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Sperimentazione di un impianto pilota MBR per il trattamento dei reflui tessili di Seano (PO) Dott. Osvaldo Griffini Dott. Ing. Simone Caffaz Dott. Ing.

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2 Sperimentazione di un impianto pilota MBR per il trattamento dei reflui tessili di Seano (PO) Dott. Osvaldo Griffini Dott. Ing. Simone Caffaz Dott. Ing. Leonardo Mangini

3 Obiettivi: REFLUO TESSILE Tal quale Introduzione 1/1 Gestione e controllo dei parametri di processo ( T, DO, Pressioni, Portate) Monitoraggio della biomassa (Misura dei solidi sospesi e Analisi a microscopio) Analisi dei rendimenti depurativi ( Composti carboniosi, azotati, fosfatici, colore e tensioattivi ) Applicazione di tecniche respirometriche Implementazione di un modello matematico Analisi delle risposte dellimpianto pilota MBR al trattamento biologico su due tipologie di refluo REFLUO MISTO 60%Civile-40%Tessile

4 - Denitrificazione - Ossidazione/Nitrificazione - Sollevamento iniziale - Grigliatura fine - Flocculazione - Sedimentazione primaria - Misura della portata - Sollevamento iniziale - Grigliatura fine - Dissabbiatura/Disoleatura - Misura della portata - Ispessimento fanghi primari - Ispessimento fanghi biologici - Stabilizzazione aerobica - Disidratazione meccanica Impianto di Seano 1/1 IMPIANTO DI DEPURAZIONE DI SEANO Ingresso liquame tessile Pretrattamento liquame civile Ingresso liquame civile Pretrattamento liquame tessile Trattamento biologico (comune ai due flussi) Linea fanghi Portata Mediam 3 /d700 BOD 5 mg/l550 CODmg/l1200 Tensioattivimg/l30 Azoto totalemg/l25 Solidi sospesimg/l150 Portata Mediam 3 /d1000 BOD 5 mg/l100 CODmg/l190 Fosforomg/l7 Azoto totalemg/l40 Solidi sospesimg/l80 Portata Mediam 3 /d1700 BOD 5 mg/l142 CODmg/l390 Fosforomg/l3 Azoto Totalemg/l29 Tensioattivimg/l7 Solidi sospesimg/l107 Sedimentazione secondaria Accumulo/Equalizzazione

5 Configurazioni del pilota MBR 1/4 COLLOCAZIONE DEL PILOTA MBR 1 a Configurazione ALIMENTAZIONE SCARICO Vasca di equalizzazione MBR pilota

6 Vasca di ossidazione ( V u = 6 m 3 ) Modulo di filtrazione Zenon ZeeWeed 250 Modulo di filtrazione Zenon ZeeWeed 250 V u = 1.4 m 3 V u = 1.4 m 3 S sp = 23.2m 2 S sp = 23.2m 2 D n = 0.2 μm D n = 0.2 μm J spec = 13 l/m 2 /h J spec = 13 l/m 2 /h Serbatoio CIP ( V u = 140 dm 3 ) Serbatoio CIP ( V u = 140 dm 3 ) Sistema automatico di controllo Sistema automatico di controllo Configurazioni del pilota MBR 2/4

7 Configurazione del pilota 3/4 Modulo ZeeWeed 250 Estrazione Controlavaggio Ricircolo Collettore superiore Collettore inferiore Aria in

8 ALIMENTAZIONE MBR pilota Configurazioni del pilota MBR 4/4 COLLOCAZIONE DEL PILOTA MBR SCARICO 2 a Configurazione Scarico tessile Serbatoio di accumulo

9 Parametri di processo 1/1 Portate in ingresso Flusso di permeato Pressione di estrazione Curva Pressione-Flusso influenza della aerazione influenza della T Portata Media 300 l/h Flusso Medio 13 l/m 2 /h 0.05 bar 0.25 bar

10 Monitoraggio Biomassa 1/1 SRT indefinito Scarso accumulo di inorganici Accettabile pressione di estrazione Analisi al microscopio Destrutturazione dei fiocchi Maggiore capacità di adsorbimento Migliore diffusione di ossigeno

