Trattamento anaerobico delle acque reflue (con diagramma)

In questo articolo imparerai il trattamento anaerobico delle acque reflue.

Le acque reflue contenenti sostanze organiche biodegradabili (disciolte e / o sospese) quando sottoposte a trattamento anaerobico, le sostanze organiche subiscono varie reazioni biochimiche. Le reazioni sono generalmente classificate come idrolisi, acidogenesi e metanogenesi. Le reazioni di idrolisi sono enzima extracellulare catalizzato.

Queste reazioni convertono le molecole complesse più grandi (sia solubili che insolubili) in quelle più semplici e più piccole. I polisaccaridi e le proteine vengono convertiti in monomeri. Questi prodotti di idrolisi fungono da substrati per un gruppo di anaerobi, che li convertono in acidi organici.

Questi gruppi di organismi sono definiti come acidogeni e il processo è indicato come acidogenesi. Le reazioni di acidogenesi sono intercellulari. Durante queste reazioni viene prodotta anche una piccola quantità di idrogeno. Gli acidi principali prodotti sono acetico, propionico, butirrico e una piccola quantità di valerico. Le reazioni di idrolisi e acidogenesi non causano molta riduzione del BOD / COD.

Gli acidi superiori (diversi dall'acido acetico) prodotti vengono convertiti in acetato e H ₂ da organismi acitogeni. Un altro gruppo di anaerobi chiamati metanogeni convertono l'acido acetico in metano (CH ₄ ) e anidride carbonica. Queste reazioni sono anche intra-cellulari. Alcuni metanogeni combinano H ₂ e CO ₂ e producono CH ₄ e acqua (H ₂ O). Le reazioni che coinvolgono i metanogeni sono indicate come metanogenesi.

Alcune reazioni metanogeniche sono elencate di seguito:

La Figura 9.31 mostra schematicamente l'intero processo anaerobico.

Alcuni acidogeni sono facoltativi mentre gli altri sono obbligatori (rigorosi) anaerobi. Gli acidogeni non sono troppo sensibili al pH e agli inibitori come metalli pesanti e solfuri. Per i metanogeni il pH ottimale varia tra 6, 6 e 7, 6. Sotto un pH di 6, 2 i metanogeni diventano inattivi (dormienti). Alcuni degli inibitori del processo anaerobico inorganico sono elencati nella Tabella 9.12.

Per il trattamento anaerobico di acque reflue può essere utilizzata una delle seguenti unità :

a) Laguna facoltativa,

(b) Laguna anaerobica,

(d) Imhoff Tank,

(e) digestore / reattore anaerobico

Il principale vantaggio del processo di trattamento anaerobico rispetto a quello del processo aerobico è che non si deve spendere energia per fornire aria (ossigeno). Inoltre, il metano, che è prodotto come sottoprodotto del processo anaerobico, ha un valore economico come combustibile.

Un altro vantaggio è che la resa (sintesi di nuove cellule) è circa un quinto di quella del processo aerobico, quindi la quantità di fango da trattare e smaltire sarebbe inferiore. Il suo svantaggio rispetto al processo aerobico è il suo ritmo più lento.

Quando il trattamento anaerobico viene eseguito in una qualsiasi delle unità da (a) a (d) elencate in precedenza, il metano prodotto non viene raccolto, ma scaricato nell'atmosfera insieme ad alcuni gas odiosi che causano inquinamento atmosferico e disturbo locale.

Lagune facoltative o lagune anaerobiche possono essere utilizzate per il trattamento delle acque reflue se il carico idraulico e il carico organico sono bassi e in luoghi in cui le emissioni di gas metano e gas maleodorante non sono considerate pericolose. Il serbatoio settico o il serbatoio Imhoff è usato generalmente per il trattamento delle acque reflue domestiche dove non esiste un sistema fognario. I fanghi prodotti in ciascuna di queste unità [da (a) a (d)] devono essere periodicamente rimossi.

I digestori / reattori anaerobici sono utilizzati per il trattamento di acque reflue industriali ad alta resistenza e alto volume e anche per la stabilizzazione di fanghi primari e secondari. Il gas prodotto in tali unità (principalmente una miscela di CH ₄ e CO ₂ ) viene utilizzato come combustibile.

Descrizione, prestazioni e approccio alla progettazione delle suddette unità di trattamento delle acque di scarico anaerobiche sono fornite di seguito.

