Processi biologici autotrofi MBR per la rimozione dell'azoto da digestati di origine agrozootecnica

La presente tesi ha come scopo quello di implementare tecnologie sostenibili ed economicamente vantaggiose per la rimozione dell’azoto dai digestati agrozootecnici tramite processi anaerobici. Dopo una preliminare analisi dei processi tradizionali sono stati valutati quelli più innovativi e in particolar modo quello legato all’utilizzo della biomassa Anammox (ANaerobic AMMonium OXidation) e alla sua applicabilità in bioreattori a membrana (Membrane Biological Reactor, MBR). L’influente, dovendo avere particolari concentrazioni di nitrito per operare l’ossidazione anossica, deve provenire da una fase di parziale nitrosazione (Parnit) da anteporre a quella Anammox. Avendo a disposizione un solo MBR, la sperimentazione si è suddivisa in due momenti: il primo per lo studio del processo di parziale nitrosazione (Parnit) e il secondo per quello del processo Anammox. Lo studio qui descritto si occupa quindi dell’ottimizzazione delle condizioni operative di un pilota MBR per: • ottenere un effluente con caratteristiche idonee al processo Anammox, cioè con rapporto azoto nitroso/azoto ammoniacale tendente a 1 (Parnit); • ossidare in ambiente privo di ossigeno l’azoto ammoniacale alimentato contestualmente con l’azoto nitroso - che svolge il ruolo di accettore di elettroni (Anammox) Per il Parnit si è controllato dapprima il DO e l’SRT per evitare la totale nitrosazione dell’azoto ammoniacale alimentato mediante mezzo sintetico. Con il graduale passaggio all’influente reale interferenti con la sonda dell’ossigeno hanno portato a regolare l’attività mediante pH, portato da 7,00 (condizioni ottimali per l’ossidazione aerobica) a 6,5o (attività leggermente rallentata). Salvo problematiche di regolazione dell’SRT nel primo periodo e le difficoltà tecniche riscontrate nel controllo dell’aerazione – facilmente risolvibili con strumenti più sofisticati e precisi – non si sono rilevate complicazioni considerevoli: la biomassa per la nitrosazione ha lavorato molto bene nell’MBR, ed è risultato anche abbastanza semplice regolarne il grado di attività. La rimozione del COD solubile è decisamente efficace (> 90%) per concentrazioni intorno ai 1000 mg L-1. Meno incisiva (circa 50%) per concentrazioni superiori (1700 mg L-1), ma sempre e comunque alta per il COD totale (mediamente > 80%). I veri problemi sono stati rilevati sul fouling della membrana dopo il passaggio graduale all’alimento reale. I lavaggi fisici hanno permesso di prolungare l’utilizzo del modulo filtrante, ma senza mai ristabilire le condizioni iniziali, indice di fouling di tipo irreversibile, rimovibile solo per via chimica. Gli EPS e gli SMP, però, non sembrano essere responsabili di tale problematica: non riultano infatti essere correlati in alcun modo con l’aumento della pressione transmembrana (TMP). Probabilmente lo sporcamento è stato dovuto a colloidi presenti nel reale alimentato. Per il processo Anammox si è utilizzato un alimento avente diversi rapporti r tra azoto nitroso e ammoniacale fino a trovare nel valore 0,9 quello più adatto al trattamento. Rapporti maggiori hanno evidenziato acculi di nitrito (inibente per l’Anammox), segno di un’attività aerobica ad opera di AOB causata da potenziali infiltrazione di ossigeno. L’influente impiegato è stato pian piano modificato passando da uno totalmente sintetico ad uno totalmente reale. L’analisi dei ratei di rimozione han mostrato una probabile attività denitrificante durante tutta sperimentazione. Inoltre grazie a prove di attività periodiche è stato possibile stabilire il rateo di rimozione massima e l’attività specifica della biomassa Anammox che si sono attestati rispettivamente su valori medi di 5 gN d-1 (con massimi oltre i 10 gN d-1) e 0,4 gN g-1MLVSS d-1 (con massimi prossimi agli 0,9 gN g-1MLVSS d-1). I rapporti tra NLR e NRRmax (sempre inferiori al 30% e tendenzialmente compresi tra 15 e 20% con minimi inferiori al 10%) hanno messo in luce l’effettiva possibilità di aumentare i carichi di azoto (ammoniacale e nitrico) ulteriormente, sempre facendo attenzione a non superare i 50 mg L-1 (o ancor peggio i 100 mg L-1) di nitrito nel mixed liquor, concentrazione parzialmente (o totalmente) inibente per la biomassa Anammox. Anche in questo caso la problematica maggiore è stata determinata dal fouling della membrana anche se in modo diverso: la TMP ha iniziato ad alzarsi gradualmente dopo il lento passaggio all’alimento reale. Gli EPS e gli SMP sembrano essere correlati e quindi il tipo di fouling atteso dovrebbe essere di tipo irreversibile e quindi rimovibile solo per via chimica. In realtà la correlazione è stata data dall’aumento progressivo della biomassa nel reattore (oltre i 3 gVSS L-1) causata da una maggiore disponibilità di nutrienti dell’influente reale. Infatti a seguito dei lavaggi fisici effettuati la membrana tornava su TMP del tutto simili a quelle iniziali. Il fouling quindi è stato determinato prettamente dall’effetto torta sul modulo. I fiocchi di fango erano infatti molto più numerosi ad occhio durante l’impiego dell’alimento reale per i motivi suddetti.