + DENITRIFICAZIONE NELLA LINEA ACQUE

Upgrading/adeguamento di impianti esistenti realizzati in passato per la sola rimozione del carbonio esigenza di espansione difficoltà nel reperimento delle aree necessarie preferenza verso soluzioni a basso foot-print preferenza verso soluzioni a basso/medio costo di investimento preferenza verso soluzioni sostenibili nel tempo (facilità di gestione, crescente attenzione ai consumi energetici) in alcuni casi per limitazione aree, alti carichi o necessità di alte performances si ricorre a configurazioni innovative: - processi biologici a biomassa adesa (Moving Bed Biofilm Reactors, biofiltrazione) - reattori operanti con membrane (Membrane Bioreactors)

Configurazione di nitrificazione + pre-denitrificazione acqua reflua in ingresso sedimentatore secondario effluente denitrificazione ossidazione nitrificazione ricircolo miscela aerata ricircolo fanghi Riduzione dei nitrati nel 1 stadio utilizzando la sostanza organica del liquame grezzo come fonte di carbonio Efficienza dipende dal rapporto tra la portata ricircolata (somma della miscela aerata e del fango di ricircolo) e la portata in ingresso Limite massimo 5 o 6 volte quella in ingresso: motivi energetici + rischio ricircolo OD

Configurazione di nitrificazione + denitrificazione completa acqua reflua in ingresso COD esterno sedimentatore secondario effluente pre-denitrificazione ossidazione nitrificazione post-denitrificazione postaerazione ricircolo miscela aerata ricircolo fanghi Combinazione tra la post-denitrificazione e la pre-denitrificazione Viene sfruttata sia la sostanza organica contenuta nel liquame grezzo (pre-), sia il carbonio endogeno (post-) I rendimenti di rimozione dell'azoto non tanto diversi da quelli della configurazione di pre-denitrificazione (a meno di non usare una fonte esterna di COD) Utile la post-aerazione

Configurazione di nitrificazione + denitrificazione mediante aerazione ad intermittenza acqua reflua in ingresso SOFFIANTI ON/OFF sedimentatore secondario effluente ossidazione + nitrificazione + denitrificazione ricircolo fanghi nitrificazione e denitrificazione avvengono nel medesimo reattore biologico, anziché in porzioni diverse fasi aerobiche (aerazione attiva) e fasi anossiche (aerazione spenta) si alternano nel tempo anziché nello spazio interessante alternativa nei piccoli impianti, riduzione costi di intervento e di energia processo applicato anche con la modalità «Cicli Alternati»

Controllo dell aerazione ad intermittenza Strategia basata su temporizzazione predefinita (uso di timer) Controllo on-line dei parametri Ossigeno Disciolto, ORP, ph misurati nel reattore biologico Controllo on-line dei parametri NH 4, NO 3 all uscita del reattore biologico (oggi costi bassi per le sonde on-line) Vantaggi elevata flessibilità: possibilità di ottimizzare la durata delle fasi aerobica/anossica (es. località a carattere turistico) non sono richiesti: il ricircolo della miscela aerata, opere civili, fase di attivazione (non è necessario fermare la linea depurativa) ottimizzazione della fornitura di ossigeno in funzione del fabbisogno per la nitrificazione risparmio energetico semplice e vantaggiosa per piccoli impianti a basso costo e flessibile

Impiego dell aerazione ad intermittenza (strategia open loop control) L aerazione ad intermittenza prevede un vero e proprio spegnimento delle soffianti per un certo periodo (open loopcontrol= prefissati intervalli temporali, no parametri misurati in vasca). Utile solo per realizzare una modesta denitrificazione (e risparmio energetico) durante le ore di basso carico (per esempio ore notturne) in impianti di piccole dimensioni. sonda on-line OD sonda on-line NH4 sonda on-line NO3 concentrazione NH 4 -N, OD (mgn/l).continuazione di cicli ON - OFF programmati con timer 5 ON ON 20 18 4 16 14 3 12 10 2 8 6 1 4 2 0 0 25/06 0.00 25/06 12.00 26/06 0.00 26/06 12.00 27/06 0.00 27/06 12.00 28/06 0.00 concentrazione NO 3 -N (mgn/l)

