Processo a fanghi attivi
Trattamento di tipo aerobico condotto mediante una più o meno prolungata aerazione della miscela presente nel reattore biologico, la biomassa è mantenuta sospesa, in forma di fiocchi rimossi dal liquido per sedimentazione.
- Origini: Ardern e Lockett, 1914, Inghilterra
- Motivo del nome: si utilizza la produzione di una biomassa “attiva”
SCHEMA TIPO DEL PROCESSO
I reflui sono immessi in un reattore contenente colture di batteri mantenuti in sospensione in condizioni aerobiche.
Nel reattore l’aerazione e la miscelazione sono assicurate da mezzi artificiali.
Le condizioni idrodinamiche nel reattore sono prossime a quelle di completa miscelazione.
I microrganismi presenti nelle vasche di aerazione si aggregano in colonie (fiocchi), costituiti da batteri fiocco-formatori e filamentosi (scheletro).
Il substrato organico viene rimosso per effetto di due diversi processi:
- Assimilazione delle sostanze organiche disciolte per il metabolismo delle biomasse;
- Agglomerazione dei solidi sospesi all’interno dei fiocchi (bioflocculazione);
I fiocchi così formati (costituiti da substrato sospeso e biomassa) sono rimossi nella sedimentazione finale.
Dall’unità di sedimentazione, il liquame chiarificato (depurato) viene scaricato, mentre i microrganismi sedimentati (fango) sono in parte ricircolati nel reattore biologico al fine di mantenere alta la concentrazione di biomassa attiva (fango di ricircolo) e in parte avviati alla linea fanghi (fango di supero).
N.B.: poiché nella vasca di aerazione vengono prodotti continuamente nuovi microrganismi, se tutto il fango attivo venisse ricircolato, aumenterebbe indefinitamente la sua concentrazione: occorre pertanto che parte dei fanghi sedimentati venga estratto dal sistema e avviato alla linea fanghi.
Va osservato che non si fa mai riferimento alla concentrazione batterica vera e propria, ma si ricorre ad una misura indiretta, ed in particolare a quella dei solidi sospesi volatili (oppure dei solidi sospesi totali, assumendo che ci sia un rapporto costante tra i SSV ed i SST, per i reflui urbani generalmente pari a 0,7).
PROCESSO A FANGHI ATTIVI- SINTESI IPOTESI DI BASE
- Le reazioni biologiche avvengono solo nella vasca di aerazione, dove si ha il passaggio da SO a Se
- Quindi Se non è modificato dalla sedimentazione (cioè Se ~= BOD solubile)
- Il BOD sedimentabile si ipotizza così tutto intrappolato nei fanghi
- Ipotesi: substrato BOD
- Ipotesi: biomassa SSV
- Biomassa = 70% SST
Processo a f.a.: dimensionamento razionale del reattore biologico
Dal bilancio del substrato per il reattore si ricava la concentrazione della biomassa in vasca:
ma è
da cui
sostituendo m in (1) ed esplicitando t = V/q
Il valore di J può essere ricavato con l’espressione:
Procedura di dimensionamento del reattore:
- valutazione (anche sperimentale) delle costanti cinetiche Ks, Kd, Y e
- fissato il valore Se per il BOD del refluo trattato, si ricava il valore di J
- nota la portata e la concentrazione So del BOD nel refluo alimentato, si ricava V.
Processo a f.a.: dimensionamento empirico del reattore biologico
Difficoltà di applicare il criterio razionale di dimensionamento:
- Necessità di valutare le costanti cinetiche
- Vasta esperienza maturata nel trattamento delle acque di rifiuto domestiche ⇒ studio impianti esistenti
- Formulazione di criteri empirici
- Attenzione alle situazioni anomale (T, So, quota, etc.)
Definizione: CARICO DEL FANGO CF
Quantità di sostanza organica biodegradabile che nell’unità di tempo e messa a disposizione di una quantità unitaria di batteri.
"carico organico"
Processo a f.a.: dimensionamento empirico del reattore biologico
Legame tra CF e le costanti cinetiche
bilancio di substrato nel reattore biologico: q(So-Se ) =V dSdt= V x v
dividendo per qSo
h=hb rendimento del trattamento biologico:
Legame tra CF e rendimento h del trattamento biologico:
CF bassi:
a)scarsa disponibilità di substrato per la biomassa h elevato;
b)utilizzazione completa del substrato da parte della biomassa;
c)piccole quantità di fango di supero.
CF medi:
cresce il fango di supero h elevato
CF alt: substrato > esigenze batteri; parte della sostanza organica; viene scaricata → h basso
Criterio teorico: C<= 0,5 in modo da ottenere valori di h ≈ 90 %
Criterio prudenziale: CF <= 0,3 in modo da ottenere valori di h ≈ 90 % nell’arco dell’intera giornata (anche per Q=Qmaxn, in corrispondenza della quale il carico organico quasi raddoppia).
Caratteristiche di sedimentabilità del fango
Si ottiene come rapporto tra:
