Il trattamento biologico consiste nell'utilizzo di microrganismi per degradare la materia organica presente nelle acque reflue; si distingue principalmente in trattamento biologico anaerobico e aerobico.
Trattamento biologico anaerobico: Il principio del trattamento biologico anaerobico consiste nell'utilizzare microrganismi anaerobici per metabolizzare le sostanze organiche in un ambiente privo di ossigeno, trasformandole in metano (CH₄), anidride carbonica (CO₂) e alcuni altri prodotti intermedi. Questo processo è noto come digestione anaerobica.
Trattamento biologico aerobico: In condizioni aerobiche, i microrganismi trasformano la materia organica in anidride carbonica e acqua attraverso la respirazione, eliminando al contempo sostanze inquinanti quali l'azoto ammoniacale e il fosforo.
Durante il processo di trattamento anaerobico è necessario monitorare i seguenti parametri:
pH
I microrganismi anaerobici sono sensibili al pH dell'ambiente, specialmente in condizioni acide o alcaline, dove la loro attività metabolica può essere inibita. L'intervallo di pH ottimale per la maggior parte dei microrganismi anaerobici è compreso tra 6,5 e 8,0. Il monitoraggio del pH aiuta a determinare se il sistema si trova in condizioni ambientali adeguate e previene un'eccessiva acidificazione o alcalinizzazione.
Ossigeno disciolto (DO)
Durante il trattamento anaerobico, l'ossigeno disciolto dovrebbe essere prossimo allo zero, poiché i microrganismi anaerobici proliferano in un ambiente privo di ossigeno. Se la concentrazione di ossigeno disciolto è troppo elevata, potrebbe inibire l'attività dei microrganismi anaerobici. La concentrazione di ossigeno disciolto viene solitamente monitorata mediante un elettrodo di ossigeno (ad esempio un sensore di ossigeno disciolto) per garantire un ambiente anaerobico.
Domanda chimica di ossigeno (COD)
Il COD è un importante indicatore della concentrazione di materia organica nelle acque reflue. L'obiettivo del trattamento anaerobico è quello di degradare la materia organica attraverso l'attività microbica, riducendo così il COD nelle acque reflue. Il monitoraggio regolare del COD aiuta a valutare l'efficienza di rimozione degli inquinanti del processo di trattamento anaerobico e a determinare se è stato raggiunto il livello di trattamento desiderato.
Azoto totale (TN) e azoto ammoniacale (NH₃-N)
Anche le fonti di azoto, come l’azoto ammoniacale, possono essere degradate durante il processo di trattamento anaerobico, specialmente in condizioni adeguate in cui la denitrificazione anaerobica è in grado di rimuovere l’azoto. Il monitoraggio delle concentrazioni di azoto totale e di azoto ammoniacale aiuta a valutare l’efficienza di rimozione dell’azoto e a impedire che quantità eccessive di azoto finiscano nei corpi idrici a valle, causando l’eutrofizzazione.
Temperatura
La temperatura influisce direttamente sull'attività dei microrganismi anaerobici. Il processo di digestione anaerobica raggiunge la massima efficienza nell'intervallo di temperatura compreso tra 30 e 40 °C (digestione anaerobica mesofila). Temperature troppo elevate o troppo basse possono influire sulla velocità di reazione e sull’efficacia del trattamento. Mantenere la temperatura entro l’intervallo ottimale è fondamentale per il corretto funzionamento del processo anaerobico.
Quasi tutti i sensori di qualità dell'acqua di KACISE sono dotati di sensori di temperatura.
Durante il processo di trattamento aerobico è necessario monitorare i seguenti parametri:
Ossigeno disciolto (DO)
L'ossigeno disciolto è essenziale per il metabolismo dei microrganismi aerobici. I microrganismi necessitano di ossigeno per la respirazione aerobica, necessaria alla degradazione della materia organica. Se la concentrazione di ossigeno disciolto è troppo bassa, può verificarsi una diminuzione dell'attività microbica, con conseguente riduzione dell'efficienza del trattamento. Se invece la concentrazione di ossigeno disciolto è troppo alta, si rischia uno spreco di energia. Il livello di ossigeno disciolto viene solitamente monitorato in tempo reale tramite sensori di DO per garantire che rimanga entro l’intervallo appropriato (in genere 2-4 mg/L).
pH
Il pH influisce sull'attività metabolica dei microrganismi e sull'efficienza della degradazione della materia organica. I microrganismi aerobici sono più attivi in ambienti neutri o leggermente alcalini. Condizioni estremamente acide o alcaline possono inibire l'attività microbica e persino causare il malfunzionamento del sistema. In genere viene mantenuto nell'intervallo compreso tra 6,5 e 8,5 per garantire il normale metabolismo microbico.
