Nitrificazione a Biomasse Sospese

8/18/2019 Nitrificazione a Biomasse Sospese

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NITRIFICAZIONECON BIOMASSE SOSPESE

Ing. Michele Torregrossa Ing. Michele Torregrossa


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Testo di riferimento:

Testo di riferimento:

. onomo ra amen o e e acque re ue , . c raw- ,

. onomo ra amen o e e acque re ue , . c raw- ,


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#ei#ei suoisuoi di$ersidi$ersi stadistadi didi ossida%ioneossida%ione l&a%otol&a%oto 'u('u( im'licareim'licare incon$enientiincon$enienti didi$aria$aria naturanatura neinei ricettoriricettori)) tratra didi essiessi ilil 'i*'i* notonoto ++ l&l&eutrofi%%a%ioneeutrofi%%a%ione deideicor'icor'i idriciidrici aa deoledeole ricamio,ricamio, inin cuicui 'eraltro'eraltro ++ inin generegenere ilil fosforofosforo adadesercitareesercitare ilil ruoloruolo didi realereale fattorefattore limitantelimitante lala crescitacrescita algalealgale..

ltriltri 'rolemi'rolemi connessiconnessi allaalla 'resen%a'resen%a didi a%otoa%oto 'ossono'ossono coscos riassumersiriassumersi::

L’AZOTO NELLE ACQUEL’AZOTO NELLE ACQUE

aassamentoaassamento deldel tenoretenore didi ossigenoossigeno discioltodisciolto neinei ricettori,ricettori, dada collegarsicollegarsiaiai consumiconsumi do$utido$uti all&ossida%ioneall&ossida%ione attericaatterica dell&a%otodell&a%oto ammoniacaleammoniacale adad

a%otoa%oto nitrosonitroso ee nitriconitrico..direttadiretta tossicit/tossicit/ dell&a%otodell&a%oto ammoniacaleammoniacale 'er'er lala faunafauna ittica,ittica, quandoquando essoessosiasia 'resente'resente inin formaforma didi ammoniacaammoniaca gasgas 0#H0#H1122..

3oich43oich4 l&equiliriol&equilirio concon gligli ioniioni ammonioammonio 0#H0#H556622 ++ regolatoregolato daldal 'H'H inin asease

allaalla rela%ionerela%ione::

unun aumentoaumento didi 'H'H determinadetermina unun incrementoincremento delladella 'resen%a'resen%a didi #H#H11 ee quindiquindidelladella tossicit/,tossicit/, 'er'er moltemolte s'ecies'ecie itticheittiche gi/gi/ considere$oleconsidere$ole 'er'erconcentra%ioniconcentra%ioni didi !!,,!7!7 mg8lmg8l didi #H#H11--##..

!H#H9H#H 15 + ←+ → +

!H#H9H#H 15 + ←+ → +


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limita%ionilimita%ioni agliagli usiusi idro'otailiidro'otaili 'er'er ii rischirischi connessiconnessi allaalla 'resen%a'resen%a didi nitratinitraticheche riducendosiriducendosi aa nitritinitriti nell&a''aratonell&a''arato digerentedigerente ee cominandosicominandosi conconl&emogloinal&emogloina deldel sanguesangue $i$i loccanoloccano ilil meccanismomeccanismo didi tras'ortotras'ortodell&ossigenodell&ossigeno 00cianosi cianosi infantile infantile 22..

3er3er taletale moti$omoti$o lele normenorme dell&9rgani%%a%ionedell&9rgani%%a%ione MondialeMondiale delladella anit/anit/0909..MM....22 stailisconostailiscono unauna concentra%ioneconcentra%ione massimamassima didi 7777 mg8lmg8l didi #9#911--##nellenelle acqueacque 'otaili'otaili..

;a;a inoltreinoltre rile$atorile$ato cheche lala 'resen%a'resen%a didi a%otoa%oto ammoniacaleammoniacale diminuiscediminuiscel&efficien%al&efficien%a delladella clora%ione,clora%ione, 'er'er lala forma%ioneforma%ione didi cloroamminecloroammine,, concon lalanecessit/necessit/ didi maggiorimaggiori dosaggidosaggi didi clorocloro 0clora%ione0clora%ione alal 'unto'unto didi rottura2rottura2..


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#ei#ei liquamiliquami urani,urani, neglinegli scarichiscarichi %ootecnici,%ootecnici, eded inin moltimolti effluentieffluentiindustriali,industriali, l&a%otol&a%oto ++ 're$alentemente're$alentemente 'resente'resente sottosotto formaforma organicaorganica0'roteine20'roteine2 ee comecome urea,urea, contenutacontenuta nellenelle urineurine..

InIn entramientrami ii casicasi essoesso suiscesuisce unun ra'idora'ido 'rocesso'rocesso didi ammonifica%ioneammonifica%ione adada%otoa%oto ammoniacale,ammoniacale, secondosecondo lele seguentiseguenti rea%ionirea%ioni qualitati$equalitati$e::

=+

+ →

en%ima

51organismimicro

org

8#H#H#=+

+ →

en%ima

51organismimicro

org

8#H#H#

3er3er taletale moti$omoti$o inin seguitoseguito nonnon sisi far/far/ distin%ionedistin%ione tratra l&a%otol&a%oto organicoorganico ededammoniacaleammoniacale entramientrami com'resicom'resi nellanella determina%ionedetermina%ione deldel T=#T=#..

