Studio di un approccio biologico per la riduzione dei fanghi di supero: i cicli alternati in linea fanghi

The main topic deals with the application of Alternate Cycles process in Sludge Line to minimize sludge production. Excess sludge is one of the core problems in the activated sludge process, that nowadays is the most popular method in the municipal wastewater treatment. The removal of carbon and nitrogen substrates is achieved by both the oxidation to harmless end products and the conversion into biomass: the biomass growth generates excess sludge that needs to be wasted, treated and disposed of. Conventional solutions for the final disposal, as landfill and land application, are more hardly applicable because of the stringent environmental regulations. Various strategies have been investigated to face this situation over the years. The Alternate Cycles process in Sludge Line is a biological approach strategy: a rate of the recycle flow is conditioned in a basin in which the oxygen supply is alternated with just mixing phase. The goal of the process is to reduce the sludge through both uncoupling metabolism and cellular lysis. The ORP in the treatment tank is not kept to a fixed value by the automatic control device, but it is allowed to vary into two ranges: from -400mV to - 200mV and from -200mV to +50mV. The operative parameters which define an experimental set up are the HRT of the treatment basin and the daily percentage of time rolled by in each ORP range. This study was planned in two phases: first we realized some preliminary tests in bench scale and then the application of the process in two full scale wastewater treatment plants was performed. The observed growth yield was determined through an accurate mass balance to evaluate the sludge reduction in the full scale wastewater plants. Heterotrophic growth yield values were determined throughout the experimentation to investigate the attainment of uncoupling metabolism, while the concentration of monovalent cations and the constant of endogenous decay were assessed to examine the cellular lysis. The minimum observed growth yield achieved was equal to 0.11 kgTVSkgCODr-1 in the full scale plant of 11,000 PE and it was of 0.09 kgTVSkgCODr-1 in the full scale plant of 35,000 PE

Il principale argomento del lavoro di tesi riguarda l’applicazione del processo Cicli Alternati in Linea Fanghi per minimizzare la produzione di fanghi di supero. Questi rappresentano uno dei problemi maggiori nel processo a fanghi attivi, che ad oggi è il metodo più diffuso per il trattamento di reflui civili. La rimozione del carbonio e dell’azoto avviene attraverso l’ossidazione a prodotti innocui e la conversione in nuova biomassa: la crescita genera quindi fango che necessita di essere trattato e smaltito. Il ricorso alle classiche destinazioni finali, quali la discarica e lo spandimento in agricoltura, è reso più difficile dalle stringenti normative in tema ambientale. Ad oggi, la ricerca ha proposto diverse soluzioni per fronteggiare questa situazione con una diminuzione della crescita dei fanghi. Il processo a Cicli Alternati in Linea Fanghi è una strategia con approccio biologico: una quota della portata di ricircolo viene trattata in una vasca dedicata dove alla fornitura d’aria si alternano fasi di semplice miscelazione. L’obiettivo del processo è di ridurre il fango attraverso l’induzione sia di un metabolismo disaccoppiato sia di lisi cellulare. Il livello di ORP nella vasca di trattamento non è mantenuto fisso ma è lasciato variare in due fascie dal controllo automatico: una compresa tra - 400mV e -200mV, l’altra tra -200mV e +50mV. I parametri operativi che definiscono un setting sperimentale sono l’HRT della vasca e le percentuali di tempo giornalieri trascorse in ogni fascia di ORP. Lo studio è stato organizzato in due fasi: nella prima sono stati effettuati test in laboratorio e nella seconda il processo è stato applicato in due impianti in piena scala. La reale riduzione di fanghi occorsa negli impianti è stata valutata con il calcolo del coefficiente di crescita osservata attraverso un rigoroso bilancio di massa. La presenza di metabolismo disaccoppiato indotto è stata esaminata con la determinazione del coefficiente di crescita eterotrofica, mentre i cationi monovalenti e la costante di decadimento sono stati utilizzati quali indicatori della lisi cellulare. Il coefficiente di crescita osservata minimo a seguito dell’applicazione nell’impianto in piena scala da 11.000 AE è stato pari a 0,11 kgTVS/KgCODr, mentre nell’impianto da 35.000 AE è risultato pari a 0,09 kgTVS/kgCODr.