Trattamento delle acque reflue aerobico e anaerobico

Il trattamento convenzionale delle acque reflue negli Stati Uniti consiste in tre fasi distinte: primario, secondario e terziario.

Il trattamento convenzionale delle acque reflue negli Stati Uniti consiste in tre fasi distinte: primario, secondario e terziario.

- Il trattamento primario prevede la rimozione dei solidi per sedimentazione o flottazione.

- Il trattamento secondario prevede la rimozione della materia organica tramite decomposizione microbica.

- Infine, il trattamento terziario è qualsiasi trattamento aggiuntivo a cui le acque reflue possano dover essere sottoposte se vengono riutilizzate, riciclate o scaricate nell’ambiente.

Dopo che l’effluente primario esce dal trattamento primario, viene introdotto in un bioreattore appositamente progettato in cui la materia organica viene utilizzata da microrganismi come batteri, alghe o funghi per il trattamento delle acque reflue, aerobico o anaerobico.

La scelta del trattamento secondario può dipendere da diversi fattori come la natura delle acque reflue, la domanda chimica e biologica di ossigeno (COD e BOD), il fabbisogno energetico, il tempo di trattamento, l’investimento, i costi di esercizio e di manutenzione, la produzione di fanghi, lo spazio richiesto, la qualità desiderata dell’effluente e la concentrazione microbica. Una configurazione ottimale utilizzerebbe, più spesso che no, una combinazione di queste due tecnologie.

Il trattamento aerobico viene in genere applicato per trattare in modo efficiente acque reflue a basso carico (COD <1000 mg/L) quando il trattamento richiede la presenza di ossigeno. Il trattamento anaerobico, invece, viene in genere applicato per trattare acque reflue con un carico organico più elevato (COD >4000 mg/L).

La portata massica nei processi aerobici/anaerobici

Il trattamento aerobico utilizza ossigeno e biomassa batterica per assimilare la materia organica e altri inquinanti come azoto e fosforo in anidride carbonica, acqua e altra biomassa. Il trattamento anaerobico, invece, come suggerisce il nome, scompone le impurità organiche in assenza di ossigeno per produrre metano, anidride carbonica e altra biomassa. I regolatori e i misuratori di portata massica sono fondamentali per ottenere flussi di aria e di ossigeno rapidi, accurati e stabili in un processo aerobico. I misuratori di portata massica possono essere usati per monitorare flussi rapidi, accurati e stabili di metano e anidride carbonica in un processo anaerobico.

Vantaggi e svantaggi dei processi aerobici e anaerobici

Il trattamento aerobico presenta alcuni vantaggi distinti rispetto al processo di trattamento anaerobico. Tra questi vi sono una riduzione degli odori (dovuta alla mancata produzione di acido solfidrico o metano) e una migliore efficacia nella rimozione dei nutrienti (che agevola lo scarico diretto nelle acque superficiali o la disinfezione). Tuttavia, il trattamento aerobico presenta diversi svantaggi. L’ossigenazione è un processo energivoro che aumenta notevolmente il consumo energetico complessivo e i costi dei servizi ausiliari e di manutenzione di questo processo. I rifiuti solidi che i microbi non sono in grado di digerire spesso sedimentano come biosolidi. Questi biosolidi richiedono uno smaltimento appropriato che si aggiunge ai costi dei servizi ausiliari e di manutenzione.

I processi di trattamento anaerobico delle acque reflue, invece, presentano numerosi vantaggi rispetto ai processi di trattamento aerobico. Il biogas prodotto durante un processo di trattamento anaerobico può essere utilizzato come fonte di energia rinnovabile (gas naturale/metano). Questo produce inoltre pochissimi fanghi, che sono disidratabili e completamente stabilizzati per lo smaltimento. Ciò lo rende meno costoso, semplice e flessibile rispetto alla maggior parte dei processi di trattamento aerobico.

Poiché entrambi i metodi hanno i propri vantaggi e svantaggi, per ottenere un trattamento efficiente delle acque reflue si impiega spesso una combinazione di processi di trattamento anaerobico e aerobico. Le acque reflue destinate al reattore aerobico vengono spesso sottoposte a un pretrattamento in un reattore anaerobico per soddisfare i requisiti standard di scarico delle acque reflue in modo efficiente dal punto di vista energetico e conveniente dal punto di vista dei costi.

Differenze principali tra i processi aerobici e anaerobici

Trattamento aerobico Trattamento anaerobico Applicazione Acque reflue a carico da basso a medio (meno di 1000 ppm) ad es. fognature urbane, acque reflue di raffineria, ecc. Acque reflue a carico da medio ad alto (più di 4000 ppm) ad es. acque reflue dell’industria alimentare e delle bevande Trattamento aerobico Trattamento anaerobico Investimento di capitale Relativamente alto Relativamente basso con ritorno dell’investimento* Trattamento aerobico Trattamento anaerobico Consumo energetico Relativamente alto Relativamente basso Trattamento aerobico Trattamento anaerobico Ingombro Relativamente grande Relativamente piccolo e compatto Trattamento aerobico Trattamento anaerobico Produzione netta di fanghi Relativamente alta Relativamente bassa Trattamento aerobico Trattamento anaerobico Post-trattamento Scarico diretto tipico Richiesto per soddisfare il requisito standard di scarico delle acque reflue Trattamento aerobico Trattamento anaerobico Tecnologie di esempio Processo a fanghi attivi (ASP), filtro percolatore e contattore biologico rotante (RBC) Digestori anaerobici (AD), reattori a serbatoio agitato in continuo (CSTR), reattori discontinui sequenziali (SBR), reattori anaerobici a flusso ascendente con letto di fango (UASB) *Il CH4 generato può essere utilizzato per produrre energia

Conclusione

Negli ultimi decenni, l’uso dei bioreattori nel trattamento delle acque reflue è passato da tecnologia nuova ed esotica a processo standard. Una strategia chiave per l’ottimizzazione di questi sistemi è misurare i gas in ingresso e/o in uscita per comprendere e controllare il processo in modo efficiente. L’uso preciso dei processi di trattamento delle acque reflue aerobici rispetto a quelli anaerobici dipende da fattori propri di ciascun impianto, e la misura della portata massica è essenziale per capire come utilizzare al meglio gli strumenti disponibili per ottenere un regime di trattamento ottimale. Per saperne di più: gli Alicat per il monitoraggio ambientale & la ricerca $