I vantaggi dei processi aerobici e anaerobici combinati nel trattamento secondario

Il trattamento secondario rappresenta il nucleo biologico della moderna gestione delle acque reflue, dove i microrganismi trasformano la materia organica dissolta e sospesa in sottoprodotti innocui o solidi stabili. Per decenni, strutture scelte tra sistemi aerobici o anaerobici basati sui costi energetici, fondazioni di fango e obiettivi di qualità effluenti.

Fondazioni del metabolismo aerobico e anaerobico

Trattamento biologico aerobica

I processi aerobici si basano sull'ossigeno come l'accettatore terminale dell'elettrone. I batteri eterotrofici ossidano il carbonio organico (misurato come BOD5 e COD) a diossido di carbonio e acqua, producendo una nuova biomassa. La reazione è veloce: i sistemi aerobici tipici raggiungono la rimozione 85-95% del BOD a tempi di ritenzione idraulica (HRT) di 4-8 ore di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo di intervallo

Trattamento biologico anaerobico

I gas biocarburanti a base di idrogeno, che possono essere utilizzati per la produzione di gas naturale, sono in grado di produrre un'eccessiva quantità di gas naturale, e quindi di ridurre i residui di CO2.

Vantaggi sinergici dei sistemi combinati

Rimozione di Pollutant potenziato attraverso uno spettro più ampio

La combinazione di aerobica e anaerobica permette di trattare meglio le sue funzioni. L'idrolisi anaerobica rompe i complessi, i composti biodegradabili lentamente (ad esempio, lipidi, proteine, cellulosa) in substrati più semplici che gli eterotrofi aerobici possono rapidamente ossidare.

Riduzione dell'impronta di carbonio e recupero dell'energia

Il consumo energetico dell’energia elettrica è inferiore a quello del gas (contro la riduzione dell’energia) (contro la riduzione dell’energia elettrica)

Riduzione dei fanghi e migliore gestione

La digestione anaerobica stabilizza la biomassa e riduce la massa dei solidi del 40-60% rispetto alla stabilizzazione dell'aerobico. Quando il pretrattamento anaerobico viene applicato a monte, il volume complessivo dei fanghi per dewatering e smaltimento scende sostanzialmente, riducendo i costi di trasporto e le spese di di discarica.

Stabilità del processo sotto carico variabile

Gli impianti di trattamento delle acque reflue devono affrontare fluttuazioni giornaliere e stagionali nel flusso e nella forza. I sistemi anaerobici sono relativamente insensibili ai carichi organici degli ammortizzatori perché i cambiamenti rapidi del buffer dei metanogeni in crescita: possono assorbire picchi transitori senza il crollo immediato o delle prestazioni.

Potenziale di recupero nuziale

Con l'integrazione di reattori di cristallizzazione (ad esempio, sul flusso di rifiuti anaerobici) o tecnologie di anammox a valle, le strutture possono recuperare il fosforo come fertilizzante a lento rilascio e ridurre il carico di azoto che ritorna al processo biologico.

Configurazioni di attuazione

Processo Anaerobico-anossico-aerobico (A2O)

La configurazione A2O pone zone anaerobiche, anoxiche e aerobiche in serie, con riciclo interno dalla zona aerobica anoxica per la denitrificazione.Questo disegno è ampiamente utilizzato per la rimozione biologica dei nutrienti (BNR) e può essere adattato al funzionamento ibrido vedendo la zona anaerobica con un supporto fisso per la conservazione della biomassa.

Pretrattamento anaerobico seguito da lucidatura aerobica

I reattori anaerobici ad alta velocità (UASB, EGSB, bioreattore a membrana anaerobica) trattano prima il flusso principale delle acque reflue, rimuovendo il 60-80% del COD mentre produce biogas. L'efluente passa poi attraverso una fase aerobica (ludge attivato, filtro aggrappante, o bioreattore a membrana) per la rimozione finale di COD, ammoniaca e patogena.

Rivestimento integrato fisso-Film attivato (IFAS) e reattore mobile del biofilm del letto (MBBR)

I sistemi IFAS e MBBR sospndono i vettori di plastica nel reattore aerobico per supportare i biofilm di crescita, aumentando la concentrazione di biomassa e SRT senza aumentare il volume del serbatoio. Se combinato con una zona anaerobica a monte (o un digester anaerobico per il trattamento a valle), ottengono la rimozione e la nitrificazione di COD ad alta velocità in un'impronta compatta.

Reattori di Batch di Sequenziamento con Fasi Anaerobiche

I SBR che operano su un ciclo di decettamento a reattito di riempimento possono incorporare una fase di miscelazione anaerobica prima dell'aerazione. Questo ciclo di progettazione promuove il rilascio e l'assorbimento del fosforo, e se la fase anaerobica è prolungata (2-4 ore), permette che alcune metanogenesi avvengano all'interno del reattore.

Studi di casi reali

Ejby Mølle impianto di trattamento delle acque reflue, Danimarca

Questo impianto di 100.000 PE impiega un reattore UASB per il trattamento primario seguito da un processo di sludge attivato per la nitrificazione-denitrificazione e chiarificazione finale. Biogas dell’UASB e da un digester separato di fanghi genera elettricità e calore, che copre il 90% della domanda energetica dell’impianto.

Seneca impianto di trattamento delle acque reflue, Stati Uniti

Nel 2015 il Seneca WWTP è stato ristrutturato per convertire una laguna aerata esistente in un sistema di trattamento anaerobico-aerobico. Un digester anaerobico tratta i fanghi primari e i rifiuti ispessiti attivati, mentre il flusso principale passa attraverso una configurazione anoxic-aerobica con i vettori IFAS. L'impianto riporta la riduzione del 30% dell'energia aerazione, il 40% dei costi di riduzione del gas

Jamnagar Industrial Effluente Plant, India

Serve un grande complesso petrolchimico e raffinante, questo impianto tratta le acque reflue industriali ad alta resistenza (COD > 5000 mg/L) utilizzando un'opzione aerobica a due stadi seguita da un reattore a biofilm a letto mobile (aerobico). L'UASB rimuove il 75% del COD e produce biogas utilizzati per la generazione di vapore.

Sfide e considerazioni operative

I reattori anaerobici sono sensibili alle basse temperature; sotto i 15°C, la metanoogenesi rallenta notevolmente, riduce la resa dei biogas e l'efficienza del trattamento.

Le direzioni e le tecnologie emergenti

I bioreattori a membrana anaerobica (AnMBR) eliminano la necessità di chiarificare separatamente, producendo un effluente aerobico privo di solidi che può essere trattato direttamente in un MBR aerobico a valle per un riutilizzo di alta qualità.

Conclusioni

L'integrazione dei processi biologici anaerobici nell'ambito del trattamento delle acque reflue secondarie offre vantaggi misurabili: una maggiore rimozione degli inquinanti, un sostanziale recupero dell'energia, un ridotto volume di fanghi, una maggiore stabilità dei processi e nuove opportunità di recupero delle risorse.