Caratteristiche dei biofilm

• Associazione di microorganismi adesi a unasuperficie

• In condizioni naturali i microorganismitendono a formare biofilm spontaneamente

• Lo sviluppo dei microorganismi ha come conseguenza una stratificazione fisiologicadel biofilm

Composizione del Biofilm• Microorganismi adesi a un materiale di supporto• Matrice di esopolimeri organici di origine microbica• Materiali inorganici in sospensione che aderiscono

Processi che avvengonoall’interno di un Biofilm

Processi fisici Processi chimici

STRATIFICAZIONE FISIOLOGICA DEI

BIOFILM

• L’ossigeno e I nutrienti trasportatidall’acquadiffondonoattraverso il biofilm

• La profondità finoalla quale il biofilm è attivo è di 300-400µm

• Sloughing

ALTERNATIVEdi APPLICAZIONEdelle BIOMASSEADESE

LETTIPERCOLATORI

FILTRI BIOLOGICISOMMERSI

REATTORIA LETTO MOBILE

LETTIFLUIDIZZATI

BIODISCHI

SISTEMI A BIOMASSA ADESA

possibilità di svincolare il tempo di residenza cellulare da quello di ritenzione idraulica, senza operare ricircoli di biomassa;

possibilità di aumentare le concentrazioni di biomassa, con la conseguente riduzione dei volumi dei reattori e delle superfici occupate;

possibilità di migliorare le prestazioni di impianti esistenti sottodimensionati o al fine di rispettare standard allo scarico più restrittivi;

indipendenza del processo dalle caratteristiche di sedimentabilità del fango.

Sistemi a biomassa adesa

• Letti percolatori• Biodischi (RBC)• Reattori a letto mobile• Biofiltri• Reattori a letto fluidizzato• Reattori a biomassa adesa ad alimentazione

discontinua (SBBR)

VANTAGGI SISTEMI A BIOMASSA ADESA

CONVENZIONALI (RBC e TF)

• Bassi consumi energetici• Semplice gestione • Nessun problema di sedimentabilità del fango• Migliori proprietà di ispessimento dei fanghi• Minori fabbisogni di manutenzione• Miglior recupero da shock tossici

LETTI PERCOLATORIPrime applicazioni: Inghilterra 1893

Riempimento tradizionale (pietrisco)

Riempimento plastico

L’acqua reflua attraversa un letto sul quale è adeso il fango

Ventilazione naturale o forzata

Maturazione del biofilm e distacco

Necessita di sedimentazione secondaria per la separazione dei solidi

LETTI PERCOLATORIDiagramma di flusso

Ingresso

Ricircolo

Fango di supero

Lettopercolatore

Uscita

(eventuale)

Sedimentatore

LETTI PERCOLATORIDiagramma di flusso

Recycle

Primaryclarifier Trickling

filter

Finalclarifier

Wastesludge

FinaleffluentInfluent

Caratteristiche• Sedimentazione primaria per prevenire l’intasamento• Riempimento: pozzolana, ghiaia, etc. con una porosità del

50%• Profondità media del letto: 2 metri• Il ricircolo dell’effluente per diluire l’influente aumenta

l’efficacia• Autopulizia stazionaria per sloughing• Sedimentazione secondaria per la separazione dei solidi• In condizioni di basso carico nella parte bassa del letto si può

avere nitrificazione

Letti percolatori in materiale naturale

• Altezza (0,9-2,5 m, media 1,8 m)• Problema “sloughing”• Problema crescita a volte incontrollata di

funghi od alghe nella zona superiore o di organismi superiori (vermi, ecc.) che possono predare il biofilm.