15ureasi

15ureasi


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LA RIMOZIONE DELL’AZOTOLA RIMOZIONE DELL’AZOTO

#egli#egli aitualiaituali 'rocessi'rocessi didi de'ura%ione,de'ura%ione, ilil rendimentorendimento didi rimo%ionerimo%ionedell&a%otodell&a%oto ++ significati$o,significati$o, mama nonnon ele$atoele$ato..

SEDIMENTAZIONEPRIMARIA

BOD = 60 g/ab x giorno N = 12 g/ab x giorno D = 300 l/ab x giorno

>na de'ura%ione 'i* s'inta richiede trattamenti s'ecifici?>na de'ura%ione 'i* s'inta richiede trattamenti s'ecifici?

SEDIMENTAZIONEFINALE

A "FANGHI ATTIVI"

BOD = 240 mg/l

N = 40 mg/l

BOD = 180 mg/l

N = 36 mg/l

N = 28 mg/l

BOD = 20 mg/l

ηBOD = 25 %

ηN = 10 % ηN = 5 %ηBOD = 90 %

∆N = 0,05 x (180-20) = 8 mg/l

ηN = (36-28)/36 = 22 %

@A@A del B9 rimossodel B9 rimosso

7!A7!A


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3rocessi3rocessi dis'oniilidis'oniili::

3rocessi3rocessi didi naturanatura chimicachimica ee chimicochimico--fisicafisica 'er'er lala rimo%ionerimo%ione dellCa%otodellCa%oto::

-- clora%ioneclora%ione alal 'unto'unto didi rotturarottura))

-- stri''aggiostri''aggio dell&ammoniacadell&ammoniaca))

-- scamioscamio ionicoionico dell&a%otodell&a%oto ammoniacaleammoniacale ee nitriconitrico..

LA RIMOZIONE DELL’AZOTOLA RIMOZIONE DELL’AZOTO

LaLa $ia$ia oggioggi 'i*'i* maturamatura 'er'er a''lica%ionia''lica%ioni susu scalascala realereale 0so'rattutto0so'rattutto inin cam'ocam'ourano2urano2 ++ quellaquella iologicaiologica,, attra$ersoattra$erso unauna fasefase ossidati$aossidati$a didi nitrifica%ionenitrifica%ione,,

di limitata a''licailit/di limitata a''licailit/

concon orma%ioneorma%ione ii nitritinitriti ee quin iquin i ii nitrati,nitrati, seguitaseguita aa unauna asease ri utti$ari utti$adidi denitrifica%ionedenitrifica%ione,, concon 'rodu%ione'rodu%ione didi a%otoa%oto molecolare,molecolare, nonnon 'i*'i*utili%%aileutili%%aile neinei ciclicicli iologiciiologici ee comecome taletale sottrattosottratto all&amienteall&amiente..

PROCESSIPROCESSI INNOVATIVIINNOVATIVI:: ANNAMOXANNAMOX

Inno$ati$iInno$ati$i 'rocessi'rocessi iologici,iologici, ancoraancora inin unouno stadiostadio s'erimentale,s'erimentale, sisi asanoasanosullasulla 'ossiilit/'ossiilit/ didi arrestarearrestare lCossida%ionelCossida%ione dellCammoniacadellCammoniaca adad unouno stadiostadiointermediointermedio didi nitrito,nitrito, o''ureo''ure didi utili%%areutili%%are iomasseiomasse sos'esesos'ese s'eciali%%ates'eciali%%atecheche sianosiano inin gradogrado didi ossidareossidare lCammoniacalCammoniaca aa nitritonitrito inin condi%ionicondi%ioni nonnonaeroicheaeroiche ee 'oi'oi effettuareeffettuare ilil 'rocesso'rocesso dissimilati$odissimilati$o didi denitrifica%ionedenitrifica%ione

sen%asen%a necessit/necessit/ didi fontifonti didi caroniocaronio o,o, infine,infine, cheche comininocominino entrameentrame talitaliduedue ca'acit/ca'acit/..


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CINETICA DELLA NITRIFICAZIONECINETICA DELLA NITRIFICAZIONE

3er3er nitrifica%ionenitrifica%ione sisi intendeintende l&ossida%ionel&ossida%ione deidei com'osticom'osti inorganiciinorganicidell&a%otodell&a%oto alloallo statostato ridotto,ridotto, s$oltas$olta dada atteriatteri autotrofiautotrofi,, inin gradogrado cio+cio+ didiutili%%areutili%%are 'er'er lala sintesisintesi cellularecellulare caroniocaronio inorganicoinorganico 0


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LeLe rea%ionirea%ioni didi ossida%ione,ossida%ione, dada cuicui ii atteriatteri traggonotraggono l&energial&energia loroloronecessaria,necessaria, 'ossono'ossono es'rimersies'rimersi 'er'er ilil #itrosomonas #itrosomonas comecome::

ee 'er'er ilil #itroacter #itroacter ::

5 #9!HH! 7,@#H ++ → + ++

5 #9!HH! 7,@#H ++ → + ++

1 #9! !,@#9 → + 1 #9! !,@#9 → +


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3er3er quantoquanto riguardariguarda lele rea%ionirea%ioni didi sintesi,sintesi, assuntaassunta 'er'er lala cellulacellula attericaattericalala formula%ioneformula%ione em'iricaem'irica


