STUDIO di CEPPI BATTERICI PSBIO

UTILIZZATI SU UN IMPIANTO PILOTA

PER IL TRATTAMENTO di

ACQUE REFLUE INQUINATE da ACQUE

di VEGETAZIONE

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UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI ROMA "TOR VERGATA"DIPARTIMENTO DI MEDICINA SPERIMENTALE E SCIENZE BIOCHIMICHE

ABBATTIMENTO DEI FENOLI

CON BATTERI FOTOSINTETICI PSBIO

Parole chiave: batteri foto sintetici, fenoli, COD, acque di vegetazione.

1. Introduzione

1.1 Problemi ambientali derivanti dalle acque reflue

La depurazione delle acque di scarico costituisce uno dei problemi ambientali più

rilevanti. Gran parte dei rifiuti delle attività umane, siano esse domestiche o

produttive, è infatti prodotto in forma acquosa. Questi scarichi liquidi devono essere

depurati dal loro carico inquinante prima di essere riversati nell’ambiente.

Se il liquame è inquinato da sostanze biodegradabili e non sono presenti composti

tossici o inibenti per i microrganismi, il sistema depurativo più conveniente è quello

biologico. Questo consiste nel produrre, in tempi e spazi concentrati, quello che

avviene normalmente in natura, dove le sostanze di rifiuto vengono degradate da

opportuni microrganismi demolitori, che le trasformano in composti minerali che

rientrano a far parte dei cicli naturali essendo assimilabili dagli organismi vegetali.

I depuratori biologici sono quindi essenzialmente impianti in cui si realizza, in vari

modi, il contatto tra liquame da depurare e una grande massa di microorganismi

degradatori. A seconda che i microrganismi lo richiedano o meno, il processo può

svolgersi in presenza o in assenza di ossigeno. Nel primo caso si parla di ossidazione

biologica o degradazione aerobica, nel secondo di fermentazione o degradazione

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anaerobica. Gli impianti di depurazione biologica possono essere costruiti per operare

con uno o con l’altro dei due principi, ma non con entrambi contemporaneamente.

Le strutture reattive sono infatti profondamente diverse. Nel caso di impianti aerobici

si forniscono grandi quantità di aria (o di ossigeno) alle masse biologiche, nel caso

degli impianti anaerobici viceversa queste devono essere protette anche dal contatto

con l’aria atmosferica. I due tipi di impianti hanno applicazioni diverse. I processi

aerobici sono più veloci nel degradare le sostanze, ma più costosi in termini di unità

di inquinamento rimosso, a causa del continuo rifornimento di ossigeno che

richiedono. Viceversa gli impianti anaerobici hanno una complessità maggiore che si

traduce in un maggiore costo iniziale e in una gestione più difficile. L’impianto di

depurazione a fanghi attivi, qui di seguito descritto, fa parte della categoria degli

impianti aerobici. Gli impianti ad ossidazione biologica sono costruiti in molte

tipologie. Le differenze tra l’una e l’altra derivano dalla scelta operata per realizzare

il contatto microrganismi/sostanze da degradare/aria. Le colture batteriche possono

essere fisse (adese) su supporti solidi o mobili (sospese nella massa liquida). Tra le

innumerevoli varianti che sono state proposte nel tempo, due sono quelle che si sono

maggiormente affermate: i percolatori, con massa adesa su supporto fisso (filtri

percolatori) o su supporto mobile (biodischi) e le vasche a fanghi attivi (massa

sospesa).

L’impianto di depurazione a fanghi attivi fa parte della categoria degli impianti

aerobici. Esso è quindi indicato per il trattamento degli scarichi e di tutti quelli a

prevalente componente biodegradabile.

Viene qui di seguito descritto la provenienza e caratteristiche generali dell’ acqua

reflua presa in esame di un industria olearia.

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1.2 Industria olearia

La crescente massa di materiale organico prodotto dall’attività di estrazione olearia

pone pesantemente il problema del loro smaltimento. Lo smaltimento dei

sottoprodotti dell’industria olearia è un problema tipico dei Paesi mediterranei dove,

durante la breve e spesso piovosa stagione della raccolta, vengono prodotti piu’ di 30

milioni di m3 di residui oleari, sia allo stato liquido (acque di vegetazione) che solido

(sanse).

