Progetto di trattamento delle acque reflue derivanti dalla produzione di formaggio in Tunisia, con una capacità di 30 tonnellate al giorno.
Caratteristiche del Progetto
Le acque reflue prodotte nella produzione del formaggio contengono numerose sostanze organiche solubili, tra cui proteine, zuccheri, carboidrati, grassi e amminoacidi, seguite da composti inorganici contenenti azoto e fosforo, oltre a una certa quantità di acidi volatili, cenere e altri componenti. Si tratta di un acque reflue organico ad alta concentrazione, caratterizzato da buone proprietà biochimiche.
Equipaggiamento per impianto
| Nome | Quantità | Descrizioni |
| Serbatoio di regolazione in acciaio carbonico | ||
| Pompa di sollevamento per acque refluenutilizzata nel serbatoio di regolazione del pH | Due Unità | Una attiva, altra in stand by |
| Pompa di sollevamento delle acque reflue per il bacino di regolazione | Due Unita’ | Una attiva, altra in stand by |
| La distribuzione dell’acqua | ||
| Pompa per il sollevamento dei carichi | Due Unita’ | Una attiva, altra in stand by |
| Misturatore submersibile per serbatoio di distribuzione dell’acqua | 1 Unità | _ |
| Reattore anaerobico | ||
| Pompa circolante anaerobica | Due Unita’ | Una attiva, altra in stand by |
| Pool A/O | ||
| Misturatore submersibile per serbatoio A/O, classe II | Due Unita’ | Una attiva, altra in stand by |
| Soppressore centrifugo | Due Unita’ | Una attiva, altra in stand by |
| Serbatoio di sedimentazione secondario | ||
| Pompa di reflusso del liquido di nitrificazione primaria | Due Unita’ | Una attiva, altra in stand by |
| Pompa di reflusso del liquido di nitrificazione secondaria | Due Unita’ | Una attiva, altra in stand by |
| Serbatoio di scorie | ||
| Pompa di recupero del fango del serbatoio di sedimentazione secondaria | Due Unita’ | Una attiva, altra in stand by |
| Sala di depurazione dei fanghi, sala di dosaggio | ||
| Pompa per liquame concentrato nel serbatoio di raccolta | Due Unita’ | Una attiva, altra in stand by |
| Pompa di sollevamento per il serbatoio di fanghi | Due Unita’ | Una attiva, altra in stand by |
| Pompa per la diffusione dei fanghi | Due Unita’ | Una attiva, altra in stand by |
| Misuratore di livello a ultrasuoni | Quattro Unità | Una attiva, altra in stand by |
| Misuratore di livello a galleggiante | Quattro Unità | Una attiva, altra in stand by |
| Sala di depurazione dei fanghi, sala di dosaggio | ||
| PH/ termometro | Due Unita’ | Una attiva, altra in stand by |
| Misuratore idroelettrico originale | Due Unita’ | Una attiva, altra in stand by |
| Connettersi al flussimetro elettromagnetico per l’acqua | Due Unita’ | Una attiva, altra in stand by |
Altri dispositivi di supporto
| Nome | Quantità |
| imballaggio liquido | 1 Unità |
| Schermo curvo idraulico | 1 Unità |
| Aeratore microporoso tubolare | 2 gruppi |
| Scavatore per fanghi del serbatoio di sedimentazione secondaria | 1 Unità |
| Placca del valvolo di scarico | 1 Set |
| Scorrevole per la schiuma | 2 Set |
| Deidratore a spirale | 1 Set |
| Dispositivo per la dosaggio di PAM | 1 Unità |
| Dispositivo per la dosaggio di PAM | 1 Unità |
| Valvole e accessori per tubazioni | 1 Unità |
| Automazione elettrica e cavi | 1 Unità |
| Protezione anticorrosiva e isolamento termico di impianti e tubazioni | 1 Unità |
| Legname ausiliario | 1 Unità |
Progetto di trattamento delle acque reflue derivanti dalla produzione di formaggio, con una capacità di 30 m³ al giorno
Trattamento di purificazione a 6 stadi
Ambito del progetto
Questo schema è progettato per l’installazione di impianti all’interno di serbatoi in calcestruzzo, e la progettazione complessiva della struttura e degli impianti deve garantire il rispetto dello standard locale di scarico per la qualità dell’acqua trattata.
