Un confronto tra 5 sistemi e processi di aerazione delle acque reflue

By: Tom Frankel
Post Date: Novembre 21st 2019

Sommario

1. CHE COS’È L’AERAZIONE ASP?
2. COME FUNZIONA ASP?
3. PRO E CONTRO DELL’ASP
4. CHE COS’È L’AERAZIONE SBR?
5. COME FUNZIONA SBR?
6. PRO E CONTRO DI SBR
7. CHE COS’È L’AREAZIONE SBBR?
8. COME FUNZIONA SBBR?
9. PRO E CONTRO DI SBBR
10. CHE COS’È L’AREAZIONE MBR?
11. COME FUNZIONA MBR?
12. PRO E CONTRO DI MBR
13. CHE COS’È L’AERAZIONE MBBR?
14. COME FUNZIONA MBBR?
15. PRO E CONTRO DI MBBR

I processi di aerazione per il trattamento delle acque reflue utilizzano l’ossigeno per favorire un processo biologico naturale. Esistono diversi processi di aerazione a disposizione delle aziende e dei comuni che devono trattare le acque reflue, sia per lo smaltimento che per il riutilizzo. Questo articolo esaminerà in modo approfondito cinque metodi standard di aerazione: processo a fanghi attivi (ASP), reattore batch di sequenziamento (SBR), bioreattore batch di sequenziamento (SBBR), bioreattore a membrana (MBR) e reattore a biofilm a letto mobile (MBBR). Fare confronti diretti aiuterà a spiegare come funziona ciascuno di questi metodi.

Ciascuno di questi processi offre vantaggi e svantaggi, che analizzeremo. MBBR sfrutta i punti di forza dei processi di aerazione e offre vantaggi esclusivi che lo distinguono dagli altri processi di aerazione. MBBR consente alle persone di trattare efficacemente le acque reflue per i contaminanti organici, realizzare la nitrificazione e la denitrificazione e fare tutto con un impressionante livello di efficienza.

Cos’è l’aerazione ASP?

Il processo di aerazione più comune utilizzato per trattare le acque reflue è il processo a fanghi attivi (ASP). I ricercatori hanno sviluppato il concetto di ASP poco più di un secolo fa e molte persone considerano ancora l’iterazione moderna di questo processo come il mezzo standard per il trattamento biologico delle acque reflue. Questo processo utilizza l’aerazione e il fiocco per separare i fanghi dall’acqua.

Come funziona ASP?

Il processo ASP è circondato da una varietà di modelli che comportano diversi passaggi. Ad esempio, la vagliatura, la rimozione della sabbia e un chiarificatore primario in genere vengono prima che l’affluente entri nel serbatoio di aerazione. Questi stessi passaggi avvengono con la maggior parte dei processi di trattamento, non solo ASP.

Con l’ASP, l’affluente entra in una vasca di aerazione, iniettandovi ossigeno. Questo ossigeno extra consente ai microrganismi di moltiplicarsi e crescere in modo che possano decomporre i rifiuti organici nell’acqua. L’acqua passa quindi a una vasca di decantazione, nota anche come chiarificatore. A questo punto i microrganismi si depositano sul fondo della vasca. Questi microrganismi sono anche chiamati fiocchi biologici o una coltre di fango. Man mano che il fango si deposita, l’acqua rimanente è più pulita.

Questo liquido limpido fuoriesce dalla vasca di decantazione e parte del fango sul fondo viene riciclato nella vasca di aerazione, dove può lavorare per decomporre i rifiuti organici in un nuovo lotto di acque reflue. Man mano che questo processo continua, la quantità di microrganismi nel serbatoio aumenta, consentendo un trattamento più efficiente, purché sia disponibile molto ossigeno per nutrire i microrganismi.

Pro e contro dell’ASP

I fanghi attivi sono stati a lungo un metodo popolare perché offrono alcuni vantaggi. ASP è:

• Un metodo di trattamento affidabile nel complesso
• Più familiare a molti operatori rispetto a processi innovativi come MBBR
• Abbastanza flessibile da gestire diversi tipi di carichi

Sebbene l’ASP possa essere la forma originale di trattamento biologico delle acque reflue, non è la più efficace o efficiente. ASP:

• È alquanto incoerente nella qualità degli effluenti che produce
• Occupa più spazio di alcuni sistemi
• Richiede molto lavoro per funzionare

Cos’è l’aerazione SBR?

