Rimozione dell'azoto dai reflui della stampa tessile digitale mediante processo anammox : studi preliminari

La tesi si inquadra in un più ampio progetto di ricerca “N-free Printing” (Rimozione autotrofa dell’azoto dai reflui della stampa tessile digitale) del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale del Politecnico di Milano. L’obiettivo è valutare la fattibilità del processo biologico di rimozione autotrofa dell’azoto mediante l’azione combinata di biomassa ammonio-ossidante (AOB) e biomassa anammox (AAO) su reflui concentrati originati dal processo di stampa tessile digitale campionati in corrispondenza degli scarichi delle acque di primo lavaggio, di tre differenti stamperie del distretto serico comasco. La tesi si articola in due sezioni: la prima descrive l’attività sperimentale condotta in laboratorio, mentre la seconda documenta lo sviluppo di un modello del processo applicato all’impianto pilota installato in laboratorio. La sperimentazione comprende test di attività specifica della biomassa anammox sul refluo tal quale o diluito, oppure dopo pretrattamento (tal quale o diluito) mediante filtrazione su membrana (cut-off 12 kDa), o dopo pretrattamento aerobico ad alto carico. L’attività specifica della biomassa è stata misurata mediante tecnica manometrica, che permette di valutare il grado di inibizione della biomassa a contatto con i differenti tipi di refluo esaminati rispetto al valore massimo ottenibile su refluo sintetico. Le prove di attività anammox hanno confermato i risultati di una fase precedente del progetto di ricerca, in cui l’idrolisi incontrollata dell’urea comporta concentrazioni di azoto ammoniacali incompatibili con l’attività anammox. Per tale motivo le prove batch non hanno consentito di accertare la trattabilità con biomassa anammox dei reflui concentrati da stampa digitale. Si è quindi reso indispensabile uno studio ulteriore con un impianto pilota con funzionamento continuo, in cui la concentrazione di ammoniaca sia mantenuta entro livelli accettabili per l’attività della biomassa anammox. In parallelo alla messa in marcia dell’impianto pilota sono state condotte prove batch con diverse tipologie di refluo per investigare la cinetica dell’ureolisi. L’impianto pilota in continuo è costituito da un reattore in sequenza di fasi (SBR) contenente biomassa granulare composta a sua volta da biomassa anammox e biomassa AOB. La coesistenza di queste popolazioni batteriche consente di ottenere il processo di rimozione denominato “One-Step Partial Nitritation-Anammox”. Il modello del processo biologico è stato costruito con la piattaforma software BioWin 4.1. Il modello è stato calibrato sulla concentrazioni in uscita di ammonio, nitrito e nitrato, ottenendo i valori dei tassi di crescita e decadimento delle biomasse presenti. L’analisi di sensitività del modello ha consentito di identificare i parametri critici del processo. Si è confermata l’estrema sensibilità alla concentrazione di ossigeno disciolto nella fase liquida del reattore. La stabilità del processo biologico nel lungo periodo dipende anche dal corretto rapporto tra l’ammonio e il carbonio inorganico presente, indispensabile per la sintesi di entrambe le biomasse autotrofe (AOB e AAO) e all’alcalinità necessaria per tamponare il pH e contrastare l’acidificazione prodotta dall’attività ammonio-ossidante. Il monitoraggio periodico della composizione del refluo, dell’aerazione e dell’attività di entrambe le biomasse sono indispensabili per mantenere la stabilità del processo. La biomassa AAO è risultata più sensibile di quella AOB, a causa della sua bassa velocità di crescita netta (crescita – decadimento). Il modello sviluppato potrà quindi essere utilizzato nelle successive fasi di ricerca per meglio gestire il processo PN-Anammox, considerando tutti gli aspetti critici evidenziati. Sarà poi possibile raffinare ulteriormente il modello costruito validandolo con i dati ottenuti dal trattamento dei reflui tessili esaminati.