Trattamento reflui e rifiuti di cantina - dbt.univr.it · di CO2 della respirazione batterica. Le operazioni di costruzione e i costi di gestione. Spesso una valutazione economica,

Trattamento reflui e rifiuti dicantina

11/Gennaio/2012Lezione 7

Docente: Francesco Fatone

11/Gennaio/2012Lezione 7

Docente: Francesco Fatone

Elementi di dimensionamento/progettazione di sistemi biologicia fanghi attivi

Esempio di calcoloA- rimozione BOD

I processi biologici, spesso chiamati "trattamenti secondari", sono applicati perla conversione di sostanze organiche particolate o solubili.I processi biologici più comunemente utilizzati e trattati in questa sezione sonoi processi a fanghi attivati.Altri tipi di processi biologici possono essere le lagune aerate, i filtripercolatori, i biodischi.Nel progetto di questo tipo di trattamento biologico devono essere fatteconsiderazioni sui seguenti aspetti:

Selezione del tipo di reattore Criteri di carico Produzione di fanghi Sedimentazione Richiesta e trasferimento di ossigeno Richiesta di nutrienti Controllo degli organismi filamentosi Caratteristiche dell’effluente

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I processi biologici, spesso chiamati "trattamenti secondari", sono applicati perla conversione di sostanze organiche particolate o solubili.I processi biologici più comunemente utilizzati e trattati in questa sezione sonoi processi a fanghi attivati.Altri tipi di processi biologici possono essere le lagune aerate, i filtripercolatori, i biodischi.Nel progetto di questo tipo di trattamento biologico devono essere fatteconsiderazioni sui seguenti aspetti:

Selezione del tipo di reattore Criteri di carico Produzione di fanghi Sedimentazione Richiesta e trasferimento di ossigeno Richiesta di nutrienti Controllo degli organismi filamentosi Caratteristiche dell’effluente

Selezione del tipo di reattoreI fattori operativi che governano la scelta del reattore sono:

• La cinetica di reazione del processo. I due tipi di reattori più comunemente usati sonocompletamente miscelati (CSTR o a flusso continuo) e plug-flow (con flusso a pistone). Èinteressante notare che i tempi di ritenzione idraulica di molti di questi reattori sono circa glistessi. Ciò è dovuto al fatto che la rimozione del substrato particolato e solubile è unareazione approssimativamente di ordine zero rispetto alla concentrazione di substrato e quasidi primo ordine rispetto alla concentrazione di microrganismi.

• La richiesta di trasferimento di ossigeno. In reattori convenzionali plug-flow è stato spessoosservato che non è possibile soddisfare la richiesta di ossigeno nella parte iniziale delreattore. Ciò ha portato allo sviluppo di modifiche come il processo di controllodell’aerazione, il processo step-feed, nel quale il refluo in ingresso è distribuito sullalunghezza del reattore (generalmente su quattro punti) e il processo di miscelazione completa,dove l’aria fornita pareggia o supera la richiesta. E’ questo oggi il processo maggiormenteutilizzato.

• La natura del refluo da trattare. Poiché in un reattore completamente miscelato il refluo èdistribuito uniformemente, appare decisamente più indicato rispetto ad un plug-flow intermini di resistenza a fenomeni di sovraccarico.

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I fattori operativi che governano la scelta del reattore sono:

• La cinetica di reazione del processo. I due tipi di reattori più comunemente usati sonocompletamente miscelati (CSTR o a flusso continuo) e plug-flow (con flusso a pistone). Èinteressante notare che i tempi di ritenzione idraulica di molti di questi reattori sono circa glistessi. Ciò è dovuto al fatto che la rimozione del substrato particolato e solubile è unareazione approssimativamente di ordine zero rispetto alla concentrazione di substrato e quasidi primo ordine rispetto alla concentrazione di microrganismi.

• La richiesta di trasferimento di ossigeno. In reattori convenzionali plug-flow è stato spessoosservato che non è possibile soddisfare la richiesta di ossigeno nella parte iniziale delreattore. Ciò ha portato allo sviluppo di modifiche come il processo di controllodell’aerazione, il processo step-feed, nel quale il refluo in ingresso è distribuito sullalunghezza del reattore (generalmente su quattro punti) e il processo di miscelazione completa,dove l’aria fornita pareggia o supera la richiesta. E’ questo oggi il processo maggiormenteutilizzato.

• La natura del refluo da trattare. Poiché in un reattore completamente miscelato il refluo èdistribuito uniformemente, appare decisamente più indicato rispetto ad un plug-flow intermini di resistenza a fenomeni di sovraccarico.

