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

Introduzione 1/1 Obiettivi: Analisi delle risposte dell’impianto pilota MBR al trattamento biologico su due tipologie di refluo REFLUO MISTO 60%Civile-40%Tessile REFLUO TESSILE Tal quale 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

IMPIANTO DI DEPURAZIONE DI SEANO Impianto di Seano 1/1 IMPIANTO DI DEPURAZIONE DI SEANO Portata Media m3/d 1000 BOD5 mg/l 100 COD 190 Fosforo 7 Azoto totale 40 Solidi sospesi 80 Ispessimento fanghi primari Ispessimento fanghi biologici Stabilizzazione aerobica Disidratazione meccanica Denitrificazione Ossidazione/Nitrificazione Sollevamento iniziale Grigliatura fine Flocculazione Sedimentazione primaria Misura della portata Pretrattamento liquame civile Sedimentazione secondaria Linea fanghi Ingresso liquame civile Trattamento biologico (comune ai due flussi) Accumulo/Equalizzazione Sollevamento iniziale Grigliatura fine Dissabbiatura/Disoleatura Misura della portata Ingresso liquame tessile Pretrattamento liquame tessile Portata Media m3/d 1700 BOD5 mg/l 142 COD 390 Fosforo 3 Azoto Totale 29 Tensioattivi 7 Solidi sospesi 107 Portata Media m3/d 700 BOD5 mg/l 550 COD 1200 Tensioattivi 30 Azoto totale 25 Solidi sospesi 150

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

Configurazioni del pilota MBR 2/4 Vasca di ossidazione ( Vu= 6 m3) Modulo di filtrazione Zenon ZeeWeed 250 Vu= 1.4 m3 Ssp= 23.2m2 Dn= 0.2 μm Jspec= 13 l/m2/h Serbatoio CIP ( Vu= 140 dm3) Sistema automatico di controllo

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

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

Parametri di processo 1/1 Portate in ingresso Flusso di permeato Pressione di estrazione Curva Pressione-Flusso Portata Media 300 l/h influenza della aerazione influenza della T Flusso Medio 13 l/m2/h 0.25 bar 0.05 bar

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

Rendimenti depurativi 1/5 COMPOSTI CARBONIOSI 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 mgO2/l) Confronto con l’impianto a scala reale: - Maggiore efficienza depurativa del pilota - Completa ritenzione dei solidi sospesi Rapidità di adattamento ai carichi maggiori del refluo tessile Effetto di adsorbimento delle membrane Refluo Misto Refluo Tessile

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

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

TENSIOATTIVI Buoni risultati nell’abbattimento dei tensioattivi Rendimenti depurativi 5/5 TENSIOATTIVI Buoni risultati nell’abbattimento 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 misto Su entrambe le tipologie di refluo si è avuto un incremento del rendimento nel tempo che dimostra la capacità di selezione della biomassa all’interno del reattore pilota MBR. I rendimenti sono stati mediamente di circa il 90% Refluo tessile Refluo tessile

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

Respirometria 2/6 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 UNITA’ DI CONTROLLO Tempo di trasferimento Velocità di trasferimento Tempo di campionamento Tempo di attesa Tempo di acquisizione Registrazione dati in tempo reale Software di calcolo in linguaggio LabVIEW (Marsili-Libelli, 1998) Ossimetro Sonda del pH Controllo T Controllo pH Sistema di acquisizio- ne dati Pompa peristaltica Aeratore OUR

Respirogramma: una successione di valori dell’OUR (Oxygen uptake rate) Respirometria 3/6 Respirogramma: una successione di valori dell’OUR (Oxygen uptake rate) Substrati utilizzati: Refluo misto di Seano Refluo tessile di Seano Substrati puri Fango attivo del pilota MBR: 1 ÷ 1.4 litri 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) Condizioni operative: S0/X0 < 0.05 T = 25 ÷ 31 °C pH = 7.7 ÷ 8.8

