A vasca di acidificazione per idrolisiè un'unità avanzata di pretrattamento biologico ampiamente utilizzata nei sistemi di trattamento delle acque reflue municipali e industriali. Migliora la biodegradabilità delle acque reflue convertendo gli inquinanti organici complessi in composti biodegradabili più semplici attraverso reazioni di idrolisi e acidificazione.

In molti progetti di trattamento delle acque reflue industriali, gran parte degli inquinanti organici esiste sotto forma di composti macromolecolari complessi che sono difficili da degradare direttamente per i sistemi di trattamento biologico convenzionali. Un reattore di idrolisi acidificazione scompone queste sostanze complesse in molecole organiche più piccole, migliorando laRapporto BOD/CODe creare condizioni più favorevoli per i successivi processi di trattamento biologico.

Rispetto ai metodi di trattamento tradizionali, la tecnologia di idrolisi acidificazione offre numerosi vantaggi:

Riduce la complessità degli inquinanti organici.

Migliora la biodegradabilità delle acque reflue.

Migliora l'efficienza del trattamento biologico a valle.

Fornisce capacità tampone contro le fluttuazioni della qualità e della portata delle acque reflue.

Riduce il carico di trattamento sui processi successivi.

Per questo motivo, le vasche di acidificazione tramite idrolisi sono diventate un'importante tecnologia di pretrattamento negli impianti di trattamento delle acque reflue, in particolare per le acque reflue industriali con elevati carichi organici o scarsa biodegradabilità.

Tuttavia, il successo dell’applicazione dipende in larga misura dalla scelta del tipo di reattore corretto e dalla progettazione del sistema in base alle caratteristiche delle acque reflue.

Problemi tecnici comuni come l'accumulo di fanghi, i cortocircuiti idraulici-, il dilavamento dei fanghi e la qualità instabile degli effluenti sono spesso causati da una selezione inappropriata del reattore o da un'attenzione insufficiente ai dettagli strutturali.

Uno dei tre principali tipi di serbatoi di acidificazione per idrolisi utilizzati nelle applicazioni di ingegneria è:

Serbatoio di acidificazione per idrolisi controcorrente

Ogni tipo di reattore presenta caratteristiche strutturali, principi operativi, vantaggi e scenari applicativi diversi.

Il processo di idrolisi acidificazione si basa sull'attività di microrganismi anaerobici e facoltativi.

Il processo prevede principalmente due fasi:

2.1 Fase di idrolisi

Durante l'idrolisi, i microrganismi secernono enzimi extracellulari che scompongono grandi molecole organiche, tra cui:

Proteine

Carboidrati

Lipidi

Polimeri organici complessi

Queste sostanze macromolecolari vengono convertite in composti solubili più piccoli come:

Aminoacidi

Zuccheri

Acidi grassi

Questa trasformazione migliora l’accessibilità degli inquinanti per i microrganismi.

2.2 Fase di acidificazione

Durante l'acidificazione, i batteri-produttori di acido convertono i prodotti dell'idrolisi in:

Acidi grassi volatili (VFA)

Acidi organici

Alcoli

Idrogeno

Anidride carbonica

Questi prodotti sono più facili da utilizzare per i microrganismi del trattamento biologico a valle.

A differenza dei sistemi di digestione anaerobica che si concentrano sulla produzione di metano, le vasche di idrolisi acidificazione mirano principalmente a migliorare la biodegradabilità delle acque reflue e a migliorare l’efficienza del successivo trattamento.

3.1 Migliorare la biodegradabilità delle acque reflue

Molti flussi di acque reflue industriali contengono composti organici refrattari con scarsa biodegradabilità.

L’acidificazione per idrolisi converte queste sostanze in molecole biodegradabili più piccole, aumentando l’efficacia dei sistemi di trattamento biologico.

Un rapporto di biodegradabilità più elevato consente processi a valle come:

Impianti a fanghi attivi

Sistemi MBBR

Sistemi SBR

Reattori a biofilm

per operare in modo più efficiente.

