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Il processo Anammox di rimozione dell’azoto 1. Il ciclo biogeochimico dell’azoto 2.

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Presentazione sul tema: "Il processo Anammox di rimozione dell’azoto 1. Il ciclo biogeochimico dell’azoto 2."— Transcript della presentazione:

1 Il processo Anammox di rimozione dell’azoto 1

2 Il ciclo biogeochimico dell’azoto 2

3 3 Accumulo di azoto

4 Nitriti Nitrati NO 3 - NO 2 - Ammonio usato dalle piante ed animali e rilasciato per decomposizione NH 4 + Azoto in atmosfera N2N2 N2N2 Batteri Nitritossidanti Batteri Denitrificanti Batteri Ammoniossidanti Batteri Azoto fissatori ANAMMOX La via autotrofa di rimozione dell’azoto

5 5 (ANaerbic AMMonium Oxidation) NH NO 2 - → N 2 + 2H 2 O ΔG’ 0 = -358 kJ/mol Ipotizzato negli anni ‘70 sulla base di calcoli chimici e termodinamici (1; 2) Osservato e studiato negli anni ‘90 sulla base di bilanci di massa di reattori anaerobici e bed-filter (Delft, the Netherlands) (3; 4) processo ANAMMOX 1) Richards, F.A. (1965) in Chemical Oceanography (Riley, J.P. and Skirrow, G., eds.), pp. 611–645, Academic Press, London 2) Broda E. (1977) Two kinds of lithotrophs missing from nature. Z Allg. Mikrobiol 17, ) van de Graaf AA, Mulder A, Slijkhuis H, Robertson LA, Kuenen JG. (1990) Anoxic ammonium oxidation. In: Proc 5th European Congress on Biotechnology ) Mulder A., van de Graaf A.A., Robertson L.A., Kuenen J.G. Anaerobic ammonium oxidation discovered in a denitrifying fluidized bed reactor. FEMS Microbiol Ecology 1995; 16:

6 6 La reazione è catalizzata da microrganismi Planctomycetes altamente specializzati Il processo anammox è molto diffuso in ambienti marini e fluviali 35-50% della conversione totale dell’Azoto è dovuta al processo metabolismo autotrofico e condizioni anossiche

7 7 Anammoxosome Parete Cellulare Membrana Anammoxosome I Planctomiceti sono caratterizzati da compartimenti sub-cellulari sepratai da specifiche membrane (Anammoxosome) La membrana Anammoxosome è composta da ladderani, usati per identificare i microrganismi anammox

8 La via autotrofa di rimozione dell’azoto 8 Processo convenzionale di Nitrificazione - Denitrificazione NH 4 + NO O O 2 NO 3 - N2N2 COD BIOMASSA AUTOTROFABIOMASSA ETEROTROFA NO 3 - Processo combinato Nitrificazione Parziale - Anammox NH % NO O 2 NH 4 + NO 2 - N2N2 NO 3 - BIOMASSA AUTOTROFA 50% NH 4 +

9 La via autotrofa di rimozione dell’azoto 9 DenitrificazioneFissazion e Nitrificazione N2N2 NH 4 + NO 2 - NO 3 - ANAMMOX COD O2 Processo autotrofo anaerobico; Conversione di ammonio (NH 4 + ) e nitrito (NO 2 - ) ad azoto molecolare (N 2 ); “Scorciatoia” nel naturale ciclo dell’azoto; Ideale per il trattamento di reflui con un basso rapporto COD/N; Valida alternativa al tradizionale processo di nitrificazione e denitrificazione. Reazione Anammox: NH NO HCO H +  1 N NO CH 2 O 0.5 N H 2 O

10 Svantaggi filiera tradizionale 10  alta richiesta di ossigeno  alti consumi energetici  necessità di fonti esterne di carbonio organico  ridotti rendimenti a basse temperature  frequenti inefficienze nel rispetto dei limiti normativi  scarse possibilità di up-grading

