MBBR Applicazioni multimediali nel trattamento delle acque reflue municipali e industriali|Caso di studio della Malesia

Applicazioni pratiche dei mezzi MBBR nel trattamento delle acque reflue municipali e industriali

Introduzione

Il supporto MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) è stato ampiamente utilizzato in progetti di trattamento delle acque reflue municipali e industriali in tutto il mondo grazie alle sue prestazioni di trattamento mature e alla buona adattabilità. Nel campo del trattamento delle acque reflue urbane, questa tecnologia viene spesso utilizzata per l'ammodernamento e il rinnovamento degli impianti di trattamento esistenti per soddisfare standard di scarico più rigorosi; mentre negli scenari industriali, può far fronte efficacemente alle caratteristiche della complessa composizione inquinante e alle grandi fluttuazioni del carico delle acque reflue industriali. Questo articolo esplorerà i casi di applicazione pratica dei mezzi MBBR e gli effetti del trattamento ottenuti in diversi scenari, concentrandosi sul contesto del trattamento delle acque reflue in Malesia ed esempi ingegneristici per dimostrare la praticità e l'economia di questa tecnologia.

Panoramica del contesto dell'industria del trattamento delle acque reflue della Malesia

Essendo un paese del sud-est asiatico, la Malesia è dotata di abbondanti risorse idriche e alcune regioni esportano addirittura acqua dolce nei paesi vicini da molto tempo. Tuttavia, negli ultimi anni, influenzato da molteplici fattori come la crescita della popolazione urbana, il rapido sviluppo industriale e una maggiore consapevolezza ambientale, il trattamento delle acque reflue in Malesia si trova ad affrontare gravi sfide e bisogni urgenti. Dal punto di vista dello status dell’industria, alcune regioni della Malesia hanno problemi come lo scarico diretto delle acque reflue, impianti di trattamento obsoleti e un’efficienza di trattamento insufficiente. Tra questi, molti luoghi come Johor e Sarawak hanno visto un intensificarsi dell’inquinamento dei fiumi a causa degli scarichi illegali delle fabbriche costiere e dello scarico non regolamentato delle acque reflue domestiche da parte dei residenti, e persino delle frequenti crisi di approvvigionamento idrico. Solo a Johor lo spreco giornaliero di acqua potabile raggiunge i 1.173 miliardi di litri, il che aggrava ulteriormente la contraddizione tra domanda e offerta di acqua.

Per migliorare la qualità dell'ambiente acquatico, il governo malese ha continuamente migliorato le leggi e i regolamenti sulla protezione ambientale. Tra questi, i regolamenti sulla qualità ambientale (acque reflue) del 2009 hanno formulato rigorosi standard di scarico delle acque reflue (standard A: BOD₅ inferiore o uguale a 20 mg/l, COD inferiore o uguale a 50 mg/l, solidi sospesi inferiore o uguale a 50 mg/l), proponendo requisiti più elevati per l'efficienza del trattamento degli impianti di trattamento delle acque reflue esistenti. Allo stesso tempo, la Malesia ha gradualmente aumentato gli investimenti nella costruzione e nel rinnovamento degli impianti di trattamento delle acque reflue. Da un lato, promuove la costruzione di sistemi centralizzati di scarico delle acque reflue. Kuching, ad esempio, ha investito molto nella costruzione di un sistema centrale di scarico delle acque reflue, che tratta le acque reflue centralmente in fasi prima di scaricarle nei fiumi, migliorando gradualmente la situazione di inquinamento dei fiumi. D’altro canto, introduce attivamente tecnologie efficienti per il trattamento delle acque reflue. Con i vantaggi di una superficie ridotta, un breve ciclo di ristrutturazione, un'elevata efficienza di trattamento e costi operativi controllabili, la tecnologia MBBR è diventata la tecnologia preferita per l'ammodernamento e il rinnovamento degli impianti di trattamento delle acque reflue municipali in Malesia ed è ampiamente utilizzata in vari progetti regionali di trattamento delle acque reflue. Inoltre, negli ultimi anni la Malesia ha anche promosso il trattamento dei rifiuti solidi e dell'inquinamento da plastica per ridurre le emissioni inquinanti alla fonte, alleggerire il peso del trattamento delle acque reflue e formare un sistema completo di governance della protezione ambientale di "controllo della fonte + trattamento della fine-del-tubo".