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#el#el corsocorso deldel 'rocesso'rocesso sisi haha distruzionedistruzione didi a!ainit"a!ainit" concon 'rodu%ione'rodu%ione didiacidoacido caronicocaronico.. 3er3er ogniogni grammogrammo didi ammoniacaammoniaca ossidataossidata sisi distruggonodistruggonocircacirca DD,,7575 gg didi


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#elle#elle realireali condi%ionicondi%ioni o'erati$e,o'erati$e, l&ossida%ionel&ossida%ione dell&ammoniacadell&ammoniaca ++ rallentatarallentata-- ris'ettoris'etto alal $alore$alore massimomassimo -- dada fattorifattori limitantilimitanti,, essen%ialmenteessen%ialmentecostituiticostituiti dalladalla concentra%ioneconcentra%ione didi ammoniacaammoniaca ee didi ossigenoossigeno lieroliero..


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atoato cheche lele concentra%ioniconcentra%ioni didi ossigenoossigeno discioltodisciolto,, aitualmenteaitualmente mantenutemantenuteneinei 'rocessi'rocessi iologiciiologici aeroici,aeroici, sonosono didi questoquesto stessostesso ordineordine didi grande%%a,grande%%a,nene consegueconsegue un&un&a%ionea%ione limitantelimitante esercitataesercitata dall&ossigeno,dall&ossigeno, cheche 'u('u( essereessereridottaridotta aumentandoneaumentandone lala concentra%ioneconcentra%ione inin $asca$asca..

IlIl $alore$alore didi 0$ 0$ # # 2 2 T T risenterisente inoltreinoltre fortementefortemente delladella tem'eraturatem'eratura ee delledellecondi%ionicondi%ioni didi 'H'H..

L&influen%aL&influen%a delladella tem'eraturatem'eratura 'u('u( essereessere calcolatacalcolata inin asease all&aitualeall&aitualerela%ionerela%ione inin usouso 'er'er ii 'rocessi'rocessi iologiciiologici::

0$ 0$ # # 2 2 T T ee 0$0$##22!! sonosono lele $elocit/$elocit/ didi nitrifica%ionenitrifica%ione allaalla genericagenerica tem'eraturatem'eraturaT T eded aa quellaquella didi riferimentoriferimento didi !! °°


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LaLa $elocit/$elocit/ didi nitrifica%ionenitrifica%ione 'u('u( essereessere considerataconsiderata costantecostante inin cam'ocam'odeolmentedeolmente alcalinoalcalino 00'H'H su'erioresu'eriore aa DD,,22 mentrementre suiscesuisce unun rallentamentorallentamentoinin cam'ocam'o acidoacido $alutaile$alutaile 0in0in assen%aassen%a didi altrialtri fattorifattori limitanti2limitanti2 comecome::

ii ++ gi/gi/ accennatoaccennato allaalla distru%ionedistru%ione didi alcalinit/alcalinit/ cheche sisi determinadetermina nelnel

[ ]H2 0D, !,"11 7 $ 0 0$ ! # T # −⋅−⋅=

'rocesso,'rocesso, concon aa 'oss t'oss t qu nqu n c ec e ss $er c$er c unun a assamentoa assamento ee ''ris'ettoris'etto allealle condi%ionicondi%ioni ottimaliottimali 'er'er lala nitrifica%ionenitrifica%ione..

ii normanorma l&l&alcalinit/alcalinit/ originariaoriginaria deldel liquameliquame ++ sufficientesufficiente adad e$itaree$itareaassamentiaassamenti deldel 'H'H.. TaleTale circostan%acircostan%a $a$a comunquecomunque $erificata$erificata..

IlIl rischiorischio esisteesiste so'rattuttoso'rattutto neinei 'rocessi'rocessi adad ossigenoossigeno 'uro'uro neinei qualiquali lala 'i*'i*ele$ataele$ata 'ressione'ressione 'ar%iale'ar%iale didi


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TenendoTenendo contoconto didi tuttitutti ii fattorifattori limitantilimitanti considerati,considerati, l&es'ressionel&es'ressionegeneralegenerale delladella $elocit/$elocit/ didi nitrifica%ionenitrifica%ione risultarisulta::

ii ricordaricorda cheche lele costanticostanti didi semisatura%ionesemisatura%ione es'rimonoes'rimono lala concentra%ioneconcentra%ionedeidei ris etti$iris etti$i sustratisustrati cheche determinadetermina ilil dime%%amentodime%%amento delledelle $elocit/$elocit/

( ) ( ) [ ] 'H2 0D, !,"11 7 9..= 9..

T=# =

T=# $ $

!2 0T

9 T=# ! # T # −⋅−⋅⋅+⋅+⋅=

−

ϑ

ris'ettoris'etto aiai $alori$alori massimi,massimi, inin assen%aassen%a didi limita%ionilimita%ioni..==## di'endedi'ende dalladalla tem'eratura,tem'eratura, $ale$ale 'oco'oco allCincircaallCincirca 77 mg8lmg8l aa !!°°


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==oo $ale$ale 77 mg8lmg8l..

InIn questoquesto casocaso lele concentra%ioniconcentra%ioni didi ossigenoossigeno disciolto,disciolto, aitualmenteaitualmentemantenutemantenute neinei 'rocessi'rocessi iologiciiologici aeroiciaeroici 0077,,@@÷÷,,@@ mg8lmg8l22 sonosono dellodello stessostesso

( ) ( ) [ ] 'H2 0D, !,"11 7 9..=

9..

