Analisi dell'efficienza di rimozione degli inquinanti nelle acque reflue utilizzando un sistema AAO modificato
Panoramica
ILAnaerobico-Anossico-Ossico (AAO o A²/O)Il processo è una tecnologia di trattamento biologico delle acque reflue ampiamente adottata, progettata per la rimozione simultanea di carbonio organico, azoto e fosforo. Si compone di tre zone interconnesse:
- Zona anaerobica: In mancanza di ossigeno e nitrati, i batteri facoltativi scompongono i composti organici, rilasciando fosforo.
- Zona anossica: I batteri denitrificanti utilizzano il carbonio organico come donatore di elettroni per ridurre i nitrati/nitriti (ritornati dalla zona ossica) in azoto gassoso, ottenendo la rimozione dell'azoto.
- Zona ossica: I microrganismi aerobici ossidano la materia organica rimanente e facilitano la nitrificazione (da ammoniaca a nitrato), mentre gli organismi che accumulano fosforo-assorbono i fosfati.
Nel campo del trattamento delle acque reflue, mentre il sistema AAO convenzionale può rimuovere gli inquinanti dalle acque reflue, la composizione sempre più complessa delle acque reflue ha portato ad un certo calo dell’efficienza di trattamento del processo AAO. Per garantire il livello di applicazione e l’efficacia del processo AAO,è necessario condurre ricerche specifiche sui sistemi modificati, che riveste un'importanza pratica significativa per le imprese e i dipartimenti interessati nel migliorare la loro qualità operativa.
Sistema AAO modificato
1. Principi fondamentali del Sistema AAO
Prendendo come esempio il sistema di trattamento delle acque reflue AAO in uno specifico impianto di trattamento delle acque reflue, il sistema esistente è aprocesso AAO convenzionale, costituito principalmente da quattro componenti:una vasca anaerobica, una vasca aerobica, una vasca anossica ed una vasca di sedimentazione secondaria, come dettagliato inFigura 1.
Nel sistema AAO convenzionale, i microrganismi crescono e metabolizzano in varie condizioni ambientali. Attraverso le interazioni tra diverse comunità microbiche, l'efficace rimozione degli inquinanti si ottiene tramite reazioni chimiche come l'ammonificazione, la nitrificazione e la denitrificazione, che eliminano in modo significativo gli inquinanti organici.
Il sistema AAO convenzionale offre vantaggi quali bassi costi tecnici, funzionamento semplice e breve tempo di ritenzione idraulica (HRT). Tuttavia, presenta anche degli inconvenienti, tra cuiscarsa efficienza di rimozione del fosforoErequisiti rigorosi per l’età dei fanghi e la progettazione delle fonti di carbonio, rendendo difficile il rispetto degli standard previsti in alcuni progetti di rimozione degli inquinanti delle acque reflue.
2. Analisi progettuale del sistema AAO modificato
Sulla base delle ricerche precedenti, sono stati apportati miglioramenti al sistema AAO convenzionale, concentrandosi principalmente sul serbatoio anaerobico. ILsistema di serbatoi anaerobici modificatiè composto da tre parti:una zona di miscelazione-dell'acqua dei fanghi, una zona di separazione-dell'acqua dei fanghi e una zona dei mezzi, come mostrato inFigura 2.
Nelsistema AAO modificato (Figura 3), la zona di miscelazione dell'acqua- dei fanghi e la zona dei fluidi sono progettate con dimensioni identiche (15 cm di lunghezza × 20 cm di larghezza × 60 cm di altezza), ciascuna con un volume effettivo di 9 L. Il tempo di ritenzione idraulica (HRT) sia per la zona dei fanghi che per la zona dei fluidi è di 2 ore.
3. Analisi dell'efficienza di rimozione del COD nel sistema AAO modificato
È stata analizzata l'efficienza di rimozione della domanda chimica di ossigeno (COD) del sistema AAO modificato. Quando il COD dell'effluente era 447 mg/L, il COD dell'effluente dalla fase anaerobica era di circa 147 mg/L e il COD dell'effluente finale era di 42 mg/L, soddisfacendo lo standard di scarico di Classe A. L'efficienza di rimozione del COD nella fase anaerobica iniziale era instabile, con fluttuazioni significative e livelli relativamente bassi di solidi sospesi nel liquore misto (MLSS). Tuttavia,dopo 7 giorni, il tasso di rimozione si è stabilizzato al 94%. La fase anaerobica rimuove principalmente gli inquinanti attraverso la degradazione microbica e la diluizione mediante riflusso, dimostrando un'efficace rimozione degli inquinanti.
Utilizzando il software Minitab, le prestazioni di rimozione dei sistemi AAO modificati e convenzionali sono state confrontate tramite analisi t-test di campioni indipendenti, con i risultati mostrati inFigura 4.
Con un intervallo di confidenza del 95%, il valore t- era 0,26 e il valore p- era 0,605. L’analisi dei dati non ha indicato differenze significative nei tassi medi di rimozione tra i due sistemi. Il sistema AAO modificato ha mostrato una variabilità relativamente elevata nell'efficienza di rimozione del COD, principalmente a causa delle differenze nei dati della fase iniziale-, inclusa la fase di acclimatazione.Nel complesso, il sistema AAO modificato ha dimostrato un’efficace rimozione del COD.
