Metodi respirometriciMetodi respirometriciLa respirometria copre una lacuna riguardante La respirometria copre una lacuna riguardante l’acquisizione di parametri particolari necessari l’acquisizione di parametri particolari necessari per il monitoraggio avanzato del processo. Le per il monitoraggio avanzato del processo. Le informazioni che se ne traggono riguardano informazioni che se ne traggono riguardano

essenzialmente:essenzialmente:

-Il frazionamento del CODIl frazionamento del COD-Il frazionamento della biomassa attiva.Il frazionamento della biomassa attiva.

-Le velocità delle fasi del processo Le velocità delle fasi del processo (nitrificazione, denitrificazione, ossidazione del (nitrificazione, denitrificazione, ossidazione del

Carbonio)Carbonio)

Come indica la stessa etimologia della parola, con il Come indica la stessa etimologia della parola, con il termine respirometria si intende la “misura della termine respirometria si intende la “misura della respirazione” di un sistema. La respirazione di un respirazione” di un sistema. La respirazione di un sistema biologico è un importante indice dell’attività sistema biologico è un importante indice dell’attività enzimatico - metabolica dello stesso e la sua misura enzimatico - metabolica dello stesso e la sua misura è stata ampiamente utilizzata per ricavare è stata ampiamente utilizzata per ricavare informazioni sul metabolismo batterico e soprattutto informazioni sul metabolismo batterico e soprattutto sull’utilizzazione dei substrati.sull’utilizzazione dei substrati.

Per Per consumo di ossigenoconsumo di ossigeno si intende la quantità si intende la quantità complessiva di ossigeno utilizzata da un sistema complessiva di ossigeno utilizzata da un sistema biologico per espletare le funzioni cataboliche ed biologico per espletare le funzioni cataboliche ed anaboliche in un certo tempo. La velocità di anaboliche in un certo tempo. La velocità di consumo dell’ossigeno rappresenta invece la consumo dell’ossigeno rappresenta invece la quantità di ossigeno utilizzata nell’unità di tempo dal quantità di ossigeno utilizzata nell’unità di tempo dal sistema correlata alla velocità della reazione sistema correlata alla velocità della reazione biologica. biologica.

In un fango attivo il consumo di ossigeno è In un fango attivo il consumo di ossigeno è dovuto principalmente ai seguenti contributi:dovuto principalmente ai seguenti contributi:

la la respirazionerespirazione, da cui deriva l’energia , da cui deriva l’energia necessaria a garantire le funzioni delle cellule; necessaria a garantire le funzioni delle cellule; questo termine, che si misura in assenza di questo termine, che si misura in assenza di substrato, rappresenta il contributo endogeno substrato, rappresenta il contributo endogeno del consumo di ossigeno;del consumo di ossigeno;

la la degradazione del substratodegradazione del substrato, cioè il consumo , cioè il consumo di ossigeno necessario per l’ossidazione della di ossigeno necessario per l’ossidazione della sostanza organica o dei composti azotati sostanza organica o dei composti azotati presenti nel liquame alimentato e per la sintesi presenti nel liquame alimentato e per la sintesi di nuovo materiale cellulare: questo termine di nuovo materiale cellulare: questo termine rappresenta il contributo esogeno del consumo rappresenta il contributo esogeno del consumo di ossigeno.di ossigeno.

La velocità di consumo dell’ossigeno durante La velocità di consumo dell’ossigeno durante il processo di degradazione del substrato e di il processo di degradazione del substrato e di sintesi cellulare è sintesi cellulare è molto più altamolto più alta rispetto a rispetto a quella relativa alla respirazione. quella relativa alla respirazione.

I substrati I substrati rapidamente biodegradabilirapidamente biodegradabili presenti nei reflui comportano presenti nei reflui comportano un’elevata un’elevata richiesta di ossigeno a breve terminerichiesta di ossigeno a breve termine; ; diminuendo il substrato, la velocità di diminuendo il substrato, la velocità di consumo dell’ossigeno progressivamente consumo dell’ossigeno progressivamente diminuisce, raggiungendo il valore della diminuisce, raggiungendo il valore della velocità endogenavelocità endogena alla scomparsa del alla scomparsa del medesimo. medesimo.