Domanda chimica di ossigeno (COD)
La domanda chimica di ossigeno (COD) è un indicatore comunemente utilizzato per misurare la concentrazione di materia organica nelle acque reflue. Un valore più elevato di COD indica una maggiore concentrazione di inquinanti organici nell’acqua. Lo scopo principale del trattamento aerobico è quello di rimuovere queste sostanze organiche e ridurre il COD. Il monitoraggio regolare delle concentrazioni di COD nell’affluente e nell’effluente aiuta a valutare l’efficacia del trattamento aerobico. Il trattamento aerobico può ridurre significativamente il COD nelle acque reflue e, di norma, il COD dell’effluente deve soddisfare gli standard normativi.
Domanda biochimica di ossigeno (BOD)
Il BOD riflette il fabbisogno biologico di ossigeno necessario per la degradazione della materia organica presente nell'acqua. Si tratta di un importante indicatore della qualità dell'acqua e dei livelli di inquinamento. Durante il trattamento aerobico, i microrganismi degradano la materia organica presente nel BOD in anidride carbonica e acqua attraverso la respirazione aerobica. La misurazione regolare dei valori di BOD viene utilizzata per valutare l’efficienza di rimozione del sistema di trattamento. Il BOD5 (domanda biochimica di ossigeno in cinque giorni) è in genere l’indicatore più comunemente monitorato.
Azoto ammoniacale (NH₃-N)
L'azoto ammoniacale è un comune inquinante azotato presente nelle acque reflue. I microrganismi aerobici sono in grado di convertire l'azoto ammoniacale in nitrato attraverso il processo di nitrificazione. Quando la concentrazione di azoto ammoniacale è troppo elevata, può inibire l'attività microbica e compromettere l'efficienza del trattamento. Il monitoraggio delle concentrazioni di azoto ammoniacale garantisce un'efficace rimozione dal sistema, prevenendo l'inquinamento secondario dell'ambiente.
Azoto totale (TN)
L'azoto totale comprende l'azoto ammoniacale, l'azoto nitrico e altre forme di azoto. Le reazioni di nitrificazione nei processi di trattamento aerobico trasformano l'azoto ammoniacale in azoto nitrico. Tuttavia, una nitrificazione eccessiva può portare all'accumulo di azoto nitrico. Il monitoraggio della concentrazione di azoto totale, specialmente negli impianti che prevedono la rimozione dell'azoto, garantisce un regolare svolgimento della nitrificazione e previene un accumulo eccessivo di azoto.
Temperatura
La temperatura ha un impatto significativo sul tasso metabolico dei microrganismi e sull’efficienza del trattamento. In generale, i microrganismi raggiungono la massima attività nell’intervallo di temperatura compreso tra 20 e 35 °C. Se la temperatura è troppo alta o troppo bassa, ciò influirà sulla crescita microbica e sull’efficienza del trattamento delle acque reflue. I sensori di temperatura vengono utilizzati per monitorare la temperatura del reattore e garantire che rimanga entro l’intervallo ottimale.
Solidi sospesi totali (TSS)
Il TSS riflette la concentrazione di solidi sospesi nell'acqua. Durante il trattamento aerobico, i solidi sospesi presenti nelle acque reflue vengono in genere degradati dai microrganismi (ad esempio, i fanghi attivi). Un TSS eccessivo può causare l’intasamento dell’impianto, compromettendo il deflusso delle acque reflue. Il monitoraggio della concentrazione di TSS impedisce l’accumulo eccessivo di solidi sospesi, garantendo l’attività microbica e la scorrevolezza delle acque reflue all’interno del reattore.
Solidi sospesi nel liquido misto (MLSS)
Per MLSS si intende la concentrazione di solidi sospesi nel liquido misto, compresi i fanghi attivi e la materia organica non digerita. La concentrazione di MLSS influisce sull’efficienza del sistema di trattamento aerobico. La concentrazione di MLSS viene solitamente mantenuta nell’intervallo compreso tra 2000 e 5000 mg/L per garantire una quantità adeguata di microrganismi in grado di degradare la materia organica presente nell’acqua.