3.2 Ridurre il carico di trattamento COD

L'acidificazione per idrolisi aiuta a trasformare il COD complesso in forme più biodegradabili.

Sebbene il reattore non sia progettato principalmente per la rimozione completa del COD, esso migliora l'efficienza di conversione del COD e riduce il carico organico che entra nelle fasi di trattamento successive.

3.3 Migliorare la resistenza al carico d'urto

Le acque reflue industriali spesso presentano fluttuazioni in:

Concentrazione organica

Portata

Inquinanti tossici

Un serbatoio di acidificazione dell'idrolisi adeguatamente progettato fornisce capacità tampone e protegge i processi biologici a valle da cambiamenti improvvisi.

3.4 Ridurre la produzione di fanghi

Rispetto ai processi di trattamento aerobico, l'acidificazione mediante idrolisi opera in condizioni di basso contenuto di ossigeno e generalmente produce meno fanghi in eccesso.

Questo aiuta a ridurre:

Costi di smaltimento dei fanghi

Requisiti per la gestione dei fanghi

Spese operative complessive

I reattori di idrolisi acidificazione possono essere classificati in base alle condizioni idrauliche, ai metodi di miscelazione e alle strategie di ritenzione della biomassa.

I tre progetti principali sono discussi di seguito.

Panoramica

Il serbatoio di acidificazione per idrolisi controcorrente è attualmente il tipo di reattore più comunemente applicato grazie alla sua struttura semplice, ai bassi costi operativi e alle prestazioni affidabili.

È ampiamente utilizzato in:

Trattamento delle acque reflue comunali

Acque reflue della lavorazione alimentare

Acque reflue tessili

Acque reflue della fabbricazione della carta

Trattamento generale delle acque reflue industriali

Principio di funzionamento

Le acque reflue entrano nel reattore attraverso un sistema di distribuzione dal basso e fluiscono verso l'alto attraverso una coltre di fanghi sospesa.

Durante il flusso ascendente:

Le acque reflue entrano in contatto con fanghi facoltativi ad alta-concentrazione.

I solidi sospesi vengono trattenuti.

I batteri idrolitici degradano i composti organici complessi.

Vengono generate sostanze solubili e biodegradabili.

Il surnatante trattato viene raccolto dalla sezione superiore e scaricato nelle successive unità di trattamento.

Progettazione strutturale di una vasca di acidificazione per idrolisi controcorrente

Il serbatoio di acidificazione dell'idrolisi controcorrente adotta generalmente astruttura del reattore stratificato verticale. Dal basso verso l'alto la vasca può essere divisa in quattro zone funzionali:

Zona di distribuzione dell'acqua di fondo

Zona di reazione dei fanghi

Zona di separazione dell'acqua-dei fanghi

Zona di raccolta degli effluenti

Ciascuna zona svolge una funzione specifica per garantire un funzionamento stabile del reattore.

1. Zona di distribuzione dell'acqua di fondo

La zona di distribuzione inferiore è responsabile della distribuzione uniforme delle acque reflue influenti nell'intera sezione trasversale del reattore-.

I metodi di distribuzione comuni includono:

Sistemi di tubi perforati ramificati

Sistemi di distribuzione dell'acqua ad impulsi

I tubi di distribuzione sono solitamente disposti con ugelli rivolti verso il basso-o angolati per ottenere una distribuzione uniforme del flusso.

La velocità del flusso alle aperture di distribuzione dovrebbe generalmente essere controllata entro:

1.8–2.5 m/s

per prevenire il blocco mantenendo una distribuzione idraulica efficace.

Il fondo del serbatoio è solitamente progettato con una pendenza di:

0.5%–1%

e dotato di impianti di scarico dei fanghi per prevenire zone morte e accumulo di fanghi.

Zona di reazione dei fanghi media

La zona di reazione dei fanghi è l'area di trattamento centrale del reattore.

I parametri di progettazione tipici includono:

Profondità effettiva dell'acqua:4–6 m

Tempo di ritenzione idraulica (HRT):4–8 ore

Spessore del manto di fango:2–3 m

Concentrazione dei fanghi:8–12 g/L

In questa zona:

Le acque reflue entrano in contatto con fanghi ad alta-concentrazione.