Laguna Facoltativa :

Il processo facoltativo non è strettamente anaerobico. Questo processo è generalmente effettuato in un bacino di terracotta. Il fondo di un tale bacino deve essere rivestito con uno strato impermeabile di gomma / plastica / argilla al fine di evitare infiltrazioni di acque reflue. In alternativa, il processo può essere eseguito in un serbatoio di cemento. In una vasca o in una cisterna avviene la stratificazione.

La zona superficiale superiore può essere profonda circa 30-60 cm dove si verificano reazioni aerobiche. In questa zona la riossigenazione delle acque reflue avviene a causa della diffusione molecolare dell'ossigeno atmosferico. Potrebbe esserci una crescita di alghe sulla superficie libera.

Il secondo strato (sotto lo strato superiore) del bacino / serbatoio è popolato da organismi facoltativi, che agiscono aerobicamente vicino alla parte superiore di questo strato e anaerobicamente verso la parte inferiore di questo strato. Lo strato più in basso non avrebbe alcun ossigeno disciolto. In questo strato si verificano solo reazioni anaerobiche. Il fango (biomassa) prodotto si accumula sul fondo del bacino / serbatoio.

L'acqua reflua fluida e priva di sostanze sospese viene introdotta in prossimità del fondo e l'effluente trattato defluisce attraverso un'uscita situata in uno dei lati della vasca vicino alla superficie.

I prodotti gassosi, come CH ₄, NH ₃, H ₂ S e CO ₂ formati nella zona anaerobica si muovono verso l'alto attraverso gli strati facoltativo e aerobico e infine sfuggono all'atmosfera. Mentre si muove verso l'alto alcuni di essi potrebbero ossidarsi. Questi gas causano inquinamento atmosferico e fastidio. Pertanto, le lagune facoltative non sono normalmente utilizzate per il trattamento delle acque reflue industriali.

I parametri di progettazione e prestazioni di una laguna facoltativa sono elencati di seguito:

Laguna Anaerobica :

Le lagune anaerobiche sono simili alle lagune facoltative in costruzione ma sono molto più profonde. Durante il funzionamento il grasso e alcune particelle solide possono galleggiare fino alla superficie e formare uno strato di schiuma. Questo strato impedisce la riossigenazione della superficie.

Quindi solo uno strato superficiale vicino alla superficie dovrebbe contenere organismi facoltativi, mentre la porzione restante della laguna avrebbe solo anaerobi. La zona vicina al fondo contiene un fango costituito da particelle solide non correlate (se presenti nell'influente) e massa batterica sintetizzata durante il processo.

L'acqua di scarico con BOD relativamente alto e alcuni solidi sospesi viene introdotta nello strato di fanghi, generalmente al centro di una laguna. Mentre il liquido scorre verso l'alto, i composti organici disciolti e sospesi subiscono una degradazione anaerobica. L'effluente trattato con alcune particelle solide sospese fluisce attraverso una presa situata al di sotto dello strato di schiuma su un lato della laguna.

I gas prodotti a seguito delle reazioni anaerobiche contenenti CH ₄, CO ₂, H ₂ S, NH ₃, ecc., Sfuggono all'atmosfera attraverso alcune fessure dello strato di schiuma. I dintorni di una laguna anaerobica sono più maleodoranti di quelli che circondano una laguna facoltativa.

I parametri di progettazione e prestazioni di una laguna anaerobica sono elencati di seguito.

Fossa settica:

Le fosse settiche sono quasi simili ai digestori anaerobici. Questi sono non riscaldati e non riscaldati. A differenza delle lagune anaerobiche, queste sono completamente racchiuse. Le cime delle fosse settiche sono chiuse e dotate di porte di accesso coperte. Questi possono essere fatti di cemento / polietilene / fibra di vetro. I serbatoi devono essere strutturalmente resistenti e a tenuta stagna. Una fossa settica può avere una camera singola o due camere interconnesse. L'ingresso influente è dotato di uno schermo rimovibile per impedire l'ingresso di particelle di grandi dimensioni.