Un sistema di aerazione con reattore batch di sequenziamento (SBR) è simile a un processo a fanghi attivi. La differenza fondamentale è che questo sistema utilizza un serbatoio per tutte le fasi di trattamento, piuttosto che utilizzare attrezzature diverse per ogni fase del processo. Come suggerisce il termine “sequenziamento”, SBR utilizza il tempo, piuttosto che lo spazio, per realizzare i suoi scopi di trattamento delle acque reflue. Questo tipo di sistema è nato nel lontano 1914, secondo l’Environmental Protection Agency (EPA). I reattori batch di sequenziamento sono ancora di uso comune oggi.

Come funziona SBR?

Il design del sistema SBR utilizza una sequenza attentamente programmata per eseguire sottoprocessi come l’equalizzazione, l’aerazione e la sedimentazione, tutti nello stesso serbatoio. Lo fa attraverso un ciclo prestabilito che in genere consiste in cinque fasi. Per prima cosa nel processo SBR, un operatore riempirà il serbatoio con l’affluente. Successivamente, l’aerazione e i microrganismi iniziano a facilitare una reazione biologica. Al termine di questa fase, avviene la chiarificazione, il che significa che il fango inizia a depositarsi. Tipicamente, questo processo avverrebbe in un serbatoio diverso, ma con SBR avviene nello stesso serbatoio che fungeva da reattore per il processo biologico.

Al termine del processo di chiarificazione, l’operatore rimuove l’effluente trattato dal serbatoio e scarica i fanghi di scarto. Quest’ultima fase del processo è nota come inattiva. Dopo aver raggiunto questo punto, il sistema SBR può ricominciare da capo, introducendo un nuovo lotto di affluente nel serbatoio e muovendosi ancora una volta attraverso la sequenza di sottoprocessi che trasformano le acque reflue contaminate in effluenti trattati.

Come con molti altri tipi di processi di aerazione, SBR è spesso parte di un quadro più ampio per il trattamento delle acque reflue. Altre fasi, come la rimozione della sabbia, possono precedere e alcune, come la disinfezione, possono seguire. In alcuni casi, l’SBR da solo può funzionare come unico mezzo di trattamento delle acque reflue, a seconda della qualità dell’affluente e della qualità desiderata dell’effluente.

Pro e contro di SBR

I vantaggi dell’utilizzo di SBR includono che:

• Si adatta a diversi volumi di influente
• Funziona con controlli automatici
• Richiede meno spazio rispetto a un sistema che utilizza più serbatoi

Gli svantaggi di questo processo includono che:

• Richiede controlli sofisticati e unità di temporizzazione
• Richiede più manutenzione rispetto ai sistemi convenzionali
• È soggetto a problemi come lo scarico dei fanghi nei momenti sbagliati e l’ostruzione dei dispositivi di aerazione

Cos’è l’aerazione SBBR?

Il bioreattore batch di sequenziamento (SBBR) è uno sviluppo più recente progettato per migliorare il tradizionale processo SBR. In particolare, l’obiettivo di SBBR è quello di accelerare la fase di aerazione per trattare le acque reflue con un tempo di ritenzione idraulica inferiore (HRT). Per fare ciò, il processo SBBR combina SBR con un reattore a biofilm. Il processo SBBR ha attirato l’attenzione negli ultimi anni a causa dei suoi vantaggi rispetto al processo SBR standard.

Come funziona SBBR?

Il processo SBBR assomiglia molto a SBR, poiché ne è una variazione. La differenza principale è che SBBR include una componente di crescita sospesa. Quindi, piuttosto che utilizzare la sola aerazione per facilitare una reazione biologica, i materiali di supporto, come i supporti di plastica, vengono mescolati nel serbatoio. Il miglior tipo di materiale di supporto da utilizzare dipende dai tipi di contaminanti biologici nelle acque reflue e dagli obiettivi del trattamento. Il biofilm crescerà sul materiale di supporto ei microrganismi decomporranno i rifiuti nell’acqua.

