LETTI PERCOLATORI
Il letto percolatore classico è una struttura cilindrica dell’altezza
di alcuni metri all’interno della quale vi è un riempimento di
pietrisco: il liquame, proveniente dalla fase di sedimentazione
primaria e quindi già chiarificato, viene distribuito a spruzzo sulla
superficie del pietrisco per mezzo di alcuni bracci rotanti, il cui
moto è dato dalla spinta del liquame stesso fuoriuscente dai
bracci costituiti da tubi forati.
Il passaggio del liquame attraverso il letto avviene per caduta e
percolazione da una pietra all’altra di modo che l’intero letto non
è mai sommerso e gli spazi liberi consentono il passaggio
dell’aria.
L’ambiente aerobico favorisce l’adsorbimento della sostanza
organica sulle superfici del pietrisco tramite lo sviluppo di una
ricca popolazione batterica che è in grado di metabolizzarla.
La pellicola biologica che ricopre il pietrisco è una mucillaggine
bruna dello spessore di 1-3 mm costituita per la maggior parte di
sostanza organica colloidale e gelatinosa, popolata da colonie
eterogenee di microrganismi chemioeterotrofi aerobi e
facoltativi.
L’attività depurativa della pellicola biologica è il frutto
dell’attività anaerobica nella parte più interna:
A lungo andare, le fermentazioni anaerobiche sviluppatesi tra
pellicola biologica e superficie del pietrisco provocano il distacco
della pellicola che viene rinnovata continuamente.
Alla base del letto il liquame depurato e le pellicole batteriche
che periodicamente si staccano dal pietrisco vengono raccolti
tramite canalette drenanti e convogliati verso un sedimentatore
finale con lo scopo di separare i fanghi, prodotti con lo spoglio
del letto, dal liquame depurato.
Il riempimento deve assicurare la indispensabile aerobicità
dell’ambiente, e quindi un buon tiraggio dell’aria (elevato grado
di vuoto del letto).
Oggi, specie nel campo degli scarichi organici industriali, si
utilizzano materiali di riempimento in plastica ad alta superficie
specifica ed elevato grado di vuoto.
Letto percolatore ad uno stadio
Letto percolatore ad uno stadio con ricircolo del liquame
Letto percolatore a due stadi con ricircolo del liquame
DISCHI BIOLOGICI
Il funzionamento dei dischi biologici si ricollega a quello dei letti
percolatori.
Mentre nei letti percolatori la fase liquida scorre percolando su
un supporto fisso, nei dischi biologici sia il liquame sia il supporto
sono in movimento.
In ambedue i casi la massa attiva aderisce, sotto forma di
pellicola, al supporto.
Il sistema a dischi viene inserito di norma subito a valle della
sedimentazione primaria, oppure, non sussistendo particolari
pericoli di intasamento, esso opera direttamente sul liquame
non chiarificato.
L’elemento base dell’apparecchiatura è un rullo costituito da un
certo numero di dischi (in HDPE), spaziati uniformemente tra
loro, montati su un albero azionato da un motore.
Il rullo ruota a bassa velocità, immerso per il 40% circa del suo
diametro nel liquame contenuto in una vasca.
Rendimento di rimozione del BOD5:
Cos= carico organico superficiale (Kg BOD5/superficie
dischi*giorno)
BIOFILTRI
Si tratta di reattori a letto fisso completamente sommersi ed
aerati. Sono anche chiamati filtri biologici sommersi (aerobici). Il
flusso può essere discendente, ascendente, oppure trasversale.
Filtri biologici con mezzi di riempimento delle dimensioni
inferiori a 3-4 mm possono essere utilizzati in processi di
rimozione biologica della sostanza organica purché, oltre ad una
preventiva sedimentazione primaria, si provveda anche alla
rimozione periodica dei solidi accumulati (per crescita batterica e
per intrappolamento) per mezzo di opportuni cicli di lavaggio.
Questi reattori si differenziano dai letti percolatori in quanto il
mezzo di riempimento risulta completamente immerso nel
liquame e l’aerazione è artificiale.
Sono in parte affini ai filtri a sabbia in quanto esercitano
un’azione filtrante nei riguardi dei solidi sospesi.
Filtro biologico sommerso aerato (a flusso discendente)
BIOFILTRAZIONE DELL’ARIA
La biofiltrazione è una tecnologia per la rimozione biologica di
inquinanti atmosferici, principalmente sostanze organiche volatili
(SOV).
I gas da depurare sono trattati facendoli passare attraverso un
mezzo poroso biologicamente attivo.
I biofiltri sono nati come tecnologia per l’abbattimento degli
odori, successivamente si sono evoluti per la rimozione di
inquinanti di origine industriale.
Nel caso di effluenti ad alta concentrazione, i biofiltri trovano
spesso la loro applicazione come trattamento secondario dopo il
passaggio in torri di lavaggio chimico-fisico.
I processi che stanno alla base della biofiltrazione sono
riconducibili a quelli che avvengono nei biofilm. Il biofilm è un
sottile strato acquoso mescolato a substrati organici e
colonizzato da batteri e da altri microorganismi.
Il composto in fase gassosa attraversa l’interfaccia fra il gas che
scorre nello spazio poroso e il biofilm acquoso che circonda il
mezzo solido.
Successivamente, il composto diffonde attraverso il biofilm in un
consorzio di microorganismi acclimatati. Infine, i microorganismi
traggono energia dall’ossidazione del composto utilizzato come
substrato primario oppure lo co-metabolizzano con vie
enzimatiche non specifiche.
Simultaneamente, nel biofilm vi è una diffusione e un consumo di
nutrienti (come le forme prontamente disponibili del fosforo e
dell’azoto) e di ossigeno.