Le condizioni ambientali locali. Per quanto concerne la temperatura, una variazione diquesto parametro porta a variazioni della velocità di reazione biologica (ad esempio unadiminuzione da 18 a 10°C dimezza circa la velocità di reazione). Quando sono previstesignificative variazioni di temperatura del refluo, deve essere previsto l’utilizzo di più reattori(CSTR o plug-flow) in serie. Il pH a valori acidi può inibire la flora batterica nitrificante efavorire invece i microrganismi filamentosi. Un refluo con bassi valori di alcalinità ha undebole potere tamponante e quindi può favorire l’abbassamento del pH a causa della presenzadi CO2 della respirazione batterica.

Le operazioni di costruzione e i costi di gestione. Spesso una valutazione economica, sia intermini di spese di investimento che di gestione, fa prevalere la scelta del processo ed il pesodel trattamento biologico rispetto a quello fisico o chimico.

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Rispetto dei criteri di caricoI parametri operativi più comunemente utilizzati sono il rapporto alimento/microrganismi (F/M)e il tempo medio di residenza degli organismi (“mean cell residence time”), θc , o età delfango.Il rapporto alimento/microrganismi (d-1) è definito come:

F:M = S0/θX [kgCOD/kgMLVSS die]

Dove: S0 = concentrazione di BOD o COD in ingresso (mg/l)θ = tempo di ritenzione idraulica nella vasca di aerazione (V/Q = d)V = volume della vasca di aerazione (m3)Q = portata in ingresso (m3/d)X = concentrazione di solidi volatili sospesi nella vasca di aerazione (mg/l)

La relazione tra il rapporto F/M e la velocità specifica di utilizzazione del substrato U è:

U = (F/M) x E/100

Dove: E = efficienza del processo (%)S = concentrazione di BOD o COD in uscita (mg/l)

Risulta quindi che U = (S0-S)/θX

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I parametri operativi più comunemente utilizzati sono il rapporto alimento/microrganismi (F/M)e il tempo medio di residenza degli organismi (“mean cell residence time”), θc , o età delfango.Il rapporto alimento/microrganismi (d-1) è definito come:

F:M = S0/θX [kgCOD/kgMLVSS die]

Dove: S0 = concentrazione di BOD o COD in ingresso (mg/l)θ = tempo di ritenzione idraulica nella vasca di aerazione (V/Q = d)V = volume della vasca di aerazione (m3)Q = portata in ingresso (m3/d)X = concentrazione di solidi volatili sospesi nella vasca di aerazione (mg/l)

La relazione tra il rapporto F/M e la velocità specifica di utilizzazione del substrato U è:

U = (F/M) x E/100

Dove: E = efficienza del processo (%)S = concentrazione di BOD o COD in uscita (mg/l)

Risulta quindi che U = (S0-S)/θX

Il tempo medio di residenza degli organismi θc può essere definito in due modi:

Sulla base del volume della vasca di aerazione

Sulla base del volume di tutto il sistema

eeww

rc XQXQ

XV

eeww

tct XQXQ

X

Si raccomanda che il progetto del reattore sia basato sulla prima delle equazioni,sull’assunzione che sostanzialmente tutta la conversione del substrato avvenga nella vasca diaerazione.La seconda equazione può eventualmente essere utilizzata dove notevoli percentuali di solidi (50%e oltre) sono presenti nel sedimentatore e nella zona di ricircolo del fango.In questo caso il calcolo della quantità di fango nel sedimentatore può essere determinata dallamisura dello strato di fango nella vasca e dalla concentrazione di solidi in ricircolo.L’uso della seconda equazione è basato sull’assunzione che il fango biologico passa allarespirazione endogena indifferentemente se il sistema si trova in condizioni aerobiche oanaerobiche.

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Si raccomanda che il progetto del reattore sia basato sulla prima delle equazioni,sull’assunzione che sostanzialmente tutta la conversione del substrato avvenga nella vasca diaerazione.La seconda equazione può eventualmente essere utilizzata dove notevoli percentuali di solidi (50%e oltre) sono presenti nel sedimentatore e nella zona di ricircolo del fango.In questo caso il calcolo della quantità di fango nel sedimentatore può essere determinata dallamisura dello strato di fango nella vasca e dalla concentrazione di solidi in ricircolo.L’uso della seconda equazione è basato sull’assunzione che il fango biologico passa allarespirazione endogena indifferentemente se il sistema si trova in condizioni aerobiche oanaerobiche.

La velocità specifica di utilizzazione del substrato U (F/M moltiplicato per l’efficienza) può essereconsiderata come la misura della velocità alla quale il substrato (BOD) è utilizzato per unità dimassa di organismi e θc come la misura del tempo di residenza medio dei batteri nel sistema.La relazione tra θc e F/M è:

1/ θc = Y(F/M)(E/100) – kd = YU – kd

Dove: Y è il coefficiente di resa degli organismi (kg di organismi prodotti per kg di sostanzaorganica rimossa e kd il coefficiente di decadimento endogeno (tempo-1).

