Processo a fanghi attivi: parametri operativi chiave, modalità di guasto e apparecchiature

Estrai un barattolo di vetro di liquore misto da una sana bacinella di aerazione e la risposta è visibile in pochi minuti: fiocchi marroni e soffici che si depositano in uno strato trasparente entro mezz'ora. Questo fiocco vivente è costituito dai fanghi attivi, il cavallo di battaglia biologico dietro la maggior parte degli impianti di acque reflue industriali e municipali, e rimuove abitualmente più del 90% del BOD in entrata quando viene gestito bene.

Quando va alla deriva, i segnali di allarme arrivano nel giro di pochi giorni: effluente torbido, una coltre di fango che striscia verso gli sbarramenti e un programma di soffianti che non ha più senso. Questa guida illustra il funzionamento del processo a fanghi attivi, i quattro numeri operativi che ne determinano le prestazioni, le modalità di guasto che compaiono più spesso nel servizio industriale e le scelte delle apparecchiature che mantengono stabile la biologia.

Cos'è il fango attivo e perché è importante il flocculato?

Il fango attivo è una coltura flocculante di batteri, protozoi e altri microrganismi che viene coltivata sotto aerazione controllata e utilizzata per consumare gli inquinanti organici nelle acque reflue e nelle acque reflue industriali.

Il nome risale al 1914, quando Edward Ardern e William Lockett dimostrarono a Manchester che i liquami aerati potevano essere riutilizzati per seminare il lotto successivo e che il riciclaggio di questa biomassa riduceva i tempi di trattamento da giorni a ore. Un secolo dopo, lo stesso principio fa ancora funzionare la maggior parte degli impianti di trattamento biologico nel mondo.

Il fiocco è un ecosistema funzionante piuttosto che una sostanza chimica. I batteri eterotrofi eliminano il carico carbonioso misurato come BOD, i batteri nitrificanti convertono l’ammoniaca in nitrato e i protozoi pascolano le cellule che nuotano liberamente, che è ciò che lucida l’effluente. I flocformatori secernono i polimeri extracellulari appiccicosi che consentono alle particelle di aggregarsi, depositarsi e compattarsi, quindi ogni decisione presa da un operatore è in realtà una decisione relativa a quell'ecosistema.

Come funziona il processo a fanghi attivi, fase per fase

Il processo funziona come un ciclo continuo: pretrattare il flusso, aerarlo, decantarlo, quindi restituire la maggior parte della biomassa e sprecare il surplus.

1. Pretrattamento ed equalizzazione. Schermi e dispositivi di rimozione della sabbia proteggono pompe e diffusori, mentre un serbatoio di equalizzazione agevola gli scarichi dei lotti durante i turni di fabbrica. I flussi industriali oleosi o grassi solitamente passano prima attraverso un'unità di flottazione ad aria disciolta, poiché i rivestimenti oleosi impediscono ai fiocchi di depositarsi.
2. Aerazione biologica. Bolle fini o aeratori di superficie forniscono ossigeno alla vasca mentre la turbolenza mantiene il fiocco in sospensione. L'ossigeno disciolto deve rimanere al di sopra di circa 1,5 mg/L per la rimozione del carbonio e più vicino a 2 mg/L dove è richiesta la nitrificazione.
3. Chiarimento secondario. Il liquore misto scorre in un chiarificatore silenzioso dove i fiocchi affondano e l'acqua limpida si riversa sugli sbarramenti. Il carico superficiale viene generalmente mantenuto al di sotto di circa 1,2 metri all'ora per evitare il trasporto di solidi.
4. Ritorno e spreco. Una pompa per i fanghi attivi di ritorno (RAS) solleva la biomassa depositata nuovamente all'ingresso del bacino, solitamente al 30-80% del flusso in entrata, mentre un flusso controllato di fanghi attivi di rifiuto (WAS) imposta l'età dei fanghi, comunemente da 5 a 15 giorni negli impianti convenzionali.