Nel caso dell’ossidazione di composti Nel caso dell’ossidazione di composti lentamente biodegradabili si misura una lentamente biodegradabili si misura una bassa velocità di consumo di ossigeno, che bassa velocità di consumo di ossigeno, che risulta poco diversa da quella endogena. risulta poco diversa da quella endogena.

A volte, specialmente per scarichi industriali, A volte, specialmente per scarichi industriali, le acque reflue possono contenere composti le acque reflue possono contenere composti biodegradabili solo da parte di una biomassa biodegradabili solo da parte di una biomassa batterica acclimatata. In questo caso, per la batterica acclimatata. In questo caso, per la corretta misura del consumo di ossigeno corretta misura del consumo di ossigeno associato al refluo è necessario disporre di un associato al refluo è necessario disporre di un fango attivo acclimatato agli specifici fango attivo acclimatato agli specifici composti presenti nello scarico. composti presenti nello scarico.

Il consumo di ossigeno viene misurato per mezzo di Il consumo di ossigeno viene misurato per mezzo di respirometrirespirometri che possono essere classificati come:che possono essere classificati come:

manometricimanometrici: viene misurata la differenza di pressione indotta : viene misurata la differenza di pressione indotta dal consumo di ossigeno in un sistema chiuso a volume e dal consumo di ossigeno in un sistema chiuso a volume e temperatura costante, generalmente a 20°C. Il campione è temperatura costante, generalmente a 20°C. Il campione è mantenuto in continua agitazione in modo da consentire la mantenuto in continua agitazione in modo da consentire la diffusione dell’ossigeno presente nella porzione d’aria diffusione dell’ossigeno presente nella porzione d’aria sovrastante. La quantità di ossigeno disciolto consumata è sovrastante. La quantità di ossigeno disciolto consumata è determinata sulla base della diminuzione di pressione del determinata sulla base della diminuzione di pressione del sistema indotta dall’assorbimento della CO2 prodotta sistema indotta dall’assorbimento della CO2 prodotta equimolare all’ossigeno consumato (mediante soluzione equimolare all’ossigeno consumato (mediante soluzione alcalina, es. KOH o NaOH);alcalina, es. KOH o NaOH);

elettroliticielettrolitici: l’ossigeno consumato, che produce una riduzione : l’ossigeno consumato, che produce una riduzione nel reattore in seguito alla CO2 equimolare assorbita, viene nel reattore in seguito alla CO2 equimolare assorbita, viene reintegrato da una cella elettrolitica che produce ossigeno puro reintegrato da una cella elettrolitica che produce ossigeno puro fino a bilanciare tale variazione di pressione. La quantità di fino a bilanciare tale variazione di pressione. La quantità di ossigeno desunta dal funzionamento della cella elettrolitica ossigeno desunta dal funzionamento della cella elettrolitica viene continuamente registrata e cumulata nel tempo.viene continuamente registrata e cumulata nel tempo.

elettrochimicielettrochimici:: la concentrazione di ossigeno la concentrazione di ossigeno in acqua viene continuamente misurata da in acqua viene continuamente misurata da un sensore costituito da elettrodi immersi in un sensore costituito da elettrodi immersi in una soluzione elettrolitica, separata dal una soluzione elettrolitica, separata dal campione da analizzare da una membrana campione da analizzare da una membrana semipermeabile (elettrodo di Clark). Le semipermeabile (elettrodo di Clark). Le molecole di ossigeno disciolto diffondono molecole di ossigeno disciolto diffondono attraverso la membrana con velocità attraverso la membrana con velocità proporzionale alla concentrazione di proporzionale alla concentrazione di ossigeno presente nel campione e vengono ossigeno presente nel campione e vengono poi ridotte su uno degli elettrodi che funge poi ridotte su uno degli elettrodi che funge da catodo. La corrente elettrica così da catodo. La corrente elettrica così generata è proporzionale alla velocità di generata è proporzionale alla velocità di diffusione delle molecole di ossigeno diffusione delle molecole di ossigeno attraverso la membrana e quindi attraverso la membrana e quindi proporzionale alla concentrazione di proporzionale alla concentrazione di ossigeno presente in acqua.ossigeno presente in acqua.

