1. Introduzione
La rimozione avanzata dei nutrienti biologici (BNR) è un componente fondamentale dei sistemi convenzionali a fanghi attivi (CAS), che mira a ridurre le concentrazioni di azoto e fosforo per soddisfare le normative sempre più rigorose sullo scarico degli effluenti. I sistemi CAS tradizionali spesso si basano su aerazione continua e parametri operativi fissi, che possono limitare l’efficienza di rimozione dei nutrienti, in particolare in condizioni di afflusso fluttuanti. Lo studio indaga le modifiche operative, tra cui l’aerazione intermittente e l’ottimizzazione dell’età dei fanghi, per migliorare la rimozione dei nutrienti senza grandi cambiamenti infrastrutturali, fornendo una guida pratica per l’ammodernamento degli impianti esistenti.
2. Materiali e metodi
I reattori su scala-pilota sono stati progettati per confrontare diverse condizioni operative. Le modalità di aerazione includevano cicli di aerazione continui e intermittenti, mentre i tempi di ritenzione dei fanghi (SRT) variavano da 5 a 20 giorni. I rapporti carbonio-a-azoto (C/N) sono stati regolati da 4 a 10 per valutare il loro effetto sulla rimozione dei nutrienti. Come affluente sono stati utilizzati gli effluenti secondari municipali. Le concentrazioni di azoto e fosforo sono state monitorate quotidianamente. La composizione della comunità microbica è stata valutata utilizzando il sequenziamento dell'rRNA 16S, concentrandosi sull'arricchimento di batteri nitrificanti e denitrificanti nell'ambito di varie strategie operative. Sono state implementate strategie di controllo adattativo per valutare la stabilità dell'effluente in condizioni di variabilità dell'affluente.
3. Risultati
L'aerazione intermittente combinata con l'età ottimizzata dei fanghi ha migliorato significativamente l'efficienza di rimozione dei nutrienti. La rimozione dell’ammonio superava costantemente il 95%, la rimozione totale dell’azoto variava dall’80% al 90% e le concentrazioni di fosforo totale scendevano al di sotto di 1 mg/L in condizioni ottimali. L'analisi microbica ha rivelato un arricchimento selettivo di batteri nitrificanti e denitrificanti, correlato a una migliore rimozione dei nutrienti. Il monitoraggio continuo e il controllo adattativo hanno mantenuto una qualità stabile degli effluenti anche quando le concentrazioni degli effluenti variavano. L'analisi comparativa ha dimostrato che l'aerazione intermittente ha fornito una rimozione superiore di azoto e fosforo rispetto all'aerazione continua, ottimizzando al tempo stesso l'SRT e migliorando ulteriormente le prestazioni del processo.
4. Discussione
I risultati indicano che le modifiche operative nei sistemi CAS possono migliorare significativamente la rimozione dei nutrienti senza richiedere costosi aggiornamenti delle infrastrutture. L'aerazione intermittente crea condizioni aerobiche e anossiche alternate che favoriscono la nitrificazione e la denitrificazione simultanee. L'età ottimizzata dei fanghi mantiene una popolazione microbica equilibrata, supportando un'attività biologica stabile. Lo studio evidenzia l’importanza di comprendere le dinamiche della comunità microbica e di applicare il controllo adattivo per rispondere alla variabilità degli influenti. Questi risultati offrono una guida pratica per gli impianti di trattamento delle acque reflue che cercano di migliorare la qualità degli effluenti in modo efficace in termini di costi-e rispettando al tempo stesso i requisiti normativi più severi.
5. Conclusione
Una migliore rimozione dei nutrienti biologici nei tradizionali sistemi a fanghi attivi può essere ottenuta combinando l'aerazione intermittente con l'ottimizzazione dell'età dei fanghi. Questa strategia migliora la rimozione di azoto e fosforo, promuove cambiamenti benefici nella comunità microbica e garantisce una qualità stabile degli effluenti in condizioni variabili. L'approccio comparativo fornisce un metodo fattibile ed economicamente vantaggioso-per l'ammodernamento degli impianti CAS esistenti, dimostrando che le modifiche operative possono ottenere sostanziali vantaggi ambientali e normativi senza grandi investimenti infrastrutturali.