La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Membrane BioReactors Trattamenti avanzati delle acque reflue FIRENZE 5-6 Giugno 2006 Le prospettive di sviluppo e upgrading dei bioreattori a membrana.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Membrane BioReactors Trattamenti avanzati delle acque reflue FIRENZE 5-6 Giugno 2006 Le prospettive di sviluppo e upgrading dei bioreattori a membrana."— Transcript della presentazione:

1 Membrane BioReactors Trattamenti avanzati delle acque reflue FIRENZE 5-6 Giugno 2006 Le prospettive di sviluppo e upgrading dei bioreattori a membrana Francesca Malpei, Gianluigi Buttiglieri - Politecnico di Milano Marco Ferraris – Centro Ricerche Trisaia ENEA

2 Nome relatore 2 MBR: stato dellarte Malpei, Buttiglieri, Ferraris Notevole sviluppo di impianti a medio-larga scala (>2000 m 3 /d) per il trattamento municipale delle acque di scarico in Europa Swanage, (UK) (2000)13,000 m 3 /d(Kubota) ASM Brescia (2002): 42,000 m 3 /d(Zenon) Kaarst (DE) (2003): 45,000 m 3 /d(Zenon) Westbuty (UK) (2002)3,500 m 3 /d(Kubota) Buxton (UK) (2004)10,000 m 3 /d(Zenon) Varsseveld (NL) (2004)18,000 m 3 /d(Zenon) (Melin et al., 2006)

3 Nome relatore 3 MBR: stato dellarte Filtration Industry Analyst, Novembre 2005: fino a 1000 nuovi impianti MBR verranno costruiti annualmente (*) Il mercato MBR cresce con un tasso annuo del 10.9% Il mercato MBR è soprattutto in mano a produttori non europei. Globalmente > 2200 installazioni MBR operative o in costruzione (*) (* Yang et al., 2006) Global Market ($ Millions) Stima 2010: 363 milioni US$ Malpei, Buttiglieri, Ferraris

4 Nome relatore 4 Costi di energia 0.05 euro/1 kWh SistemaConsumo kWh.m -3 Costo Euro/m 3 Esterne Immerse (controllo fouling) Aerazione Membrane euro/m 2 Flusso l.m -2 h Costo membrane ( 6 anni durata) Euro/m 3 acqua trattata (Ben Aim et al., 2003) MBR: costi energetici Costi membrane immerse < costi membrane esterne Il costo energetico può in alcuni casi superare il costo delle membrane Malpei, Buttiglieri, Ferraris

5 Nome relatore 5 Costo delle membrane MBR: costo delle membrane * Yoon et al., 2004 * Malpei, Buttiglieri, Ferraris

6 Nome relatore 6 MBR: aspetti da migliorare Aspetti tecnico-impiantistici da considerare: Controllo del fouling Riduzione degli EPS Riduzione dei consumi energetici per aerazione e funzionamento Disidratabilità dei fanghi Sviluppo di nuove membrane Valutazione del fattore di corrosione di alcuni materiali costruttivi (per condizioni T e pH particolari) Ottimizzazione dei cicli di pulizia dei moduli filtranti Valutazione del ciclo di vita Malpei, Buttiglieri, Ferraris

7 Nome relatore 7 ( Yang et al., 2006 ) La maggior parte delle recenti ricerche su MBR: Problema del fouling Caratterizzazione microbica Ottimizzazione parametri operativi Come si muove la ricerca MBR a livello mondiale… Numero pubblicazioni mondiali sugli MBR Malpei, Buttiglieri, Ferraris

8 Nome relatore 8 Priorità EC in tema trattamento delle acque La sempre maggiore scarsità di acque pulite, sicure e potabili viene descritta come lunica minaccia enorme per la salute, lambiente e la sicurezza alimentare globale* Direttiva quadro sulle acque politica integrata per la gestione delle risorse idriche. Molti dei piccoli sistemi di fornitura non sono conformi. I grandi sistemi centralizzati devono fornire ininterrottamente acque affidabili. Processi di trattamento efficienti ed economici Re-immissione delle acque reflue nel ciclo idrologico senza effetti dannosi Schemi multi-barriera e metodologie di controllo ( * Malpei, Buttiglieri, Ferraris

