una nuova tecnologia per il trattamento delle acque

Italian National Research Council
Water Research Institute
SBBGR:
SBBGR: Una
Una nuova
nuova tecnologia
tecnologia per
per ilil
trattamento
trattamento delle
delle acque
acque di
di scarico
scarico
Claudio Di Iaconi
Istituto di Ricerca sulle Acque – CNR
Processi avanzati per il trattamento delle acque reflue, ARPA Puglia , Bari, 19 Ottobre 2010
PRINCIPALI PROBLEMATICHE DELLE TECNOLOGIE
CONVENZIONALI A FANGHI ATTIVI
sediment. primar.
unità biologica
sediment. second.
eff.
inf.
fango
fango
¾ basse velocità di sedimentazione (< 1 m/h)
¾ basse concentrazioni di biomassa (4 kg/m3 )
¾ basse capacità di trattamento (<1 kgCOD/m3d)
¾ elevata richiesta di superficie
¾ elevata produzione di fango (0,5 kgfango/kgCODrimosso)
PRINCIPALI PROBLEMATICHE DELLE
TECNOLOGIE CONVENZIONALI A FANGHI ATTIVI
Reflui industriali
sedim. prim.
unità biologica
sedim. sec.
unità aff.
sedim. terz.
inf.
eff.
fango
fango
fango
In aggiunta alle problematiche del trattamento dei reflui urbani:
¾ maggiore produzione di fango (anche chimico);
¾ elevati costi operativi (utilizzo di reattivi chimici);
LA TECNOLOGIA SBBGR
(Sequencing Batch Biofilter Granular Reactor)
¾ elevate concentrazioni di biomassa (fino a 50 kg/m3);
¾ elevate capacità di trattamento (fino 4 kg COD/m3d);
¾ basso foot-print;
¾ bassa produzione di fango (< 0,1 kg/kg COD);
¾ possibilità di integrare la degradazione biologica con
l’ossidazione chimica per il trattamento di scarichi
recalcitranti
SBBGR: low foot-print system
Depuratore convenzionale
sed. prim. unità biol.
sed. second.
unità tratt. fanghi
Depuratore basato su SBBGR
sed. prim.
SBBGR
unità tratt. fanghi
IL SISTEMA SBBGR
(Sequencing
Sistema
SBBGRBatch Biofilter Granular Reactor)
fango
(dal lavaggio)
aria
ricircolo
pressostato
effluente
aria (per
lavaggio)
influente
5/20
Perdita di carico (cm
Profilo della perdita di carico nel tempo
600
LAVAGGIO )
LAVAGGIO
LAVAGGIO
400
200
0
190
195
200
Tempo (giorni)
205
210
BIOMASSA
BIOMASSA GRANULARE
GRANULARE NEL
NEL SISTEMA
SISTEMA SBBGR
SBBGR
1 cm
GRANULAR
GRANULAR BIOMASS
BIOMASS IN
IN AA SBBGR
SBBGR
1 cm
1 cm
Biomassa granulare
Fanghi attivi
FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA SBBGR
Le tecnologie di trattamento convenzionali (ad es., fanghi
attivi) sono sistemi “space-oriented”: le varie fasi del
trattamento (rimozione carbonio, rimozione azoto, rimozione
fosforo, sedimentazione) avvengono contemporaneamente in
unità diverse.