Aerazione ad intermittenza (strategia feedback control o closed loop control ) Accensione/spegnimento delle soffianti in funzione di set-point di NH 4 e/o NO 3 (sonde online in vasca di ossidazione). Il risparmio energetico è dell ordine del 20-40% dei consumi elettrici con aerazione continuativa della vasca di ossidazione. La strategia feedback control presenta maggiori costi rispetto alla strategia open loop control poiché richiede l installazione di dispositivi di misura più costosi (analizzatori on-line delle forme azotate) e software più complessi. E complessivamente più vantaggiosa, poiché si dispone anche delle concentrazioni effluenti. concentrazione N, OD (mg/l) 8 7 6 5 4 3 2 1 0 sonda on-line NH4-N sonda on-line NO3-N sonda on-line OD 14/09 0.00 14/09 6.00 14/09 12.00 14/09 18.00 15/09 0.00 set-point, max NH 4 -N = 2 mg/l set-point, min NO 3 -N = 1 mg/l

Possibilità di controllare on-line la concentrazione di NH 4 e NO 3 all uscita dei fanghi attivi Aerazione ad intermittenza (strategia feedback control o closed loop control ) Aerazione intermittente Aerazione continua N organico (mg/l) 1.0 0.9 NH 4 -N (mg/l) 0.6 0.4 NO 3 -N (mg/l) 2.4 30.3 NO 2 -N (mg/l) 0.38 0.43 N totale (mg/l) 4.4 32.0

ALTRI PROCESSI PER LA RIMOZIONE DELL AZOTO TIPOLOGIA Sistemi SBR Sistemi a biomassa adesa (Moving Bed Biofilm Reactors) Bioreattori a membrana (MBR, Membrane BioReactors) Biofiltri ASPETTI CARATTERIZZANTI - grande elasticità per carichi ad alta variabilità - consumi energetici favorevoli per semplicità impiantistica (no ricircoli, no sedimentatori) - Lunghezza fasi solo per il tempo necessario al completamento delle reazioni (sonde on-line ph, redox, OD) - Processo efficiente per upgrading impianti esistenti (incremento di +30/40% del carico) - Controllo di processo è più difficile: sistemi molto performanti all aumentare dell aerazione antagonismo tra efficientamento energetico e di processo. - Processo molto efficiente per upgrading impianti esistenti; upgrading limitabile a 1 o poche linee - Elevata aerazione per pulizia membrane antagonismo tra efficientamento energetico e di processo. - Processo molto efficiente per upgrading impianti esistenti; - Elevati costi, linee aggiuntive antagonismo tra efficientamento energetico e di processo.

Sistemi SBR (Sequencing batch Reactors) ALIMENTAZIONE FASE ANAEROBICA FASE ANOSSICA eventuale RIMOZIONE DELL AZOTO SISTEMI SBR STADI DI UN SISTEMA SBR FASE AEROBICA ATTESA SCARICO SEDIMENTAZIONE ALIMENTA- ZIONE FASE ANOSSICA FASE AEROBICA SEDIMEN- TAZIONE SCARICO 3 h 8 h 1 h tempo [ore] 0.00 3.00 11.00 12.00 Uno (o più reattori in parallelo) in cui si realizzano l alimentazione del liquame, la denitrificazione, la nitrificazione, la sedimentazione, lo scarico La sequenza delle fasi di processo è di tipo temporale, anziché nello spazio come nei fanghi attivi convenzionali Si può gestire il processo come se fosse possibile variare il volume delle singole vasche

Ottimizzazione per la rimozione dell azoto nei sistemi SBR (Punti notevoli) DO breakpoint Fine del processo di nitrificazione Nitrate knee ginocchio dei nitrati Fine del processo di denitrificazione

Punti notevoli nel processo di nitrificazione in un reattore SBR OD Breakpoint nella curva dell ossigeno disciolto La completa rimozione dell NH4 è correlata ad Ammonia Valley e OD Breakpoint mg OD/L Ammonia Valley è il punto di minimo del ph 12 10 8 6 4 2 0 ammonia valley dissolved oxygen (DO) 0.00 0.15 0.30 0.45 1.00 1.15 1.30 1.45 2.00 time [hours] ph 8.6 8.4 8.2 8 7.8 ph