Principi di progettazione
- Applicare rigorosamente le normative nazionali e locali, nonché le politiche tecniche ed economiche del territorio.
- Il processo adottato deve essere avanzato, maturo, efficiente e affidabile, al fine di garantire il funzionamento stabile del sistema e il rispetto degli standard di emissione.
- Attuare il principio del risparmio energetico nella progettazione, riducendo al minimo i costi di trattamento delle acque reflue e dei fanghi, promuovendo il riutilizzo delle risorse e mirando a massimizzare i benefici economici.
- I dati determinati nella progettazione sono affidabili e accurati, e un certo margine di sicurezza è garantito.
- La struttura civile e la configurazione degli impianti sono ragionevoli. Nel rispetto dei requisiti tecnici e della qualità dell’acqua in uscita, l’investimento totale del progetto e i costi operativi devono essere ridotti al minimo.
- Prestare piena attenzione alla praticità dell’esercizio, della gestione e della manutenzione dell’ingegneria, riducendo al contempo il carico di lavoro.
- Adottare le misure necessarie per ridurre al minimo l’impatto ambientale e prevenire l’inquinamento secondario;
- Il processo è semplice, la disposizione degli impianti e delle tubazioni è razionale, l’insieme è ordinato e ben organizzato, e la vegetazione è stata accuratamente prevista.
Introduzione alla costruzione ingegneristica
Quantità e qualità dell’acqua progettata
Secondo i dati forniti dal proprietario, il volume totale di trattamento dell’acqua è di 30 m³ al giorno. I parametri di qualità dell’acqua sono i seguenti:
(1) Qualità complessiva delle acque reflue produttive
| CODCr : 21800mg/L | Fosforo totale: 164 mg/L | Nitrogeno di Kjeldahl: 298 mg/L |
| Detergente: 4,1 mg/L | Olio: 250 mg/L | BOD5 : 9600mg/L |
| SS : 1600mg/L | pH: 3,2 |
Richiesta qualità acqua dopo il sistema operativo
| CODCr : 200mg/L | Fosforo totale: 2 mg/L | Nitrogeno di Kjeldahl: 5 mg/L |
| Detergente: 1 mg/L | Olio: 10 mg/L | BOD5 : 50mg/L |
| SS : 50mg/L | pH: 6,5 – 9 |
Selezione della tecnologia di lavorazione
La costruzione e la gestione delle impianti di trattamento delle acque reflue sono influenzate da diversi fattori. Tra questi, la scelta del processo di trattamento è fondamentale per garantire l’efficienza operativa dell’impianto e ridurre i costi. È quindi essenziale selezionare un processo di trattamento pratico ed economicamente sostenibile, basato su standard e
principi consolidati, tenendo conto del concetto complessivo ottimale, della scala progettuale, delle caratteristiche della qualità delle acque reflue e delle condizioni e dei requisiti locali. Dopo un’analisi tecnico-economica completa, va scelto il processo complessivo e il metodo di attuazione più idonei.
Dall’analisi del processo produttivo e dai dati forniti dal proprietario risulta che le acque reflue contengono un elevato numero di inquinanti organici, sia solubili che insolubili, tra cui proteine, zuccheri, carboidrati, grassi e amminoacidi, seguiti da composti inorganici contenenti azoto e fosforo, nonché da una certa quantità di acidi volatili, cenere e altri componenti. Si tratta di acque reflue organiche ad alta concentrazione, caratterizzate da buone proprietà biochimiche.