9 Nome relatore 9 CALL: SUSTDEV-2004 Advances in membrane bio-reactor technologies for municipal wastewater treatment Sviluppo nelle tecnologie dei bioreattori a membrana per il trattamento delle acque di scarico municipali ed in particolare: Avanzamenti negli aspetti ingegneristici dei processi Riduzione dei costi per ottenere soluzioni economicamente efficienti Attenzione alla performance delle membrane (tenendo conto dei flussi, necessità di pulizia, durate dei moduli, etc) Attenzione allefficienza energetica Malpei, Buttiglieri, Ferraris

10 Nome relatore 10 Progetti europei Approvati In risposta alle call specifiche sono stati approvati: AMEDEUS ed EUROMBRA (STREP) Riuniscono 25 università, centri di ricerca, imprese e gestori Capofila: Wasser Berlin Centre 3 milioni di ciascuno di finanziamento comunitario (indotto complessivo di 6 milioni di ) MBR-TRAIN (Network of excellence) 10 partners dallindustria ad istituti di ricerca e università Coordinatore: RWTH Aachen University. Tra i partner: Cranfield University, Kompetenzzentrum Wasser, Politecnico di Milano, Ghent University 2 milioni di di finanziamento comunitario AMEDEUSEUROMBRAMBR-TRAIN Malpei, Buttiglieri, Ferraris

11 Nome relatore 11 Progetti AMEDEUS ed EUROMBRA OBIETTIVI: Ridurre i costi operativi e di capitale Aumentare la quota di mercato CE negli impianti MBR piccoli (da 50 a 2000 p.e. standardizzati ed autonomi) a media scala (fino a p.e. ) ed upgrade di impianti a scala più grande Rafforzare il potenziale di riutilizzo non potabile Organizzare trasferimento di tecnologie verso lEuropa meridionale ed orientale Malpei, Buttiglieri, Ferraris

12 Nome relatore 12 EUROMBRA ed AMEDEUS: obiettivi specifici controllo del fouling e clogging sia a micro che macro scala utilizzo di flocculanti, enzimi agenti adsorbenti sviluppo di sensori on-line, misure fotometriche, etc incremento dei flussi con agenti contro il fouling organico ottimizzazione dellaerazione per: favorire o mantenere la bioattività prevenire il fouling rimuovere il fouling impatto di picchi di carico modellizzazione biologica degli MBR valutazione dei possibili impatti sulla speciazione e diversità microbica Malpei, Buttiglieri, Ferraris Molte piccole bolle meglio di poche grandi? La dimensione ottimale deve ancora essere trovata Suction Pressure Rise dTMP/dt

13 Nome relatore 13 analisi del comportamento a lungo termine della permeabilità e aspetti idrodinamici analisi della dimensione granulometrica e analisi chimiche del particolato (EPS, SMP, etc) impatto della geometria del reattore influenza del tempo di contatto tra acqua e fango sviluppo di tecnologie innovative di pulizia dei moduli filtranti MBR e ottimizzazione impatto della sedimentazione primaria, trasferimenti di massa e calibrazione dei parametri ASM valutazione dello smaltimento dei fanghi EUROMBRA ed AMEDEUS: obiettivi specifici Malpei, Buttiglieri, Ferraris Convenzionale MBR Da approfondire le differenze MBR-convenzionale

14 Nome relatore 14 MBR – TRAIN: progetti europei 1/2 Lo sviluppo della tecnologia MBR necessita multi-disciplinarietà: mutue interazioni tra sistema biologico e separazione ad opera delle membrane conoscenze necessarie in chimica analitica, microbiologia, costruzione di polimeri, fluido-dinamica, ingegneria chimica e civile, etc. Tra i progetti: Influenza delle proprietà dei materiali delle membrane (Aachen) impatto degli agenti chimici pulenti sulle membrane prove con diverse tipologie di membrane soggette a dosi e chimici diversi con monitoraggio dei materiali (distribuzione dei pori, cut- off, morfologia superficiale, etc.) Malpei, Buttiglieri, Ferraris

15 Nome relatore 15 MBR – TRAIN: progetti europei2/2 Destino di alcuni POPs (metalli, pesticidi, inquinanti di origine tessile) in MBR per usi potabili (Politecnico di Milano) Stima delladsorbimento e della degradazione (respirometria e microcalorimetria) ricerca metaboliti valutazione inibizione Ottimizzazione dei costi negli MBR a piena scala Impianto a piena scala (230 m 3 /h); valutazione dei costi; implementazione misure operative per riduzione costi di esercizio (Aquafin- Belgio) Modellizzazione matematica e controllo di processo (Ghent) Studi a scala di laboratorio, pilota ed a piena scala Malpei, Buttiglieri, Ferraris