Tipici valori di F/M riportati in letteratura sono compresi tra 0.05 e 1.0 kgCOD/kgMLVSSper giorno mentre è stato verificato sperimentalmente che valori di θc compresi tra 3 e 15 giorni(per la sola rimozione del C) consentono la produzione di un fango con eccellenti caratteristichedi sedimentabilità

Tipicamente i tempi di residenza idraulica nelle vasche di aerazione variano da 4 a 8 ore e oltre.

Il carico organico applicato (Organic Loading Rate, OLR) varia da 0.3 a più di 3 kgBOD5/m3d.

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La velocità specifica di utilizzazione del substrato U (F/M moltiplicato per l’efficienza) può essereconsiderata come la misura della velocità alla quale il substrato (BOD) è utilizzato per unità dimassa di organismi e θc come la misura del tempo di residenza medio dei batteri nel sistema.La relazione tra θc e F/M è:

1/ θc = Y(F/M)(E/100) – kd = YU – kd

Dove: Y è il coefficiente di resa degli organismi (kg di organismi prodotti per kg di sostanzaorganica rimossa e kd il coefficiente di decadimento endogeno (tempo-1).

Tipici valori di F/M riportati in letteratura sono compresi tra 0.05 e 1.0 kgCOD/kgMLVSSper giorno mentre è stato verificato sperimentalmente che valori di θc compresi tra 3 e 15 giorni(per la sola rimozione del C) consentono la produzione di un fango con eccellenti caratteristichedi sedimentabilità

Tipicamente i tempi di residenza idraulica nelle vasche di aerazione variano da 4 a 8 ore e oltre.

Il carico organico applicato (Organic Loading Rate, OLR) varia da 0.3 a più di 3 kgBOD5/m3d.

Produzione di fangoÈ importante conoscere con buona approssimazione la produzione di fango giornaliera poiché è unparametro che influenza l’efficienza depurativa (si pensi alla nitrificazione) ed il progetto delleunità di gestione della linea fanghi necessarie al fine del suo trattamento e smaltimento.La quantità di fango prodotta può essere calcolata dalla seguente equazione:

Px = YobsQ(S0-S)

La resa osservata Yobs è calcolata da:

Yobs = Y/(1+kdθc)

Da questa si evince come, ricadendo Y nell’intervallo 0.4-0.8 kgMLVSS/kgCOD (tipico 0.5kgMLVSS/kgCOD) ed essendo kd pari a 0.05 giorni -1, l’età del fango governi di fatto la resa delprocesso in termini di nuova biomassa prodotta: in particolare, alti valori di età del fango (oltre 15-20 giorni) daranno rese osservate chiaramente inferiori ad Y, con valori tipici di circa 0.1-0.2kgMLVSS/kgCOD.

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È importante conoscere con buona approssimazione la produzione di fango giornaliera poiché è unparametro che influenza l’efficienza depurativa (si pensi alla nitrificazione) ed il progetto delleunità di gestione della linea fanghi necessarie al fine del suo trattamento e smaltimento.La quantità di fango prodotta può essere calcolata dalla seguente equazione:

Px = YobsQ(S0-S)

La resa osservata Yobs è calcolata da:

Yobs = Y/(1+kdθc)

Da questa si evince come, ricadendo Y nell’intervallo 0.4-0.8 kgMLVSS/kgCOD (tipico 0.5kgMLVSS/kgCOD) ed essendo kd pari a 0.05 giorni -1, l’età del fango governi di fatto la resa delprocesso in termini di nuova biomassa prodotta: in particolare, alti valori di età del fango (oltre 15-20 giorni) daranno rese osservate chiaramente inferiori ad Y, con valori tipici di circa 0.1-0.2kgMLVSS/kgCOD.

Richiesta e trasferimento di ossigeno

La richiesta teorica di ossigeno può essere ricavata dal valore di BOD5 del refluo e dalla quantità diorganismi rimossi dal sistema al giorno.Se tutto il BOD è stato convertito ai prodotti finali, la domanda di ossigeno totale verrebbe calcolataconvertendo il BOD5 a BODL usando un appropriato fattore di conversione. È risaputo che unaparte è convertita in nuove cellule successivamente estratte dal sistema (fango di spurgo); quindi, seil BODL delle cellule perdute è sottratto dal totale, il rimanente rappresenta la quantità da fornire alsistema. Nell’equazione successiva il valore di BODL di una mole di cellule è uguale a 1.42 volte laconcentrazione di cellule.

