IT8320459A1 - Metodo di concentrazione di fango biologicamente attivato in modo speciale - Google Patents

Description

Descrizione dell ' invenzione avente per titolo: METODO DI CONCENTRAZIONE DI FANGO BIOLOGICAMENTE ATTIVATO IN MODO SPECIALE?

RIASSUNTO

L'invenzione concerne un metodo di concentrazione di fanghi biologici, attivati in modo speciale, mediante modificazione della loro struttura fisica attraverso un metodo biologico.

Il metodo di concentrazione consiste nel fatto che si aggiungono ai fanghi composti azotati contenenti ossigeno, nel modo pi? opportuno nitrati o nitriti, in una quantit? compresa fra 50 e 1000 g/m ad una temperatura compresa fra 5 e 45?C e ad un pH fra 5 e 8,5 in condizioni anaerobiche, e successivamente, vale a dire dopo 15 minuti - 3 ore, "fiocchi" di fango con struttura fisica modificata, formati in seguito ad attivit? enzimica, vengano direttamente concentrati.

Il procedimento d? luogo ad un concentrato di fango e risulta, nei confronti dei procedimenti esistenti, semplice, rapido e soprattutto, economico.

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

L'oggetto dell'invenzione ? un metodo di concentrazione di fango biologico, attivato in modo speciale, mediante modifica nella struttura fisica del fango effettuata attraverso il trattamento sotto descritto.

Questi fanghi si formano nel trattamento di acque di rifiuto mediante cosiddette filtrazione biologica e attivazione biologica. Durante questi processi di purificazione, vari microorganismi presenti nell'acqua di rifiuto proliferano e utilizzano impurezze solubili per la produzione di biomassa. L'acqua di rifiuto viene pertanto liberata dalle sostanze disciolte?, l'acqua purificata viene poi fatta ritornare agli acquedotti. I microorganismi separati per sedimentazione formano un fango biologico.

Il fango viene ulteriormente trattato, in vista di un completo smaltimento o di una ulteriore utilizzazione.

Smaltimento di fanghi si ottiene attraverso metodi classici basati sulla setticizzaziane o digestione dei fanghi stessi. Ci? viene attuato principalmente in cosiddetti campi di fanghi o lagune di fanghi in cui avviene filtrazione e rimozione di acqua mediante evaporazione e il fango viene digerito in condizioni aerobiche ed anaerobiche combinate. Il trattamento richiede grandi aree e presenta effetti negativi nei confronti dell'ambiente circostante. Un metodo con effettimbientali meno negativi ? rappresentato dalla digestione in condizioni anaerobiche. Tuttavia, esso richiede elevati investimenti per la costruzione di camere di digestione sotto pressione ermeticamente chiuse. In queste camere avviene una profonda trasformazione , durante la quale il fango viene pressocch? mineralizzato. Ci? ? accompagnato da forti perdite e degradazione della sostanza organica e dallo sviluppo di gas quali idrogeno, ammoniaca, metano, anidride carbonica, idrogeno solforato, azoto, eccos? via. La sospensione digerita proveniente da entrambi i trattamenti pu? essere impiegata soltanto come fertilizzante. Energia pu? essere prodotta sotto forma di gas infiammabili (metano, idrogeno solforato, idrogeno).

Poich? la biomassa del fango contiene circa 40% di proteina per peso a secco, sono stati fatti tentativi per impiegare determinati tipi di fango come alimentazione per il bestiame. A tal fine, la biomassa del fango deve essere essiccata. Prima dell'essiccamento, il fango deve essere disidratato quanto pi? possibile. La disidratazione e la concentrazione di fanghi biologici ? nota, fra gli esperti, come un problema assai difficile. Ci? ? dovuto al fatto che il fango attivo presenta una struttura fisica inopportuna. A causa di questa struttura, esso lega forti quantit? di acqua che possano essere rimossi soltanto con difficolt?. Il fango ? perci? fortemente voluminoso.

Fango biologico ottenuto attraverso semplice sedimentazione presenta un peso a secco di circa 1%. Esso viene concentrato attraverso la cosiddetta flottazione mediante pressione, che si basa sul fatto di far passare forzatamente aria compressa finemente dispersa attraverso la sospensione di fango. Le bolle d'aria trasportano i fiocchi di fango verso la superficie. Il fango sottoposto a flottazione contiene un massimo del 5% in peso a secco. La concentrazione viene provocata puramente da una pi? netta separazione della fase liquida dalla sospensione fangosa, mentre la struttura fisica rimane invariata. Il metodo di flottazione richiede considerevoli investimenti e comporta costi energetici associati alla produzione di aria compressa. La biomassa separata viene ulteriormente concentrata in centrifughe di decantazione. La concentrazione finale raggiunge un massimo del 10% in peso a secco dovuto alla invariata struttura fisica. Allo scopo di aumentare l'effetto di centrifugazione , 3a struttura fisica del fango trat tato viene migliorata attraverso metodi chimico-fisici come ad esempio l'applicazione di sali di alluminio o ferro, polielettroliti, e cos? via, in grado di provocare una variazione nella carica elettrica delle micelle di fango e del relativo strato di idratazione. Di conseguenza, l'acqua legata mediante forze adesive alla grande superficie delle particelle sferiche viene liberata. La variazione di struttura fisica provocata dal procedimento assicura una buona concentrazione nella centrifuga di decantazione, che si avvicina alla concentrazione raggiunta dalla centrifugazione di microorganismi unicellulari come ad esempio lieviti. Questo procedimento richiede pure forti spese, dovute specialmente al costo dei prodotti chimici-polielettroliti - che sale costantemente. Questi svantaggi vengono evitati attraverso il metodo descritto nella presente invenzione, in cui una variazione nella struttura fisica del fango viene ottenuta attraverso un processo a basso costo utilizzante l'attivit? enzimica dei microorganismi presenti nel fango biologico, attivato in modo speciale.