16 Nome relatore 16 Sviluppi futuri del sistema MBR Rimozione di sostanze pericolose ed endocrine- disrupters Trattamento reflui concentrati e recalcitranti (percolato, alimentare, solventi clorurati, allevamenti e tessile, etc) MBR anaerobici e fermentazione assistita Rimozione dei nitrati nelle acque potabili e risanamento di acque sotterranee Ampio spettro di riutilizzi, anche per ricarica falda Malpei, Buttiglieri, Ferraris

17 Nome relatore 17 Sostanze pericolose ed endocrine- disrupters Molti e diversi gruppi di microinquinanti: Metalli ed altri inorganici Idrocarburi policiclici aromatici ed alifatici Prodotti fitosanitari e biocidi (pesticidi, prodotti per la casa, disinfettanti, etc) VOC Farmaceutici? entrano negli scarichi domestici e quindi nei WWTP solo parziale rimozione rintracciati nelle acque di scarico (range ng- gL -1 ) sopra i limiti normativi (DM 152/06) (Clara et al., 2005, Joss et al., 2006) Malpei, Buttiglieri, Ferraris

18 Nome relatore 18 Rimozione di sostanze pericolose negli MBR Il sistema MBR può favorire lacclimatamento di batteri specifici per la rimozione di interesse aumento rimozione biologica trattiene il particolato ed i composti ad elevato peso molecolare aumento rimozione fisico-meccanica Se opera ad SRT elevati riduce la frazione rimossa per adsorbimento riduzione della rimozione fisica Malpei, Buttiglieri, Ferraris

19 Nome relatore 19 Rimozione di sostanze pericolose negli MBR Nel sistema MBR, data la carenza di dati di letteratura, per molte delle sostanze risulta necessario valutare : componente biodegradativa della rimozione componente adsorbita sulla biomassa analisi dei possibili metaboliti e loro tossicità inibizione o eventuali fattori co-metabolici Malpei, Buttiglieri, Ferraris

20 Nome relatore 20 Rimozione di sostanze farmaceutiche negli MBR In relazione alla struttura molecolare riscontrate tre categorie: 1. Rimosse sia dai convenzionali che MBR (ad es. ibuprofen) 2. Non efficacemente rimosse (ad es. acido clofibrico, dichlorop, etc) 3. Rimossi efficacemente da MBR ma non da convenzionale (ketoprofene, acido mefenamico, naprossene, etc) ( Kimura et al., 2005; Urase et al., 2005) Concentrazione out (ng/l) Malpei, Buttiglieri, Ferraris

21 Nome relatore 21 Rimozione di tensioattivi negli MBR In talune condizioni ottima rimozione tensioattivi anionici (94% *) Necessaria attenzione alla tossicità dei residui recalcitranti (* Dhouib et al., 2005 ) ( Terzic et al., 2005, Petrovic et al., 2003) Acqua refluaMBR rimozione 87%Convenzionale rimozione 74% Acidi nonilfenolcarbossilici (NPnEC) Nonilfenolo (NP) Nolilfenoli mono e di-etossilati (NP1EO + NP2EO) Nonilfenoli polietossilati (NPnEO) Malpei, Buttiglieri, Ferraris

22 Nome relatore 22 Prove di Adsorbimento su MBR e convenzionale Rimozione di atrazina negli MBR Politecnico di Milano, 2005 Q250l/d SST MBR5,6-6,9gSST/l Carico COD0,125gCOD/(gSST*d) C/N1,4-1,8gC/gN Atrazina IN10 g/l Carico atrazina1.79mgATR/(gSST*d) C iniziale ( g/l) q/m ( g/gSS) MBR q/m ( g/gSS) Gavirate > adsorbimento MBR Sperimentazione Febbraio-Novembre 2005 Malpei, Buttiglieri, Ferraris

23 Nome relatore 23 Rimozione di atrazina negli MBR Politecnico di Milano, 2005 Rimozione impianto Pilota MBR Rimozione > solo adsorbimento Ridotta degradazione? Malpei, Buttiglieri, Ferraris

24 Nome relatore 24 MBR per la rimozione dei metalli IN (mg/l)OUT (mg/l)Rimozione (%) As Hg Cu Pb Cd0.5<0.25>50 Ni Cr Zn461<50>90.2 Fe1766<50>97.2 Al1592<50>96.9 Fatone et al., 2005 Malpei, Buttiglieri, Ferraris

25 Nome relatore 25 MBR per la rimozione dei nitrati su acque destinate ad scopo potabile Politecnico di Milano, 2005 Malpei, Buttiglieri, Ferraris