S + O2 + energia → C5H7NO2 + 5CO2 + 2H2O + NH3 + energia

Pertanto la richiesta teorica di ossigeno per la rimozione della sostanza organica carboniosa dalrefluo in un sistema a fanghi attivi può essere calcolata come:

KgO2/d = BODL utilizzato (kg/d) – 1.42 x organismi eliminati dal sistema (kg/d)

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La richiesta teorica di ossigeno può essere ricavata dal valore di BOD5 del refluo e dalla quantità diorganismi rimossi dal sistema al giorno.Se tutto il BOD è stato convertito ai prodotti finali, la domanda di ossigeno totale verrebbe calcolataconvertendo il BOD5 a BODL usando un appropriato fattore di conversione. È risaputo che unaparte è convertita in nuove cellule successivamente estratte dal sistema (fango di spurgo); quindi, seil BODL delle cellule perdute è sottratto dal totale, il rimanente rappresenta la quantità da fornire alsistema. Nell’equazione successiva il valore di BODL di una mole di cellule è uguale a 1.42 volte laconcentrazione di cellule.

S + O2 + energia → C5H7NO2 + 5CO2 + 2H2O + NH3 + energia

Pertanto la richiesta teorica di ossigeno per la rimozione della sostanza organica carboniosa dalrefluo in un sistema a fanghi attivi può essere calcolata come:

KgO2/d = BODL utilizzato (kg/d) – 1.42 x organismi eliminati dal sistema (kg/d)

x

02 P42.1

fSSQO

f = fattore di conversione da BOD5 a BODL

Quando si deve considerare anche la nitrificazione, la richiesta totale di ossigeno può esserecalcolata come somma dei kg di ossigeno necessari alla rimozione della sostanza organica e dei kgdi ossigeno necessari per l’ossidazione dell’ammoniaca a nitrato come segue (4.33 fattorestechiometrico per l’O2 necessario rispetto ad N, al netto della sintesi cellulare):

NNQPfSSQO x

00

2 33.442.1 N0 = TKN influente (mg/l)N = TKN effluente (mg/l)

A questo punto, conosciuta l’efficienza del trasferimento di ossigeno, è possibile determinare laquantità di aria richiesta. In sostanza l’aria fornita al sistema deve:

Soddisfare il carico di BOD del refluo Soddisfare la respirazione endogena degli organismi Consentire un’adeguata miscelazione Mantenere una concentrazione minima di ossigeno disciolto nella vasca di aerazione (1-2 mg/l)

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A questo punto, conosciuta l’efficienza del trasferimento di ossigeno, è possibile determinare laquantità di aria richiesta. In sostanza l’aria fornita al sistema deve:

Soddisfare il carico di BOD del refluo Soddisfare la respirazione endogena degli organismi Consentire un’adeguata miscelazione Mantenere una concentrazione minima di ossigeno disciolto nella vasca di aerazione (1-2 mg/l)

F/M Tipo di diffusore Quantità d’aria da fornire al sistema (m3/kgBOD5 rimosso)

> 0.3Non poroso 30-55

Poroso 24-36

< 0.3 - 75-115

Caratteristiche dell’effluenteIl contenuto di sostanze organiche (solubili e particolate) è il più importante parametro di qualitàdell’effluente.I principali costituenti della parte organica dell’effluente da un processo di trattamento biologicosono i seguenti:

Sostanze organiche solubili biodegradabili Sostanze sfuggite al trattamento biologico Sostanze formate come prodotti intermedi delle trasformazione Componenti cellulari degli organismi

Materiale organico in sospensione Solidi biologici prodotti durante il trattamento sfuggiti alla sedimentazione finale Solidi organici colloidali in ingresso all’impianto sfuggiti al trattamento e alla

separazione Sostanze organiche non biodegradabili

Sostanze originariamente presenti all’ingresso dell’impianto Sottoprodotti della degradazione biologica

In un impianto a fanghi attivi perfettamente funzionante il BOD5 effluente relativo al substratocarbonioso solubile varia da 2 a 10 mg/l, quello relativo al materiale organico in sospensione da 5 a15 mg/l, quello relativo alle sostanze non biodegradabili da 2 a 5 mg/l. Complessivamente, quindiavremo valori medi di BOD5 allo scarico < 30 mg/L.

Lez 7 - trattamento reflui 11

Il contenuto di sostanze organiche (solubili e particolate) è il più importante parametro di qualitàdell’effluente.I principali costituenti della parte organica dell’effluente da un processo di trattamento biologicosono i seguenti:

Sostanze organiche solubili biodegradabili Sostanze sfuggite al trattamento biologico Sostanze formate come prodotti intermedi delle trasformazione Componenti cellulari degli organismi

Materiale organico in sospensione Solidi biologici prodotti durante il trattamento sfuggiti alla sedimentazione finale Solidi organici colloidali in ingresso all’impianto sfuggiti al trattamento e alla

separazione Sostanze organiche non biodegradabili

Sostanze originariamente presenti all’ingresso dell’impianto Sottoprodotti della degradazione biologica

In un impianto a fanghi attivi perfettamente funzionante il BOD5 effluente relativo al substratocarbonioso solubile varia da 2 a 10 mg/l, quello relativo al materiale organico in sospensione da 5 a15 mg/l, quello relativo alle sostanze non biodegradabili da 2 a 5 mg/l. Complessivamente, quindiavremo valori medi di BOD5 allo scarico < 30 mg/L.

