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Analisi di un impianto MBR a cicli alternati anossico/aerobico

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Indice Ringraziamenti 1 Introduzione 18 1 I bioreattori a membrana 23 1.1 Descrizione del processo MBR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.2 La classificazione delle membrane . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.2.1 Microfiltrazione (MF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.2.2 Ultrafiltrazione (UF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.2.3 Nanofiltrazione (NF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.2.4 Osmosi inversa (RO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.3 Caratteristiche costruttive delle membrane . . . . . . . . . . . . . 33 1.3.1 Configurazione delle membrane . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.3.2 Tipologia di membrane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1.3.2.1 Membrane piane con supporto (FS) . . . . . . . 39 1.3.2.2 Membrane a fibre cave (HS) . . . . . . . . . . . 40 1.3.2.3 Membrane multi-tubolari (MT) . . . . . . . . . 42 1.3.2.4 Mambrane a tubi capillari (CT) e a cartuccia filtrante pieghettata (FC) . . . . . . . . . . . . . 43 1.3.2.5 Membrana a spirale avvolta (SW) . . . . . . . . 44 1.4 Idraulica dei reattori MBR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3 4 INDICE 1.5 Le comunità microbiche dei sistemi MBR . . . . . . . . . . . . . 49 1.5.1 Attività della comunità microbica. . . . . . . . . . . . . . 50 1.5.1.1 Batteri nitrificanti . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 1.5.1.2 Batteri filamentosi e schiume nei sistemi MBR . 53 1.6 Il fouling negli MBR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 1.6.1 Sostanze polimeriche extracellulari (EPS) . . . . . . . . . 59 1.7 Vantaggi e svantaggi dei sistemi MBR . . . . . . . . . . . . . . . 67 2 Impianti convenzionali e a cicli alternati 71 2.1 Introduzione sui cicli alternati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 2.2 Rimozione biologica dei nutrienti . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.2.1 Nitrificazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.2.2 Denitrificazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 2.3 Fasi biologiche nel processo a cicli alternati . . . . . . . . . . . . 77 2.3.1 Metodi indiretti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 2.3.1.1 Potenziale redox e ossigeno disciolto . . . . . . . 77 2.3.1.2 pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 2.3.2 Metodi diretti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 2.3.2.1 Monitoraggio dei parametri azotati . . . . . . . 81 2.3.3 Calcolo della durata del ciclo . . . . . . . . . . . . . . . . 83 2.3.4 Parametri operativi di un processo a cicli alternati . . . . 85 2.3.4.1 Durata del ciclo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 2.3.4.2 Frazione aerata . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 2.3.4.3 Tempo di detenzione idraulica (HRT) . . . . . . 86 2.3.4.4 Tempo di ritenzione cellulare (SRT) . . . . . . . 87 2.3.4.5 Disponibilità di substrato carbonioso . . . . . . 88 2.3.4.6 Concentrazione di ossigeno disciolto . . . . . . . 88 2.4 Impianti convenzionali a fanghi attivi . . . . . . . . . . . . . . . 89 2.4.1 Il processo a fanghi attivi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2.4.2 Configurazione impiantistiche per la rimozione dei nutrienti 91 2.4.2.1 Nitrificazione biologica . . . . . . . . . . . . . . 91 INDICE 5 2.4.2.2 Denitrificazione biologica . . . . . . . . . . . . . 92 3 Stato dell’arte dei bioreattori a membrana 97 3.1 Impianti MBR con schema classico . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 3.1.1 Rimozione del substrato carbonioso . . . . . . . . . . . . 98 3.1.2 Rimozione dei composti azotati . . . . . . . . . . . . . . . 103 3.2 Impianti MBR a cicli alternati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 3.2.1 Rimozione del substrato carbonioso . . . . . . . . . . . . 106 3.2.2 Rimozione dei composti azotati . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.2.3 Influenza dei cicli alternati sul fouling . . . . . . . . . . . 112 3.2.4 Costi di un impianto MBR a cicli alternati . . . . . . . . 114 3.2.5 Vantaggi e svantaggi di un processo MBR a cicli alternati 115 4 Campagna sperimentale I: materiali e metodi 117 4.1 Introduzione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 4.2 Descrizione dell’impianto pilota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 4.2.1 Unità di equalizzazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 4.2.2 Bioreattore a cicli alternati . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 4.2.3 Comparto membrane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 4.2.4 Deossigenatore (ODR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 4.2.5 Componenti del sistema di filtrazione su membrane . . . . 124 4.2.5.1 Pannello di controllo . . . . . . . . . . . . . . . . 124 4.2.5.2 Moduli di membrane ZeeWeed 10 . . . . . . . . 126 4.2.5.3 Pompa FMI Lab Pump . . . . . . . . . . . . . . 128 4.2.5.4 Serbatoio di accumulo del permeato . . . . . . . 129 4.2.6 Strumentazione di processo . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 4.2.6.1 Pompe e agitatori . