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).