Punti notevoli nel processo di denitrificazione in un reattore SBR Nitrate Apex è il massimo nella curva di ph La completa rimozione di NO3 è correlato al Nitrate Knee and Nitrate Apex 200 8.6 100 ph 8.5 ORP [mv] Nitrate Knee è il flesso della curva di ORP 0 8.4 0.00 0.15 0.30 0.45 1.00 1.15 1.30 1.45 2.00-100 8.3-200 8.2-300 nitrate knee ORP 8.1-400 8 time [hours] ph

RIMOZIONE DELL AZOTO SISTEMI MOVING BED BIOFILM REACTOR SISTEMI DI BIOFILTRAZIONE Sistemi a biomassa adesa (MBBR, biofiltri sommersi) Filtri percolatori: ormai considerati obsoleti Minore footprint (occupazione di spazio planimetrico) Eliminazione della sedimentazione secondaria (solo biofiltrazione) No problemi di bulking o altre patologie No ricircolo fanghi (configurazione pura) Configurazioni pluristadio, per favorire biomassa specializzata Costi più elevati Caratteristiche e superficie specifica dei vari sistemi Tipo di reattore Materiale di riempimento Dimensione riempim. (mm) Superficie specifica del materiale (m 2 /m 3 ) Letti percolatori lapideo 40-80 50-100 plastico - 100-200 MBBR plastico 7-25 Circa 300 Biofiltri sommersi argilla 1.3-8 1000-1400 porosa Fango granulare - 0.2-0.8 3000-4000

Sistemi MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) reattori a letto sommerso riempiti al <70% con elementi prismatici a cui aderisce la biomassa e liberi di muoversi in tutto il reattore biologico. Elementi con peso specifico < 1 g/cm 3 Movimento garantito da aerazione o miscelatori meccanici

interventi su vasche esistenti modesti installazione di griglie per evitare la fuoriuscita degli elementi mobili limitate perdite di carico

Tipi configurazioni 1) Applicare come pre-trattamento di sgrossatura (1 stadio) prima di un comparto a fanghi attivi a basso carico 2) Nella configurazione MBBR puro usare schemi pluristadio (almeno 2 stadi in serie) Particolari realizzativi adeguata grigliatura, stacciatura (meglio microgrigliatura), evitare by-pass adeguata dimensione delle griglie di trattenimento elementi mobili accorgimenti per una pulizia automatica delle griglie (aerazione dal fondo) adeguato tasso di riempimento (< 70%) realizzazione al chiuso in zone di montagna Più è alta la concentrazione di OD nel reattore (ottimale > 4 mgo 2 /L) più è alta la velocità di rimozione Aspetti peculiari poco sensibili a basse temperature (il rallentamento della cinetica è compensato da una maggiore diffusione dell ossigeno nel biofilm) Fanghi : pareri discordanti sulla migliore o peggiore sedimentabilità delle pellicole di spoglio rispetto ai fanghi attivi

configurazione di sistemi a biomassa adesa a 2-3-stadi nel 1 stadio avviene la rimozione della sostanza organica nel 2 e 3 stadio avviene la nitrificazione in quanto la competizione con i batteri eterotrofi è minore (eterotrofi crescono meno perché minore disponibilità di sostanza organica) 1 stadio Rimozione sostanza organica 2-3 stadio nitrificazione 1 cm influente S1 S2 effluente fanghi primari aria fanghi secondari

Velocità di nitrificazione in funzione del carico organico appllcato 1.2 effluente secondario effluente primario Velocità di nitrificazione (g NO x -N m -2 d -1 ) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 nitrificazione nulla 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 Carico organico applicato (gbod 7 m -2 d -1 )

Rendimento di nitrificazione in funzione del carico organico applicato 100% carico superficiale applicato (gcod m -2 d -1 ) 0 5 10 15 Il CARICO SUPERFICIALE NON dipende dal tipo di supporto rendimento di nitrificazione 80% 60% 40% 20% 0% Nitrificazione limitata fino a scomparire a causa dell elevato carico organico applicato e della competizione nel biofilm tra eterotrofi e nitrificanti. 0 0.5 1 1.5 2 carico volumetrico applicato (kgcod m -3 d -1 ) Dipende dal tipo di supporto