Casi applicativi dei mezzi MBBR nel trattamento delle acque reflue municipali

(1) Caso di ristrutturazione di un impianto municipale di trattamento delle acque reflue in Europa

Nel trattamento delle acque reflue urbane, uno scenario applicativo comune dei mezzi MBBR è l'ammodernamento e il rinnovamento degli impianti di trattamento dei fanghi attivi. Molti vecchi impianti di trattamento si trovano ad affrontare le sfide poste dai requisiti sempre più rigorosi di rimozione di azoto e fosforo. Aggiungendo mezzi MBBR ai serbatoi di aerazione esistenti, la ritenzione della biomassa può essere aumentata senza espandere il volume del reattore. Ad esempio, un impianto municipale di trattamento delle acque reflue in Europa con una capacità di trattamento progettata di 50.000 abitanti equivalenti (PE) ha adottato mezzi MBBR per il rinnovamento del potenziamento della nitrificazione. Prima della ristrutturazione, il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale dell'impianto era solo del 75%, non rispettando lo standard di scarico di 5 mg/l; dopo l'installazione di supporti MBBR con una superficie specifica di 800 m²/m³, il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale è aumentato fino a oltre il 95% e la concentrazione di azoto ammoniacale nell'effluente è stata stabilmente controllata al di sotto di 3 mg/L. Il progetto di ristrutturazione ha avuto tempi di inattività brevi e i costi operativi sono aumentati solo del 10%, il che riflette pienamente l'economia dei mezzi MBBR nell'ammodernamento e nel rinnovamento degli impianti di trattamento delle acque reflue municipali.

(2) Caso di ristrutturazione dell'impianto regionale di trattamento delle acque reflue di Kuala Sawah in Malesia

Con la crescita della popolazione urbana e le normative sempre più stringenti in materia di protezione ambientale in Malesia, la tecnologia MBBR è stata gradualmente adottata anche per il potenziamento degli impianti di trattamento delle acque reflue municipali. L'impianto regionale di trattamento delle acque reflue di Kuala Sawah (RSTP) a Negeri Sembilan, gestito dall'Indah Water Konsortium (IWK), ha urgentemente bisogno di migliorare la propria efficienza di trattamento per soddisfare i rigorosi standard di scarico stabiliti dalle normative malesi sulla qualità ambientale (acque reflue) del 2009. L'impianto originariamente adottava un processo con fossato di ossidazione, trattando 59.000 m³ di liquami e 260 m³ di fanghi fecali al giorno, servendo una popolazione di 320.000 ae. Tuttavia, l’effetto di rimozione dell’azoto era instabile e gli indicatori degli effluenti spesso non riuscivano a soddisfare gli standard durante i periodi di picco di carico, il che non era coerente con l’urgente richiesta di governance dell’ambiente idrico nell’area locale.

Per risolvere i problemi di cui sopra senza espandere la superficie esistente (un vincolo fondamentale nelle aree urbane), l'impianto ha realizzato un progetto di ristrutturazione dei mezzi MBBR nel 2023. Alla zona aerobica del pozzo di ossidazione è stato aggiunto un mezzo MBBR 37 con una superficie specifica di 800 m²/m³, pari al 25% del volume del reattore. Il progetto di ristrutturazione è stato implementato in più fasi, ciascuna delle quali è stata completata entro 10 giorni, riducendo al minimo l'impatto sul funzionamento. Il sistema MBBR ha migliorato significativamente la capacità di ritenzione della biomassa, in particolare l'arricchimento di batteri nitrificanti (Nitrospira spp.), ha migliorato la capacità della pianta di far fronte alle fluttuazioni del carico organico e del carico di azoto e ha risolto efficacemente il punto dolente della rimozione instabile dell'azoto del processo originale.

(3) Confronto delle prestazioni del trattamento prima e dopo la ristrutturazione

La tabella 1 di seguito riassume le prestazioni del trattamento di Kuala Sawah RSTP prima e dopo il rinnovamento dell'MBBR, rispetto ai limiti di scarico dello standard A della Malesia come riferimento.

Dalla Tabella 1 si può vedere che la ristrutturazione dell'MBBR ha migliorato significativamente l'efficienza del trattamento dell'impianto. Tutti gli indicatori chiave soddisfano e superano stabilmente gli standard di scarico dello Standard A della Malesia, tra cui il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale è aumentato di oltre 20 punti percentuali, risolvendo completamente il problema degli effluenti al di sotto degli standard durante i periodi di carico di punta. Inoltre, il sistema MBBR ha ridotto la produzione di fanghi in eccesso del 28%, riducendo il costo mensile di smaltimento dei fanghi di circa 25.000 Ringgit malesi (RM). Grazie alla progettazione a risparmio energetico-del sistema MBBR, i costi operativi sono aumentati solo dell'8%, rendendolo una soluzione economica ed efficiente per l'ammodernamento e il rinnovamento dell'impianto e fornendo anche un riferimento fattibile per il rinnovamento di altri vecchi impianti di trattamento delle acque reflue in Malesia.