Esempio : dimensionamento di un sistema afanghi attivi completamente miscelato

Dimensionare un processo a fanghi attivi completamente miscelato e la relativa sezionedi sedimentazione secondaria per trattare 0.25 m3/s (900 m3/h) di refluo con un livellomedio di BOD5 di 250 mg/l. L’effluente deve avere un BOD5 di 20 mg/l o meno. Siassuma che la temperatura sia di 20°C e che siano valide le seguenti assunzioni:1. La concentrazione di solidi sospesi volatili in ingresso al reattore è trascurabile2. La frazione volatile della biomassa è MLVSS/MLSS in reattore = 80%3. La concentrazione del fango di ricircolo = 10000 mg/l4. La biomassa in vasca è MLVSS = 3500 mg/l5. L’età del fango è θc = 10 d6. I Solidi Sospesi nell’effluente = 22 mg/l (65% del quale è considerabile BOD5)7. Vale il rapporto BOD5 = 0.68 x BODLmentre il rapporto BODL/MLVSS = 1.428. La portata oraria di punta Qp = 2 volte la portata media9. Y pari a 0.5 kgMLVSS/kgCOD e kd pari a 0.06 giorni -1

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Dimensionare un processo a fanghi attivi completamente miscelato e la relativa sezionedi sedimentazione secondaria per trattare 0.25 m3/s (900 m3/h) di refluo con un livellomedio di BOD5 di 250 mg/l. L’effluente deve avere un BOD5 di 20 mg/l o meno. Siassuma che la temperatura sia di 20°C e che siano valide le seguenti assunzioni:1. La concentrazione di solidi sospesi volatili in ingresso al reattore è trascurabile2. La frazione volatile della biomassa è MLVSS/MLSS in reattore = 80%3. La concentrazione del fango di ricircolo = 10000 mg/l4. La biomassa in vasca è MLVSS = 3500 mg/l5. L’età del fango è θc = 10 d6. I Solidi Sospesi nell’effluente = 22 mg/l (65% del quale è considerabile BOD5)7. Vale il rapporto BOD5 = 0.68 x BODLmentre il rapporto BODL/MLVSS = 1.428. La portata oraria di punta Qp = 2 volte la portata media9. Y pari a 0.5 kgMLVSS/kgCOD e kd pari a 0.06 giorni -1

SoluzionePASSO N.1: CALCOLARE IL BOD TOTALE NELL’EFFLUENTELa porzione biodegradabile dei solidi sospesi nell’effluente è:

% solidi degradabili x solidi sospesi nell’effluente = 0.65(22 mg/l) = 14.3 mg/l

PASSO N. 2: CALCOLARE IL BOD5 CHE PUO’ EFFLUIRE DAL TRATTAMENTOIl BOD5 dei solidi sospesi nell’effluente è:

Per rispettare il limite di 20 mg/l allo scarico dovrà essere:BOD5effluente = BOD5solubile in che esce dal trattamento + BOD5solidi sospesi nell’effluente

20 mg/l = S + 14,3 mg/l S = 5,7 mg/l

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PASSO N.1: CALCOLARE IL BOD TOTALE NELL’EFFLUENTELa porzione biodegradabile dei solidi sospesi nell’effluente è:

% solidi degradabili x solidi sospesi nell’effluente = 0.65(22 mg/l) = 14.3 mg/l

PASSO N. 2: CALCOLARE IL BOD5 CHE PUO’ EFFLUIRE DAL TRATTAMENTOIl BOD5 dei solidi sospesi nell’effluente è:

Per rispettare il limite di 20 mg/l allo scarico dovrà essere:BOD5effluente = BOD5solubile in che esce dal trattamento + BOD5solidi sospesi nell’effluente

20 mg/l = S + 14,3 mg/l S = 5,7 mg/l

PASSO N. 3: CALCOLARE L’EFFICIENZA RICHIESTADAL TRATTAMENTOL’efficienza di trattamento sulla base del BOD solubile e totale è, rispettivamente:

E = (S0-S)x100/S0 = (250-5,7)x100/250 = 97,7% E’ = (250-20)x100/250 = 92%PASSO N. 4: CALCOLARE IL VOLUME DEL REATTORE E LA QUANTITA’ DIFANGO DA SPURGAREIl volume del reattore necessario per avere un BOD5effluente = 6.2 mg/l può esseredeterminato tramite le equazioni:

cd

0c

k1SSYX

QVr

14

cd

0c

k1SSYX

QVr

Sostituendo θ e risolvendo si ottiene:

