I. Panoramica sulla digestione anaerobica
La digestione anaerobica è una tecnologia di trattamento biologico che utilizza reazioni enzimatiche batteriche per degradare la materia organica. Inizialmente questa tecnologia veniva utilizzata principalmente negli impianti di depurazione delle acque reflue urbane per trattare i fanghi provenienti dalle vasche di sedimentazione primaria e i fanghi attivi in eccesso. Con i progressi tecnologici, il suo valore nel trattamento delle acque reflue organiche e nell’utilizzo delle risorse viene rivalutato.
II. Meccanismo della digestione anaerobica
La digestione anaerobica è un processo biochimico complesso. Dal punto di vista fermentativo si può suddividere in tre fasi; dal punto di vista microbiologico si divide principalmente in due fasi di azione.
1. Tre fasi del processo di fermentazione
Fase di fermentazione acida: quando la concentrazione di materia organica nelle acque reflue è troppo elevata e l'ossigeno disciolto è esaurito, formando uno stato anaerobico, i carboidrati si decompongono rapidamente, producendo acidi grassi inferiori come acido acetico, acido propionico e acido butirrico. In questo momento, il valore del pH scende rapidamente a 5,0–6,0 e le acque reflue rilasciano un forte odore putrido.
Fase di riduzione dell'acidità: gli acidi organici e i composti azotati iniziano a decomporsi, producendo sostanze come ammoniaca e ammine. Il pH aumenta gradualmente fino a 6,0–6,5 e il BOD raggiunge il suo picco, accompagnato da formazione di schiuma e galleggiamento solido.
Fase di fermentazione alcalina: questa è la fase finale della digestione. Gli acidi organici accumulati vengono decomposti in metano, anidride carbonica e ammoniaca, e quasi tutte le fibre e la materia organica contenente azoto-vengono decomposte. A questo punto il pH sale sopra 7,5, il BOD diminuisce bruscamente e il processo di digestione è completo.
2. Due fasi in microbiologia
Stadio 1 (fase di produzione di acido): sotto l'azione dei batteri produttori di acidi (anaerobi facoltativi e obbligati ampiamente presenti in natura), la materia organica viene decomposta in acidi grassi inferiori, aldeidi, alcoli, ecc. I batteri produttori di acidi si riproducono rapidamente e sono altamente adattabili all'ambiente.
Fase 2 (fase di fermentazione del metano): i metanogeni utilizzano i prodotti della prima fase, decomponendoli in metano e anidride carbonica. I metanogeni sono anaerobi obbligati con tassi di riproduzione estremamente lenti e sono molto sensibili ai fattori ambientali (pH, temperatura, sostanze tossiche).
Punto di controllo chiave: il fattore di controllo per la digestione anaerobica è il tasso di proliferazione dei metanogeni. Nella fermentazione continua, la liquefazione e la gassificazione devono mantenere un equilibrio dinamico. Se l'ambiente viene disturbato, la fermentazione del metano cessa, portando all'accumulo di acidi grassi inferiori e causando una digestione anormale.
III. Vantaggi e svantaggi della digestione anaerobica
Sebbene la digestione anaerobica presenti alcune limitazioni nell'applicazione data l'attuale tendenza generale nel trattamento dei rifiuti organici verso la disidratazione, l'essiccazione o l'incenerimento, i suoi vantaggi unici la rendono significativa nell'attuale ambiente di scarsità di energia-.
1. Analisi degli svantaggi
L'effluente richiede un trattamento secondario: la concentrazione di materia organica residua nel liquido di separazione della digestione rimane elevata e richiede un ulteriore trattamento.
Problema degli odori: le acque reflue contenenti zolfo e azoto- producono idrogeno solforato e ammoniaca durante la decomposizione riduttiva, emettendo cattivi odori.
Limitazioni economiche: la digestione anaerobica tradizionale non è economica per le acque reflue a bassa-concentrazione.
2. Analisi dei vantaggi
Risparmio energetico: il biogas prodotto può essere utilizzato come combustibile, con costi energetici pari solo a-un decimo di quelli dell'ossidazione biologica.
Produzione di fanghi bassa e stabile: la quantità di fanghi in eccesso è piccola, con eccellenti proprietà di ispessimento e disidratazione; i fanghi digeriti sono igienicamente e chimicamente stabili e possono essere utilizzati come rifiuti o come mangime per animali.
Elevata capacità di trattamento: ha un significativo effetto di liquefazione sui solidi nelle acque reflue.
Vantaggi operativi e di attrezzatura: L'attrezzatura ha una struttura semplice, funziona in un sistema chiuso senza inquinamento da odori e non richiede competenze tecniche speciali per funzionare.
Espansione tecnologica: con lo sviluppo dei processi anaerobici a fanghi attivi e a letto fluidizzato, questa tecnologia sta gradualmente diventando applicabile al trattamento delle acque reflue a bassa-concentrazione e si prevede che la sua efficienza economica migliorerà.