Selezione del processo
Durante il trattamento si generano notevoli quantità di solidi sospesi, sostanze solubili e materiali galleggianti, che costituiscono le principali fonti di elevate concentrazioni. La soluzione impiega il metodo di flottazione con aria disciolta per rimuovere e trasformare la materia organica non biodegradabile e le sostanze insolubili, nonché una piccola quantità di sostanze solubili presenti nelle acque reflue, mediante l’uso di agenti chimici.Questo processo riduce il carico sui trattamenti successivi e garantisce una qualità dell’acqua adeguata e stabile per il trattamento biologico successivo.
Per acque reflue di media o alta concentrazione sottoposte a trattamento di flottazione, questo metodo rappresenta l’opzione più efficace ed economica, sia dal punto di vista tecnico che da quello economico. Il processo dell’impianto non è influenzato dalla temperatura né da altri fattori esterni, consentendo un tasso di rimozione ottimale compreso tra il 40% e il 70%. Dopo il trattamento, le acque reflue biodegradabili possono essere sottoposte direttamente a idrolisi anaerobica per ottenere i risultati
desiderati. Dopo il trattamento anaerobico, le acque reflue possono essere direttamente inviate al serbatoio di declorinazione e al processo di trattamento aerobico a due stadi. I microrganismi utilizzano l’ossigeno per ossidare i contaminanti organici in CO2 e materiale cellulare microbico (fango). Durante il processo di ossidazione e decomposizione, viene rilasciata una quantità significativa di energia, che i microrganismi impiegano per degradare la materia organica in materiale cellulare, noto
come fango aerobico.
CH3COOH + O2 → H2O + CO2 + materiale cellulare
Questi fanghi in eccesso devono essere trattati in impianti specializzati, il che comporta un notevole aumento degli investimenti e deicosti operativi.
Nel processo di trattamento anaerobico, la maggior parte dell’energia della materia organica inquinata viene convertita in metano in condizioni anaerobiche.
Solo una piccola frazione del metano viene utilizzata per sintetizzare il materiale cellulare, mentre il biogas prodotto può essere riutilizzato come fonte di calore.
CH3COOH CH4 + CO2
Pertanto, secondo il principio della reazione biologica, è evidente che il trattamento anaerobico offre notevoli vantaggi per le acque reflue adalta concentrazione.
A. Non è necessaria l’ariazione, consentendo un risparmio energetico. In teoria, il trattamento di 1 kg di BOD5 richiede circa 1,67 kWh di energia elettrica per ariazione aerobica pura; con il trattamento anaerobico, si riesce a risparmiare l’80% del consumo energetico.
B. Produzione di biogas energetico di valore. In teoria, la degradazione anaerobica di 1 kg di CODCr può produrre 0,5 m³ di biogas, il cui valore calorifico è compreso tra 23.000 e 27.000 kJ/m ³ . Se utilizzato per la generazione di energia, ogni metro cubo di biogas può produrre tra 1,50 e 1,60 kWh di elettricità.
C. La quantità di fango prodotta è minima, e il fango granulare rappresenta inoltre un prezioso prodotto per l’inoculazione. In generale, il trattamento di 1 kg di fango aerobico BOD5 produce 0,5 kg di fango, difficile da gestire; al contrario, il trattamento di 1 kg di fango anaerobico CODCr genera soltanto circa 0,05 kg di fango anaerobico, che può essere
utilizzato come iniativo prezioso senza ulteriore trattamento.
D. A causa della mancanza di nuove cellule sintetiche, anche i nutrienti di azoto e fosforo necessari per queste cellule sono ridotti. Il rapporto tra azoto e fosforo richiesto per la reazione aerobica è:
BOD5:N:P=100:5:1, mentre per la reazione anaerobica corrisponde a:
BOD5:N:P=350:5:1.
E. Elevato volume di elaborazione, ridotto impatto.
F. Elevata resistenza alle cariche di impatto, in grado di trattare direttamente acque reflue o fanghi con elevata concentrazione di matrice.
Rispetto al metodo biochimico aerobico, può funzionare a temperature più elevate. Quando si utilizza la digestione anaerobica ad alta temperatura, l’efficacia del trattamento migliora notevolmente.