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 4.2.6.2 Fornitura d’aria . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 4.2.6.3 PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 4.2.6.4 Misuratore di portata . . . . . . . . . . . . . . . 131 4.2.7 Strumentazione per il controllo on-line dei parametri di processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 6 INDICE 4.2.7.1 ViSolid®700 IQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 4.2.7.2 FDO®700 IQ (SW) . . . . . . . . . . . . . . . . 135 4.2.7.3 SensoLyt®700 IQ . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 4.2.7.4 VARiON® plus 700 IQ . . . . . . . . . . . . . . . 136 4.2.7.5 Ammolyt® plus 700 IQ . . . . . . . . . . . . . . . 136 4.3 Analisi di laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 4.3.1 Analisi chimiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 4.3.1.1 Domanda chimica di ossigeno (COD) . . . . . . 139 4.3.1.2 Determinazione della frazione solubile del COD. 140 4.3.1.3 Domanda biochimica di ossigeno (BOD 5 )....1 4 0 4.3.1.4 Test dell’ammonio (NH 4 -N) . . . . . . . . . . . . 142 4.3.1.5 Test dei nitriti (NO 2 -N) . . . . . . . . . . . . . 143 4.3.1.6 Test dei nitrati (NO 3 -N) . . . . . . . . . . . . . 144 4.3.1.7 Test degli Ortofosfati (PO 4 -P) . . . . . . . . . . 145 4.3.2 Analisi fisiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 4.3.2.1 Determinazione dei solidi sospesi totali (SST) . . 146 4.3.2.2 Determinazione dei solidi sospesi volatili (SSV) . 148 5 Campagna sperimentale II: materiali e metodi 151 5.1 Introduzione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 5.2 Descrizione dell’impianto pilota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 5.2.1 Serbatorio di alimentazione . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 5.2.2 Reattore biologico Denitro-Nitro . . . . . . . . . . . . . . 156 5.2.3 Reattore biologico a cicli alternati . . . . . . . . . . . . . 157 5.2.4 Comparto membrana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 5.2.5 Deossigenatore (ODR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 5.2.6 Accumulo permeato (CIP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 5.2.7 Strumentazione di processo . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 5.2.7.1 Pompe e agitatori . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 5.2.7.2 Fornitura d’aria . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 5.2.7.3 PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 INDICE 7 5.3 Analisi di laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 5.3.1 Test dell’ammonio (NH 4 -N) . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 5.3.2 Test dei nitrati (NO 3 -N) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 5.3.3 Estrazione e lettura delle EPS e degli SMP . . . . . . . . 164 5.3.3.1 Determinazione delle proteine (metodo di Lowry)167 5.3.3.2 Determinazionedeicarboidrati(metododell’An- trone) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 6 Analisi dei risultati 171 6.1 Analisi della prima campagna sperimentale . . . . . . . . . . . . 171 6.1.1 Caratteristiche del refluo influente . . . . . . . . . . . . . 172 6.1.2 Caratteristiche del mixed liquor . . . . . . . . . . . . . . . 177 6.1.2.1 Contenuto di solidi sospesi totali e solidi sospesi volatili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 6.1.2.2 Carico del fango . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 6.1.3 Rendimenti depurativi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 6.1.3.1 Rimozione della sostanza organica . . . . . . . . 183 6.1.3.2 Rimozione dei solidi sospesi totali . . . . . . . . 187 6.1.3.3 Rimozione dell’azoto . . . . . . . . . . . . . . . . 188 6.1.4 Valutazione del processo mediante l’analisi dei segnali ri- levati on-line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 6.2 Analisi della seconda campagna sperimentale . . . . . . . . . . . 195 6.2.1 Caratterizzazione del refluo sintetico . . . . . . . . . . . . 196 6.2.2 Caratterizzazione del mixed liquor . . . . . . . . . . . . . 197 6.2.2.1 Contenutodeisolidisospesitotaliesolidisospesi volatili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 6.2.2.2 Carico del fango . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 6.2.3 Rendimenti di rimozione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 6.2.3.1 Rimozione della sostanza organica . . . . . . . . 202 6.2.3.2 Rimozione dell’azoto . . . . . . . . . . . . . . . . 206 6.3 Analisi dei polimeri extracellulari . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 8 INDICE Conclusioni 218 Bibliografia 223
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Analisi di un impianto MBR a cicli alternati anossico/aerobico

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Informazioni tesi

  Autore: Benedetto Mirko D'Antoni
  Tipo: Tesi di Laurea Magistrale
  Anno: 2012-13
  Università: Università degli Studi di Palermo
  Facoltà: Scuola di Ingegneria Aerospaziale
  Corso: Ingegneria per l'Ambiente e il Territorio
  Relatore: Michele Torregrossa
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 240

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Parole chiave

denitrificazione
nitrificazione
bioreattori a membrana
eps
cicli alternati

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