inf
AN AX
AE
SS
aria
eff
fango
La tecnologia SBBGR é un sistema “time-oriented” (o
periodico): le fasi del processo si susseguono nella stessa
unità con sequenza temporale
inf
SBBR
fango
eff
FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA SBBGR
scarico
carico
influente
aria
reazione
effluente
APPLICAZIONE DELLA TECNOLOGIA SBBGR PER IL
TRATTAMENTO DEI REFLUI MUNICIPALI
Prestazioni ad HRT di 6 h
COD
SST
TKN N-NOx
Inf. (mg/L)
380
118
45
-
Eff. (mg/L)
50
21
9
3
Eff. di rim. (%)
87
82
80
92
produzione di fango < 0.1 kg fango secco/kg COD rimosso
DISTRIBUZIONE
DISTRIBUZIONE DEI
DEI BATTERI
BATTERI
NITRIFICANTI
NITRIFICANTI NEL
NEL LETTO
LETTO
Ammonia-oxidisers
Nitrite-oxidisers
% Ntspa662-Nsr1156/EUBmix
%
Nso1225-Nso190/EUBmix
5
10
15
20
20
BBed
e d hheight
e ig h t
00
DAPI
DISTRIBUZIONE
DISTRIBUZIONE DEI
DEI BATTERI
BATTERI
NITRIFICANTI
NITRIFICANTI NEL
NEL GRANULO
GRANULO
Ammonia-oxidizer
Nitrite-oxidizer
015
0µ
15
m
0
-3
00
µm
30
0
-5
00
µm
50
0
-7
00
µm
70
0
-9
00
90
µm
0
-1
00
0
10
µm
00
-1
15
0
11
µm
50
-1
35
0
13
µm
50
-1
50
0
µm
20%
18%
16%
14%
12%
10%
8%
6%
4%
2%
0%
Ammonia-oxidizers at 1200 µm depth
Nso1225
DAPI
EUB338mix
TRATTAMENTO
TRATTAMENTO DI
DI SCARICHI
SCARICHI RECALCITRANTI:
RECALCITRANTI:
SBBGR
SBBGR POTENZIATO
POTENZIATO CHIMICAMENTE
CHIMICAMENTE
f il li
ozonation
unit
ng
SBBGR unit
in g
wair
a
r
d
to ozone destroyer
influent
ozone reactor
air
cycle
effluent
VM
ozone
preliminary biol.
degradation
ozonation
+
PR
biol. degrad.
effluent
influent
air
PF
PO
ozone
LAB-SCALE PROCESS
ozone
meter
RO
ozone
generator
SBBGR
O2
PO
PR
SCALE-UP
SCALE-UP OF
OF THE
THE PROCESS
PROCESS
ozone reactor
ozone reactor
ozone injector
ozone generator
SBBGR
4
Project No LIFE05 ENV/IT/000868
APPLICAZIONE DEL PROCESSO PER IL
TRATTAMENTO DEI REFLUI CONCIARI
Parameter
Value range
Parameter
Value range
COD
2.2 – 3.2 g/L
Conductibility
3 – 5 mS/cm
BOD5/COD
< 0.4
Sulphates
0.5 – 1.0 g/L
DOC
0.7 – 1.1 g/L
Chlorides
0.5 – 1.5 g/L
TKN
60 – 100 mg/L
Ptot
1 – 2 mg/L
pH
6.3 – 6.8
Surfactants
65 – 110 mg/L
TSS
200 – 500 mg/L Cr
VSS
110 – 300 mg/L
2 – 3 mg/L
APPLICAZIONE DEL PROCESSO PER IL
TRATTAMENTO DEI REFLUI CONCIARI
SBBGR
(OLR: 3-3.5 kg COD/m3⋅d)
COD BOD5 TSS TKN NOx Surf. Col.
Eff. (mg/L)
250
Rem. eff. (%) 91
3
40
12
1
6.5
100
89
85
98
93
24
SBBGR potenziato ad ozono
(OLR: 3-3.5 kg COD/m3⋅d; ozone dose: 0.1 kgO3/m3inf)
Eff. (mg/L)
70
0
Rem. eff. (%) effluente
98
100
(SBBGR)
15 6.5 1.2 1.2
effluente
96 pot.
92 ad ozono)
98 99
(SBBGR
96
produzione di fango < 0.05 kg fango secco/kg COD rimosso
APPLICAZIONE DEL PROCESSO PER IL
TRATTAMENTO DEI REFLUI CONCIARI
SBBGR seguito da polishing con ozono
(ozone dose: 0.1 kgO3/m3inf)
Inf
SBBGR
ozonation
Eff
COD BOD5 TSS TKN NOx Surf. Col.