Dopo il trattamento anaerobico, la maggior parte dei contaminanti organici presenti nelle acque reflue è stata rimossa, tuttavia il livello di inquinamento non soddisfa ancora gli standard nazionali di scarico. Per questo motivo, il trattamento anaerobico viene spesso utilizzato come fase di pretrattamento per acque reflue organiche ad alta concentrazione. Per ridurre ulteriormente la concentrazione di inquinanti, l’effluente anaerobico deve essere sottoposto a un trattamento aerobico come parte del trattamento biologico secondario.
Sulla base dell’analisi della qualità dell’acqua e dei processi, si integra un sistema di trattamento delle acque reflue che combina processi anaerobi e aerobi. Inizialmente, si utilizza il processo anaerobico, caratterizzato da elevata efficienza energetica, resistenza ai carichi di shock, produzione di fango ridotta e mantenimento di fango stabile, per rimuovere una quantità significativa di materia organica dalle acque reflue. Successivamente, si impiegano impianti di trattamento aerobico per eliminare ulteriormente la materia organica, garantendo che l’effluente finale soddisfi gli standard nazionali di scarico.
Selezione del processo anaerobico
Introduzione al principio anaerobico
L’intero processo anaerobico è suddiviso in idrolisi, fermentazione, produzione di acido acetico e di idrogeno, e produzione di metano. Una fase di idrolisi
A causa del loro elevato peso molecolare, i composti organici ad alto peso molecolare non riescono a penetrare nelle membrane cellulari e non vengono quindi utilizzati direttamente dalle batterie. Nella prima fase, questi composti vengono degradati in molecole più piccole grazie a enzimi extracellulari batterici. Ad esempio, la cellulosa viene idrolizzata
dalla cellulasi in cellobiosi e glucosio; il formaggio viene degradato dall’enzima del formaggio in maltosio e glucosio; le proteine sono idrolizzate dalle proteasi in peptidi brevi e amminoacidi.Questi prodotti di idrolisi possono sciogliersi in acqua e attraversare le membrane cellulari per essere utilizzati dalle batterie.
Fase di fermentazione (o acidificazione)
In questa fase, le molecole piccole sopra menzionate vengono trasformate in composti più semplici all’interno delle cellule dei batteri fermentativi (batteri acidificanti) e successivamente rilasciate all’esterno. I principali prodotti sono acidi grassi volatili (VFA), alcoli, acido lattico, anidride carbonica, idrogeno, ammoniaca e solfuro di idrogeno.Nel frattempo, questi batteri acidificanti utilizzano alcune di queste sostanze per sintetizzare nuovi materiali cellulari, con conseguente aumento della
produzione di fanghi quando non viene effettuato il trattamento anaerobico delle acque reflue acidificanti.
I batteri acidificanti presentano una notevole tolleranza al pH e sono in grado di produrre acido fino a un pH di 4, mentre i metanogeni hanno un pH ottimale compreso tra 6,5 e 7,5; oltre questo valore, il tasso di conversione si riduce.
Fase di produzione di acido acetico e idrogeno
In questa fase, i prodotti della fase precedente vengono ulteriormente degradati in acido acetico (noto anche come acido acetico), idrogeno e anidride carbonica, che costituiscono i substrati per la reazione finale di produzione del metano.
È evidente che, sia nella fase di idrolisi che in quella di produzione di acido e idrogeno, il COD è già stato convertito. Se le acque reflue trattate vengono sottoposte direttamente a un trattamento aerobico, i costi operativi non subiranno variazioni significative. Si tratta semplicemente di una conversione di un tipo di COD in un altro. La conversione effettiva del COD avviene nella fase di produzione di metano, durante la quale il COD viene convertito in metano e rilasciato dalle acque reflue.
D Stadio metanogenico (il livello più elevato)
I batteri metanogeni sono microrganismi rigorosamente anaerobi. Rispetto ad altri batteri anaerobi, il loro potenziale REDOX è molto basso (-330 mV). Nelle reazioni anaerobiche della maggior parte dei fogni complessi, il tasso di conversione del metano è compreso tra il 70% e il 75%.