Laddove il chiarificatore rappresenta il collo di bottiglia, i moduli a tubi inclinati aggiungono un'area di sedimentazione efficace all'interno dell'ingombro del serbatoio esistente, il che li rende uno degli aggiornamenti meno dirompenti disponibili per un impianto in funzione.

Serbatoio di sedimentazione a tubo inclinato per aggiornamenti del chiarificatore I moduli a tubi inclinati aumentano l'area di sedimentazione effettiva all'interno dell'impronta del serbatoio esistente, consentendo alle particelle di depositarsi più velocemente della velocità del flusso verso l'alto. Per gli impianti in cui il chiarificatore limita la capacità, si tratta di un aggiornamento a bassa interruzione. Visualizza il prodotto →

I quattro numeri operativi che determinano le prestazioni dei fanghi attivi

Quattro numeri, MLSS, ossigeno disciolto, rapporto F/M e SVI, descrivono quasi tutto ciò che accade in un sistema a fanghi attivi e tutti e quattro possono essere monitorati con il campionamento giornaliero di routine.

I solidi sospesi del liquore misto (MLSS) sono la quantità di biomassa che svolge il lavoro. Il rapporto cibo-massa (F/M) confronta il BOD in entrata con quella biomassa: spingendolo sopra 0,5 i fiocchi si allenteranno e si disperderanno, facendolo morire di fame sotto 0,1 e ne conseguiranno fiocchi di spillo con perdite di chiarificante. L'ossigeno disciolto al di sotto di circa 0,5 mg/l in qualsiasi zona invita organismi filamentosi come Sphaerotilus, mentre l'ossigeno molto al di sopra di 4 mg/l brucia semplicemente la potenza del soffiatore.

Stessa biologia, diverse configurazioni

Lo stesso circuito appare in molti tipi di impianti e la configurazione cambia principalmente la quantità di biomassa trasportata dal bacino. I reattori batch di sequenziamento (SBR) eseguono l'intero ciclo in un unico serbatoio, gli impianti di aerazione estesa trattengono più fanghi per un periodo più lungo e il bioreattore a membrana (MBR) sostituisce il chiarificatore con filtrazione a membrana in modo che possa trasportare più volte l'MLSS convenzionale.

Abbina la configurazione al tuo profilo di carico e alla realtà del personale piuttosto che al numero più grande su una scheda tecnica. Poiché i soffiatori dominano la bolletta elettrica, il trasferimento di ossigeno è solitamente il ritorno più rapido nell’impianto: la sostituzione di griglie a bolle grosse usurate o aeratori di superficie invecchiati con diffusori a bolle fini riduce abitualmente una quota a due cifre di energia di aerazione mantenendo lo stesso setpoint DO.

Aeratore a disco microporoso per vasche di aerazione Gli aeratori microporosi del tipo a diaframma rilasciano bolle fini con un'ampia area di interfaccia gas-liquido, migliorando l'efficienza del trasferimento di ossigeno. La sostituzione degli aeratori a bolle grossolane o di superficie usurati con questi può ridurre l'energia di aerazione mantenendo lo stesso setpoint DO. Visualizza il prodotto →

Quando i fanghi attivi vanno male: fanghi che si accumulano, formano schiuma e salgono

La maggior parte dei problemi dei fanghi attivi sono guasti di assestamento piuttosto che guasti biologici e sono riconducibili a un breve elenco di cause: filamenti, squilibrio dei nutrienti, abbassamento di ossigeno e oscillazioni di carico.

Le cause principali più comuni

• L'ossigeno disciolto scende al di sotto di 0,5 mg/L in una parte del bacino, spesso all'estremità di ingresso
• Carenza di nutrienti, perché molti rifiuti industriali trasportano molto meno azoto o fosforo rispetto al classico rapporto BOD/azoto/fosforo 100:5:1
• Affluente settico che trasporta solfuri da lunghi tratti fognari anaerobici
• Ampie oscillazioni di carico, pH o temperatura derivanti dalla produzione in lotti
• Sottocarico cronico in vasche sovradimensionate, che affama i flocculatori

L'aumento dei fanghi è l'impostore in questo elenco: i fanghi si depositano bene, quindi denitrificano nel chiarificatore e galleggiano nuovamente sulle bolle di azoto. La cura è operativa, più sprechi, un tasso di rendimento più elevato o una permanenza nel bacino più breve, non chimica.

