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

I processi di aerazione per il trattamento delle acque reflue utilizzano l'ossigeno per favorire un processo biologico naturale. Esiste una varietà di processi di aerazione disponibili sul sito per le aziende e i comuni che devono trattare le acque reflue, sia per lo smaltimento che per il riutilizzo. Questo articolo analizza in modo approfondito cinque metodi standard di aerazione: processo a fanghi attivi (ASP), reattore batch sequenziale (SBR), bioreattore batch sequenziale (SBBR), bioreattore a membrana (MBR) e reattore a biofilm a letto mobile (MBBR). Un confronto diretto aiuterà a spiegare il funzionamento di ciascuno di questi metodi.

Ognuno di questi processi offre vantaggi e svantaggi, che analizzeremo. L'MBBR sfrutta i punti di forza dei processi di aerazione e offre vantaggi unici che lo distinguono da altri processi di aerazione. Gli MBBR consentono di trattare efficacemente le acque reflue per i contaminanti organici, di realizzare la nitrificazione e la denitrificazione e di farlo con un livello di efficienza impressionante.

Il processo di aerazione più comunemente utilizzato per il trattamento delle acque reflue è il processo a fanghi attivi (ASP). I ricercatori hanno sviluppato il concetto di ASP poco più di un secolo fa, e molti 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 floc per separare i fanghi dall'acqua.

Con l'ASP, l'affluente entra in una vasca di aerazione, iniettandovi ossigeno. L'ossigeno supplementare consente ai microrganismi di moltiplicarsi e crescere per decomporre i rifiuti organici presenti nell'acqua. L'acqua passa quindi a un serbatoio di decantazione, noto anche come chiarificatore. A questo punto, i microrganismi si depositano sul fondo della vasca. Questi microrganismi sono chiamati anche fiocchi biologici o coltre di fango. Quando i fanghi si depositano, l'acqua rimanente è più pulita.

Il 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 prosegue, la quantità di microrganismi nella vasca aumenta, consentendo un trattamento più efficiente, a condizione che sia disponibile ossigeno in abbondanza per alimentare i microrganismi.

I fanghi attivi sono da tempo un metodo popolare perché offrono alcuni vantaggi. ASP è:

• Un metodo di trattamento complessivamente affidabile
• Più familiare per molti operatori rispetto ai processi innovativi come gli MBBR
• Abbastanza flessibile da gestire diversi tipi di carico

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

• La qualità degli effluenti prodotti è alquanto incostante
• Occupa più spazio di alcuni sistemi
• Richiede molto lavoro per funzionare

Un sistema di aerazione con reattore batch sequenziale (SBR) è simile a un processo a fanghi attivi. La differenza fondamentale è che questo sistema utilizza un unico serbatoio per tutte le fasi del trattamento, invece di utilizzare apparecchiature diverse per ogni fase del processo. Come suggerisce il termine "sequenziamento", l'SBR utilizza il tempo, piuttosto che lo spazio, per raggiungere gli obiettivi di trattamento delle acque reflue. Questo tipo di sistema è nato nel 1914, secondo l'Environmental Protection Agency (EPA). I reattori batch sequenziali sono ancora oggi di uso comune.

Il progetto del sistema SBR utilizza una sequenza accuratamente temporizzata per realizzare sottoprocessi come l'equalizzazione, l'aerazione e la sedimentazione nello stesso serbatoio. Lo fa attraverso un ciclo prestabilito che in genere consiste in cinque fasi. Per prima cosa, nel processo SBR, l'operatore riempie il serbatoio con l'affluente. Successivamente, l'aerazione e i microrganismi iniziano a favorire una reazione biologica. Al termine di questa fase, avviene la chiarificazione, cioè il fango inizia a sedimentare. In genere, questo processo avviene in un serbatoio diverso, ma con l'SBR avviene nello stesso serbatoio che funge da reattore per il processo biologico.

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

Come molti altri tipi di processi di aerazione, l'SBR è spesso parte di un quadro più ampio per il trattamento delle acque reflue. Altre fasi, come la rimozione della graniglia, possono precedere e altre ancora, 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.

I vantaggi dell'utilizzo dell'SBR comprendono:

• Si adatta a diversi volumi di afflusso
• Funziona con i 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 una maggiore manutenzione rispetto ai sistemi convenzionali
• È soggetto a problemi come lo scarico dei fanghi nei momenti sbagliati e l'intasamento del dispositivo di aerazione

Il processo SBBR assomiglia molto all'SBR, poiché ne è una variante. La differenza principale è che l'SBBR include una componente di crescita in sospensione. Quindi, invece di usare la sola aerazione per facilitare una reazione biologica, i materiali di supporto, come i supporti in plastica, vengono mescolati nella vasca. Il tipo di materiale di supporto migliore da utilizzare dipende dai tipi di contaminanti biologici presenti nelle acque reflue e dagli obiettivi di trattamento. Il biofilm cresce sul materiale di supporto e i microrganismi decompongono i rifiuti presenti nell'acqua.