Introduzione del processo anaerobico Reattore UASB
Il reattore a letto di fanghi anaerobico a flusso ascendente (UASB, Up-flow Anaerobic Sludge Bed) è un reattore anaerobico altamente efficiente. La Figura 4-1 mostra il reattore UASB e le sue attrezzature.
L’acqua reflua viene immessa in modo uniforme. Il miscuglio entra nel fondo del reattore e si muove verso l’alto attraverso
un letto di fanghi granulari o flocculenti. La reazione anaerobica avviene quando le acque reflue entrano in contatto con le particelle di fango. Il biogas prodotto in condizioni anaerobiche, principalmente metano e anidride carbonica, genera una circolazione interna che favorisce la formazione e il mantenimento del fango granulare.Alcuni dei gas prodotti
nella strato di fango si attaccano alle particelle di fango, mentre i gas non legati risalono verso la superficie del reattore. Quando il fango raggiunge la superficie, colpisce il fondo della piastra riflettente dei gas nel separatore a tre fasi, provocando la liberazione delle bolle in trazione e la degassificazione dei flocchi di fango.Dopo la liberazione delle bolle, le particelle di fango si depositano sulla superficie del letto fangoso, mentre il gas viene raccolto nella camera di raccolta situata nella parte superiore del reattore. Il paravento posizionato sotto la fessura della camera di raccolta funge da riflettore del gas, impedendo che le bolle di biogas entrino nella zona di sedimentazione, dove altrimenti potrebbero generare turbolenze e ostacolare il sedimentazione delle particelle.Il liquido, contenente alcuni residui solidi e particelle di fango, attraversa quindi le fessure del
separatore e entra nella zona di sedimentazione.
Pertanto, per questo progetto è stato scelto come processo principale un reattore UASB caratterizzato da effetto rapido, elevata efficacia del trattamento, bassi costi di investimento, ridotta esigenza di superficie, buona stabilità, semplicità di gestione e tecnologia avanzata.
Selezione del processo di denitrificazione
Per questo tipo di acque reflue, a causa della presenza di proteine, la concentrazione di azoto ammoniacale aumenta in modo significativo dopo il trattamento anaerobico. Secondo l’esperienza ingegneristica passata,
dopo il trattamento anaerobico delle acque reflue del formaggio, la concentrazione di azoto ammoniacale si colloca generalmente tra 200 e 600 mg/L, con valori specifici che variano in base al grado di recupero (o perdita) delle proteine da parte dell’impresa produttrice.
L’aumento della concentrazione di azoto ammoniacale dopo il trattamento anaerobico comporta alcune difficoltà per il successivo trattamento aerobico e per lo scarico delle acque reflue. Pertanto, al fine di garantire lo scarico delle acque reflue, è necessario rimuovere l’azoto ammoniacale durante il trattamento dei contaminanti organici.
Nell’ingegneria delle acque reflue, la rimozione dell’azoto comprende principalmente i seguenti metodi: neutralizzazione chimica, precipitazione chimica, distillazione dell’ammoniaca, scambio ionico selettivo e processo biochimico.
Metodo di neutralizzazione chimica
La neutralizzazione chimica è utilizzata principalmente nell’industria per impiegare acque reflue contenenti azoto come desolfurante, al fine di neutralizzare l’acido solforico presente nei fumi di scarico, riducendo così le emissioni di acque reflue contenenti ammoniaca e di gas contenenti zolfo.
Tuttavia, in questo progetto non esiste un oggetto da neutralizzare, pertanto non è adatto.
Metodo di precipitazione chimica
Il metodo di precipitazione chimica permette di trattare acque reflue contenenti azoto in diverse concentrazioni. In particolare, quando le acque reflue ad alta concentrazione di azoto ammoniacale contengono elevate quantità di sostanze tossiche dannose per i microrganismi, rendendole inadatte al trattamento biologico, il metodo di precipitazione chimica