Tipico letto percolatorein pietrisco naturale

ClassificazioneIn funzione del carico organico si distinguono• Filtri a basso carico• Filtri ad alto carico

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Filtro percolatore con riempimento plastico

• Riempimento plastico di differenti configurazioni

• Fino al 90% di porosità• Elevata superficie specifica• Reattori più alti (reduzione

della superficie richiesta)• Aerazione facilitata• Trattamento di carichi da 1 a

5 Kg COD/m3 d• Possibilità di copertura

LETTI PERCOLATORIRiempimento plastico

modulare e sfuso

LP a basso carico

– Singolo stadio– Riempimento naturale– Carichi idraulici: 1-4 m3 WW/(m2 d)– Corg: 0,07-0,22 kgBOD/(mc d)– Nessun ricircolo– Elevata occupazione superficie

LP ad alto carico

• Pietrisco–Uno o due stadi–Ci:

10-40 m3 WW/(m2 d)–Corg:

0,4-2,4 kgBOD/(mc d)–Ricircolo:

1-3 Qc

• Materiale plastico–Uno o due stadi–Ci:

10-75 m3 WW/(m2 d)–Corg:

0,6-3,2 kgBOD/(mc d)–Ricircolo:

1-3 Qc

LP ad altissimo carico(sgrossamento COD)

– Riempimento plastico (sup. Specif. 2-5 voltepietrisco)

– Elevate altezze riempimento (5-10 m)– Carichi idraulici: 40-200 m3 WW/(m2 d)– Corg: > 1,5 kgBOD/(m3 d)– Ricircolo: 1-3 Qc

PARAMETRI PROGETTO LETTO PRECOLATORE

2-4

80-90

80-90

1,8-2,4

Intermitt.

0

0,07-0,22

1-4

Pietrisco

BassoCarico

10-206-106-102-8P installatakW/(103 m3)

---30-50Nitrificazione

40-7060-9050-9050-80Effic. Rim. BOD5

0,9-63-121,8-2,41,8-2,4Profondità (m)

ContinuoContinuoContinuoIntermitt.Distacco biofilm

0-31-31-30-1Rapporto di ricircolo

>1,50,6-3,20,4-2,40,24-0,48Carico organicokgBOD/(m3 d)

40-20010-7510-404-10Carico idraulico(m3/(m2 d))

Pietrisco/plasticaPlasticaPietriscoPietriscoRiempimento

SgrossamentoAlto caricoAlto caricoMedioCarico

Par. Progetto

CARICHI VOLUMETRICI E SUPERFICIALI DI PROGETTO

0,5-3 mg N-NH4 /L0,5-2,5 gTKN/(m2 d)Trattamento terziarioCarico (rim.N)

82-92% rim. BOD<3 mg N-NH4 /L

0,1-0,3 kgBOD/(mc d)0,2-1 gTKN/(m2 d)

Trattamento secondarioBasso carico (rim.CN)

82-92% rim. BOD0,3-1,0 kgBOD/(mc d)Trattamento secondarioMedio carico (rim.C)

55-70% rim. BOD2-5 kgBOD/(mc d)Pretrattamento alto carico(rim.C)

QUALITA’ EFFLUENTE

CARICOAPPLICAZIONE

LP – Rimozione CCriterio WEF (2000)

So, Se = BOD influente, effluente (mg/L)R = rapporto di ricircoloKrif,20= cost. cinetica [(L/s)0,5 /m2 (0,21 per reflui

civili)α=fatt. correttivo T per K (= 1,035)As = sup. spec. Supporti D = prof. Lettoq = portata idraulica superficiale [L/ (m2 s)]N = cost caratteristica mat. riempimento

RRq

AsDKR

SoSe

n

T

−���

����

�

+⋅+

=−

)1(exp)1(

2020 α

5,05,0

��

���

�⋅��

���

�=p

rif

p

rifrifp

SS

DD

KK

Drif=6,1 m

Srif = 150 mgBOD/L

LP- Rimozione carbonio + nitrificazioneCriterio WEF

Nc,s = capacità nitrificazione specifica gN/(m2 d)

44,0

82,0,−

��

���

�=TKNBOD

sNc

BIODISCHI

Biodischi• Dischi plastici uniti assialmente da un albero• Parzialmente sommersi in una vasca• Rotazione dell’albero• Il fango adeso ai dischi viene esposto

alternativamente all’acqua reflua e all’ossigenodell’atmosfera

• Distacco naturale del biofilm• Stadi separati• Sedimentazione secondaria obbligatoria

Caratteristiche generali

Diagramma di flusso dei biodischi

Ingresso

Fango di supero

Biodisco

Sedimentatore

Uscita

Ricircolo (eventuale)

Diagramma di flusso dei biodischi

Biodischi

• È costituito da dischi di 2-4 m di diametro, ravvicinati (2-3 cm) e posti suun albero orizzontale

• L’albero ruota a 1-2 rpm• Il materiale più usato è il polietilene ad alta densità (HDPE) corrugato. A

seconda del grado di corrugamento si parla di bassa, media o alta densità(area totale per albero). Usati in sequenza, diversi spessori del biofilm.