La conversione di sistemi SBR esistenti in sistemi SBBR comporta l’aggiunta dei vettori necessari per una reazione biologica di crescita sospesa. Poiché SBBR è un processo più recente rispetto ai sistemi SBR tradizionali, le nuove apparecchiature progettate per SBBR possono automatizzare il processo il più possibile con sistemi di controllo dinamico intelligenti. Questi sistemi migliorano i tradizionali sistemi di controllo del tempo associati a SBR.

Uno studio ha analizzato le capacità di un SBBR con un sistema di controllo intelligente e ha scoperto che, rispetto a SBR, era in grado di ridurre la terapia ormonale sostitutiva e migliorare le prestazioni nella rimozione della domanda chimica di ossigeno. Uno dei motivi per cui SBBR è più efficiente di SBR è che può rimuovere contemporaneamente fosforo e azoto.

Pro e contro di SBBR

Abbiamo già visto alcuni dei vantaggi di SBBR rispetto a SBR. Nel complesso, questo processo offre alcuni vantaggi significativi. SBB:

• È più efficiente di SBR
• Può essere completamente automatizzato
• Ha un ingombro ridotto

Gli svantaggi di SBBR sono che:

• È un sistema costoso
• Impossibile rimuovere tutti i solidi sospesi
• È soggetto ad alcuni degli stessi problemi di SBR

Cos’è l’aerazione MBR?

Il bioreattore a membrana (MBR) è un sistema di trattamento delle acque reflue che combina un processo a membrana con un metodo di trattamento biologico a crescita sospesa. Tipicamente, la membrana è microfiltrazione o ultrafiltrazione a bassa pressione e la fase di crescita sospesa è un processo a fanghi attivi. Questo sistema combinato ha visto il suo primo utilizzo commerciale alla fine degli anni ’60, per il trattamento delle acque reflue sulle navi. Fin dai suoi primi giorni, la tecnologia MBR è diventata un’opzione popolare per il trattamento delle acque reflue di tutti i tipi.

Come funziona l’MBR?

La prima porzione di MBR tende ad apparire esattamente come un processo a fanghi attivi standard. Tuttavia, invece di passare a una vasca di decantazione dopo essere passata attraverso il processo a fanghi attivi, l’acqua passa attraverso una membrana che rimuove efficacemente i solidi. La dimensione dei solidi che devono essere rimossi dall’acqua determinerà il tipo di membrana semipermeabile da utilizzare. Le membrane con piccoli pori di circa 0,1 μm di diametro sono membrane di ultrafiltrazione. Le membrane con pori fino a 10 μm sono membrane di microfiltrazione.

Esistono due configurazioni fondamentali per il modo in cui il reattore biologico e le fasi della membrana lavorano insieme. Un modello è interno, o sommerso, dove la membrana fa parte del reattore biologico e viene immersa nelle acque reflue. L’altro modello è esterno, spesso chiamato sidestream, dove il processo a membrana e il reattore biologico sono separati. Il modello sidestream è la configurazione più comune per un sistema MBR.

Ogni sistema MBR avrà un aspetto leggermente diverso a seconda delle esigenze di filtrazione di un particolare comune o azienda. Alcuni sistemi MBR includeranno molti sottosistemi separati che funzionano per rimuovere tutti i contaminanti.

Pro e contro dell’MBR

I bioreattori a membrana offrono alcuni vantaggi, tra cui:

• Produce efficacemente effluenti di alta qualità
• Avere un’impronta dimezzata rispetto ai processi a fanghi attivi standard
• Produci meno fanghi e questi fanghi contengono meno acqua rispetto ad altri processi

I sistemi MBR presentano anche alcuni svantaggi, come il fatto che:

• Incorrere in costi operativi più elevati rispetto a molti altri sistemi
• Necessaria pulizia della membrana
• Potrebbero essere necessarie ulteriori sostanze chimiche nel processo

Cos’è l’aerazione MBBR?

Infine, c’è un altro metodo innovativo di aerazione da esaminare: il reattore a biofilm a letto mobile (MBBR). Questo processo, sviluppato alla fine degli anni ’80 e all’inizio degli anni ’90, utilizza biofilm attaccato a migliaia di piccoli supporti di plastica per decomporre i rifiuti presenti nell’affluente in un serbatoio di aerazione. MBBR richiede un certo monitoraggio, ma è in gran parte auto-moderato, poiché i microrganismi nel serbatoio possono naturalmente rispondere alle fluttuazioni del tipo e della quantità di rifiuti nell’acqua.