La linea si immerge nella piscina di liquido all'interno del serbatoio. Le porte di accesso sono utilizzate per ispezionare, pulire e sfiatare i prodotti gassosi (CH ₄, CO ₂, ecc.). I solidi sospesi presenti nell'influente si depositano sul fondo del serbatoio. I biodegradabili disciolti e sospesi subiscono reazioni anaerobiche. Il grasso e alcune particelle solide fluttuano verso l'alto e formano uno strato di schiuma vicino alla parte superiore del serbatoio, mentre il fango si accumula sul fondo.

In un'unità a camera singola l'uscita del liquido si trova al di sotto dello strato di schiuma. L'uscita è dotata di un sifone situato appena fuori dal serbatoio, che impedisce lo scarico di particelle solide sospese e l'ingresso di aria. In un'unità a due camere, il deflusso dalla prima camera contenente una quantità relativamente piccola di solidi sospesi entra nella seconda camera.

Le particelle solide che entrano insieme alla biomassa prodotta nella seconda camera si depositano sul fondo del serbatoio. Questa camera è inoltre dotata di porte di accesso e di una presa di liquido dotata di un sifone. Da un'unità a camera singola e da un'unità a due camere, la schiuma accumulata e il fango depositato vengono rimossi periodicamente. La Figura 9.32 mostra uno schizzo di un serbatoio settico a due camere.

L'effluente che esce da una fossa settica è infine disposto attraverso un campo di smaltimento, che consiste in una serie di trincee riempite con mezzi porosi. Le particelle solide, se presenti, vengono trattenute sul supporto poroso, mentre il liquido si infiltra nel sottosuolo. Il liquido che risiede nelle trincee subisce in una certa misura reazioni aerobiche. È stato detto in precedenza che le fosse settiche non sono normalmente utilizzate per il trattamento delle acque reflue industriali.

Imhoff Tank :

Un serbatoio Imhoff è un sistema a due livelli. Ci sono due camere, una sopra l'altra. Entrambi sono aperti in alto. Sono rettangolari in alto e si restringono verso il basso. Il serbatoio superiore funge da camera di sedimentazione, mentre il serbatoio inferiore funge da camera di digestione anaerobica.

Un labbro sporgente situato nella parte inferiore della camera superiore impedisce ai gas e alle particelle sospese a gas prodotte nella camera inferiore di entrare nella camera superiore. Uno schizzo di un serbatoio Imhoff è mostrato in Fig. 9.33.

L'agente inquinante viene introdotto ad una estremità della camera superiore e l'effluente dallo stesso fluisce attraverso un'apertura situata all'altra estremità di questa camera. L'acqua di scarico mentre scorre lungo la lunghezza della camera superiore viene riossigenata poiché questa camera è aperta verso l'alto. In questa camera i substrati disciolti subiscono reazioni aerobiche.

Le particelle solide sospese, che entrano nella camera superiore insieme all'influente, si depositano attraverso la sua apertura inferiore nella camera inferiore. Nella camera inferiore i solidi stabilizzati subiscono reazioni anaerobiche.

I gas prodotti nella camera inferiore sfuggono all'atmosfera attraverso lo spazio tra le camere superiore e inferiore in alto. Alcune particelle solide più leggere e alcune particelle solide sospese a gas formano uno strato di schiuma nella fessura tra le camere superiore e inferiore in alto.

Lo strato di schiuma ritarda l'ingresso di ossigeno e mantiene quindi la condizione quasi anaerobica nella camera inferiore. Il fango accumulato viene rimosso periodicamente dalla camera inferiore attraverso un tubo di scarico dei fanghi o meccanicamente o prendendo l'aiuto della differenza della testa idraulica.

L'effluente liquido relativamente chiaro proveniente dalla camera superiore può essere smaltito attraverso un campo di smaltimento simile a quello di una fossa settica. Un serbatoio Imhoff non è un'apparecchiatura adatta per il trattamento delle acque reflue industriali. Può essere usato al posto di una fossa settica quando un influente contiene una quantità relativamente maggiore di solidi sospesi.

Analizzatore / reattore anaerobico:

La differenza fondamentale tra un digestore / reattore anaerobico e le unità anaerobiche descritte in precedenza è che un digestore / reattore è una camera completamente chiusa a tenuta d'aria mentre gli altri sono aperti in alto o non strettamente chiusi. In un digestore / reattore il gas prodotto viene raccolto ed è generalmente utilizzato come combustibile. I digestori / reattori anaerobici sono classificati e sottoclassificati come mostrato di seguito, a seconda dei componenti interni, del modello di flusso, ecc.