26 Nome relatore 26 Politecnico di Milano, 2005 MBR per la rimozione dei nitrati su acque destinate ad scopo potabile TMP: Funzionamento regolare Malpei, Buttiglieri, Ferraris

27 Nome relatore 27 MBR per la rimozione di reflui industriali concentrati (in campo agro-industriale) Impianto dimostrativo MBR reflui suinicoli (Rovere) Caratteristiche del permeato: SST < 10 mg/l Colore: rimozione elevata Odore: totalmente assente Rimozione carica microbica Rozzi - Malpei 2003 IN UFC/100ml OUT UFC/100ml Rimozione (log) T. Coli ,56,69 F. Coli ,88 E. Coli ,15 possibile il riuso Malpei, Buttiglieri, Ferraris

28 Nome relatore 28 Trattamento reflui industriali concentrati (percolato) con sistema MBR-MBBR COD: 0.1 – 100 g l -1 Azoto ammoniacale: 0.1 – 5 g l -1 Ossidazione dellammoniaca arrestata a nitrito Ottime rimozioni COD e ammoniaca } influente Canziani - Malpei, 2004 Alta biodegradabilità per alte età del fango Malpei, Buttiglieri, Ferraris

29 Nome relatore 29 Sistemi avanzati MBR sistemi MBR con inoculo di batteri specifici (enhanced MBR) efficace per rimozione di COD e NH 4 (con tempi di acclimatamento inferiori) rispetto ad un MBR standard. ( Jin et al., 2005 ) Utilizzo affiancato MBR con altre tecnologie: ad es carboni attivi (buoni risultati per percolato, Wintgens et al., 2003 ) Il sistema MBR potrebbe risultare risolutivo anche per sostanze recalcitranti Malpei, Buttiglieri, Ferraris

30 Nome relatore 30 MBR in ambiente anaerobico Applicazioni condotte prevalentemente a scala banco o pilota (eccetto ADUF) Prevalente utilizzo di membrane esterne (tubolari) di tipo cross-flow implementate in schemi side-stream Risultati poco incoraggianti in quanto le estreme condizioni idrodinamiche necessarie per la filtrazione tipo cross-flow possono influenzare: Lattività della biomassa anaerobica la filtrabilità del fango a causa del maggior rilascio di SMP ed EPS Malpei, Buttiglieri, Ferraris

31 Nome relatore 31 A fronte delle problematiche descritte si sta iniziando a valutare anche lapplicabilità delle membrane di tipo sommerso Vantaggi attesi: Minori costi di installazione Minori costi di gestione Minori impatti sullefficienza del processo biologico Strategia di pulizia della superficie filtrante basata sullinsufflazione di grosse bolle di biogas prodotto dal processo biologico MBR in ambiente anaerobico Malpei, Buttiglieri, Ferraris

32 Nome relatore 32 Esperienza in Italia condotta dallENEA in collaborazione con IRSA- CNR e Politecnico di Milano MBR in ambiente anaerobico Caratteristiche Impianto pilota: Reattore completamente miscelato Volume reattore 10 – 30 Litri Fibra cava immersa ZENON Ricircolo del biogas prodotto per garantire la miscelazione del mixed liquor e la turbolenza necessaria per la pulizia delle membrane Refluo sintetico Malpei, Buttiglieri, Ferraris

33 Nome relatore 33 MBR in ambiente anaerobico Condizioni operative MinMaxmedia Carico organico [g COD/L*day] COD entrata [mg/L] COD uscita [mg/L] Malpei, Buttiglieri, Ferraris

34 Nome relatore 34 MBR in ambiente anaerobico Primi risultati ottenuti Verificata la funzionalità dello schema impiantistico Elevata efficienza di abbattimento COD (attestata intorno al 95% dopo 10 giorni dallo start-up) con resa di produzione del metano pari a 0,32 NLitriCH 4 /gCOD In condizioni cautelative di funzionamento verificata una buona filtrabilità del fango (TMP stabile per 60 giorni pari a 2,5 kPa ad un flusso di 8,6 L/m 2 *h ed assenza di lavaggi chimici) Malpei, Buttiglieri, Ferraris

35 Nome relatore 35 MBR in ambiente anaerobico Malpei, Buttiglieri, Ferraris


Scaricare ppt "Membrane BioReactors Trattamenti avanzati delle acque reflue FIRENZE 5-6 Giugno 2006 Le prospettive di sviluppo e upgrading dei bioreattori a membrana."

Presentazioni simili


Annunci Google