T=# =

T=# $ $ !2 0T

9 T=# ! # T #

−⋅−⋅⋅+

⋅+

⋅= −ϑ

..

#e#e consegueconsegue un&un&a%ionea%ione limitantelimitante esercitataesercitata dall&ossigenodall&ossigeno,, cheche 'u('u( essereessereridottaridotta aumentandoneaumentandone lala concentra%ioneconcentra%ione inin $asca$asca..


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#ALORI DELLE COSTANTI CINETIC$E#ALORI DELLE COSTANTI CINETIC$E

RELATI#E AL PROCESSO DI NITRIFICAZIONERELATI#E AL PROCESSO DI NITRIFICAZIONE

3arametro imolo Es'ressione

$elocit/ massima di

nitrifica%ione a ! N< 0$ #2! @ =g T=# 8=g ; ⋅d

coefficiente di corre%ione

relati$o alla tem'eratura θ 7,!D

relati$a al T=#

KT%N 7!, - , mg8l di #

costante di semisatura%ione

relati$a all&ossigeno Ko 7 mg8l di 9

coefficiente lordo di crescitadei atteri nitrificanti # !,7" =g ; 8=g T=#

coefficiente di scom'arsa dei

atteri nitrificanti 0K 2d # !,!@ giorni

-7


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CONCENTRAZIONE DI BATTERI AUTOTROFICONCENTRAZIONE DI BATTERI AUTOTROFI

#elle#elle a''lica%ionia''lica%ioni concrete,concrete, lala 'resen%a'resen%a didi a%otoa%oto organicoorganico eded ammoniacaleammoniacalesisi accom'agnaaccom'agna quasiquasi sem'resem're aa quellaquella didi sostan%asostan%a organicaorganica iodegradaileiodegradaile))contem'oraneamentecontem'oraneamente allaalla 'o'ola%ione'o'ola%ione autotrofaautotrofa nitrificantenitrificante sisi s$ilu''as$ilu''a'ertanto'ertanto unauna 'o'ola%ione'o'ola%ione eterotrofaeterotrofa..

LaLa fra%ionefra%ione autotrofaautotrofa 00f f 22 delladella iomassaiomassa totaletotale 'u('u( essereessere calcolatacalcolata comecomera''ortora''orto tratra lala 'rodu%ione'rodu%ione didi atteriatteri nitrificantinitrificanti 0 0 ∆∆O O $ $ 2 2 # # ee lala 'rodu%ione'rodu%ionecom'lessi$acom'lessi$a didi atteriatteri nitrificantinitrificanti eded eterotrofieterotrofi ( ( ∆∆X X v v ) )N N 66 0 0 ∆∆O O $ $ 2 2 E E ..

##..BB.:.: #elle#elle dis'ensedis'ense deldel corsocorso didi IngegneriaIngegneria anitariaanitaria mientale,mientale, lele nota%ioninota%ioniequi$alentiequi$alenti didi 0 0 ∆∆O O $ $ 2 2 # # ee 0 0 ∆∆O O $ $ 2 2 E E sono,sono, ris'etti$amente,ris'etti$amente, ∆∆O O :# :# ee ∆∆O O : : ..

# ;

E $ E $ # ;

# ;

2 O 0

2 O 0 2 O 0 2 O 0 O 0 f

∆

∆+

=∆+∆

∆=

1

1

(∆(∆O O $ $ 2 2 # # 'u('u( essereessere ottenutoottenuto aa 'artire'artire dalladalla es'ressionees'ressione $alida$alida 'er'er lalaiomassaiomassa eterotrofaeterotrofa::

0$edi 0$edi P'rodu%ione P'rodu%ione fango fango di di su'eroQ su'eroQ da da dis'ense dis'ense corso corso I I..: :.. ..2 2

E $ E d E s E $ O 0 = 0 B G O 0 ⋅−⋅⋅=∆ η


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TrascurandoTrascurando ilil terminetermine relati$orelati$o allaalla scom'arsascom'arsa atterica,atterica, 'u('u( scri$ersiscri$ersi::

∆∆OO JJ ηηR R BR R B J q R R 0J q R R 0oo -- ee22

EssendoEssendo qq lala 'ortata'ortata trattatatrattata eded oo,, ee ilil sustratosustrato organicoorganico inin ingressoingressoeded inin uscitauscita..

nalo amentenalo amente erer lala o ola%ioneo ola%ione autotrofaautotrofa,, dettidetti T=#T=# ee T=#T=# lala

OKBGO ds −η=∆ 2 : : 0 G q B G 2 O 0 e E E s E $ −⋅⋅=⋅⋅=∆ 0η E $ E d E s E $ 2 O 0 2 = 0 B G 2 O 0 ⋅−⋅⋅=∆ η

concentra%ioneconcentra%ione didi a%otoa%oto ammoniacaleammoniacale eded organicoorganico inin entrataentrata eded inin uscita,uscita,risultarisulta::

(∆(∆O O $ $ 2 2 # # J G J G # # RR q q R S R S0T=# 0T=# 9 9 - - T=# T=# e e 2 2 !,!@!,!@ R0: R0: ! ! - -: : e e 2U 2U- -0= 0= d d 2 2 # # R0O R0O $ $ 2 2 # #

