Riduzione della produzione di fanghi di supero di un processo a fanghi attivi a ossigeno puro mediante ozonolisi

Sludge produced by conventional activated sludge processes contributes up to 50% of the total running costs of a wastewater plant, especially in densely populated regions where agricultural reuse is difficult. Among the technologies suitable for reducing the production of biological sludge, the ozonation of sludge is receiving increasing attention. Ozone causes the lysis of part of the particulate matter, damages the cell membranes of bacterial biomass and favors the selection of populations characterized by low cell yield and lower growth rates (Gardoni et al., 2011). In this work, a pure oxygen activated sludge process was considered and the production of sludge with and without the application of the ozonolysis process was compared. The immediately most representative parameter is the net yield of sludge expressed in terms of dry matter produced per unit mass of COD removed from the wastewater treated by the plant (YOBS, kgSST/kgCOD). The plant, on a demonstration scale, adopts a pure-oxygen activated-sludge process and is located at the San Giuliano Milanese Ovest wastewater treatment plant, managed by the CAP Group. The work, carried out in collaboration with SIAD S.p.A., is part of the activities of the PerformWater_2030 research project (www.performwater2030.it). The analyzed data are preliminary, requiring further confirmation, and the experimentation is still in progress. However, they allowed us to observe the effect of ozone on reducing the production of biological sludge. Under the same operating conditions, the ozone dosage allowed to reduce YOBS from 0.54 to 0.33 kgSST/kgCOD, equal to a 39% reduction in the sludge produced. The most important data compared to the experiences present in the literature is related to the ozone dose with which this reduction was obtained, equal to about 6 mgO3/gSST, (referred to solids exposed to ozone). The result obtained confirms the values present in the study conducted by Manterola et al. (2008), highlighting the effectiveness of ozone even at lower doses than those adopted in several experiences documented in literature (30-50 mgO3/gSST). Two simulations were also performed by applying a specific model of the activated sludge process implemented on the WEST® software platform, calibrated on the results obtained from measurements and respirometric tests that allowed to estimate the cell yield coefficient (YH), the growth rate (μH) and the bacterial decay coefficient (bH) of the heterotrophic biomass in the two conditions (without and with ozonolysis). Similarly to what has been reported in the literature, the tests performed on biomass exposed to the ozone dosage allowed to estimate a cell yield coefficient lower than that of unexposed biomass, as well as a lower growth rate and a higher decay rate of the active biomass. Subsequently, scenario analyses were carried out to simulate the behavior of the two processes (with and without sludge ozonation) by varying the characteristics of the wastewater entering the biological reactor. Finally, the cost analysis has shown that the process is also convenient from an economic point of view, even for sludge disposal costs of less than 100 €/t of wet sludge at 25% dry solids (typical value of sludge sent to disposal). At the average disposal cost currently adopted (150 €/tf.u,), it allows to obtain savings of between 7 and 9%, slightly increasing with the plant's potential.

I fanghi prodotti dai convenzionali processi a fanghi attivi concorrono fino al 50% dei costi di gestione totali di un impianto di acque reflue, specialmente in regioni densamente popolate in cui è difficile il riuso agricolo. Tra le tecnologie idonee a ridurre la produzione di fanghi biologici l’ozonazione del fango sta ricevendo un’attenzione via via crescente. L’ozono causa la lisi di parte del materiale particolato, danneggia le membrane cellulari della biomassa batterica e favorisce la selezione di popolazioni caratterizzate da bassa resa cellulare e minori tassi di crescita (Gardoni et al., 2011). In questo lavoro si è considerato un processo a fanghi attivi a ossigeno puro e si è messa a confronto la produzione di fanghi con e senza l’applicazione del processo di ozonolisi. Il parametro immediatamente più rappresentativo è costituito dalla resa netta di fanghi espressa in termini di sostanza secca prodotta per unità di massa di COD rimosso dall’acqua di rifiuto trattata dall’impianto (YOBS, kgSST/kgCOD). L’impianto, a scala dimostrativa, adotta un processo a fanghi attivi a ossigeno puro ed è ubicato presso l’impianto di depurazione delle acque di San Giuliano Milanese Ovest, gestito dal Gruppo CAP. Il lavoro, svolto in collaborazione con SIAD S.p.A., rientra nelle attività del progetto di ricerca PerformWater_2030 (www.performwater2030.it). I dati analizzati sono preliminari, necessitando di ulteriori conferme, e la sperimentazione è ancora in corso. Essi hanno comunque permesso di osservare l’effetto dell’ozono sulla riduzione della produzione di fango biologico. A parità di condizioni operative, il dosaggio di ozono ha consentito di ridurre YOBS da 0,54 a 0,33 kgSST/kgCOD, pari a una riduzione del 39% dei fanghi prodotti. Il dato più importante rispetto alle esperienze presenti in letteratura è relativo alla dose di ozono con la quale è stata ottenuta tale riduzione, pari a circa 6 mgO3/gSST (riferita ai solidi esposti all’ozono). Il risultato ottenuto conferma i valori riportati da Manterola et al. (2008), evidenziando l’efficacia dell’ozono anche a dosi più basse rispetto a quelle adottate in altre numerose esperienze documentate in letteratura (30-50 mgO3/gSST). Sono state inoltre eseguite due simulazioni applicando un modello specifico del processo a fanghi attivi implementato sulla piattaforma software WEST®, calibrato sui risultati ottenuti dalle misurazioni e da prove respirometriche che hanno permesso di stimare il coefficiente di resa cellulare (YH), il tasso di crescita (μH) e il coefficiente di decadimento batterico (bH) della biomassa eterotrofa nelle due condizioni (senza e con ozonolisi). Analogamente a quanto riportato in letteratura le prove eseguite sulla biomassa esposta al dosaggio di ozono hanno consentito di stimare un coefficiente di resa cellulare inferiore a quello della biomassa non esposta, così come inferiore è risultato il tasso di crescita, mentre maggiore è risultato il tasso di decadimento della biomassa attiva. Successivamente, sono state svolte delle analisi di scenario per simulare i comportamenti dei due processi al variare delle concentrazioni in ingresso al reattore biologico e delle caratteristiche del refluo. Infine, l’analisi dei costi ha dimostrato che il processo è conveniente anche dal punto di vista economico anche per costi di smaltimento dei fanghi inferiori a 100 €/t di fango umido al 25% di secco (valore tipico dei fanghi avviati a smaltimento). Al costo medio di smaltimento oggi adottato pari a 150 €/tf.u, consente di ottenere risparmi compresi tra il 7 e il 9%, leggermente crescenti con la potenzialità dell’impianto.