Concentrazione NO 2 effluente da sistemi MBBR concentrazione N-NO 2 effluente (mgn L -1 ) 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 carico superficiale applicato (gcod m -2 d -1 ) 0 5 10 15 Nitrificazione instabile causa incremento di NO2 nell effluente 0 0,5 1 1,5 2 Il CARICO SUPERFICIALE NON dipende dal tipo di supporto 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 concentrazione N-NO 2 effluente (mgn L -1 ) carico volumetrico applicato (kgcod m -3 d -1 ) Dipende dal tipo di supporto

carichi applicati e rimossi di NH 4 0,25 carico superficiale applicato (gnh 4 -N m -2 d -1 ) 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 Il CARICO SUPERFICIALE NON dipende dal tipo di supporto carico superficiale applicato (kgn-nh4 m -3 d -1 ) 0,20 0,15 0,10 0,05 rimozione = 100% 2,00 1,50 1,00 0,50 carico superficiale rimosso (gn-nh4 m -2 d -1 ) 0,00 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,00 carico volumetrico applicato (kgnh 4 -N m -3 d -1 ) Dipende dal tipo di supporto

Sistemi di biofiltrazione reattori con supporti fissi non è necessaria la sedimentazione finale maggiori consumi energetici, impiantistici e gestionali Filtri a flusso discendente (down-flow): Biocarbone Filtro a flusso ascendente (up-flow): Biofor, Biostyr

Caratteristiche materiali di supporto con elevate superfici specifiche (1-4 mm) pezzatura inferiore per la nitrificazione, superiore per i reattori di denitrificazione riduzione dei volumi dei reattori altezza del letto filtrante = 3-4 m perdita di carico massima alla fine del ciclo=1.5-2.0 m durata del ciclo (periodo tra 2 controlavaggi)=24-48 h rendimenti BOD, SST = 80-90% rendimenti nitrificazione > 90% rendimenti denitrificazione > 95% (post-denitrificazione + metanolo) carichi idraulici molto elevati = 4-20 m 3 m -2 h -1 Applicazioni impianti compatti ed ad alta efficienza impianti a scala reale sono ancora pochi: trattamento di reflui industriali o reflui civili per ridurre le aree occupate

Sistemi di biofiltrazione Filtri biologici sommersi a letto fisso con controlavaggio effluente 3 1 1 2 Esempio: biofiltro aerato a flusso ascendente (tipo Biofor, Degrèmont). al trattamento fanghi 4 5 Refluo liquame in ingresso primario 1) Mezzo di supporto (argilla espansa, Biolite, pezzatura 3.5 mm) 2) Accumulo effluente per i cicli di lavaggio 3) Accumulo fanghi asportati durante i cicli di lavaggio 4) Soffiante aria di esercizio normale 5) Soffiante aria di controlavaggio

ESEMPIO Post-denitrificazione di effluenti da trattamento a fanghi attivi convenzionali con biofiltro biofiltro pilota (Biofor DN) post-denitrificazione + metanolo alimentazione con refluo secondario nitrificato = 21 mgn-no 3 /L rapporto COD/N-NO 3 = 4 gcodsolubile/gn-no 3 rimosso 10 Carico rimosso (kg N-NO 3 m -3 d -1 ) 4,0 3,0 2,0 1,0 Rendimento 100% NO 3 -N effluente (mg N L -1 ) 8 6 4 2 0,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 Carico applicato (kg N-NO 3 m -3 d -1 ) 0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 Carico applicato (kg N-NO 3 m -3 d -1 )

REATTORE A MEMBRANA (MBR = Membrane BioReactor) RIMOZIONE DELL AZOTO BIOREATTORI A MEMBRANA Schema a membrane interne Schema a membrane esterne

da Metcalf & Eddy Tipi di filtrazione

Vantaggi I bioreattori a membrana (MBR) indipendenza dalle caratteristiche di sedimentabilità del fango, filamentosi e bulking concentrazione di SST nel reattore biologico fino a 10-15 kgsst/m 3 (tipico 8-10) basso footprint ottima qualità degli effluenti con assenza pressoché totale di SST forte rimozione di inquinanti, riduzione elevatissima della carica batterica senza necessità di ulteriori fasi di filtrazione e disinfezione riutilizzo riduzione della produzione di fanghi MBR sedimentatore permeato fanghi di supero

Limiti necessità di elevate superfici filtranti, elevato costo per unità di superficie problemi di fouling (sporcamento membrane) necessità di microgriglie (1-3 mm) alti costi di investimento elevata potenza installata e consumi energetici (pulizia membrane avviene mediante insufflazione d aria) rendimento più basso nel trasferimento dell ossigeno complessità del processo