Esistono diverse Esistono diverse configurazioni possibili configurazioni possibili per i respirometri ma la per i respirometri ma la più diffusa è costituita, più diffusa è costituita, nella forma più nella forma più semplificata, da un semplificata, da un reattore in cui è immesso reattore in cui è immesso il campione da testare e il campione da testare e da una sonda per da una sonda per l’ossigeno disciolto l’ossigeno disciolto collegata ad un collegata ad un ossimetro. Tale ossimetro. Tale configurazione viene configurazione viene spesso completata da un spesso completata da un sistema di acquisizione sistema di acquisizione dati interfacciato ad un dati interfacciato ad un computer (Fig.1).computer (Fig.1).

Un reattore respirometrico ha generalmente un volume Un reattore respirometrico ha generalmente un volume compreso tra compreso tra alcuni decilitri fino a 3 litrialcuni decilitri fino a 3 litri, è dotato di , è dotato di termostatazione a temperatura controllatatermostatazione a temperatura controllata ed è equipaggiato ed è equipaggiato con con sistema di aerazione (circa 100 – 200 l aria/h l reattoresistema di aerazione (circa 100 – 200 l aria/h l reattore) e ) e miscelatore miscelatore (per ridotti volumi può essere sufficiente un (per ridotti volumi può essere sufficiente un agitatore magnetico). La sonda di misura dell’ossigeno agitatore magnetico). La sonda di misura dell’ossigeno collegata all’ossimetro è il componente più importante. Infatti lo collegata all’ossimetro è il componente più importante. Infatti lo strumento utilizzato deve essere sensibile a piccole variazioni strumento utilizzato deve essere sensibile a piccole variazioni della concentrazione di ossigeno disciolto (espressa come della concentrazione di ossigeno disciolto (espressa come mgO2/l), con precisione di almeno il decimo di unità (l’intervallo mgO2/l), con precisione di almeno il decimo di unità (l’intervallo di misura è solitamente compreso tra 0.00 e 10.00 mgO2/l). di misura è solitamente compreso tra 0.00 e 10.00 mgO2/l).

Per una corretta esecuzione delle misure è importante che il Per una corretta esecuzione delle misure è importante che il tempo di risposta della sonda sia più breve dell’intervallo di tempo di risposta della sonda sia più breve dell’intervallo di misurazione scelto. E’ molto utile che l’ossimetro sia dotato di misurazione scelto. E’ molto utile che l’ossimetro sia dotato di sistema automatico di acquisizione dati e/o connessione con PC sistema automatico di acquisizione dati e/o connessione con PC per la memorizzazione e successiva elaborazione degli stessi.per la memorizzazione e successiva elaborazione degli stessi.

Procedura di laboratorio per la Procedura di laboratorio per la determinazione dell’OUR (Oxygen Uptake determinazione dell’OUR (Oxygen Uptake

Rate)Rate) Tra le prove respirometriche quella più diffusa consiste nella Tra le prove respirometriche quella più diffusa consiste nella

determinazione dell’OUR, che è in netta relazione con l’attività del determinazione dell’OUR, che è in netta relazione con l’attività del fango.fango.

I test respirometrici sono effettuati utilizzando il fango attivo (1-2 I test respirometrici sono effettuati utilizzando il fango attivo (1-2 litri) prelevato dal reattore biologico dell’impianto di depurazione. litri) prelevato dal reattore biologico dell’impianto di depurazione.