11 Ottime capacità di rimozione della sostanza organica per entrambe le tipologie di refluo: - La percentuale media di rimozione del COD è stata superiore al 90%, con valori in uscita che si sono mantenuti inferiori ai limiti imposti dal D.Lgs. 152/99 ( 125 mgO 2 /l) Confronto con limpianto a scala reale: - Maggiore efficienza depurativa del pilota - Completa ritenzione dei solidi sospesi Rendimenti depurativi 1/5 COMPOSTI CARBONIOSI Rapidità di adattamento ai carichi maggiori del refluo tessile Effetto di adsorbimento delle membrane Refluo MistoRefluo Tessile

12 Refluo tessile Rendimenti depurativi 2/5 COMPOSTI AZOTATI Refluo misto Refluo tessile Ingresso Uscita

13 Rendimenti depurativi 4/5 COLORE Abbattimento del 65% Refluo misto Refluo tessile

14 Rendimenti depurativi 5/5 TENSIOATTIVI Buoni risultati nellabbattimento dei tensioattivi Le concentrazioni in uscita dei tensioattivi totali sono state mediamente al di sotto del valore imposto dalla normativa per entrambi i reflui. I tensioattivi analizzati sono stati di tipo anionico (MBAS) e non-ionico (BIAS). Refluo misto Refluo tessile Refluo misto Su entrambe le tipologie di refluo si è avuto un incremento del rendimento nel tempo che dimostra la capacità di selezione della biomassa allinterno del reattore pilota MBR. I rendimenti sono stati mediamente di circa il 90%

15 Previsione delle risposte del sistema Dinamiche delle diverse componenti del sistema Respirometria 1/6 Respirometria: Respirometria: indagine sperimentale basata sulla misura ed interpretazione del rateo di consumo di ossigeno (OUR) della biomassa attiva indice dellattività biologica Caratterizzazione del refluo Presenza di sostanze tossiche Stima delle costanti cinetiche Valutazione dei fattori limitanti Modello Biologico IWA RESPIROMETRIA

16 Ossimetro Sonda del pH Controllo T Controllo pH Sistema di acquisizio- ne dati Pompa peristaltica Aeratore Respirometria 2/6 Sistema respirometrico: Sistema respirometrico: la misura di ossigeno avviene in una cameretta isolata in assenza di flussi di gas e di liquido secondo la tecnica Stopped-Flow Registrazione dati in tempo reale UNITA DI CONTROLLO Software di calcolo in linguaggio LabVIEW (Marsili-Libelli, 1998) - Tempo di trasferimento - Velocità di trasferimento - Tempo di campionamento - Tempo di attesa - Tempo di acquisizione OUR

17 Respirometria 3/6 Respirogramma: Respirogramma: una successione di valori dellOUR (Oxygen uptake rate) Substrati utilizzati: Refluo misto di Seano Refluo tessile di Seano Substrati puri Fango attivo del pilota MBR: 1 ÷ 1.4 litri Condizioni operative: S 0 /X 0 < 0.05 T = 25 ÷ 31 °C pH = 7.7 ÷ 8.8 Coefficiente di resa ( eterotrofo/AOB ed NOB ( Batteri Ammonio/Nitrito Ossidanti) ) Coefficiente di decadimento endogeno (eterotrofi) Massimo rateo di crescita specifica (eterotrofi/ AOB ed NOB) Costanti di semisaturazione (eterotrofi/ AOB ed NOB) Frazionare il refluo (misto/tessile)

18 Respirometria 4/6 Stima del coefficiente di resa : costruzione di una curva di calibrazione S i -OC Acetato di Sodio 0.32 M Cloruro di Ammonio 0.36 M ETEROTROFI AUTOTROFI

19 Respirometria 5/6 Stima del coefficiente di decadimento: Single batch test Assenza di substrato Durata circa 24 h Aggiunta ATU ASM3 (Growth-Decay): OUR end (t) = (1-f ex )·b H · X H (t) X H (t)=X H (0) ·exp(-b H · t) f ex = 0.2 (Da letteratura) b H (20°C) = d -1 Test di crescita: S 0 /X 0 >4 Nutrienti (P ed N) Aggiunta ATU μ H,max (20°C) = 5.48 d -1

20 Il valore della velocità massima di sintesi viene ricavato sfruttando un processo iterativo mediante la conoscenza della biomassa attiva fornita dal modello del pilota MBR Respirometria 6/6 Stima delle costanti cinetiche per la biomassa nitrificante: Tecnica combinata OUR ex,NOB OUR ex,AOB