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

Uno studio ha analizzato le capacità di un SBBR con un sistema di controllo intelligente e ha scoperto che, rispetto all'SBR, è in grado di ridurre l'HRT e migliorare le prestazioni nella rimozione della domanda chimica di ossigeno. Uno dei motivi per cui l'SBBR è più efficiente dell'SBR è che può rimuovere contemporaneamente fosforo e azoto.

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

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

Gli svantaggi dell'SBBR sono che:

• È un sistema costoso
• Non è in grado di rimuovere tutti i solidi sospesi
• È soggetto ad alcuni degli stessi problemi dell'SBR

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. In genere, la membrana è una microfiltrazione a bassa pressione o un'ultrafiltrazione e la fase di crescita in sospensione 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 delle navi. Fin dai suoi esordi, la tecnologia MBR è diventata un'opzione popolare per il trattamento delle acque reflue di tutti i tipi.

La prima parte dell'MBR tende ad assomigliare esattamente a un processo standard a fanghi attivi. Tuttavia, invece di passare a un serbatoio di decantazione dopo 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 determina il tipo di membrana semipermeabile da utilizzare. Le membrane con minuscoli 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 funzionamento del reattore biologico e delle fasi a membrana. Un modello è quello interno, o sommerso, in cui la membrana fa parte del reattore biologico e viene immersa nelle acque reflue. L'altro modello è quello esterno, spesso chiamato sidestream, in cui 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 diverso a seconda delle esigenze di filtrazione di un particolare comune o azienda. Alcuni sistemi MBR includono molti sottosistemi separati che lavorano per rimuovere tutti i contaminanti.

I bioreattori a membrana offrono alcuni vantaggi, tra cui il fatto che:

• Produrre efficacemente effluenti di alta qualità
• Hanno un ingombro pari alla metà di quello dei processi standard a fanghi attivi
• Producono meno fanghi, e questi fanghi contengono meno acqua rispetto ad altri processi

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

• Comporta costi operativi più elevati rispetto a molti altri sistemi
• Necessità di pulizia della membrana
• Può richiedere l'impiego di ulteriori sostanze chimiche nel processo

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

In un processo MBBR, l'acqua in ingresso entra in un serbatoio di aerazione, chiamato anche reattore, pieno di migliaia di pezzetti di plastica chiamati supporti o media. Questi supporti massimizzano la superficie di crescita dei microrganismi e hanno una densità simile a quella dell'acqua, per cui si mescolano bene in tutta la vasca.

Una griglia di aerazione aiuta inoltre la miscelazione del materiale nella vasca e fornisce un apporto continuo di ossigeno. Come per altri processi di aerazione, l'ossigeno aggiuntivo nella vasca alimenta i microrganismi in modo che possano lavorare efficacemente sulla materia organica dell'acqua. Un setaccio a rete mantiene i materiali all'interno della vasca per evitare che fuoriescano.

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

L'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 dell'MBBR sono:

• Occupa uno spazio ridotto, poiché utilizza un solo serbatoio e massimizza la superficie attraverso i supporti
• È un processo a bassa manutenzione che non richiede attività come il controlavaggio o la pulizia delle membrane
• Resiste efficacemente al carico d'urto e può rispondere alle variazioni dell'afflusso
• È eccezionalmente efficiente, con un basso HRT di circa tre o quattro ore per la richiesta biochimica di ossigeno e la rimozione dell'azoto

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

• Richiede un monitoraggio continuo, anche se l'intervento è minimo
• Può attirare gli insetti con modelli di sistemi specifici non progettati per tenerli lontani

I processi di aerazione per il trattamento delle acque reflue sfruttano i processi naturali per creare effluenti più puliti. Tuttavia, non tutti i processi di aerazione sono uguali. Ogni processo presenta vantaggi e svantaggi distinti. Chiunque debba scegliere il metodo di trattamento migliore per il proprio impianto può prendere in considerazione la tecnologia dei reattori a biofilm a letto mobile.

L'MBBR offre più vantaggi di altri sistemi e presenta svantaggi minimi. Per saperne di più sugli MBBR, prendetevi un po' di tempo per guardare il sito 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 sicuro e responsabile o per il riciclo nei processi industriali o in un sistema fognario.

Non esistono due aziende uguali quando si tratta di trattamento delle acque reflue, per questo SSI personalizza ogni MBBR EEVolved in base alle esigenze specifiche dei clienti. Richiedete un preventivo a SSI per verificare se EEVolved MBBR può essere adatto. Contattare SSI per qualsiasi altra domanda. Gli esperti rappresentanti 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.