One-step biological autotrophic process for nitrogen removal for digital textile printing : preliminary lab-tests and modelling

The thesis is part of a research project "Life DeNtreat" (the anaerobic removal of nitrogen from the digital textile printing wastewater) of the Department of Civil and Environmental Engineering at the Politecnico di Milano. The main aim of this thesis is to evaluate the Anaerobic Ammonia Oxidizing (AAO) biomass activity and Ammonia oxidizing biomass (AOB) activity on the wastewater from SCR (Stamperia Cassina Rizzardi) textile printing industry near Como area. The thesis is divided into two sections. First section describes the ureolysis test and AAO and AOB activity tests carried out in the laboratory while the second describes the modelling of the gas lift PN-Anammox SBR demonstration plant. Moreover, the Livescia wastewater treatment plant wide plant model has been studied to evaluate the effects of the Anammox pre-treatment. The Anammox activity was studied by manometric batch test. These confirmed the compatibility of the Anammox biomass with the SCR wastewater. Also, the AOB activity test confirmed the lack of inhibition for nitrifying biomass. In parallel, the kinetics of urea hydrolysis was studied with the ureolysis test. The model of the SBR demonstration plant and of the "Livescia" full-scale wastewater treatment plant (WWTP) was built using BioWin. The demonstration plant model highlighted the importance of providing long start-up times, due to the effect of heterotrophic biomass in slowing the start of the PN-Anammox process. The model on the full-scale plant "Livescia" made it possible to understand the effect of the Anammox pre-treatment (if it is extended to the entire discharge from the factory "Stamperia Cassina Rizzardi") on the conventional activated sludge process at the WWTP "Livescia”. The pre-treatment allows to avoid the external carbon dosage, to reduce the energy consumption and, therefore, the treatment costs of the "Livescia" WWTP. Finally, the reduction of greenhouse gas emissions (GHG) was also studied, due essentially to the release of N2O, which is reduced, according to the forecasts of the model, by about 90%.

La tesi fa parte di un progetto di ricerca "Life DeNtreat" (la rimozione anaerobica dell'azoto dalle acque reflue di stampa tessile digitale) del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale del Politecnico di Milano. L'obiettivo principale di questa tesi è di valutare l'attività della biomassa ossidante dell'ammoniaca anaerobica (AAO) e l'attività di biomassa ossidante dell'ammoniaca (AOB) sulle acque reflue della stampa tessile SCR (Stamperia Cassina Rizzardi) vicino all'area di Como. La tesi è divisa in due sezioni. La prima sezione descrive il test di ureolisi e i test di attività AAO e AOB effettuati in laboratorio mentre il secondo descrive la modellazione dell'impianto di dimostrazione del gas lift PN-Anammox SBR. Inoltre, il modello di impianto di trattamento delle acque reflue di Livescia è stato studiato per valutare gli effetti del pre-trattamento Anammox. L'attività di Anammox è stata studiata mediante test del manometro. Questi hanno confermato la compatibilità della biomassa Anammox con le acque reflue SCR. Inoltre, il test di attività AOB ha confermato la mancanza di inibizione per la biomassa nitrificante. In parallelo, la cinetica dell'idrolisi dell'urea è stata studiata con il test di urea. Il modello dell'impianto dimostrativo SBR e dell'impianto di trattamento delle acque reflue (wastewater treatment plant, WWTP) "Livescia" è stato realizzato utilizzando BioWin. Il modello di impianto dimostrativo ha evidenziato l'importanza di prevedere lunghi tempi di avviamento a causa dell'effetto della biomassa eterotrofa nel rallentare l'avvio del processo PN-Anammox. Il modello sull'impianto a piena scala "Livescia" ha permesso di comprendere l'effetto del pre-trattamento Anammox (se esteso all'intero scarico della stamperia di Cassina Rizzardi) sul processo di trattamento dei fanghi attivi convenzionali presso il WWTP "Livescia". Il pre-trattamento permette di evitare il dosaggio di carbonio esterno, di ridurre il consumo di energia ei costi di trattamento del WWTP "Livescia". Infine, è stata studiata anche la riduzione delle emissioni di gas serra (GHG), dovute essenzialmente al rilascio di N2O, che vengo ridotte, secondo le previsioni del modello, di circa il 90%.