21 Particolat o X COD totale Inerte S I Biodegradabile S S Solubile S Inerte X I Biodegradabile X S Biomassa attiva X H Frazionamento del refluo 1/2 Valore ottenuto da analisi Valore ottenuto con bilanci di massa Valore ottenuto da respirometria FRAZIONAMENTO DEL REFLUO

22 Refluo Tessile Refluo Misto Frazionamento del refluo 2/2 FRAZIONAMENTO DEL REFLUO

23 Il modello utilizzato 1/1 IMPLEMENTAZIONE DI UN MODELLO base del modello applicato alla rimozione congiunta delle ASM1 ( IAWQ model): base del modello applicato alla rimozione congiunta delle sostanze carboniose ed azotate sostanze carboniose ed azotate doppio stadio di nitrificazione, presenza del fosforo come Modifiche introdotte: doppio stadio di nitrificazione, presenza del fosforo come nutriente e dipendenza dei parametri dalla T nutriente e dipendenza dei parametri dalla T rendimento di filtrazione delle membrane unitario Ipotesi assunte: rendimento di filtrazione delle membrane unitario Azoto totale Ntot Azoto totale Kjeldal TKN Nitriti S NO2 Nitrati S NO3 Biodegradabile Non biodegradabileAzoto nella biomassa attiva Azoto Ammoniacale S NH4 Solubile S ND Particolato X ND Azoto organico Componenti i 1SS1SSS 2XI2XI 3XS3XS 4XP4XP 5XH5XH 6 X A,1 7 X A,2 8SO8SO 9 S NH 10 S NO2 11 S NO3 12 S ND 13 X ND 14 S PO4 15 X PD Rateo di processso ρ j jProcessi 1 Crescita aerobica eterotrofi - 1/Y H 1- r OH -i XB -ip XB ρ1ρ1 2 Crescita aerobica AOB 1-r OA1 -i XB -1/Y A1 1/Y A1 -ip XB ρ2ρ2 3 Crescita aerobica NOB 1-r OA2 -i XB - 1/Y A2 1/Y A2 -ip XB ρ3ρ3 4 Decadimento eterotrofi 1-f PX f PX i XB -f PX i XP ip XB -f PX ip XP ρ4ρ4 5Decadimento AOB1-f PX f PX i XB -f PX i XP ip X\B - f PX ip XP ρ5ρ5 6Decadimento NOB1-f PX f PX i XB -f PX i XP ip XB -f PX ip XP ρ6ρ6 7 Ammonificazione azoto organico solubile 1 ρ7ρ7 8 Idrolisi azoto organico particolato 1 ρ8ρ8 9 Idrolisi X S 1 ρ9ρ9 10 Idrolisi X P 1i XP ip XP ρ Idrolisi X I - 11i XI ip XI ρ Idrolisi fosforo organico particolato 1 ρ 12 Rateo della trasformazione [ML -3 T -1 ]

24 Ricostruzione dellevoluzione della biomassa Risultati del modello 1/2 DEL MODELLO RISULTATI DEL MODELLO Buon adattamento del modello ai dati sperimentali COD in vasca di ossidazione Nitrati in uscita Fosforo (PO 4 ) in uscita COD del permeato 400 mg/l 2000 mg/l

25 Risultati del modello 2/2 DEL MODELLO RISULTATI DEL MODELLO Analisi degli stati stazionari del pilota MBR al variare delletà del fango Flusso stazionario T costante Carico medio di Carbonio, Azoto e Fosforo Produzione di fango Si deve valutare letà del fango che garantisca il miglior accordo tra costi e benefici

26 Ottime capacità depurative in termini di abbattimento del COD e dei SST Nitrificazione completa anche a basse temperature Selezione di particolari consorzi microbici in grado di degradare le sostanze recalcitranti (BIAS). Capacità di raggiungere rapidamente le condizioni di regime allavviamento della nuova configurazione Buona applicabilità delle tecniche respirometriche alla caratterizzazione dei reflui trattati. Ottima adattabilità del modello ai dati sperimentali Conclusioni 1/1 CONCLUSIONI

27 1.Indagine approfondita sul legame tra concentrazioni e resistenza alla filtrazione 2.Studio della capacità di rimozione dei tensioattivi per bio-adsorbimento o per effettiva biodegradazione della biomassa attiva (Tecniche respirometriche) 3.Possibili modifiche impiantistiche per testare la completa rimozione dellazoto dal sistema biologico (Processo di denitrificazione) Possibili sviluppi 1/1 POSSIBILI SVILUPPI

28 GRAZIE PER LATTENZIONE


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