Il biofiltro è costituito da un letto di materiale filtrante
(generalmente di profondità un metro); il gas da trattare viene
convogliato nella parte inferiore del letto e distribuito
uniformemente.
gas-solido
I microorganismi predominanti nei biofiltri che trattano i
composti organici volatili sono batteri eterotrofi, che
utilizzano i composti organici presenti negli influenti gassosi
come fonte di carbonio ed energia; sono comuni anche
funghi ed attinomiceti.
DIGESTIONE ANAEROBICA DI LIQUAMI
La digestione anaerobica è un processo impiegato per il trattamento
di liquami organici concentrati. Attraverso un processo degradativo, il
materiale organico viene humificato (o mineralizzato), cioè
trasformato in un prodotto (humus), soggetto a decomposizione
molto lenta.
La degradazione avviene, per effetto di una flora batterica di natura
anaerobica, attraverso 3 stadi principali:
•Liquefazione
•Formazione di acidi
•gassificazione
Liquefazione
La liquefazione si compie per mezzo di enzimi idrolitici
extracellulari che idrolizzano i carboidrati a zuccheri semplici, le
proteine ad amminoacidi, i grassi a glicerolo ed acidi grassi.
Formazione di acidi
I prodotti del processo di liquefazione vengono trasformati in
“acidi organici volatili” (principalmente acido acetico, propionico e
butirrico, insieme ad alcoli ed aldeidi), per azione di “batteri
produttori di acidi” (batteri facoltativi con deboli caratteristiche
anaerobiche).
Gassificazione
Nello stadio di gassificazione gli acidi organici sono trasformati
in CH4 e CO2 per azione di batteri “produttori di metano”
(anaerobi obbligati).
CH3COOH  CH4 + CO2
4CH3OH  3CH4 + CO2 +2H2O
4CH3CH2COOH + 2H2O  7CH4 + 5CO2
2CH3CH2OH + CO2  CH4 + 2 CH3COOH
Il fango digerito assume un colore nerastro ed emana un
odore di terriccio umido; inoltre è più concentrato (per
effetto dell’allontanamento dell’acqua di solvatazione che
nel fango fresco è difficilmente separabile dal materiale
organico colloidale).
La riduzione di volume del fango è dovuta non tanto alla
gassificazione della sostanza organica putrescibile /che
comporta una riduzione in peso di circa 5.5% dei solidi
volatili), quanto alla separazione dell’acqua del fango, che
comporta una diminuzione di volume fina a circa 2/3 della
fase liquida (l’acqua del fango è sempre notevolmente
inquinata).
A seconda dell’intervallo di temperatura in cui agiscono, i
batteri possono essere distinti in
•Psicrofili (<30 °C)
•Mesofili (30-45 °C)
•Termofili (>40-50 °C)
Il valore ottimale della temperatura di digestione è attorno
a 33°C (digestione mesofila).
Impianti di digestione:
MONOSTADIO
Digestione in un’unica unità, riscaldata (mediante il biogas) o meno, in
genere agitata, con funzione anche di ispessitore o separatore del
surnatante, per cui necessita, dopo la digestione, di qualche ora di
quiete.
DOPPIO STADIO SENZA RICIRCOLO
La prima unità è il reattore vero e proprio, riscaldato ed agitato, la
seconda ha la funzione di separatore, oltre che di unità che completa
la digestione.
DOPPIO STADIO CON RICIRCOLO DEL FANGO
Il ricircolo si realizza in caso di liquame non molto concentrato ed è
tanto più vantaggioso quanto più è diluito il fango fresco e quanto più
è concentrato il fango di ricircolo.
Il tempo di ritenzione è il tempo necessario per lo svolgimento
della digestione tecnica (soddisfacente stabilizzazione del fango
senza una mineralizzazione completa, che si ha quando è
completamente scomparsa la parte di solidi volatili e restano solo i
solidi inerti).
Il tempo di ritenzione diminuisce sensibilmente all’aumentare della
temperatura (aumento della velocità di reazione).
Impianto trattamento liquami a fanghi attivi con digestione anaerobica dei fanghi
DIGESTIONE AEROBICA
La digestione aerobica è un trattamento del fango che mira
principalmente alla sua stabilizzazione, cioè alla diminuzione
della sua putrescebilità, mediante una fermentazione aerobica
eterotrofa.
Altro obiettivo è la riduzione del suo volume mediante
separazione dell’acqua del fango e una certa riduzione della
carica batterica.
Il fango proveniente dai sedimentatori primario e secondario,
eventualmente ispessito, viene introdotto in una vasca aerata
dove permane in media per 15-20 giorni.
Periodicamente, in genere una volta al giorno, l’areazione viene
fermata per 3-4 ore per consentire la separazione dell’acqua del
fango e lo spillamento del fango digerito.
Nel digestore aerobico, i batteri utilizzano la sostanza organica
presente nel fango stesso, per la maggior parte sotto forma
particellare bioflocculata e in parte sotto forma di biomassa.
Avendosi un bassissimo rapporto substrato/microorganismo, si
stabiliscono condizioni di respirazione endogena e di crescita
negativa (la velocità di crescita è inferiore alla velocità di morte
delle cellule batteriche) per cui si ha anche una diminuzione della
carica batterica.
Il fango si considera digerito quando non dà più cattivi odori
(quando ha subito una riduzione dei solidi volatili di circa il 40%).
Con la separazione dell’acqua del fango si ottiene una riduzione di
volume del fango generalmente superiore al 50% (la riduzione è
tanto maggiore quanto più i fanghi freschi sono diluiti).