I. Unità di crescita sospesa:

(A) Digestori anaerobici

(i) tariffa standard per singolo stadio

(ii) Tasso a due stadi

(B) Reattore di coperta di fanghi di flusso in aumento

II. Unità di crescita associate:

(A) Filtri

(i) Unità con imballaggi convenzionali

(ii) Unità con imballaggi strutturati

(B) Letto espanso

Gli schizzi di alcune di queste unità sono mostrati in Fig. 9.34.

La descrizione delle unità sopra menzionate è la seguente:

Unità di crescita sospese:

In queste unità la biomassa (microbi) prodotta durante il funzionamento e qualsiasi particella solida (biodegradabile e / o inerte) che entra nelle unità insieme all'influente rimarrebbe in sospensione. Le sostanze organiche biodegradabili disciolte e sospese subiscono una reazione anaerobica.

Come risultato di queste reazioni viene prodotto un gas contenente principalmente CH ₄ e CO ₂ e vengono sintetizzate alcune biomasse (microbi), di conseguenza viene ridotto il BOD del flusso influente. L'effluente trattato lascia una tale unità insieme ad alcune particelle sospese.

I digestori anaerobici sono utilizzati per il trattamento di acque reflue industriali contenenti biodegradabili sia disciolti che sospesi. Questi digestori sono anche utilizzati per il trattamento dei fanghi dai coloni primari / coloni secondari. Questi sono indicati come stabilizzanti dei fanghi in cui avviene la degradazione anaerobica della porzione biodegradabile di un fango e viene prodotta una certa quantità di gas.

Questi digestori sono fatti di acciaio o cemento. Un digestivo ha un fondo conico, un corpo cilindrico e una cima a forma di cupola. Un gas (denominato biogas) prodotto a causa di reazioni anaerobiche si raccoglie tra la cupola (tetto) del digestore e la superficie del liquame da cui viene trasferito in un serbatoio di stoccaggio.

A. digestore anaerobico monostadio,

B. Reattore di coperta a fanghi anaerobici a flusso ascendente,

C. Reattore anaerobico a letto caricato a crescita acclusa a flusso ascendente,

D. Reattore anaerobico a letto espanso a letto espanso e flusso aumentato.

La cupola può essere una parte integrante del digestore, che è fissata al corpo del digestore, oppure può essere mobile. Una cupola galleggiante scorre via via che sempre più gas viene prodotto e si accumula e scivola quando il gas accumulato viene ritirato. Il divario tra una cupola galleggiante e un digestore è reso a prova di perdite al fine di evitare perdite del gas accumulato.

A volte un'unità a uno stadio viene indicata come un'unità convenzionale o un'unità standard. Il suo contenuto non è pronto e normalmente non è riscaldato. Poiché non è agitato, si verifica la stratificazione in esso. Nella parte inferiore (nella porzione conica) si accumula il fango digerito. La zona sopra di esso è la zona di digestione, dove la maggior parte della massa batterica rimane in sospensione. In questa zona avvengono la maggior parte delle reazioni. L'influente viene introdotto in questa zona.

La zona al di sopra della zona di digestione contiene quantità relativamente minori di solidi sospesi. Forma in questa zona l'effluente trattato viene ritirato. Le particelle solide più leggere e le particelle solide sospese a gas galleggiano e si accumulano vicino all'interfaccia gas-liquido sopra lo strato liquido supernatante. Queste particelle formano uno strato di schiuma.

Il gas prodotto nella zona di fango digerito e la zona di digestione fluiscono verso l'alto attraverso lo strato liquido supernatante e lo strato di schiuma e infine si raccolgono sotto la cupola. Le bolle di gas mentre si muovono verso l'alto attraverso i diversi strati provocano leggera agitazione e circolazione. Il fango accumulato dalla zona del fango viene rimosso periodicamente con l'aiuto di una pompa o prendendo l'aiuto della differenza della testa idraulica. La Figura 9.35 mostra uno schizzo di un'unità a singolo stadio.

Si dovrebbe notare qui che a causa della stratificazione non esistono uniformità in termini di concentrazione delle sostanze organiche e batteriche sospese e dissolte in tali digestori. A causa di questa non uniformità, l'efficienza complessiva dei digestori a fase singola non riscaldati sarebbe bassa.