Esempio di membrane

RIMOZIONE DELL AZOTO RICIRCOLI DALLA LINEA FANGHI

Concentrazioni nelle acque di ricircolo separate da disidratazione dei fanghi debatterizzaz. LINEA ACQUE fognatura coclee griglia grossolana griglia fine equalizzazione dissabbiatore aerato sedimentatore primario fanghi misti alla linea fanghi ossidazione ricircolo fanghi sedimentatore secondario scarico dalla linea fanghi LINEA FANGHI alla linea acque acque separate biogas supernatante acque madri nastropressa ingresso fanghi misti addensatore dinamico smaltimento finale digestore anaerobico post-ispessitore PARAMETRO BOD 5 COD N totale P totale SST RANGE 30-1500 mg/l 800-4000 mg/l 100-500 mg/l 5-20 mg/l 100-1000 mg/l

Un impianto di depurazione tratta acque reflue con portata media di 10.000 m 3 /d e concentrazione di N di 50 mg/l. Si assume che il 50% del carico giornaliero di N in ingresso si presenti in 8 h diurne. L impianto ha un digestore anaerobico del fango e il surnatante dal digestore ha portata di 100 m 3 /d e concentrazione di 700 mgn/l. Calcolare il sovraccarico interno di N dovuto al ricircolo del surnatante dal digestore. Carico di N nel surnatante Carico di N nel refluo in ingresso Carico di N nel refluo in ingresso durante 8 ore di picco La nitrificazione+denitrificazione potrebbe avere problemi, con peggioramento dell efficienza durante le ore diurne di UNITN-Andreottola, Foladori sovraccarico 3 m mg kgn Q N = 100 700 = 70 d L d 3 m mg kgn Q24 N = 10.000 50 = 500 d L d = 250kgN / 8h = 31.3 kgn / h Sovraccarico interno di N (medio su 8 h) 70 / 500 = 14% Calcolare il sovraccarico nella vasca di ossidazione/nitrificazione se il ricircolo venisse avviato solo per 4 h diurne. 70 = 17.5kgN / h 17.5/ 31.3 56% 4 =

Rimozione dell azoto sui flussi di ricircolo Processi side-stream per il trattamento delle acque madri provenienti dalla linea fanghi o surnatanti dei digestori. Questi flussi ricircolano il 10-30% del carico di azoto in ingresso all impianto Il trattamento separato di questo flusso porta ad aumentare l efficienza di trattamento dell impianto. BATTERI ANAMMOX Batteri autotrofi Tasso di crescita = 0.1gVSS/gNH 4+ -N Tasso di conversione =1 kg N/(kg VSS d) Crescita molto lenta = generation time : 8-12 d ( startup lungo: mesi) Colore rosso Formano facilmente biofilm o granuli Resistono per brevi periodi in presenza di ossigeno Sensibili a solfuro

Confronto rispetto ad un trattamento convenzionale dei flussi di ricircolo con nitrificazione + denitrificazione Risparmio di O 2 Risparmio di COD Riduzione produzione di fanghi N+D convenzionale 0% 0% 0% SHARON SHARON/ ANAMMOX 25% 40% 30-45% 63% ~100% ~100%

RIMOZIONE DEL FOSFORO PERCHE RIMUOVERE IL FOSFORO? RIMOZIONE CHIMICA E RIMOZIONE BIOLOGICA Limiti di legge per lo scarico in zone sensibili N e P responsabili dell eutrofizzazione quando N diventa limitante, organismi quali i cianobatteri possono fissare l N 2 atmosferico; la rimozione del P è invece più efficace poiché P deriva solo dai reflui La rimozione di P è un fattore chiave dovendo dare delle priorità, la rimozione del P può essere considerata prioritaria rispetto alla rimozione di N