8q 2 0O 2 0= 2U : 0: !,!@ 2 T=# S0T=# G

8q 2 0O 2 0= 2 : 0: G

7

7 f

# ; # d e ! e ! #

E ; E d e ! E

⋅⋅−⋅−−⋅

⋅−−⋅

+

=

3ertanto3ertanto lala di$entadi$enta::# ;

E $ E $ # ;

# ;

2 O 0 2 O 0 2 O 0 2 O 0

2 O 0 f

∆∆+

=

∆+∆

∆=

1

1


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## 0coefficiente0coefficiente didi crescitacrescita cellularecellulare deidei atteriatteri nitrificanti2nitrificanti2 'u('u( essereesserecalcolatocalcolato ricordandoricordando cheche sisi haha lala sintesisintesi didi !!,,7"7" g;g; 'er'er ogniogni gg didi T=#T=#ossidatoossidato..

mmessommesso cheche nellanella iomassaiomassa ii $olatili$olatili costituisconocostituiscono ilil D!D!AA deidei solidisolidi totali,totali,## risultarisulta 'ari'ari aa !!,,55÷÷!!,,@@ g8gg8g T=#T=#..

0V20V2 Tale Tale $alore $alore differisce differisce dal dal coefficiente coefficiente G G assunto assunto indicati$amente indicati$amente 'er 'er i i liquami liquami domestici domestici 'ari 'ari a a 7 7 Kg Kg ::8Kg ::8Kg B9 B9 che che tiene tiene conto conto non non solo solo della della $era $era e e 'ro'ria 'ro'ria sintesi sintesi cellulare,cellulare, ma ma anche anche dell&accumulo dell&accumulo di di inerti inerti nel nel fiocco fiocco ..

erer $a ore$a ore EE 'u'u ana ogamenteana ogamente assumersassumers ,, ÷÷ ,, g gg g ..

IlIl ra''ortora''orto EE88## $ale$ale conseguentementeconseguentemente::

1,5 1,7 g::;8gT=# !,7"

g::;8gT=# !,D!2 !,""2 S0!,"!

G

G

#

E ÷=⋅÷

=


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EEM3I9EEM3I9 II


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RUOLO DEL TEMPO DI RESIDENZA CELLULARERUOLO DEL TEMPO DI RESIDENZA CELLULARE

IN NITRIFICAZIONEIN NITRIFICAZIONE

LaLa ridottaridotta $elocit/$elocit/ didi crescitacrescita deidei atteriatteri autotrofiautotrofi costituiscecostituiscegeneralmentegeneralmente l&l&elementoelemento limitantelimitante ilil dimensionamentodimensionamento deidei 'rocessi'rocessiiologiciiologici aa massamassa sos'esasos'esa..

InIn unun sistemasistema mistomisto,, contenentecontenente cio+cio+ siasia 'o'ola%ioni'o'ola%ioni autotrofeautotrofe checheeterotrofe,eterotrofe, ilil mantenimentomantenimento didi condi%ionicondi%ioni sta%ionariesta%ionarie richiederichiede cheche 'er'erentrameentrame lele 'o'ola%ioni'o'ola%ioni lala 'rodu%ione'rodu%ione didi iomassaiomassa com'ensicom'ensi quantoquanto $iene$ieneallontanatoallontanato comecome fan ofan o didi su erosu ero ee comecome sos ensionesos ensione nell&effluentenell&effluente

de'uratode'urato..#ei#ei 'rocessi'rocessi aa mediomedio oo altoalto caricocarico conce'iticonce'iti 'er'er lala solasola rimo%ionerimo%ione deldel B9B9caronaceo,caronaceo, lala $elocit/$elocit/ didi crescitacrescita deidei atteriatteri eterotrofieterotrofi ++ relati$amenterelati$amenteele$ataele$ata concon corris'ondenticorris'ondenti estra%ioniestra%ioni didi fangofango didi su'erosu'ero cheche coin$olgonocoin$olgonoindistintamenteindistintamente ancheanche lala iomassaiomassa autotrofaautotrofa..

II tem'item'i didi residen%aresiden%a cellularecellulare nonnon sonosono alloraallora sufficientisufficienti 'er'er consentireconsentirel&accumulol&accumulo nelnel sistemasistema didi unauna 'o'ola%ione'o'ola%ione didi atteriatteri nitrificantinitrificanti..

ee taletale 'o'ola%ione'o'ola%ione fossefosse statastata inin qualchequalche modomodo 'reformata,'reformata, essaessa

$erree$erree comunquecomunque 'rogressi$amente'rogressi$amente dila$atadila$ata daldal sistemasistema 'er'er lolo squiliriosquiliriotratra nuo$anuo$a 'rodu%ione'rodu%ione eded estra%ioniestra%ioni..


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IN NITRIFICAZIONEIN NITRIFICAZIONE#e#e consegueconsegue cheche lala 'resen%a'resen%a didi atteriatteri nitrificantinitrificanti,, 'rima'rima calcolatacalcolata solosolo ininfun%ionefun%ione deldel ra''ortora''orto B98T=#B98T=# rimossi,rimossi, richiederichiede nellanella realt/realt/ lala $erifica$erificadidi tem'item'i minimiminimi didi residen%aresiden%a cellularecellulare,, inin difettodifetto deidei qualiquali lala nitrifica%ionenitrifica%ionenonnon 'u('u( a$erea$ere luogoluogo..