I microrganismi idrolitici degradano la materia organica complessa.

I solidi sospesi vengono catturati.

La biodegradabilità è migliorata.

Mantenere una copertura di fango stabile è fondamentale per ottenere prestazioni di trattamento costanti.

Fanghi superiori-Zona di separazione delle acque

La sezione superiore funziona come un'area di separazione dell'acqua-dei fanghi.

Profondità tipica dell'acqua:

1–1.5 m

Quando la velocità del flusso ascendente diminuisce, le particelle di fango in sospensione possono depositarsi nuovamente nella zona di reazione.

Ciò riduce:

Perdita di fanghi

Dilavamento della biomassa

Concentrazione dei solidi sospesi negli effluenti

Una zona di separazione adeguatamente progettata è essenziale per mantenere la stabilità del reattore-a lungo termine.

Zona di raccolta degli effluenti superiori

La zona effluente superiore è progettata per la raccolta uniforme dell'acqua trattata.

Le strutture comuni includono:

Stramazzi triangolari di troppopieno

Stramazzi rettangolari

Il sistema può anche includere impianti di scarico del gas per rimuovere:

Tracciare il biogas

Composti organici volatili (COV)

Ciò aiuta a mantenere condizioni di pressione stabili all'interno del reattore.

Vantaggi dei serbatoi di acidificazione per idrolisi controcorrente

I principali vantaggi includono:

1. Struttura semplice

Il reattore ha una configurazione relativamente semplice senza apparecchiature meccaniche complesse.

2. Basso consumo energetico

Poiché la miscelazione avviene principalmente tramite flusso idraulico, il consumo energetico è estremamente basso.

3. Ambiente microbico stabile

Il tappeto di fanghi in sospensione fornisce:

Lungo tempo di ritenzione dei fanghi

Alta concentrazione microbica

Attività biologica stabile

4. Bassi costi operativi

L’assenza di apparecchiature meccaniche di miscelazione riduce:

Costi energetici

Requisiti di manutenzione delle apparecchiature

Complessità operativa

Limitazioni dei serbatoi di acidificazione dell'idrolisi controcorrente

Nonostante i loro vantaggi, i reattori upflow presentano diversi requisiti ingegneristici.

1. Rigorosi requisiti di distribuzione degli influencer

Una distribuzione non uniforme dell'acqua può provocare:

Cortocircuito-idraulico

Distribuzione irregolare dei fanghi

Efficacia del trattamento ridotta

Pertanto, il sistema di distribuzione in ingresso deve essere attentamente progettato.

2. Sensibilità all'alto contenuto di sabbia

Le acque reflue contenenti sabbia eccessiva o solidi sospesi possono causare:

Blocco del tubo

Intasamento degli ugelli

Accumulo di fanghi

Impianti di pretrattamento come:

Schermi

Camere di sabbia

sono raccomandati prima del reattore.

3. Rischi di shock idraulico

Aumenti improvvisi del flusso possono disturbare la coltre di fango e causare:

Flottazione dei fanghi

Dilavamento dei fanghi

Scarsa qualità degli effluenti

Considerazioni ingegneristiche per i serbatoi di acidificazione dell'idrolisi verso l'alto

Per garantire un funzionamento stabile:

Evita la semplice distribuzione dell'acqua-in un unico punto

I sistemi di distribuzione a-punto singolo o limitati-a punti spesso creano condizioni idrauliche non uniformi.

Si consiglia un sistema di distribuzione multi-punto.

Mantenere gli sbarramenti di troppopieno a livello

Il trabocco irregolare provoca percorsi di flusso preferenziali e influisce sulla separazione dell'acqua-dei fanghi.

Progettare strutture adeguate per lo scarico dei fanghi

Lo scarico periodico dei fanghi impedisce:

Eccessivo accumulo di fanghi

Volume effettivo ridotto

Deterioramento delle prestazioni del reattore