I reflui oleari sono caratterizzati da un alto carico inquinante per la presenza

di complessi organici difficilmente biodegradabili. Se rilasciati nell’ambiente senza

l’adozione di pratiche adeguate possono provocare effetti dannosi all’ecosistema e

alle stesse colture. Proprio per i possibili rischi ambientali legati alla gestione dei

reflui oleari, la legislazione vigente in materia prevede il loro spandimento sui terreni

solo a determinate condizioni e nel rispetto di precisi quantitativi. La normativa

vigente in materia ( L. 574/96, "Nuove norme in materia di utilizzazione agronomica

delle acque di vegetazione e di scarichi dei frantoi oleari") consente infatti lo

spandimento controllato delle acque di vegetazione su terreni adibiti ad usi agricoli.

1.3 Depurazione delle acque di vegetazione

Le acque di vegetazione (AV) rappresentano il sottoprodotto liquido proveniente dal

processo di estrazione dell'olio.

Le AV sono costituite essenzialmente da:

_acqua di costituzione dell’ olive con un modesto residuo d’olio;

_acqua di lavaggio delle olive e degli impianti;

_acque di diluizione delle paste negli impianti continui.

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La depurazione delle AV mediante depuratori biologici a fanghi attivi, a causa

dell’alto contenuto di sostanza organica e dei valori elevati di COD e BOD5 è

possibile solo a seguito di una forte diluizione del refluo con le acque di scarico

urbane e richiede, pertanto, un depuratore adeguatamente dimensionato. Gli altri

sistemi di depurazione, come la concentrazione per evaporazione o per

ultrafiltrazione ed osmosi inversa risultano eccessivamente costosi, sia per

l’investimento che per l’esercizio; inoltre non risolvono il problema, poiché

producono un concentrato comunque da smaltire, con costi ulteriori.

1.4 Composti fenolici

Di tutte le classi di composti costituenti la frazione organica nelle acque di

vegetazione i composti fenolici meritano una trattazione separata, per i numerosi

processi in cui sono coinvolti conferendo con la loro presenza il colore marrone scuro

ai reflui oleari. La peculiarità di alcuni di questi prodotti risiede nella loro lenta

biodegradabilità e nell'azione antimicrobica. Questa ostacola sensibilmente la

biodegradazione delle acque di vegetazione, specialmente per quanto riguarda i

glucidi semplici e complessi, rallentando quindi la naturale riduzione del carico

inquinante dei reflui.

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2. Materiali e metodi

L’impianto per la prova è costruito secondo l’impostazione classica. Il liquame viene

sottoposto quindi nell’ordine alle seguenti fasi depurative: grigliatura ,

sedimentazione primaria (equalizzazione), ossidazione biologica, sedimentazione

secondaria.

Il trattamento terziario non si è effettuato in quanto non necessario ai fini del nostro

studio.

Grigliatura: Il liquame grezzo perviene alla vasca di equalizzazione attraverso una

griglia che trattiene i corpi grossolani galleggianti o sospesi con dimensioni superiori

a 0,5-1 cm.

Equalizzazione :La vasca di equalizzazione funge anche da sedimentatore

grossolano (dissabbiatore). Queste si raccolgono in un pozzetto sul fondo della vasca,

da dove vengono evacuate a mezzo di un’apposita apertura

Ossidazione biologica:Il liquame omogeneizzato viene alimentato alla vasca fanghi

attivi con portata costante. Nella vasca di ossidazione biologica il liquido viene

mescolato con un’alta concentrazione di fanghi biologici sotto condizioni di costante

aerobiosi. In altre parole la miscela fanghi-liquido contiene sempre una

concentrazione di ossigeno disciolto sufficiente per garantire lo svolgimento ottimale

dei processi depurativi di degradazione operati dai microrganismi. La presenza di una

certa quantità di ossigeno disciolto insieme alla alta concentrazione di microrganismi

mantenuta in questa zona permette la massima velocità di rimozione delle sostanze

inquinanti.

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Queste vengono rimosse dal liquido attraverso vari meccanismi, una parte viene

degradata fino a prodotti non inquinanti (anidride carbonica e acqua) e una parte

viene trasformata in composti utili alle cellule viventi e inglobata sotto varie forme

nella massa solida sedimentabile costituita dai fanghi attivi stessi. Il risultato finale è

comunque quello di eliminare le sostanze inquinanti dall’acqua che viene scaricata.