3er3er lala defini%ionedefini%ione didi talitali condi%ioni,condi%ioni, sisi considericonsideri lolo unun normalenormale 'rocesso'rocesso didinitrifica%ionenitrifica%ione monostadiomonostadio,, inin cuicui sonosono ra''resentatera''resentate lele duedue $ie$ie didi uscitauscitadalladalla iomassaiomassa 0liquame0liquame de'uratode'urato ee fangofango didi su'ero2su'ero2..

3rocesso monostadio3rocesso monostadio


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IN NITRIFICAZIONEIN NITRIFICAZIONE

#ell&unit/#ell&unit/ didi tem'o,tem'o, lala iomassaiomassa com'lessi$acom'lessi$a 0autotrofa0autotrofa eded eterotrofe2eterotrofe2 ininuscitauscita $ale$ale::

(∆(∆O O $ $ 2 2 E E J q J q s s X X r r 6 0q6 0q - - q q s s 2 X 2 X u u do$edo$e::

-- q q JJ 'ortata'ortata didi liquameliquame alimentatoalimentato

-- q q r r ee q q s s JJ 'ortate'ortate didi fanghifanghi didi ricircoloricircolo ee didi su'erosu'ero

mmessommesso cheche f f 0fra%ione0fra%ione didi atteriatteri autotrofi2autotrofi2 mantengamantenga lolo stessostesso $alore$aloreinin tuttetutte lele se%ionise%ioni didi im'ianto,im'ianto, lala fuoriuscitafuoriuscita didi iomassaiomassa nitrificantenitrificante0 0 ∆∆O O $ $ 2 2 # # $ale$ale::

f f ⋅ ⋅ 0 0 ∆∆O O $ $ 2 2 E E

-- X X r r

,, X X u u

JJ concentra%ioneconcentra%ione didi iomassaiomassa totaletotale 0autotrofa0autotrofa eded

eterotrofa2eterotrofa2 neinei fanghifanghi didi ricircoloricircolo 0e0e didi su'ero2su'ero2 eeris'etti$amenteris'etti$amente nelnel liquameliquame de'uratode'urato))

-- X X ,, X X n n JJ concentra%ioneconcentra%ione didi iomassaiomassa totaletotale ee didi iomassaiomassa

autotrofaautotrofa nelnel reattorereattore..


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RUOLO DEL TEMPO DI RESIDENZA CELLULARERUOLO DEL TEMPO DI RESIDENZA CELLULAREIN NITRIFICAZIONEIN NITRIFICAZIONE

TaleTale fra%ionefra%ione 'ersa'ersa 'u('u( essereessere com'ensatacom'ensata dalladalla crescitacrescita didi atteriatteriautotrofiautotrofi che,che, tenutotenuto contoconto delladella

# d T # # T # 2 = 0 2 0$ G 2 0 −⋅=

dX #

concon ;; JJ $olume$olume deldel reattorereattore iologicoiologico..

'u'u es'r merses'r mers comecome::


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IlIl tem'otem'o didi residen%aresiden%a cellularecellulare oo ,, es'ressoes'resso comecome ra''ortora''ortotratra lala iomassaiomassa 'resente'resente nelnel sistemasistema ee quellaquella allontanataallontanata nellCunit/nellCunit/ didi

tem'o,tem'o, ++ ugualeuguale 'er'er lala 'o'ola%ione'o'ola%ione eterotrofaeterotrofa ee 'er'er quellaquella autotrofaautotrofa ee$ale$ale::

cϑ :WT

0:olids Wetention Time2 0:olids Wetention Time2

#

X X

; X :WT

−+⋅

⋅=

'er'er ilil mantenimentomantenimento didi condi%ionicondi%ioni sta%ionariesta%ionarie de$ede$e quindiquindi $erificarsi$erificarsi::

-- 00µµ##22T T JJ ## ⋅⋅ 00$$##22T T concon ## JJ !!,,55÷÷!!,,@@ g8gg8g T=#T=#..

-- 0=0=dd22## JJ !!,,!@!@ giornigiorni--77

# d T # 2 0= - 2 0

:WT

7 µ ≤


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#el#el dimensionamentodimensionamento deglidegli im'ianti,im'ianti, ilil $alore$alore didi WT WT rica$ailerica$aile dalladalla::

++ dada considerarsiconsiderarsi comecome unun $alore$alore minimominimo teoricoteorico cheche $a$a incrementatoincrementato dada ununcoefficientecoefficiente didi sicure%%asicure%%a YY,, cheche assicuriassicuri unun ragione$oleragione$ole marginemargine aa frontefronte

# d T # 2 0= - 2 0 :WT

7 µ ≤

delledelle 'unte'unte 'rolungate'rolungate didi caricocarico ee didi rallentamentorallentamento deldel 'rocesso'rocesso do$uti,do$uti, 'er'eresem'ioesem'io adad effettieffetti didi inii%ioneinii%ione 0'resen%a0'resen%a didi scarichiscarichi industriali,industriali,aassamentoaassamento deldel 'H,'H, eccecc..22..

YY sisi 'one'one 'ari'ari aa 77,,@@÷÷ inin fun%ionefun%ione delladella $ariailit/$ariailit/ dellCalimenta%ionedellCalimenta%ione ee

dellCentit/dellCentit/ deidei rischirischi 'oten%iali'oten%iali..