Casi applicativi dei mezzi MBBR nel trattamento delle acque reflue industriali

(1) Caso di trattamento delle acque reflue di un impianto di lavorazione lattiero-casearia del Nord America

In ambito industriale i media MBBR sono stati applicati con successo nel trattamento di varie tipologie di acque reflue industriali. Ad esempio, le acque reflue della lavorazione alimentare contengono solitamente elevate concentrazioni di materia organica (COD fino a 10.000 mg/l) e grassi, che sono difficili da trattare in modo efficiente con i processi tradizionali. Un impianto di lavorazione lattiero-casearia nordamericano ha adottato un sistema MBBR per trattare le acque reflue di produzione. Il reattore è stato riempito con il 30% di volume di mezzo MBBR cilindrico e il tempo di ritenzione idraulica è stato controllato a 8 ore. I risultati dell'operazione hanno mostrato che il tasso di rimozione del COD ha raggiunto il 92% e il tasso di rimozione del BOD₅ ha raggiunto il 94%, che era significativamente migliore rispetto alle prestazioni del processo a fanghi attivi originale (tasso di rimozione del COD del 78%); allo stesso tempo, la produzione dei fanghi in eccesso è stata ridotta del 30%, riducendo efficacemente i costi di smaltimento dei fanghi e bilanciando l'effetto e l'economia del trattamento.

(2) Caso di trattamento delle acque reflue di uno stabilimento farmaceutico asiatico

Un altro tipico scenario applicativo è il trattamento delle acque reflue farmaceutiche. Tali acque reflue contengono composti organici tossici e refrattari, difficili da trattare. Uno stabilimento farmaceutico asiatico ha adottato un sistema combinato di mezzi MBBR e processi di ossidazione avanzata (AOP) per trattare le acque reflue. L'MBBR è stato utilizzato come unità di pre-trattamento per rimuovere la materia organica biodegradabile, riducendo il carico di trattamento dei successivi AOP ed evitando l'impatto di sostanze tossiche sui processi successivi. Il reattore MBBR ha raggiunto un tasso di rimozione del COD del 65% per le acque reflue farmaceutiche. Dopo il trattamento mediante il processo combinato, la concentrazione finale di COD nell'effluente era inferiore a 50 mg/L, rispettando gli standard di scarico locali. L'applicazione dei mezzi MBBR ha inoltre migliorato la stabilità del sistema di trattamento, indebolito l'impatto delle sostanze tossiche sul processo di trattamento e garantito il funzionamento stabile a lungo-termine del sistema di trattamento.

Confronto delle prestazioni del sistema MBBR in diversi scenari applicativi

La tabella 2 di seguito confronta le prestazioni dei sistemi MBBR nei diversi scenari applicativi descritti in questo articolo, evidenziando la versatilità e l'adattabilità di questa tecnologia e fornendo un riferimento per la selezione tecnica di diversi tipi di progetti di trattamento delle acque reflue.

Conclusione

I casi di applicazione pratica sopra riportati mostrano che i media MBBR sono una tecnologia universale ed efficiente adatta sia al trattamento delle acque reflue municipali che industriali. Presenta i vantaggi di sopportare un elevato carico organico, una forte resistenza ai carichi d'urto e di essere in grado di cooperare e integrarsi con altri processi di trattamento, rendendolo la soluzione preferita per risolvere problemi complessi di trattamento delle acque reflue. Soprattutto in Malesia, in combinazione con le esigenze locali del trattamento delle acque reflue-c'è l'urgenza di aggiornare le vecchie strutture, i rigidi vincoli degli standard di scarico e la necessità di bilanciare lo spazio e i costi operativi-l'applicazione della tecnologia MBBR ha risolto efficacemente i punti critici del trattamento locale delle acque reflue, ha fornito un supporto tecnico efficiente ed economico per la governance dell'ambiente idrico in Malesia e ha anche fornito una preziosa esperienza pratica per progetti di trattamento delle acque reflue in regioni simili.

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