Quindi, al fine di ottenere un grado desiderato di riduzione BOD / COD in tale unità, è necessario fornire un tempo di residenza più lungo (HRT). Il tempo di permanenza richiesto dipende dalla natura del substrato da trattare e dalla temperatura di esercizio.

Un'unità a due stadi è indicata come un digestore ad alta velocità. Consiste di due camere collegate in serie. Nella prima camera viene introdotto un flusso di acque reflue / fanghi. Il contenuto della prima camera viene accuratamente miscelato e mantenuto ad una temperatura superiore alla temperatura ambiente. La miscelazione viene effettuata mediante circolazione di gas o mediante ricircolazione del liquame o mediante agitazione meccanica.

Un dispositivo di riscaldamento (scambiatore di calore) può essere posizionato all'esterno del digestore o al suo interno. Le principali reazioni che si verificano nella prima camera sarebbero idrolisi e acidogenesi. In una certa misura anche la metanogenesi avrebbe luogo. A causa della temperatura più elevata e del contenuto di digestivo ben miscelato, le reazioni procedevano con una velocità maggiore.

Dalla prima fanghiglia della camera sarebbe traboccare alla seconda camera, che è generalmente nonstirred. Nella seconda camera avrebbero luogo ulteriori reazioni. Questa camera funge anche da colono. Il gas prodotto nella prima camera e quello nella seconda camera sono alimentati in un serbatoio di stoccaggio. Il fango depositato nella prima camera viene normalmente scartato, mentre quello dalla seconda camera può essere completamente scartato o parzialmente riciclato alla prima camera per mantenere una concentrazione di microbi più elevata in essa.

Le camere hanno una forma simile a quella di un'unità a singolo stadio. Uno schizzo di un'unità a due stadi è mostrato in Fig. 9.36.

Reattore di coperta a fanghi anaerobici a flusso ascendente:

L'altro dispositivo appartenente alle unità di tipo a crescita sospesa è il reattore di flusso anaerobico a flusso ascendente (UASB). Tali reattori sono in qualche modo simili nella costruzione dei digestori anaerobici a stadio singolo. Tuttavia, questi sono adatti per il trattamento di acque reflue contenenti sostanze organiche biodegradabili principalmente disciolte.

L'agente inquinante viene introdotto vicino alla base del cono di un tale reattore, che scorre verso l'alto attraverso una coperta di fango. La coperta di fango è costituita da una massa batterica prodotta a seguito delle reazioni anaerobiche. Il gas prodotto si muove verso l'alto e può trasportare alcune particelle solide.

Le particelle solide formano uno strato all'interfaccia gas liquido. Il gas si raccoglie sotto la cupola e sopra lo strato di particelle solide. L'effluente trattato insieme ad alcune particelle sospese fluisce in un colono attraverso un'uscita situata vicino allo strato delle particelle solide accumulate. Alcuni fanghi si depositano nella sezione conica del reattore e vengono rimossi di volta in volta. Il fango del reattore e il fango dei coloni vengono scartati.

Unità di crescita associate:

Le acque reflue ad alta resistenza contenenti sostanze organiche biodegradabili principalmente disciolte vengono trattate al meglio in unità anaerobiche di tipo annessa alla crescita. In tali unità i microbi prodotti durante il processo vengono attaccati alle superfici degli interni del reattore. Gli interni possono essere imballaggi strutturati o imballaggi formati convenzionali. È probabile che gli infusi contenenti troppe particelle sospese soffochino tali reattori.

In alcuni reattori vengono utilizzati granuli invece di imballaggi più grandi. I granuli vengono rivestiti con biomassa e fungono da siti attivi per reazioni anaerobiche. La classificazione dei reattori di crescita allegati è stata elencata nella sezione 9.10.6, e quelli sono descritti di seguito.

Reattore del filtro anaerobico:

Un reattore con filtro anaerobico è fondamentalmente un letto impaccato. È una colonna cilindrica dotata di un supporto per l'imballaggio vicino al fondo. Sotto il supporto di imballaggio, la colonna ha una sezione conica in cui si raccoglie il fango. Il supporto di imballaggio può essere un foglio perforato o una griglia con aperture più piccole delle guarnizioni.