La inopportuna struttura fisica del fango ? dovuta, oltre che al sopra citato strato di idratazione di microorganismi e di acqua extra cellulare all'interno della micella di fango, anche al fatto che un certo manero di microorganismi presenti nel fango forma involucri viscosi extra cellulari fatti di polisaccaridi che sono presenti nella cellula. Le sostanze costituenti l'involucro viscoso presentano una elevata attitudine a legare acqua e sono la causa principale della scarsa disidratabilit? dei fanghi. Gli ordinari tentativi per migliore le strutture fisiche di fanghi non prendono in considerazione questo fatto e i procedimenti tradizionali hanno pertanto una scarsa efficacia.

La variazione nella struttura fisica del fango attraverso processi enzimici ? stata trattata per

la prima volta brevetto cecoslovacco no. 153046 "A method of concentrazion of organic sludges" (metodo di concentrazione di fanghi organici) (Barta, Fechtner, Hanzlic?k, Verner, Vesely) e nel brevetto cecoslovacco No. 147846 "A method of reducing th? liquid phase content in organic sludges" (metodo per ridurre il contenuto di fase liquida in fanghi organici) (Barta, Dyr, Hanzlic?k, Verner, Vesely). In conformit? a questi procedimenti, puntamio principalmente sulla cosiddetta flottazione biologica, una concentrazione sostanzialmente pi? elevata della fase solida sottoposta a flottazione, della sospensione di fango, nonch? un considerevole risparmio di energia nei confronti della cosiddetta flottazione mediante pressione, s? ottiene attraverso una fermentazione controllata utili* colture

zante/selezionate , pure o in sospensione fangosa, previamente moltiplicate, di batteri di denitrificazione, con, oppure senza,aggiunta di ioni nitrato. Questi procedimenti risultano assai pi? economici rispetto ai metodi sopra citati, ma richiedono un notevole dispendio di tempo e una manipolazione a due stadi, nonch? contenitori di grande volume per la preparazione di inoculo e per la flottazione biologica stessa.

Il metodo per la concentrazione di fanghi biologici, attivati in modo speciale, secondo la presente invenzione, elimina alcuni di questi svantaggi.

Esso si basa sulla aggiunta ai fanghi di composti azotati contenenti ossigeno, nel modo pi? opportuno nitrati e/o nitriti, in una quantit? compresa fra

50 e 2000 g/m3 ad una temperatura di 5 - 45?C e ad pH compreso fra 5 e 8,5. Dopo 15 minuti - 2 ore i fiocchi di fango formatisi in seguito all?attivit? enzimica e presentanti una struttura fisica modificata vengono direttamente concentrati mediante centrifugazione.

Contrariamente ai sopra citati brevetti cecoslovacchi, il processo avviene senza aggiunta di microorganismi ed elimina una prolungata fermentazione che richiede varie decine di ore, cane pure la flottazione biologica. Esso comporta semplicemente una breve intensa attivit? delle cellule microbiche presenti nel fango, che viene ottenuta mediante aggiunta di una quantit? relativamente elevata di composti azotati contenenti ossigeno. Questo procedimento, che produce "fiocchi" di fango con alterata struttura fisica, consente una diretta concentrazione di fango naturale da 1.- 2 % in peso a secco a 14 - 16% in peso a secco in una centrifuga di decantazione, vale a dire, in assenza di flottazione.

La richiedente trova che l?ampia gamma di microorganismi presente nel fango ? in grado di modificare, in un tempo assai breve, la struttura fisica del fango nella misura richiesta. Una determinazione dell'ossigeno disciolto mostr? che il livello di ossigeno disciolto nello strato di fango in sospensione e nella adiacente zona acquosa soprastante, decresce rapidamente.

Il risultante ambiente anaerobico assicura una leggera attivit? dei batteri di denitrificazione che abbondano nel fango. La richiedente ha inoltre sco? perto che, durante la intensa attivit? di questi organismi in grado di ridurre nitrati, la relativa dotazione enzimica consente loro di utilizzare i riv stimenti cellulari di materiale viscoso come fanti di carbonio, che ? indispensabile per la loro attivit? quanto lo sono i composti azotati.I rivestimenti di materiale viscoso vengano pertanto idrolizzati. Inoltre, alcuni di questi organismi in grado di ridurre i nitrati, in particolare quelli noti come Clostridiaceae, producano enzimi proteolitici esogeni che attaccano le membrane cellulari di cellule presenti nel fango. Il risultato finale di questi processi enzimatici ? costituito da una degradazione inizialmente assai lieve, quale si incontra nel processo di digestione. Chiesto processo ? sufficiente ad attuare il richiesto cambiamento nella struttura fisica senza perdite o degradazione della sostanza organica nel fango.