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

bH(20°C) = 0.194 d-1 μH,max (20°C) = 5.48 d-1 Respirometria 5/6 Assenza di substrato Durata circa 24 h Aggiunta ATU Stima del coefficiente di decadimento: Single batch test ASM3 (Growth-Decay): OURend(t) = (1-fex)·bH· XH(t) XH(t)=XH(0) ·exp(-bH · t) fex = 0.2 (Da letteratura) bH(20°C) = 0.194 d-1 Test di crescita: S0/X0 >4 Nutrienti (P ed N) Aggiunta ATU μH,max (20°C) = 5.48 d-1

Respirometria 6/6 Stima delle costanti cinetiche per la biomassa nitrificante: Tecnica combinata OURex,NOB OURex,AOB 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

Frazionamento del refluo 1/2 Particolat o X COD totale Inerte SI Biodegradabile SS Solubile S XI XS Biomassa attiva XH Valore ottenuto con bilanci di massa Valore ottenuto da analisi Valore ottenuto da respirometria

Frazionamento del refluo 2/2 Refluo Misto Refluo Tessile

Il modello utilizzato 1/1 IMPLEMENTAZIONE DI UN MODELLO ASM1 ( IAWQ model): base del modello applicato alla rimozione congiunta delle sostanze carboniose ed azotate Modifiche introdotte: doppio stadio di nitrificazione, presenza del fosforo come nutriente e dipendenza dei parametri dalla T Ipotesi assunte: rendimento di filtrazione delle membrane unitario Componenti → i 1 SS 2 XI 3 XS 4 XP 5 XH 6 XA,1 7 XA,2 8 SO 9 SNH 10 SNO2 11 SNO3 12 SND 13 XND 14 SPO4 15 XPD Rateo di processso ρj j Processi ↓ Crescita aerobica eterotrofi - 1/YH - rOH -iXB -ipXB ρ1 Crescita aerobica AOB -rOA1 -iXB-1/YA1 1/YA1 ρ2 Crescita aerobica NOB -rOA2 -1/YA2 1/YA2 ρ3 Decadimento eterotrofi 1-fPX fPX -1 iXB-fPXiXP ipXB-fPXipXP ρ4 Decadimento AOB ipX\B-fPXipXP ρ5 Decadimento NOB ρ6 Ammonificazione azoto organico solubile ρ7 Idrolisi azoto organico particolato ρ8 Idrolisi XS ρ9 Idrolisi XP iXP ipXP ρ10 Idrolisi XI - 1 iXI ipXI ρ11 Idrolisi fosforo organico particolato ρ12 Rateo della trasformazione [ML-3T-1] Azoto totale Ntot Azoto totale Kjeldal TKN Nitriti SNO2 Nitrati SNO3 Biodegradabile Non biodegradabile Azoto nella biomassa attiva Azoto Ammoniacale SNH4 Solubile SND Particolato XND Azoto organico

Buon adattamento del modello ai dati sperimentali Risultati del modello 1/2 RISULTATI DEL MODELLO Buon adattamento del modello ai dati sperimentali 2000 mg/l COD in vasca di ossidazione Nitrati in uscita Fosforo (PO4) in uscita COD del permeato 400 mg/l Ricostruzione dell’evoluzione della biomassa

Risultati del modello 2/2 Analisi degli stati stazionari del pilota MBR al variare dell’età del fango Flusso stazionario T costante Carico medio di Carbonio, Azoto e Fosforo Produzione di fango Si deve valutare l’età del fango che garantisca il miglior accordo tra costi e benefici

Nitrificazione completa anche a basse temperature Conclusioni 1/1 CONCLUSIONI 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 all’avviamento della nuova configurazione Buona applicabilità delle tecniche respirometriche alla caratterizzazione dei reflui trattati. Ottima adattabilità del modello ai dati sperimentali

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

GRAZIE PER L’ATTENZIONE