Le guarnizioni possono essere ghiaie o imballaggi formati (anelli Raschig, sella Berl, ecc.) In ceramica o plastica. Viene anche utilizzato un imballaggio in plastica strutturata. I microbi prodotti durante il processo vengono attaccati alle guarnizioni e alcuni rimangono sospesi. In un reattore up-flow l'acqua di scarico entra appena sotto il supporto di imballaggio e scorre attraverso lo spazio vuoto tra le guarnizioni. Le acque reflue che fluiscono verso l'alto entrano in contatto con gli imballaggi rivestiti di microbi e con i microbi sospesi e subiscono reazioni anaerobiche.

L'effluente trattato da tale reattore fluisce attraverso una presa situata al di sotto dello spazio del gas che trasporta una biomassa sospesa. È alimentato in un colono da cui trabocca l'effluente chiarificato. Una parte del sedimento depositato dal colono può essere riciclata al reattore, il resto viene scartato. Il fango dal reattore viene scartato.

Il gas prodotto a seguito di reazioni anaerobiche bolle verso l'alto e si raccoglie nello spazio gassoso al di sopra del livello del liquido da dove viene prelevato.

I reattori imballati con impacchi strutturati sono preferiti rispetto a quelli impacchettati casualmente poiché gli imballaggi strutturati forniscono una superficie più specifica e uno spazio vuoto più alto. Un reattore con imballaggi strutturati ha meno probabilità di essere soffocato.

Un reattore con filtro anaerobico può essere utilizzato in modalità down-flow. Dal punto di vista della costruzione è simile a un'unità di up-flow. In un'unità down-flow l'influenza viene introdotta appena al di sotto dello spazio del gas e l'effluente trattato viene prelevato dal fondo. Trasporta più materiale sospeso (biomassa). Quindi l'effluente da tale reattore deve essere depositato in un settler progettato correttamente prima della sua scarica finale.

Reattore anaerobico a letto fluido e letto espanso :

In questi reattori le particelle granulari grossolane fungono da nucleo per la crescita della biomassa. Questi sono simili ai filtri anaerobici in costruzione. La piastra di supporto delle particelle montata sulla colonna dovrebbe avere aperture più piccole in modo che le particelle non possano cadere attraverso di esse e allo stesso tempo la caduta di pressione attraverso la piastra di supporto non sarebbe eccessiva.

L'agente di influenza viene introdotto in questi reattori sotto la piastra di supporto e scorre verso l'alto attraverso il letto di particelle. A seconda della velocità superficiale dell'acqua di scarico che fluisce verso l'alto, le particelle possono poggiare sulla piastra di supporto e in contatto l'una con l'altra o semplicemente toccarsi l'un l'altra o in sospensione. Quando le particelle si toccano l'un l'altro, si dice che il letto sia espanso. Quando la velocità superficiale viene ulteriormente aumentata, le particelle vengono sospese e il letto viene detto fluidizzato.

In condizioni di letto espanso e di letto fluido, le superfici totali delle particelle coperte da biomassa vengono esposte al flusso di acque reflue che scorre e le sostanze organiche disciolte sperimentano una maggiore interazione con la biomassa. A causa delle dimensioni delle particelle più piccole (rispetto ai letti confezionati) la superficie specifica è più grande.

Inoltre, a causa della maggiore velocità superficiale nei letti espansi e fluidizzati, la velocità di trasferimento degli inquinanti dalla massa della fase liquida alle superfici delle particelle sarebbe elevata. Di conseguenza, la velocità delle reazioni anaerobiche sarebbe più veloce. Tuttavia, al fine di mantenere la velocità superficiale superiore richiesta, è spesso necessario riciclare una parte dell'effluente trattato insieme all'influente.

Il gas prodotto durante il processo bolle verso l'alto attraverso il letto e si accumula nello spazio gassoso sopra il livello del liquido. L'effluente trattato contenente una biomassa sospesa fluisce attraverso una presa situata al di sotto dell'interfaccia gas-liquido. È sistemato in un colono prima della sua scarica finale.

Alcune particelle di biomassa passerebbero attraverso le aperture della piastra di supporto e raccoglieranno nella sezione inferiore conica della colonna da dove le particelle raccolte vengono rimosse di volta in volta.

Si può qui ricordare che i reattori a letto espanso e a letto fluido non hanno ancora trovato ampie applicazioni industriali.