InIn assen%aassen%a didi indica%ioniindica%ioni 'untuali'untuali sisi 'one'one::

-- YJYJ77,,"" 'er'er 'oten%ialit/'oten%ialit/ dCim'iantodCim'ianto ≤≤ !!..!!!!!! ..EE..

-- YJYJ77,,FF 'er'er 'oten%ialit/'oten%ialit/ dCim'iantodCim'ianto ≥≥ 7!!7!!..!!!!!! ..EE..

-- YJYJ77,,@@ sese lCim'iantolCim'ianto com'rendecom'rende unauna fasefase didi omogenei%%a%ioneomogenei%%a%ione 'reliminare'reliminare


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3ertanto3ertanto::7

# d T # calc U 2 0= 2 S0 Y: :WT Y: :WT −−⋅=⋅=

TaleTale es'ressionees'ressione $ale$ale ancheanche 'er'er lala iomassaiomassa eterotrofa,eterotrofa, nonnon essendoessendo'ossiile'ossiile unauna differen%ia%ionedifferen%ia%ione deidei 'rocessi'rocessi aa iomassaiomassa sos'esasos'esa..

3ossono3ossono quindiquindi definirsidefinirsi ii $alori$alori didi $elocit/$elocit/ didi rimo%ionerimo%ione deldel sustratosustratoorganicoorganico 0o0o


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ALTERNATI#E DI PROCESSOALTERNATI#E DI PROCESSO

LaLa nitrifica%ionenitrifica%ione iologicaiologica concon coloniecolonie sos'esesos'ese 'u('u( essereessere condottacondottasecondosecondo ii duedue seguentiseguenti schemischemi alternati$ialternati$i::

3rocesso3rocesso ossidati$oossidati$o monostadiomonostadio,, inin

cuicui inin un&unicaun&unica fasefase aeroicaaeroica $iene$ienereali%%atareali%%ata siasia l&ossida%ionel&ossida%ionedell&a%otodell&a%oto ammoniacaleammoniacale ededorganicoorganico cheche lala rimo%ionerimo%ione deldelsu s ra osu s ra o organ coorgan co o egra a e,o egra a e,

adad o'erao'era didi unauna 'o'ola%ione'o'ola%ioneattericaatterica mistamista,, o$eo$e tutta$ia,tutta$ia, 'er'erlele aitualiaituali caratteristichecaratteristiche deideirefluireflui urani,urani, esisteesiste unauna'redominan%a'redominan%a assolutaassoluta delladella

iomassaiomassa eterotrofaeterotrofa susu quellaquellaautotrofaautotrofa..

>n>n adeguatoadeguato li$elloli$ello didi nitrifica%ionenitrifica%ione++ inin questoquesto casocaso 'ossiile'ossiile solosolo 'er'erassiassi $alori$alori deldel ra''ortora''orto tratra

sustratosustrato organicoorganico ee microorganismimicroorganismi,,com'atiilicom'atiili quindiquindi concon l&accumulol&accumulo nelnelsistemasistema didi unauna sufficientesufficiente iomassaiomassaautotrofaautotrofa..

E&E& quantoquanto sisi $erifica$erifica neinei 'rocessi'rocessi adad aera%ioneaera%ione 'rolungata'rolungata..


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LaLa nitrifica%ionenitrifica%ione iologicaiologica concon coloniecolonie sos'esesos'ese 'u('u( essereessere condottacondottasecondosecondo ii duedue seguentiseguenti schemischemi alternati$ialternati$i::

3rocesso3rocesso ossidati$oossidati$o aa duedue stadistadi didi cuicui ilil 'rimo'rimo,, condottocondotto adad ele$atoele$ato carico,carico,

++ finali%%atofinali%%ato solamentesolamente allaalla 'ar%iale'ar%iale rimo%ionerimo%ione deldel sustratosustrato organicoorganicosen%asen%a a''re%%ailea''re%%aile ossida%ioneossida%ione dell&a%otodell&a%oto ammoniacaleammoniacale 0la0la cuicuiconcentra%ioneconcentra%ione 'eraltro'eraltro diminuiscediminuisce 'er'er effettoeffetto deidei fenomenifenomeni didi sintesi2sintesi2..

E&E& inin questoquesto modomodo 'ossiile'ossiile ottenere,ottenere, inin ingressoingresso alloallo stadiostadio secondariosecondario,, unun$alore$alore deldel ra''ortora''orto B98T=#B98T=# assaiassai 'i*'i* assoasso cheche nonnon all&origineall&origine ee quindiquindi'i*'i* fa$ore$olefa$ore$ole alloallo s$ilu''os$ilu''o didi unauna iomassaiomassa arricchitaarricchita inin atteriatterinitrificantinitrificanti..


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InIn entramientrami ii casi,casi, concon unun correttocorretto dimensionamento,dimensionamento, ++ 'ossiile'ossiile ottenereottenereunauna nitrifica%ionenitrifica%ione 'ressoch4'ressoch4 com'letacom'leta..

IlIl 'rocesso'rocesso aa duedue stadistadi,, cheche generalmentegeneralmente consenteconsente un&economiaun&economia deidei$olumi$olumi com'lessi$icom'lessi$i didi aera%ione,aera%ione, renderende tutta$iatutta$ia necessarianecessaria lala reali%%a%ionereali%%a%ionedidi duedue distintedistinte fasifasi didi decanta%ione,decanta%ione, ancheanche concon unauna maggioremaggiore com'lessit/com'lessit/

..