3

3

0 466610106.013500

7,5250)/(50.025.010

1m

ddl

mgXlmgS

lmgSmgSmgX

smd

kXSSQYVcd

cr

La biomassa generata e quindi la quantità di fango da spurgare si determina sullabase di Yobs:

gBODgMLVSSd

d

gSgXkYY

cdobs /312.0

10106.01

)/(5.01

La massa dei solidi volatili (MLVSS) generata è quindi pari a:

dkg

lmg

lmg

dmggSSQYP obsx 16497,525021600)/(3125.0

3

0

Dal momento che parte dei fanghi fugge con l’effluente, la quantità di fango che deveessere effettivamente spurgata è inferiore e precisamente pari a:

Fango da spurgare = MLSS prodotti – SS persi con l’effluente

2061 kg/d – (0.25 m3/s) x 22 mg/l = 1586 kg/d

I solidi prodotti sono pari a MLVSS/0,8 = 1649 kg/d / 0,8 = 2061kg/d (MLSS)

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Dal momento che parte dei fanghi fugge con l’effluente, la quantità di fango che deveessere effettivamente spurgata è inferiore e precisamente pari a:

Fango da spurgare = MLSS prodotti – SS persi con l’effluente

2061 kg/d – (0.25 m3/s) x 22 mg/l = 1586 kg/d

Nel caso in cui lo spurgo del fango venga effettuato dal reattore si assume che Qe = Q eche la concentrazione dei solidi sospesi volatili nell’effluente è pari all’80% dei solidisospesi.

eew

rc XQXQ

XV

8.0l

mg22s

m25.0l

mg3500Q

lmg3500m4694

d10 3

w

3

Qw = 360 m3/dSe lo spurgo è effettuato dal flusso di ricircolo (dove i fanghi sono concentrati a 10000mg/l) si avrà Qw = 126 m3/d.PASSO N. 5: CALCOLO RAPPORTO DI RICIRCOLO E TEMPO DI RESIDENZAIDRAULICOIl rapporto di ricircolo ottimale del sistema si ricava dal bilancio di materia dellabiomassa effettuato sul reattore.

MLVSS reattore (Q + Qr) = MLVSS ricircolo Qr

Il tempo di residenza idraulico per il reattore è:

16

Qw = 360 m3/dSe lo spurgo è effettuato dal flusso di ricircolo (dove i fanghi sono concentrati a 10000mg/l) si avrà Qw = 126 m3/d.PASSO N. 5: CALCOLO RAPPORTO DI RICIRCOLO E TEMPO DI RESIDENZAIDRAULICOIl rapporto di ricircolo ottimale del sistema si ricava dal bilancio di materia dellabiomassa effettuato sul reattore.



78.0QQr

hd

smm

QVr 18.5216.0

25.0

46663

3

QS0 X, Vr,

S

Qe, S,Xe

Qw,X

sedimentatore

Qr, S,Xr

PASSO N.6: VERIFICA DEI CARICHI SPECIFICIIl rapporto F/M è:

kgMLVSSdkgBOD

lmgd

lmg

XSMF 533.0

3500217.0

250/ 0

Il carico organico volumetrico è:

dmkgBOD

msm

lmg

VQSCaricor

35

3

3

0 16,14666

25.0250


dmkgBOD

msm

lmg

VQSCaricor

35

3

3

0 16,14666

25.0250

La verifica sui carichi in relazione al volume di reattore determinato confermala possibilità di operare in queste condizioni essendo i valori determinatipienamente in linea con gli intervalli riportati dai testi tecnici

RICHIESTA DI OSSIGENOA questo punto è necessario calcolare la richiesta di ossigeno sulla base del BODL.(N.B.: sebbene la richiesta di ossigeno per la nitrificazione venga trascurata inquesto esempio, essa dovrebbe essere considerata nella progettazione di sistemi chelavorano a età del fango abbastanza elevate da permettere lo sviluppo del processodi nitrificazione dell’ammoniaca).La quantità di BODL dell’influente che viene convertita nel processo (assumendoche BOD5 = 0.68BODL) è:

La richiesta di ossigeno è:

kgO2/d = BODL utilizzato – 1.42Px = 7760 kg/d – 1.42 x 1649 kg/d = 5418 kg/d

dkgOl

mglmg

sm

SSQBODutilizzatoL

2776068.0

7.525025.0

68.0

3

0


RICHIESTA DI OSSIGENOA questo punto è necessario calcolare la richiesta di ossigeno sulla base del BODL.(N.B.: sebbene la richiesta di ossigeno per la nitrificazione venga trascurata inquesto esempio, essa dovrebbe essere considerata nella progettazione di sistemi chelavorano a età del fango abbastanza elevate da permettere lo sviluppo del processodi nitrificazione dell’ammoniaca).La quantità di BODL dell’influente che viene convertita nel processo (assumendoche BOD5 = 0.68BODL) è:


kgO2/d = BODL utilizzato – 1.42Px = 7760 kg/d – 1.42 x 1649 kg/d = 5418 kg/d

dkgOl

mglmg

sm

SSQBODutilizzatoL

2776068.0

7.525025.0

68.0

3

0

OssigenoIl volume di aria necessario viene calcolato assumendo che l’efficienza di trasferimentodell’ossigeno per il sistema di aerazione utilizzato sia dell’8%. Inoltre si utilizzi uncoefficiente di sicurezza par a 2 per determinare il reale volume di progetto perdimensionare gli aeratori (fabbisogno a massimo carico).La richiesta teorica di aria, tenendo conto che l’aria contiene il 23.2% di ossigeno inpeso è:

