Studio di fattibilita' tecnico-economica di un processo S2EBPR per un impianto di trattamento di acque reflue

Phosphorus removal from wastewater is crucial to limit the eutrophication of surface water bodies, and treatment plants play a fundamental role in mitigating environmental damages. This study analyzes the technical and economic feasibility of implementing the side-stream enhanced biological phosphorus removal (S2EBPR) process with thickened primary sludge fermentation at the Monza municipal wastewater treatment plant, comparing it with the chemical phosphorus removal method currently in use. Laboratory fermentation tests showed that with a solids retention time (SRT) of 3.2 days and an organic loading rate (OLR) of 9 kgSV/(m3·d), volatile fatty acid (VFA) production yields were 0.18 gCOD/gSV at 20 °C and 0.28 gCOD/gSV at 35 °C, suggesting an adequate substrate availability for phosphorus-accumulating organisms (PAOs). Full-scale modeling highlighted the feasibility of integrating the anaerobic compartment within the existing recirculation channel volume of the biological sludge (Vanaer =914.4m3) and using the decommissioned digester for fermentation, both in the 35 °C scenario (VF 35 = 1120 m3) and in the 20 °C scenario (VF 20 = 1760 m3), maintaining an SRT of 3.2 days. The economic analysis revealed that the S2EBPR process with fermentation at 20 °C is the most cost-effective scenario, with an operational cost of 269 659 €/year, lower than chemical phosphorus removal due to savings on reagent consumption. This study demonstrates that S2EBPR is a sustainable and economically advantageous alternative for phosphorus removal, enhancing wastewater treatment plant efficiency while reducing environmental impacts.

La rimozione del fosforo dalle acque reflue è cruciale per limitare l’eutrofizzazione dei corpi idrici superficiali e gli impianti di trattamento sono fondamentali per limitare i danni ambientali. Questo studio analizza la fattibilità tecnico-economica dell’implementazione del processo side-stream enhanced biological phosphorus removal (S2EBPR) con fermentazione del fango primario ispessito presso l’impianto municipale di trattamento delle acque reflue di Monza, confrontandolo con il metodo di defosfatazione chimica attualmente in uso. Le prove di fermentazione in laboratorio hanno mostrato che con un tempo di ritenzione dei solidi (SRT) di 3.2 giorni e un carico organico (OLR) di 9 kgSV/(m3 · d), la resa di produzione di acidi grassi volatili (VFA) è stata pari a 0.18 gCOD/gSV a 20 °C e 0.28 gCOD/gSV a 35 °C, valori che suggeriscono un’adeguata disponibilità di substrato per i batteri fosforo accumulanti (PAO). La modellazione a scala d’impianto ha evidenziato la possibilità di integrare il comparto anaerobico nel volume esistente del canale di ricircolo dei fanghi biologici (Vanaer = 914.4 m3) e di utilizzare il digestore dismesso per la fermentazione, sia nello scenario a 35 °C (VF 35 = 1120 m3) sia in quello a 20 °C (VF 20 = 1760 m3), mantenendo SRT pari a 3.2 giorni. L’analisi economica ha evidenziato che il processo S2EBPR con fermentazione a 20 °C è lo scenario più conveniente, con un costo operativo di 269 659 €/anno, inferiore rispetto alla defosfatazione chimica grazie al risparmio sul reagente. Questo studio dimostra che l’S2EBPR è un’alternativa sostenibile ed economicamente vantaggiosa per la rimozione del fosforo, contribuendo all’efficientamento degli impianti di trattamento delle acque reflue e alla riduzione degli impatti ambientali legati agli scarichi.