TaleTale solu%ionesolu%ione $iene$iene 'ertanto'ertanto adottataadottata solosolo quandoquando sisi 're$edono're$edonotem'eraturetem'erature in$ernaliin$ernali moltomolto rigiderigide inin cuicui ilil mantenimentomantenimento nelnel secondosecondostadiostadio didi unauna 'o'ola%ione'o'ola%ione attericaatterica riccaricca didi organismiorganismi nitrificanti,nitrificanti, 'u('u(risultarerisultare indis'ensaileindis'ensaile 'er'er contenerecontenere inin $alori$alori accettailiaccettaili lala iomassaiomassa

com'lessi$amentecom'lessi$amente necessarianecessaria..


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ltreltre alternati$ealternati$e didi 'rocesso'rocesso 'ossono'ossono 're$edere're$edere lCacco''iamentolCacco''iamento didi'rocessi'rocessi iologiciiologici aa iomassaiomassa sos'esasos'esa concon quelliquelli aa iomassaiomassa adesaadesa::

DENITRIFICAZIONE

3rocesso3rocesso TY8


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AERAZIONE

SEDIMENTAZIONE

MBBRo

#itrifica%ione ter%iaria con#itrifica%ione ter%iaria con

sistemi inno$ati$i a iomassa adesasistemi inno$ati$i a iomassa adesa

Esem'ioEsem'io::

FANGO DI SUPERO

FANGO DI RICIRCOLO

Mo$ing Mo$ing Bed Bed Biofilm Biofilm Weactor Weactor


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DIMENSIONAMENTO DELLA NITRIFICAZIONEDIMENSIONAMENTO DELLA NITRIFICAZIONE

7.7.


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5.5.


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.. ;erifica;erifica delledelle condi%ionicondi%ioni didi fun%ionamentofun%ionamento nellenelle situa%ionisitua%ioni didi 'unta'unta::

".". ;erifica;erifica deldel


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CRITERI DI DIMENSIONAMENTOCRITERI DI DIMENSIONAMENTO

IlIl faisognofaisogno didi ossigenoossigeno sisi rica$arica$a 'onendo'onendo accantoaccanto aiai terminitermini didires'ira%ioneres'ira%ione atti$aatti$a ee didi res'ira%ioneres'ira%ione endogenaendogena ilil consumoconsumo necessarionecessario allaallanitrifica%ionenitrifica%ione.. WisultaWisulta quindi,quindi, concon l&aitualel&aituale significatosignificato deidei simolisimoli::

∆∆!! J a&R J a&R -- RR 6 &R;6 &R; RX85 6 c&R T=#RX85 6 c&R T=# -- T=#T=# -- !,!@R !,!@R -- RR∆∆!! J a&R J a&R -- RR 6 &R;6 &R; RX85 6 c&R T=#RX85 6 c&R T=# -- T=#T=# -- !,!@R !,!@R -- RR

7!.


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LaLa 'rodu%ione'rodu%ione didi fangofango didi su'erosu'ero delladella iomassaiomassa eterotrofaeterotrofa sisi calcolacalcola aa'artire'artire dalladalla::

E $ E d E s s $ 2 O 0 2 = 0 B G 2 O 0 ∆⋅−⋅⋅=∆ µ

77.


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IlIl secondosecondo memromemro tienetiene contoconto delladella 'o'ola%ione'o'ola%ione nitrificantenitrificante..

IlIl 'rimo'rimo deidei duedue addendiaddendi aa secondosecondo memromemro ++ relati$orelati$o allaalla 'rodu%ione'rodu%ione didiiomassaiomassa eterotrofaeterotrofa ee corris'ondecorris'onde allaalla es'ressionees'ressione gi/gi/ nota,nota, concon lolo stessostesso

significatosignificato deidei simoli,simoli, a$endoa$endo solosolo sostituitosostituito allaalla iomassaiomassa totaletotale 0O0O$$2,2, lalafra%ionefra%ione eterotrofaeterotrofa 0O0O$$22##0077 -- f2f2..

(∆(∆O O $ $ 2 2 # # JJ S S η η s s G G E E B B 0K 0K d d 2 2 E E O O # # 0707 - - f2U f2U 66 SG SG # # 0 0 η η # # # # -- !,!@!,!@ η η s s B B 2 2 - - 0K 0K d d 2 2 # # O O # # fU fU

ηη## ee ## es'rimonoes'rimono ris'etti$amenteris'etti$amente ilil rendimentorendimento didi nitrifica%ionenitrifica%ione ee lalaquantit/quantit/ didi a%otoa%oto ammoniacaleammoniacale alimentatoalimentato nell&unit/nell&unit/ didi tem'otem'o..

TrascurandoTrascurando ilil terminetermine didi scom'arsascom'arsa relati$orelati$o aiai atteriatteri nitrificanti,nitrificanti, 'u('u(

sen%&altrosen%&altro scri$ersiscri$ersi::

0O$2# J ηsEB - Kd(Xv)#6 # 0η##- !,!@ ηsB20O$2# J ηsEB - Kd(Xv)#6 # 0η##- !,!@ ηsB2

ESEMPIOESEMPIO DIDI DIMENSIONAMENTODIMENSIONAMENTO


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FINEFINE

Nitrificazione a Biomasse Sospese

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