11 11 Nitritazione parziale processo anammox ANAMMOX DENITRIFICAZIONE convenzionale batteri autotrofibatteri eterotrofi carbonio INORGANICOcarbonio ORGANICO condizioni anaerobiche nitrito accettore di e - condizioni anossiche nitrato accettore di e -

12 Vantaggi processo Anammox 12 Flussi concentrati  surnatante digestione anaerobica  percolato di discarica  reflui da allevamento ≥ 20% carico di AZOTO impianti di trattamento Processo innovativo Soluzione tecnologica per il trattamento di reflui con “sbilanciamento” dei nutrienti – basso COD/N

13 13 Massimo rateo di crescita (µ max,An Autoreµ max,An (d -1 ) t 2 (d) Metodo van de Graaf et al. (1996) batch tests Strous et al. (1998) mass balance Hao et al. (2002) modeling Dapena-Mora et al. (2004) modeling Fux et al. (2004) pilot plant data Isaka et al. (2005) FISH (cell counting) van der Star et al. (2008) wash-out Lahav et al. (2009) batch tests-FISH Batteri denitrificanti eterotrofi µ max,H : d -1 t 2 : d Rateo di crescita

14 Fenomeni di inibizione 14  Nitrito (substrato)  ossigeno disciolto  fosforo  alta salinità  composti organici (metanolo, etanolo)  solfuri  antibiotici …

15 Diffusione della tecnologia 15 SOLUZIONI OGGI DISPONIBILI IN PIENA SCALA Fango “flocculante” - SBR (Svizzera, EAWAG) Fiocchi e Granuli (Austria, Bernard Wett) Biomassa adesa in sospensione (Vari Paesi Anox- Kaldness; AnitaMOX, Veolia; DeAmmon Purac) Granuli (Olanda/Cina, Paques). CIRCA 50 APPLICAZIONI IN PIENA SCALA NEL MONDO

16 Diffusione della tecnologia 16 IMPIANTI PAQUES

17 Caso di studio (1): S.Colombano (Firenze) 400,000 A.E. basso bCOD/N ~ 3.6 nell’influente nitrificazione/denitrificazione “convenzionale” 50% di capacità residua del comparto anaerobico 10-20% del carico di Azoto dovuto al surnatante anaerobico 17

18 San Colombano - Materiali e Metodi 1/4  600 m 3 /d NH NmgN/L664.3 ± PO PmgP/L72.2 ± 16.5 CODmgO 2 /L238.8 ± 48.8 pH-7.8 ± 0.2 HCO ± 500 BCOD/COD%≤ 25  campionamenti settimanali  rimozione solidi grossolani con setaccio  stoccaggio a temperatura ambiente Pre-trattamento: Rimozione fosforo con precipitazione di struvite Il surnatante anaerobico

19 19 San Colombano - Materiali e Metodi 3/4 CONDIZIONI OPERATIVE - biofilm - Kaldnes KTM1 carriers - inoculato con fanghi attivi di S. Colombano - no controllo di pH - aerazione continua (2–3 mgO 2 /L) - Temperatura: 29°C - in funzione per 592 days - breve start up - processo stabile MBBR Moving Bed Biological Reactor Nitrificazione Parziale

20 20 S. Colombano - Materiali e Metodi 4/4 CONDIZIONI OPERATIVE SBR Sequencing Batch Reactor - in funzione per 774 giorni - 5 fasi operative - V: L - no estrazione solidi (eccetto per prove batch) - controllo manuale pH ( ) - Temperatura: 35°C - condizioni anaerobiche - condizioni nitrito-limitanti (0.2 mgNO 2 - -N/L in media) Processo ANAMMOX

21 Proposta scala reale: il progetto CONAN CONAN: Controllo Nutrienti ArNo CODIGESTIONE ANAEROBICA Disidratazione Rimozione Fosforo Nitrificazione parziale ANAMMOX Impianto trattamento NH 4 + -N PO 3- 4 P Struvite (P, NH 4 )) 50%NH 4 + -N 50%NO N 90% N 2 Rifiuti Organici Fango di supero Mg 2+ Smaltimento BIOGAS (Cogenerazione) 10%NO 3 - -N Percolato di discarica


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