La necessaria concentrazione di ossigeno disciolto viene garantita dall’insufflazione

di una grossa quantità di aria compressa dal fondo della vasca. Questa risalendo alla

superficie attraversa la massa liquida creando un intimo contatto che permette a parte

dell’ossigeno atmosferico in essa contenuto di sciogliersi nell’acqua.

Contemporaneamente il movimento cerato dalle bolle di aria garantisce anche il

mescolamento completo ed uniforme di tutta la miscela acqua-fanghi contenuta nella

vasca, in modo che tutta la massa dei fanghi sia areata e il liquido ben

omogeneizzato.

Sedimentazione secondaria: Dalla fase di ossidazione biologica esce una miscela

acqua-fango che deve essere inviata a un sedimentatore per separare il liquido ormai

privo della maggior parte delle sostanze organiche dalla massa di fango attivo che

deve essere rinviato nella vasca di ossidazione per esplicare la sua azione sul nuovo

liquame inquinato.

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entrata

O2

Fig .1 – Rappresentazione a blocchi dell’ Impianto pilota

a fanghi att

Fig.1

3. Lavoro sperimentale - Procedure operative eseguite

Lo scopo del lavoro è stato quello di verificare se i ceppi contenuti nel PSBIO

(Rhodopseudomonas Palustris) sono in grado di aggredire e/o biodegradare

rapidamente i composti fenolici contenuti nelle acque di vegetazione.

Per verificare il reale abbattimento dei composti fenolici (C6H5OH) sono state

eseguite tre prove:

1) analisi diretta su acqua di vegetazione con un contenuto di batteri pari a 2 gr/mc di

soluzione;

2) analisi diretta su acqua di vegetazione con un contenuto di batteri pari a 3 gr/mc di

soluzione;

3) analisi diretta su acqua pura contenente 60 mg/l di fenoli. Quest’ultima prova è

stata eseguita aggiungendo diversi dosaggi di batteri foto sintetici (3-10 gr mc).

Uscita acqua

Comparto di sedimentazione Comparto di aereazione con fanghi

attivi

Sedimentatore Imhoff

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La prova di abbattimento dei fenoli è stata eseguita utilizzando la seguente procedura:

Fase 0: ( grigliatura), il refluo stato filtrato mediante griglia metallica rimuovendo

parti grossolane;

Fase 1: ( equalizzazione/ sedimentazione primaria).Le acque di vegetazione sono

state immesse nella prima vasca lasciandole decantare per 24h ore;

Fase 2 : (ossidazione biologica). Le acque di vegetazione vengono trasferite nella

seconda vasca contenente il fango attivo. In questa stadio il refluo da depurare è stato

alimentato con vari dosaggi di batteri fotosintetici PSBIO , la miscela viene

ossigenata insufflando aria e posta sotto agitazione per 7 giorni;

Fase 3 : ( sedimentazione secondaria) .La miscela acqua – fango viene inviata al

sedimentatore secondario per separare il liquido dalla massa di fango attivo.

Ulteriore decantazione per 48ore;

Fase 4 : In questa fase sono state eseguite prove di laboratorio delle acque di

vegetazione per quantificare l’’abbattimento degli inquinanti chimici.

Fase 5 : In aggiunta sono state eseguite determinazioni di carica mesofilo-aerobica,

sull’acqua in entrata con un risultato di 109 UFC su 1 ml, la procedura analitica è

stata eseguita sull’acqua in uscita trascorsi 7 giorni con un risultato pari a 106 UFC su

1 ml.

Lo scopo della determinazione ha voluto evidenziare la resistenza dei batteri a

sostanze stressogene.

I parametri ottenuti dall’analisi delle acque di vegetazione delle olive mostrano

caratteristiche particolari dovute alla presenza di composti ad attività biostatica

(C6H5OH, NaCl).

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4. Risultati ottenuti

Nella tabella sottostante sono evidenziate le analisi chimiche dell’acqua di

vegetazione in entrata, e le analisi delle acque in uscita con i diversi dosaggi di

batteri,(2gr/mc–3gr/mc) infine, si registrano le percentuali di abbattimento degli

inquinanti.