• Massimo 50000 abitanti equivalenti

PARAMETRI PROGETTO BIODISCHI

0.5-12.5-84-10Carico organicogsBOD/(m2 d)

15-30

0.7-1.5

24-30

12-15

8-20

0.08-0.16

Rimozione BOD

1-2<2N-NH4 effluente (mg/l)

7-157-15BOD effluente (mg/l)

1.2-31.5-4HRT (h)

0.75-1.5Carico NH3 gN/(m2 d)

24-30Carico organico massimo 1° stadiogBOD/(m2 d)

12-15Carico organico massimo 1° stadiogsBOD/(m2 d)

1-25-16Carico organicogBOD/(m2 d)

0.04-0.100.03-0.08Carico idraulico(m3/(m2 d))

Nitrificazione separataRimozione BOD e nitrificazionePar. Progetto

Biodisco – Rimozione CCriterio Grady (1999)

Sn= sBOD allo stadio n (mg/L)As = sup. del disco nQ = portata (m2/d)

����������

�����������

��

����

�

��

� ⋅⋅−⋅⋅++−

=

Il carico del primo stadio deve essere posto uguale a 12-15 g sBOD/m2 d per determinare la prima area

Ingresso

Fango di supero

Reattore a letto fisso

Sedimentatore

Uscita

Aria

Letto fisso sommerso

Aria Liquame Filmliquido

Film biologico Supporto

Reagenti

Prodottidi reazione

Diffusione

Diffusionee reazione

Letto fisso sommerso

Biofiltrazione

• Reattori biologici con biomassa adesa e non in sospensione

• Supporto granulare o corrugato• Nello stesso reattore avvengono due

processi:– Degradazione biologica dei contaminanti– Filtrazione fisica dei materiali in sospensione

• È necessario effettuare lavaggi periodici

Vantaggi della Biofiltrazione

• Risparmio di spazio– Dovuto alla maggiore concentrazione della

biomassa

• Non richiedono sedimentazione secondaria– Assenza di bulking

• Minore emissione di odori• Costruzione modulare• Operazione automatizzata

Svantaggi della Biofiltrazione

• Possibile sensibilità ad alti carichi• Richiesta di un buon pretrattamento• Cicli di lavaggio ogni 24-48 ore• Alta richiesta di energia

– Pompe e soffianti per il lavaggio

• Personale qualificato per lo svolgimento del processo

Processo di lavaggio• Obiettivo: eliminare l’eccesso di fango che

riempie il filtro• Frequenza: ogni 24-48 ore• Sequenza

– Iniezione di aria per disintasare– Lavaggio con aria e acqua in simultanea– Risciacquo finale con acqua

• Processo simile al lavaggio dei filtri a sabbia

Classificazione in funzione del materiale di supporto

• Biofiltri con riempimento minerale• Biofiltri con materiale plastico• Biofiltri con piastre corrugate

Biofiltro

al trattamentofanghi

1

liquame primario

4 5

2

3

effluente

Biofiltri con alimentazione upflow

BiofiltroBiofiltri con alimentazione downflow

BIOFOR (Dégremont)

• Modo di alimentazione: upflow

• Materiale di riempimento piùdenso dell’acqua: Biolite

• Lavaggio upflowcon effluentefinale e aria

MBBR

Ingresso

Fango di supero

Reattore a lettomobile

Sedimentatore

Uscita

Aria

MBBR

Reattori a biomassa adesa puri

influente

pretrattamento trattamento primario reattore a letto mobile chiarificazione

sedimentazione

stacciatura

sedimentazione

filtro a sabbia

effluente

MBBR

influente

pretrattamento trattamento primario reattore a letto mobile chiarificazione

sedimentazione

stacciatura

sedimentazione

effluente

Reattori a biomassa mista (adesa+sospesa)

ricircolo supero