( 5418 kg/d)/(23.2%) = 23353 m3/d

La richiesta reale di aria ad un’efficienza di trasferimento dell’8% è:

( 23353 m3/d)/(8%) = 291918 m3/d = 203 m3/min

Richiesta da progetto = c sicurezza x richiesta reale = 2 x 203 m3/min = 406 m3/min



( 5418 kg/d)/(23.2%) = 23353 m3/d


( 23353 m3/d)/(8%) = 291918 m3/d = 203 m3/min

Richiesta da progetto = c sicurezza x richiesta reale = 2 x 203 m3/min = 406 m3/min

La richiesta di aria per unità di refluo è:

Richiesta d’aria reale/Q = ( m3/d)/(0.25 m3/s) = m3/m3

La richiesta d’aria per unità di BOD5 rimosso è:

Richiesta d’aria reale/BOD5 rimosso == (242535 m3/d)/[(250 mg/l – 5.7 mg/l) x 0.25 m3/s] = m3/kgBOD5 rimosso

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Richiesta d’aria reale/Q = ( m3/d)/(0.25 m3/s) = m3/m3

La richiesta d’aria per unità di BOD5 rimosso è:

Richiesta d’aria reale/BOD5 rimosso == (242535 m3/d)/[(250 mg/l – 5.7 mg/l) x 0.25 m3/s] = m3/kgBOD5 rimosso

DIMENSIONAMENTO SEDIMENTATORE SECONDARIODIMENSIONAMENTO SEDIMENTATORE SECONDARIO

ReminderLA SEDIMENTAZIONE SECONDARIA:

progettazione

ReminderLA SEDIMENTAZIONE SECONDARIA:

progettazione

Dimensionamento di un sedimentatore secondariocircolare a flusso radiale

In mancanza di studi sul comportamento gravitazionaledel fango, per il dimensionamento si utilizzaconsiderando il Cis e l’HRT:

• Con il Cis e il Css dimensiono la sezione (scegliendo ilmaggior valore ottenuto);

• Con l’HRT dimensiono il volume.Considerando che l’altezza minima deve essere di 3-3.5

metri per evitare fughe di fiocchi (addizionata di unfranco di sicurezza), si dimensiona la vasca al nettodella parte conica inferiore.

In mancanza di studi sul comportamento gravitazionaledel fango, per il dimensionamento si utilizzaconsiderando il Cis e l’HRT:

• Con il Cis e il Css dimensiono la sezione (scegliendo ilmaggior valore ottenuto);

• Con l’HRT dimensiono il volume.Considerando che l’altezza minima deve essere di 3-3.5

metri per evitare fughe di fiocchi (addizionata di unfranco di sicurezza), si dimensiona la vasca al nettodella parte conica inferiore.

Calcolo e verifica

23

3

2 1500)

*2(6.0

360025.0)(' m

hmm

hs

sm

CisQmA sed

23

3

2 5.787)

*2(5

)8.0/5.3(900)('' m

hmkgMLSS

kgMLSSkgMLVSS

mkgMLVSS

hm

CssMLSSQmA sed

2

3

3

2 5.787)

*2(5

)8.0/5.3(900)('' m

hmkgMLSS

kgMLSSkgMLVSS

mkgMLVSS

hm

CssMLSSQmA sed

L’area di sedimentazione minima sarà di 1500 m2, che comporta raggio di sedimentatori circolaridi circa 22 m. E’ dunque conveniente progettare due sedimentatori con area minima di 750 m2

che corrispondono a due sedimentatori con raggio 15.5 m ognuno.

Esercizio da svolgere entro prossimasettimana

La mia azienda tratta 100 000q di uve all’anno concentrati in ottobre novembre dicembre= 10 000 000 kg/90giorni. La resa in mosto è 70% quindi da queste uve ottengo 7 000000L di vino nei 90 giorni. Da 1L di vino ottengo 2,2L di refluo quindi nei 3 mesi ottengo15 400 000L di refluo15 400 000 L/90 giorni = 15 400 m3/90giorni = 171,1 m3/giorno = 7,1 m3/h

Uve 100.000qResa 0,7Vino 70.000hLVino 7.000m3Vino 70.000hLVino 7.000m3reflui/vino 2,2L/LReflui 15.400m3

