Cinque tipici processi di trattamento delle acque reflue

Il processo Sequencing Batch Reactor (SBR), noto anche come processo a fanghi attivi intermittenti, è costituito da uno o più serbatoi SBR. Durante il funzionamento, le acque reflue entrano nei serbatoi in lotti, subendo in sequenza cinque fasi indipendenti: affluente, reazione, sedimentazione, effluente e inattiva. L'affluente e l'effluente sono controllati dal livello dell'acqua, mentre la reazione e la sedimentazione sono controllate dal tempo. La durata di un ciclo operativo varia a seconda delle esigenze di carico e di effluente, generalmente dalle 4 alle 12 ore, con una reazione pari al 40%. Il volume effettivo del serbatoio è la somma del volume affluente e del volume dei fanghi richiesto all'interno del ciclo.

Rispetto ai metodi a flusso continuo, il metodo SBR offre velocità di reazione più elevate, maggiore efficienza di trattamento e maggiore resistenza agli shock di carico. A causa dell’elevata concentrazione del substrato e dell’ampio gradiente di concentrazione, l’alternanza di stati anossici e aerobici inibisce l’eccessiva proliferazione dei batteri aerobici obbligati, promuovendo la rimozione biologica di azoto e fosforo. Inoltre, la minore età dei fanghi impedisce ai batteri filamentosi di diventare dominanti, riducendo così l’accumulo dei fanghi. Rispetto ai metodi a flusso continuo, il processo SBR ha un percorso del flusso più breve e una struttura più semplice. Quando il volume dell'acqua è ridotto, è necessario un solo reattore intermittente, eliminando la necessità di vasche di sedimentazione ed equalizzazione dedicate e di ricircolo dei fanghi, con conseguenti costi operativi inferiori.

Questo metodo sfrutta appieno la capacità di rimozione iniziale dei fanghi attivi. In breve tempo (10–40 minuti), la materia organica sospesa e colloidale nelle acque reflue viene rimossa mediante adsorbimento. La separazione liquida-solida purifica quindi le acque reflue, rimuovendo circa l'85%–90% di BOD5. Dei fanghi attivi saturi, una parte da ricircolare viene immessa in una vasca di rigenerazione per un'ulteriore ossidazione e decomposizione per ripristinarne l'attività; i fanghi rimanenti vengono scaricati nel sistema di trattamento fanghi senza ulteriore ossidazione e decomposizione. Questo processo viene effettuato in due vasche separate (vasca di adsorbimento e vasca di rigenerazione) oppure in due sezioni della stessa vasca. Ha una forte capacità di resistere agli shock di carico e può eliminare la necessità di un serbatoio di sedimentazione primario. Il suo vantaggio principale è il risparmio significativo negli investimenti in infrastrutture. È particolarmente adatto per il trattamento delle acque reflue contenenti elevati livelli di sostanze sospese e colloidali, come le acque reflue di concia e di cokeria, e offre flessibilità di processo. Tuttavia, a causa del tempo di assorbimento più breve, l’efficienza del trattamento non è elevata quanto quella dei metodi tradizionali.

Il canale di ossidazione è un tipo speciale di metodo di aerazione estesa. La sua pianta ricorda una pista da corsa, con due spazzole rotanti (dischi) di aerazione installate nel fossato. Vengono utilizzati anche aeratori di superficie, aeratori a getto o dispositivi di aerazione di tipo montante-. Quando l'attrezzatura di aerazione è in funzione, spinge il liquido del fossato a fluire rapidamente, ottenendo l'apporto di ossigeno e l'agitazione.

Rispetto ai normali metodi di aerazione, i canali di ossidazione presentano vantaggi quali minori investimenti in infrastrutture, manutenzione e gestione più semplici, effetto di trattamento stabile, migliore qualità degli effluenti, minore produzione di fanghi, migliore rimozione di azoto e fosforo e maggiore adattabilità agli shock di carico.

Il reattore ICEAS ha una zona di pre-reazione (che occupa il 10% del volume del serbatoio) nella parte anteriore. Il serbatoio di reazione è costituito da una zona di pre-reazione e da una zona di reazione principale, ottenendo un affluente continuo e un effluente intermittente. La zona di pre{5}}reazione è generalmente in uno stato anaerobico e anossico, dove la materia organica viene adsorbita dai fanghi attivi. Questa zona ha anche una funzione di selezione biologica, inibendo la crescita di batteri filamentosi e prevenendo l'accumulo dei fanghi. La materia organica adsorbita viene ossidata e decomposta dai fanghi attivi nella zona di reazione principale.

L’influente continuo risolve la contraddizione tra influente e influente intermittente. Tuttavia, questo processo ha scarsi effetti di sedimentazione e purificazione, è incline all'accumulo di fanghi, ha un basso carico di fanghi, un tempo di reazione lungo, richiede un volume di apparecchiature maggiore e comporta un investimento maggiore.

Le acque reflue entrano prima nel serbatoio anaerobico e si mescolano con i fanghi restituiti. Sotto l'azione dei batteri della fermentazione anaerobica facoltativa, le grandi-molecole organiche facilmente biodegradabili presenti nelle acque reflue vengono convertite in batteri accumulatori di polifosfati-(PAB). I PAB vengono assorbiti dai PAB e immagazzinati nei batteri, con l'energia richiesta proveniente dalla decomposizione delle catene PAB. Successivamente, le acque reflue entrano nella zona anossica, dove i batteri denitrificanti utilizzano la matrice organica nelle acque reflue per denitrificare NO3- introdotto dal liquore misto restituito. Quando le acque reflue entrano nella vasca aerobica, la concentrazione di materia organica è bassa. I PAB ottengono energia principalmente decomponendo i PAB all'interno dei loro corpi per la proliferazione batterica. Contemporaneamente assorbono il fosforo solubile dall'ambiente circostante e lo immagazzinano sotto forma di catene PAB, che vengono poi scaricate dal sistema come fanghi in eccesso. La bassa concentrazione di materia organica nella zona aerobica del sistema favorisce la crescita di batteri nitrificanti autotrofi in questa zona.

La combinazione organica di tre diverse condizioni ambientali-anaerobiche, anossiche e aerobiche-e diversi tipi di comunità microbiche possono rimuovere contemporaneamente materia organica, azoto e fosforo. Il processo è semplice, con un breve tempo di ritenzione idraulica. L'SVI è generalmente inferiore a 100, impedendo l'accumulo di fanghi. I fanghi hanno un elevato contenuto di fosforo, tipicamente superiore al 2,5%. Nel serbatoio anaerobico-anossico, è necessaria solo una leggera agitazione per miscelare i fanghi senza aumentare l'ossigeno disciolto. Il serbatoio di sedimentazione deve evitare condizioni anaerobiche-anossiche per evitare che i batteri che accumulano polifosfati-rilascino fosforo, che abbasserebbe la qualità dell'effluente, e che la denitrificazione produca N2, che interferirebbe con la sedimentazione. L'effetto di rimozione dell'azoto è influenzato dal rapporto di ricircolo del bagno misto, mentre l'effetto di rimozione del fosforo è influenzato dall'ossigeno disciolto (DO) e dall'ossigeno nitrato trasportati nei fanghi di ritorno. Pertanto, è impossibile migliorare l’efficienza di rimozione di azoto e fosforo.