Eff. (mg/L)
195
Rem. eff. (%) 93
75
95
15
96
12
85
1.3
98
3.2
96
85
SBBGR potenziato ad ozono
(OLR: 3-3.5 kg COD/m3⋅d; ozone dose: 0.1 kgO3/m3inf)
Eff. (mg/L)
70
0
15 6.5 1.2 1.2
Rem. eff. (%) 98
100
96
92 98 99 96
PROCESS COST-BENEFITS
Conventional treatment
CONVENTIONAL TREATMENT (ACTIVATED SLUDGE +
INF.
POLISHING STAGE)
ASS
physicochemical
physicochemical
EFF.
treatment
polishing
pre-treatment
Cost per
m3 of treated
wastewater
¾ HRT: Energy
3 d; consumption
0.6 € (5.5 kWh)
3
¾ sludgeChemicals
production:
3 kg/m
for Fenton
0.65 €
Sludge cost:
treatment
disposal
1.4 €
¾ treatment
∼ and
2.65
€/m3
Total
2.65 €
SBBGR treatment
SBBGR INTEGRATED WITH OZONATION
Ozone enhanced0.53
SBBGR
Energy
consumption for SBBGR
€ (4.8 kWh)
physicochemical
Energy
consumption for ozonation
0.27 € (2.5 kWh)
pre-treatment
Sludge treatment and disposal
0.05 €
¾ HRT: Total
1 d;
0.85 €
INF.
EFF.
¾ sludge production: 0.1 kg/m3
¾ treatment cost: ∼ 0.85 €/m3
10/15
APPLICAZIONE DEL PROCESSO PER IL
TRATTAMENTO DEI PERCOLATI DI DISCARICA
Parameter
Value range Parameter Value range
COD
2.8 – 3.6 g/L
Sulphates
1.0 – 1.5 g/L
BOD5/COD
DOC
< 0.2
0.9 – 1.2 g/L
Sodium
Potassium
1.5 – 2.0 g/L
1.2 – 1.6 g/L
NH4
1.5 – 2.0 gN/L
Magnesium
0.2 – 0.4 g/L
pH
7.8 – 8.3
Cr
< 0.1 mg/L
Ptot
4 – 6 mg/L
Ni
0.5 – 1 mg/L
TSS
150 – 300 mg/L
Mn
< 0.02 mg/L
VSS
120 – 230 mg/L Fe
1 – 1.5 mg/L
Chlorides
3.0 – 4.0 g/l
Zn
< 0.01 mg/L
Conductibility
16 – 22 mS/cm
Cu
0.01 – 0.2 mg/L
APPLICAZIONE DEL PROCESSO PER IL
TRATTAMENTO DEI PERCOLATI DI DISCARICA
SBBGR
(OLR: 0.5-0.7 kg COD/m3⋅d)
COD DOC BOD5 NH4-NNOx-N TSS Surf. Col.
Eff. (mg/L)
1,200
430
15
8
6
45
4.5
57
59
100
99
99
80
55
Rem. eff. (%)
52
SBBGR potenziato ad ozono
(OLR: 0.5-0.7 kg COD/m3⋅d; ozone dose: 0.4 kgO3/m3inf)
Eff. (mg/L)
Rem. eff. (%)
COD DOC NH4-N NOx-N TSS Surf. Col.
effluent
influent
495
290
2
8
30
1.5
82
73
100
99
86
85
92
sludge production < 0.05 kg dry sludge/kg COD removed
APPLICAZIONE DEL PROCESSO PER IL
TRATTAMENTO DEI PERCOLATI DI DISCARICA
Energy demand
Operating costs
(kWh/m3inf.)
(€/m3inf.)
12
2.54
Fill. and recirc. oper.
5.5
0.39
Air supply
6.5
0.45
Biological unit (i.e., SBBGR)
External carbon source
1.5
Sludge treatment and disposal
0.20
Ozonation unit
ozone production, transfer and removal
oxygen demand
4.8
0.7
4.8
0.34
0.36
3.2
energy cost: 0.07 €/ kWh
Visitors: 4,500