Parametri chimici

analizzati

Acqua di vegetazione

in entrata

mg/l

Uscita acqua di

vegetazione 1 prova

Dosaggio (2gr/mc di

batteri) mg/l

Abbattimento %

Uscita acqua di

vegetazione 2 prova

Dosaggio (3gr/mc di

batteri) mg/l

Abbattimento %

pH 5,28 8.15 - 7,90 - Colore Verdastro Marrone scuro - Marrone

-

odore Rancido Olivastro - olivastro - SST 1700 COD 109848 12500 88.6% 11300 89.7% BOD 37878.6 4120 89.1% 3896.0 89.7%

Cloruri 17600 16500 - 17500 - Fenoli 68 56,6 16,6 54 20%

Ammoniaca 170 160 5.88% 155 8.82% Materiali

grossolani Assenti Assenti - assenti -

Floruri 159.0 63 60.3% 21 86.7%

Le analisi sono state eseguite secondo le metodiche ufficiali: COD : richiesta chimica di ossigeno metodo APAT IRSA CNR 29/2003 n 5130 Fenoli: metodo APAT IRSA CNR 29/2003 n 5070 (HPLC con estrazione preliminare liquido solido SPE).La metodica completa è visibile nell’allegato 1.

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5. Prova ulteriore per osservare l’abbattimento dei fenoli

Per vedere il reale abbattimento dei batteri sui fenoli si sono quindi effettuate delle

ulteriori prove utilizzando acqua di fonte a cui sono stati aggiunti fenoli fino ad una

concentrazione finale di circa 75-80 mg/l.

La prova è stata eseguita utilizzando lo stesso impianto pilota e le stesse modalità

delle prove precedenti pero’ utilizzando concentrazioni batteriche diverse ed

esattamente 3 gr/mc di soluzione per una prova e 10 gr/mc per la l’altra.

Le analisi effettuate all’inizio dell’esperimento evidenziavano un contenuto di fenoli

pari a 77,0 mg/l con un inoculo iniziale di 80 ml/mc ed un dosaggio di mantenimento

di 3gr/mc; a fine trattamento il contenuto dei fenoli è pari a 62,0 mg/l con un

abbattimento di circa il 20,0%.

Mentre, mantenendo lo stesso inoculo iniziale di 80 ml/mc, ma con 10gr/mc di

mantenimento giornaliero di batteri, il contenuto di fenoli ottenuto è pari a 60,0 mg/l

con un abbattimento di circa il 22.5%.

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6. Conclusioni

Le prove condotte in condizioni aerobiche hanno mostrato che i microrganismi

utilizzati sono capaci di degradare i Fluoruri ( circa 85%) e abbattere del 90 % il

COD e il BOD migliorando l’odore ed il colore delle acque.

Il ceppo PSBIO, inoltre, è riuscito a degradare i composti fenolici anche se solo del

22,5%, ma ciò potrebbe essere dovuto al tipo di refluo trattato ed ai dosaggi

utilizzati.

Infatti queste acque, pur non contenendo sostanze tossiche, sono considerate acque

reflue con un tasso inquinante fra i più elevati nell'ambito dell'industria agro-

alimentare.

Inoltre la massiccia presenza di cloruro di sodio (NaCl) e fenoli, (C6H5OH), prodotti

notoriamente antibatterici, condizionano in maniera significativa la vita dei

microrganismi.

Pertanto il ceppo batterico PSBIO utilizzato nello studio descritto possiede un’

elevata resistenza a sostanze stressogene e quindi risulta particolarmente adatto ed

efficace per il trattamento di acque reflue in condizioni estreme per il metabolismo

batterico.

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INDICE

Cap 1: Abbattimento dei fenoli mediante batteri foto sintetici PSBIO

Paragrafo 1.1: Problemi ambientali derivanti dalle acque reflue

Paragrafo 1.2: Industria olearia

Paragrafo 1.3: depurazione delle acque di vegetazione

Paragrafo 1.4: Composti fenolici

Cap 2: Materiali e metodi

Cap 3: Lavoro sperimentale -Procedure operative eseguite

Cap 4 : Risultati ottenuti

Cap 5: Prova ulteriore per osservare l’abbattimento dei fenoli

Cap 6 : Conclusioni

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ALLEGATO 1:

Metodica ufficiale utilizzata per la determinazione dei fenoli.