Approccio progettuale del digestore anaerobico:

Un digestore anaerobico a due stadi può essere azionato sia con riciclo dei fanghi che senza riciclo dei fanghi. La Figura 9.36 mostra uno schizzo di un digestore a due stadi con riciclo dei fanghi.

La prima camera di un tale sistema di digestori è un digestore ben miscelato e la seconda camera funge solo da colono. Le equazioni da utilizzare per progettare un tale digestore sono le stesse utilizzate per la progettazione di un'unità di fanghi aerobici attivati a singolo stadio (CSTR). Le equazioni pertinenti sono elencate di seguito.

Il tasso di produzione di metano da tale unità può essere calcolato usando l'Eq. (9.90)

Tasso di produzione di metano, m ³ / giorno in STP

Un digestore anaerobico con riciclo dei fanghi può essere progettato attraverso i seguenti passaggi:

(i) I parametri cinetici, K _S, μ _m, ƴ, b, y e β per un processo anaerobico dovrebbero essere ottenuti sperimentalmente o dalla letteratura pubblicata. I valori numerici di quelli dipendono dagli inquinanti (substrato) presenti nelle acque reflue / nei fanghi e nei microbi utilizzati.

(ii) Se si specifica la concentrazione del substrato effluente trattato [S], allora Θ _C (tempo medio di permanenza cellulare) può essere calcolato usando l'Eq. (9.68). Se il valore calcolato di Θ _C. essere inferiore a 3 giorni o più di 15 giorni, quindi un valore numerico adatto di O deve essere assunto entro il range da 3 a 15 giorni. Corrisponde al valore assunto di Θ _C. [S] dovrebbe essere calcolato usando la stessa equazione Eq. (9.68). Il valore calcolato di [S] dovrebbe essere accettabile.

(iii) Viene assunto un valore adeguato di [X] (MLVSS) e si calcola che r (tempo di residenza) sia calcolato utilizzando l'Eq. (9.76). La stima di r non dovrebbe essere inferiore a Θ _{C min} . Nel caso in cui sia inferiore a Θ _{c, mjn}, si dovrebbe assumere un valore superiore di y e il valore corrispondente di [X] dovrebbe essere stimato.

(iv) Sulla base del valore calcolato di T, il volume del digestore V deve essere stimato utilizzando l'Eq. (9.77).

(v) Per la stima del rapporto di riciclo a utilizzando l'Eq. (9.64) si deve sapere [X] _r, poiché gli altri fattori, vale a dire, τ e Θ _C e [x] sono già stati valutati. Il valore di [X] _r la concentrazione di biomassa nel fango di riciclo dipenderebbe dalla progettazione e dalle prestazioni del colono.

(vi) La produzione di metano al giorno da tale unità è stimata usando la relazione Eq. (9.90).

La Figura 9.37 mostra uno schizzo di un digestore anaerobico a due fasi senza riciclo.

Le equazioni da utilizzare per progettare un digestore anaerobico senza riciclo sono simili a quelle utilizzate per progettare un CMAL (laguna aerobica completamente mista). Le equazioni sono elencate di seguito.

La produzione di metano da tale unità può essere stimata usando la relazione Eq. (9.90).

Esempio 9.8: Analizzatore anaerobico:

Una corrente di acque reflue con un BOD solubile di 20.000 mg / L e una portata di 15 m ³ / ora. deve essere trattato in un digestore anaerobico a due stadi con riciclo dei fanghi. Prove di laboratorio hanno indicato che un MCRT di 18 giorni ridurrebbe il BOD solubile nell'effluente trattato a 3000 mg / L e darebbe luogo a un'operazione stabile. La produzione di biomassa osservata è stata eliminata di 0, 1 mg / mg di BOD. Supponendo una concentrazione di biomassa di fanghi di riciclo di 14.000 mg / L, il tasso di carico di 5, 6 kg di BOD / m ³ giorno e di p = 1, 25 mg di BOD / mg determinano quanto segue:

(a) Volume del digestore, (b) Concentrazione cellulare nel digestore, (c) Rapporto di riciclaggio, (d) Tasso di scarto dei fanghi, (e) Tasso di trabocco dal colono e (f) Tasso di produzione del metano previsto.

Soluzione:

Il volume del digestore è stimato utilizzando la velocità di caricamento della relazione,