COD medio 6gO2/L

CODload_totale 92.400kg

Calcolo potenzialità impianto econcentrazione refluo

COD equalizzato su base annuale (coeff sicurezza 1.2*) 304kgO2/dFcu 0,12kgCOD/AE*dPotenzialità impianto su base annuale 2110AECOD equalizzato su base vendemmia (90 giorni) 1027kgO2/dFcu 0,12kgCOD/AE*dPotenzialità impianto su base vendemmia (90 giorni) 8556AEPotenzialità impianto su base vendemmia (90 giorni) 8556AEConcentrazione refluo 6g/L

* Tiene presente che le acque (di lavaggio, di piazzale) scaricate in periododi non-vendemmia hanno contenuto minimo di COD

Dimensionamento sistema a fanghiattivi ipotizzando S = 125 mg/L

PASSO N. 3: CALCOLARE L’EFFICIENZA RICHIESTADAL TRATTAMENTOL’efficienza di trattamento sulla base del COD è:

E = (S0-S)x100/S0

PASSO N. 4: CALCOLARE IL VOLUME DEL REATTORE E LA QUANTITA’ DI FANGODA SPURGAREIl volume del reattore necessario per avere un COD = 125 mg/l può essere determinato tramitele equazioni:

PASSO N. 4: CALCOLARE IL VOLUME DEL REATTORE E LA QUANTITA’ DI FANGODA SPURGAREIl volume del reattore necessario per avere un COD = 125 mg/l può essere determinato tramitele equazioni:

cd

0c

k1SSYX

QVr

La biomassa generata e quindi la quantità di fango da spurgare si determina sulla base di Yobs:

cdobs k

YY

1

PASSO N. 5: CALCOLO RAPPORTO DI RICIRCOLO E TEMPO DI RESIDENZAIDRAULICOIl rapporto di ricircolo ottimale del sistema si ricava dal bilancio di materia della biomassaeffettuato sul reattore.



QQr

PASSO N. 5: CALCOLO RAPPORTO DI RICIRCOLO E TEMPO DI RESIDENZAIDRAULICOIl rapporto di ricircolo ottimale del sistema si ricava dal bilancio di materia della biomassaeffettuato sul reattore.



QQr

QVr

PASSO N.6: VERIFICA DEI CARICHI SPECIFICIIl rapporto F/M è:

XSMF

0/

Il carico organico volumetrico è:

rVQSCarico 0


rVQSCarico 0

La verifica sui carichi in relazione al volume di reattore determinato confermala possibilità di operare in queste condizioni essendo i valori determinatipienamente in linea con gli intervalli riportati dai testi tecnici

RICHIESTA DI OSSIGENOA questo punto è necessario calcolare la richiesta di ossigeno sulla base del COD(considerato tutto biodegradabile). (N.B.: sebbene la richiesta di ossigeno per lanitrificazione venga trascurata in questo esempio, essa dovrebbe essere consideratanella progettazione di sistemi che lavorano a età del fango abbastanza elevate dapermettere lo sviluppo del processo di nitrificazione dell’ammoniaca).


kgO2/d = COD rimosso – 1.42Px


RICHIESTA DI OSSIGENOA questo punto è necessario calcolare la richiesta di ossigeno sulla base del COD(considerato tutto biodegradabile). (N.B.: sebbene la richiesta di ossigeno per lanitrificazione venga trascurata in questo esempio, essa dovrebbe essere consideratanella progettazione di sistemi che lavorano a età del fango abbastanza elevate dapermettere lo sviluppo del processo di nitrificazione dell’ammoniaca).


kgO2/d = COD rimosso – 1.42Px


(Richiesta ossigeno kgO2/d)/(23.2%) = --- m3/d


(--- m3/d)/(8%) = --- m3/d = --- m3/min

Richiesta da progetto = c sicurezza x richiesta reale = 2 x --- m3/min = --- m3/min



(Richiesta ossigeno kgO2/d)/(23.2%) = --- m3/d


(--- m3/d)/(8%) = --- m3/d = --- m3/min

Richiesta da progetto = c sicurezza x richiesta reale = 2 x --- m3/min = --- m3/min


Richiesta d’aria reale/Q = (--- m3/d)/(--- m3/d) = m3/m3

La richiesta d’aria per unità di COD rimosso è:

Richiesta d’aria reale/COD rimosso == (--- m3/d)/[(6 g/l – 125 mg/l) x --- m3/d] = --- m3/kgCOD rimosso

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Richiesta d’aria reale/Q = (--- m3/d)/(--- m3/d) = m3/m3

La richiesta d’aria per unità di COD rimosso è:

Richiesta d’aria reale/COD rimosso == (--- m3/d)/[(6 g/l – 125 mg/l) x --- m3/d] = --- m3/kgCOD rimosso

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Trattamento reflui e rifiuti di cantina - dbt.univr.it · di CO2 della respirazione batterica. Le operazioni di costruzione e i costi di gestione. Spesso una valutazione economica,