Come funziona MBBR?

In un processo MBBR, l’affluente entra in un serbatoio di aerazione, chiamato anche reattore, pieno di migliaia di piccoli pezzi di plastica chiamati trasportatori o supporti. Questi supporti massimizzano la superficie che forniscono ai microrganismi per la crescita e hanno una densità simile all’acqua, quindi si mescolano bene in tutto il serbatoio.

Una griglia di aerazione aiuta anche la miscelazione dei fluidi nel serbatoio e fornisce un apporto continuo di ossigeno. Come con altri processi di aerazione, l’ossigeno aggiuntivo nel serbatoio alimenta i microrganismi in modo che possano lavorare in modo efficiente sulla materia organica nell’acqua. Un setaccio a maglie mantiene i media all’interno del serbatoio in modo che non sfuggano.

Poiché il biofilm sui supporti decompone i rifiuti nel serbatoio, l’acqua che fuoriesce viene trattata in modo efficace. Oltre a rimuovere i rifiuti organici, MBBR può anche svolgere un ruolo nei processi di nitrificazione e denitrificazione. A differenza di processi come ASP, non è necessario un serbatoio di decantazione e l’effluente trattato tende ad essere più pulito.

Pro e contro di MBBR

MBBR ha alcuni punti di forza unici che lo rendono un miglioramento rispetto a molte altre tecniche di aerazione per il trattamento delle acque reflue. Alcuni dei vantaggi di MBBR sono che:

• Occupa una piccola quantità di spazio, poiché utilizza solo un serbatoio e massimizza la superficie attraverso i vettori
• È un processo a bassa manutenzione che non richiede attività come il controlavaggio o la pulizia delle membrane
• Resiste efficacemente ai carichi d’urto e può rispondere alle variazioni di influenza
• È eccezionalmente efficiente, con una HRT bassa di circa tre o quattro ore per la richiesta biochimica di ossigeno e la rimozione dell’azoto

MBBR presenta svantaggi minimi. Vale la pena notare che MBBR:

• Richiede un monitoraggio continuo, sebbene richieda un intervento minimo
• Può attirare gli insetti con specifici modelli di sistema non progettati per tenerli lontani

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I processi di aerazione del trattamento delle acque reflue sfruttano i processi naturali per creare efficacemente effluenti più puliti. Tuttavia, non tutti i processi di aerazione sono uguali. Ogni processo presenta vantaggi e svantaggi distinti. Chiunque abbia bisogno di scegliere il miglior metodo di trattamento per la propria struttura può prendere in considerazione la tecnologia del reattore a biofilm a letto mobile.

MBBR offre maggiori vantaggi rispetto ad altri sistemi e presenta svantaggi minimi. Per saperne di più su MBBR, prenditi del tempo per esaminare l’EEVolved MBBR di SSI Aeration, Inc. In qualità di leader del settore, SSI offre il meglio della tecnologia MBBR. Il sistema di SSI è in grado di trattare in modo efficace ed efficiente le acque reflue per uno smaltimento o un riciclaggio sicuro e responsabile per l’utilizzo in processi industriali o in un sistema fognario.

Non esistono due aziende uguali quando si tratta di trattamento delle acque reflue, motivo per cui SSI personalizza ogni MBBR EEVolved in base alle esigenze specifiche dei clienti. Richiedi un preventivo a SSI per vedere se EEVolved MBBR potrebbe essere una buona soluzione. Contatta SSI per qualsiasi altra domanda. I rappresentanti esperti di SSI aiutano i potenziali clienti a capire come scegliere il sistema giusto per la loro applicazione e come trarre vantaggio dalla migliore tecnologia di aerazione che ha da offrire.

Tom Frankel

Mr. Frankel co-founded SSI in 1995 with experience in design and distribution of engineered systems. He is in charge of sales, marketing and operations in the company. Mr. Frankel holds multiple US patents related to diffusers. He is a graduate of Washington University in St. Louis.