Gestire i fanghi attivi di scarto prima che prendano il sopravvento sul budget

I fanghi attivi di rifiuto sono diluiti, instabili e costosi da trasportare, quindi ispessirli e disidratarli in loco è quasi sempre più economico che trasportarli via umidi.

I fanghi secondari sono anche più difficili da disidratare rispetto ai fanghi primari, perché i fiocchi biologici trattengono l'acqua in fini capillari. Dopo il condizionamento del polimero, ci si aspetta circa dal 16 al 22% di solidi da una pressa a vite o da un filtro pressa a nastro sui fanghi attivi di scarto, rispetto a cifre più elevate sul materiale primario, quindi dimensionare la manipolazione della torta per il flusso biologico, non la media.

La scelta dell’attrezzatura conta tanto quanto la chimica. Un confronto dettagliato tra i modelli di pressa a vite e filtropressa a nastro mostra dei compromessi in termini di velocità di cattura, richiesta di acqua di lavaggio e attenzione dell'operatore: le presse a vite funzionano ininterrottamente con un lavaggio minimo, mentre le presse a nastro possono fornire una torta più asciutta su alcuni fanghi ma necessitano di una pulizia costante del nastro.

Acquistare entrambe le fasi da un unico fornitore semplifica inoltre le garanzie di prestazione. Yixing Hengye Environmental Protection Technology Co., Ltd., un produttore di apparecchiature per acque reflue industriali fondato nel 2015, costruisce macchine per la disidratazione di presse a vite, filtropresse a nastro e centrifughe decanter insieme ad aeratori, apparecchiature di chiarifica e sistemi di screening e possiede certificazioni ISO 9001, gestione ambientale e salute e sicurezza sul lavoro lungo tutta la sua catena di progettazione e produzione.

Macchina per la disidratazione dei fanghi con pressa a vite Utilizzando anelli fissi e mobili con meccanismo a coclea autopulente, questa macchina disidrata fanghi da 2000 a 50000 mg/L senza intasamento del tessuto filtrante. Una scelta pratica per la gestione dei volumi di fango generati dalle fasi di trattamento biologico. Visualizza il prodotto →

Domande frequenti sui fanghi attivi

In cosa differiscono i fanghi attivi da un processo di biofilm come MBBR?

I fanghi attivi mantengono i microrganismi sospesi sotto forma di fiocchi e li pompano indietro dal chiarificatore. Un reattore a biofilm a letto mobile (MBBR) li fa crescere su supporti di plastica che rimangono nel bacino, che tollera meglio le oscillazioni del carico e non necessita di pompaggio di ritorno, mentre i fanghi attivi sospesi generalmente raggiungono un BOD dell'effluente inferiore con un controllo del processo più rigoroso.

Quale valore SVI indica un fango attivo sano?

Trattare da 70 a 150 ml/g come banda sana. Tra i 150 ed i 200 i fanghi vanno alla deriva ed il chiarificatore va vigilato ogni ora; sopra i 200 ml/g ci si trova in una zona di carica e le perdite di solidi sono probabili entro pochi giorni.

Quanto tempo richiede l'avviamento di un impianto a fanghi attivi?

Il seeding con il 10-20% dell'MLSS di progetto da un impianto vicino in genere riduce la messa in servizio a due o tre settimane. Senza fanghi di semina, attendere dalle quattro alle sei settimane prima della rimozione stabile e più a lungo in acqua fredda.

I fanghi attivi possono trattare le acque reflue industriali ad alta resistenza?

Sì, a condizione che il flusso sia equalizzato, i nutrienti siano bilanciati approssimativamente al rapporto BOD/azoto/fosforo di 100:5:1 e i carichi di shock tossici vengano eliminati a monte. Gli stabilimenti chimici, tessili, del cuoio e della carta lavorano con successo i fanghi attivi proprio su questa base.