La creazione di condizioni ottimali per l'induzione di ina spontanea intensiva attivit? di organismi in grado di ridurre i nitrati, che garantisce il raggiungimento dell'effetto richiesto, ? stata studiata a fondo e le condizioni vennero determinate in modo preciso. Esse comprendono semplicemente una adeguata aggiunta di nitrati e mantenimento di condizioni anaerobiche oppure, quanto meno,microaerofile, della temperatura e del valore del pH.

Adatte fonti di nitrato o nitrito sono rappresentate da nitrati di sodio, potassio oppure, in particolare, ammonio o calcio, che vengono impiegati in agricoltura come fertilizzanti al salnitro. Essi sono poco costosi e facilmente solubili. In conformit? al tipo e alla composizione del fango, i composti vengono aggiunti in quantit? comprese fra 40 e 2000 g N03 per 1 m3 di sospensione di fango sottoforma di soluzione al 10 - 20%. Il valore ottimale del pH ? compreso nell'intervallo fra 7,0 e 8,5. Il processo procede bene a temperature comprese fra 15 e 37?C. Generalmente, la temperatura non deve scendere al di sotto di 5?C. Le condizioni anaerobiche sono definite dalla concentrazione di ossigeno disciolto, vale a dire un massimo di 0,1 mg di 0 per litro di sospensione di fango.

In tali condizioni, l'intero processo viene semplificato in modo sostanziale ed enormemente abbreviato (gli intervalli richiesti sono dell'ordine di minuti) e sia i costi di inve__stimento che i costi operativi diminuiscono nettamente. Il fatto che lo stadio di flottazione risulta superfluo, rende possibile effettuare il processo in modo continuo in un reattore di volume relativamente piccolo. La quantit? di nitrato aggiunta, che si richiede per garantire una soddisfacente intensit? del processo, dipende dal tipo, dalla composizione e dalle caratteristiche del fango biologico trattato. Una aggiunta ottimale e vantaggiosa dal punto di vista economico ? tale che il contenuto di NO3 nel liquido facente parte del fango, separato, dopo il processo, non sia superiore al contenuto originale nella fase liquida della sospensione di fango trattata.

La richiedente presenta, qui di seguito, esempi del metodo di concentrazione del fanghi biologici in conformit? con l'invenzione.

Esempio 1

3000 grammi di calcio nitrato tecnico sotto fama di soluzione al 20% vengano aggiunti a 10 m di sospensione di fango attivato contenente 80 chilogrammi di sostanze insolubili, in sospensione. La miscela viene omogeneizzata per 10 - 15 secondi e, dopo 15 minuti, viene centrifugata in una centrifuga a decantazione. Il processo produce 550 chilogrammi di concentrato di fango con un peso a secco pari a 14%, che rappresenta il 96 , 25% della quantit? originale di sostanze insolubili.

Esempio 2

Il procedimento ? uguale a quello dell' esempio 1 , se si eccettua che 3000 litri di sospensione di fango, contenenti 0,8% di sostanze insolubili, in sospensione, vengono alimentati in continuo con 1000 litri di sospensione di fango trattato per 1 ora, unitamente a 1 ,5 litri di soluzione al 20% di calcio nitrato tecnico, sotto continua agitazione, all?ingresso di un reattore continuo. Il restante volume separato del reattore rimane senza agitazione. Il materiale che effluisce dallreattare, durante un'ara, ? costituito da 1001 , 5 litri di fango con struttura fisica modificata. L 'effluente viene centrifugato in continuo in una centrifuga di decantazione , a dare 56 kg/h di un concentrato di fango con un peso a secco corrispondente al 14%.

Esempio 3

Un volume pari a 20 m3 di sospensione di fango attivo superfluo con una concentrazione pari allo 0,5% d? composti insolubili in sospensione viene alimentato ad un recipiente di miscelazione con 60 li

Claims (3)

RIVENDICAZIONI

1. Metodo di concentrazione di fanghi biologici attivati, caratterizzato dal fatto che i fanghi vengono alimentati con composti azotati contenenti ossigeno, nel modo pi? opportuno nitrati o nitriti, in una quantit? compresa fra 50 e 1000 g/m ad una temperatura compresa fra 5 e 45?C e ad un pH fra 5 e 8,5 in condizioni anaerobiche e dopo 15 minuti -3 are i "fiocchi" di fango con struttura fisica modificata, formati in seguito ad attivit? enzimica, vengono direttamente concentrati.

2. Metodo secando la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la concentrazione viene effettuata mediante centrifugazione.

3 Metodo secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che la concentrazione viene ottenuta mediante flottazione spontanea.