4. Analisi dell'efficienza di rimozione dell'azoto ammoniacale nel sistema AAO modificato
È stata analizzata l'efficienza di rimozione dell'azoto ammoniacale (NH₃-N). Quando la concentrazione di NH₃-N in ingresso era di 36 mg/L, l'effluente NH₃-N dalla fase anaerobica era di circa 19 mg/L. Nella fase iniziale, la concentrazione dell’effluente era relativamente elevata e l’efficienza di rimozione oscillava in modo significativo. Tuttavia,dopo 12 giorni di acclimatazione, il tasso di rimozione è aumentato a circa l'81%, con batteri nitrificanti nella fase di crescita logaritmica.Successivamente il tasso di rimozione si è stabilizzato, raggiungendo una media del 93%, con una concentrazione di NH₃-N nell'effluente di 4 mg/l, conforme allo standard di scarico di Classe A.
Con un intervallo di confidenza del 95%, il valore t- era 3,41 e il valore p- era 0,998. L’analisi dei dati non ha indicato differenze significative nei tassi medi di rimozione tra i due sistemi. Il sistema AAO modificato ha mostrato una variabilità relativamente elevata nell'efficienza di rimozione di NH₃-N, principalmente a causa delle differenze nei dati della fase iniziale-, inclusa la fase di acclimatazione.Nel complesso, il sistema AAO modificato ha dimostrato un'efficace rimozione di NH₃-N.
5. Analisi dell'efficienza di rimozione del fosforo totale e dell'azoto totale nel sistema AAO modificato
5.1 Efficienza totale di rimozione del fosforo
È stata analizzata l'efficienza di rimozione del fosforo totale (TP). Quando la concentrazione di TP nell'affluente era pari a 3,6 mg/L, era necessario un periodo di acclimatazione di 11 giorni. La concentrazione di TP nell'effluente dell'intero sistema ha raggiunto 2,8 mg/L, mentre la concentrazione di TP nell'effluente in fase anaerobica è stata di 4,2 mg/L, indicando un significativo rilascio di fosforo. Dopo l'acclimatazione, le prestazioni di rimozione del TP sono migliorate notevolmente, con la concentrazione di TP nell'effluente dello stadio anaerobico che è scesa a 2,7 mg/L e l'efficienza di rimozione ha raggiunto il 17%.Nella fase successiva, il tasso di rimozione dei TP si è stabilizzato al di sopra del 60% e la concentrazione di TP negli effluenti si è avvicinata a 0,5 mg/L, conforme allo standard di scarico di Classe B.
Il confronto tra i due sistemi ha mostrato che il sistema AAO modificato richiedeva un periodo iniziale di acclimatazione con un'efficienza di rimozione relativamente bassa. Tuttavia, dopo l'acclimatazione,le sue prestazioni di rimozione del TP sono migliorate in modo significativo, dimostrando una maggiore efficienza rispetto al sistema AAO convenzionale.
5.2 Efficienza totale di rimozione dell’azoto
È stata analizzata l'efficienza di rimozione dell'azoto totale (TN). Quando la concentrazione di TN nell'affluente era di 34 mg/L, la concentrazione di TN nell'effluente dello stadio anaerobico era di circa 18 mg/L. Nella fase iniziale, la concentrazione dell’effluente era relativamente elevata e l’efficienza di rimozione oscillava in modo significativo.Dopo 10 giorni di acclimatazione, il tasso di rimozione del TN è aumentato al 68%, con una concentrazione dell'effluente di 9 mg/L, conforme allo standard di scarico di Classe A.
Con un intervallo di confidenza del 95%, il valore t- era 0,72 e il valore p- era 0,753. L’analisi dei dati non ha indicato differenze significative nei tassi medi di rimozione tra i due sistemi. Il sistema AAO modificato ha mostrato una variabilità relativamente elevata nell'efficienza di rimozione del TN, principalmente a causa delle differenze nei dati della fase iniziale-, inclusa la fase di acclimatazione.Nel complesso, il sistema AAO modificato ha dimostrato un’efficace rimozione del TN.
Conclusione
In sintesi, il sistema AAO modificato dimostra ottime prestazioni nella rimozione dei principali inquinanti delle acque reflue-COD, azoto ammoniacale, azoto totale e fosforo totale-rispettando gli standard di scarico di Classe A o B dopo un breve periodo di acclimatazione.
Sebbene l'analisi statistica (t-test, p-value) non abbia mostrato differenze significative nell'efficienza di rimozione media rispetto al sistema convenzionale, il design modificato ha mostrato una maggiore stabilità e migliori risultati del trattamento nel tempo, nonostante una maggiore variabilità dei dati durante il funzionamento iniziale. I miglioramenti, in particolare nella zona anaerobica con zone di miscelazione, separazione e fluidi ottimizzati, contribuiscono ad aumentare la resilienza e l'efficienza del processo.
Questi risultati sottolineanoil potenziale dei sistemi AAO modificati per affrontare in modo efficace le composizioni complesse delle acque reflue, sostenendone l'applicazione pratica per l'ammodernamento delle infrastrutture di trattamento esistenti.