Bilancio del fosforo Q in P in = 8 mgp/l Q in TKN in = 50 acqua mgn/l reflua dopo pretrattamenti acqua reflua dopo pre-trattamenti N den = 23-28 mgn/l denitrificazione ossidazione nitrificazione ricircolo miscela denitrificazione ossidazione aerata nitrificazione ricircolo fanghi ricircolo miscela aerata fanghi di ricircolo fanghi supero P è conservativo in un impianto di depurazione e si ripartisce solo in 2 flussi - P in uscita fino a 10-15 mgn/l - P nei fanghi di supero Qin Pin = Qout P out+ Qf,ex Pf,ex Q out P out 1-2 mgp/l scarico sedimentatore scarico secondario sedimentatore secondario fanghi di Senza rimozione supero chimica/biologica del P Q f,ex P f,ex N f,ex = f,ex Q in 2.5 in 12 mgn/l mgp/l Incremento di P nei fanghi mediante rimozione chimica/biologica del P per rispettati i limiti allo scarico è necessario implementare la rimozione chimica e/o biologica del fosforo

Quanto P si rimuove nel trattamento convenzionale? Rimozione del P: Sedimentazione primaria 15-20% del P totale in ingresso Fanghi attivi convenzionali (per sintesi) 30-40% del P totale in ingresso Per rispettare i limiti di legge per il P nell effluente di 1-2 mg/l in maniera stabile durante l anno è necessario realizzare la rimozione chimica o biologica del P Il limite di 1 mgp/l può essere difficile da raggiungere nel caso di fognature nere con reflui concentrati e serve un approccio multistep

Rimozione del P rimozione chimica mediante coagulazione-flocculazione con sali di Al, Fe, Ca rimozione biologica in sistemi a fanghi attivi dotati di reattore anaerobico configurazione di post-precipitazione chimica; filtrazione finale in filtri a sabbia Rimoz. chimica Tipo di trattamento Rimoz. biol. postprecipitaz. filtrazione finale su sabbia < 2 mg/l < 1 mg/l < 0.5 mg/l <0.1 mg/l (più sicuro) (più sicuro) Livello di rimozione (più sicuro)

Vantaggi e limiti della rimozione biologica del P Vantaggi: costi più contenuti (non ci sono reattivi) minori contenuti di metalli nei fanghi (non ci sono reattivi) minore produzione di fango di supero (con riduzione dei costi di smaltimento) elevate efficienze di rimozione del P (anche superiori alla precipitazione chimica in simultanea) Limiti: sono richieste maggiori competenze nella gestione dell impianto rischio di rilascio di P nella linea fanghi (con rischio di ricircolo del P dalla linea fanghi alla linea acque) è implementato in un numero ridotto di impianti poiché si preferisce la più semplice rimozione per via chimica

Configurazione di nitrificazione + denitrificazione + rimozione biologica del fosforo processo "A 2 /O", Anaerobic/Anoxic/Oxic Per la rimozione di AZOTO: solito processo di nitrificazione (OX) + predenitrificazione (AX) Per la rimozione di FOSFORO: si inserisce un reattore anaerobico (AN) all inizio della filiera L alternanza di fasi AN + OX causa lo sviluppo di batteri P-accumulanti Il contenuto di fosforo nei fanghi è 2-3 volte superiore, raggiungendo un rapporto P/SST pari a 4% o più (normalmente senza rimozione del P=1%) Influente AN AX OX AE S Effluente a Q r Q Fango di supero

Dinamica del P nel processo di rimozione biologica ConcentrazionePO 4 AN OX Phosphorus Accumulating Organisms (PAOs) 1.Stoccaggio di PHA intracellulare 2.Idrolisi dei polifosfati 3.Rilascio di PO 4 AN 1.Sintesi di biomassa 2.Consumo di PHA 3.Sintesi/accumulo di polifosfati OX reattore anaerobico reattore aerobico sedimentatore secondario Condizioni importanti: ricircolo fanghi Esposizione di P-accumulanti a condizioni alternate anaerobiche (AN) e aerobiche (AE) Stoccaggio di VFA (substrati rapidamente biodegradabili) da parte dei PAO nel reattore AN fanghi di supero ricchi di P

CONCLUSIONI SUI TRATTAMENTI TERZIARI DI ABBATTIMENTO DEI NUTRIENTI AZOTO E FOSFORO OGGI: Importanza rimozione fosforo DOMANI: recupero fosforo OGGI: Importanza rimozione azoto DOMANI: rimozione azoto + risparmio energetico = nuove filiere strategie di risparmio energetico produzione/recupero di energia produzione/recupero di materia in futuro, nuove filiere a basso consumo energetico e alto recupero Nuove filiere Recupero di materia Recupero di energia Situazione attuale, elevati consumi di materia e di energia, basso recupero

GRAZIE PER L ATTENZIONE