Qualora il fango attivo provenga da impianti con elevata Qualora il fango attivo provenga da impianti con elevata concentrazione di solidi sospesi, è opportuno diluirlo, concentrazione di solidi sospesi, è opportuno diluirlo, possibilmente con l’effluente dell’impianto, per raggiungere una possibilmente con l’effluente dell’impianto, per raggiungere una concentrazione di solidi sospesi totali indicativamente pari a 2-3 concentrazione di solidi sospesi totali indicativamente pari a 2-3 gSST/l. gSST/l.

Dopo il prelievo il fango attivo viene mantenuto in condizioni Dopo il prelievo il fango attivo viene mantenuto in condizioni aerate per un arco di tempo che può variare da alcune ore fino aerate per un arco di tempo che può variare da alcune ore fino anche ad 1 giorno anche ad 1 giorno allo scopo di eliminare il COD biodegradabile allo scopo di eliminare il COD biodegradabile (rapidamente e lentamente) ancora presente e assicurare quindi il (rapidamente e lentamente) ancora presente e assicurare quindi il raggiungimento della fase endogenaraggiungimento della fase endogena

Procedura per la determinazione dell’OUR Procedura per la determinazione dell’OUR endogenoendogeno

L’OUR endogeno serve per determinare il L’OUR endogeno serve per determinare il consumo di ossigeno relativo alla sola attività di consumo di ossigeno relativo alla sola attività di decadimento endogeno del fango. decadimento endogeno del fango.

Prelevare 5 L di fango attivo pre-aerato;Prelevare 5 L di fango attivo pre-aerato; Introdurre nel becker l’agitatore meccanico e la Introdurre nel becker l’agitatore meccanico e la

sonda per l’ossigeno e mantenere agitato ed in sonda per l’ossigeno e mantenere agitato ed in aerazione fino a portare la concentrazione di aerazione fino a portare la concentrazione di ossigeno disciolto (DO) a circa 7-8 mg/l;ossigeno disciolto (DO) a circa 7-8 mg/l;

Sospendere l’aerazione e cominciare la misura Sospendere l’aerazione e cominciare la misura della concentrazione dell’ossigeno disciolto;della concentrazione dell’ossigeno disciolto;

Sospendere la misura quando la Sospendere la misura quando la concentrazione di ossigeno disciolto concentrazione di ossigeno disciolto scende al di sotto di 0.1 mg/L;scende al di sotto di 0.1 mg/L;

Prelevare un campione di fango di 50 mL Prelevare un campione di fango di 50 mL dal becker e filtrarlo su filtro a fascia nera dal becker e filtrarlo su filtro a fascia nera tarato;tarato;

Porre il filtro in stufa a 105° per 24 ore e, Porre il filtro in stufa a 105° per 24 ore e, dopo averlo raffreddato, pesarlo;dopo averlo raffreddato, pesarlo;

Mettere il filtro in crogiolo tarato e porlo Mettere il filtro in crogiolo tarato e porlo in muffola a 600° per 24 ore e, dopo in muffola a 600° per 24 ore e, dopo averlo fatto raffreddare, pesarlo.averlo fatto raffreddare, pesarlo.

Procedura per la determinazione dell’OUR massimoProcedura per la determinazione dell’OUR massimo

L’OUR massimo determina la velocità massima di consumo di L’OUR massimo determina la velocità massima di consumo di ossigeno in presenza di substrato altamente biodegradabile ossigeno in presenza di substrato altamente biodegradabile (l’acetato è la sola specie che passa inalterata la parete cellulare)(l’acetato è la sola specie che passa inalterata la parete cellulare)

Prelevare 5 L di fango attivo pre-aerato;Prelevare 5 L di fango attivo pre-aerato; Introdurre nel becker l’agitatore meccanico e l’ossimetro e Introdurre nel becker l’agitatore meccanico e l’ossimetro e

mantenere agitato ed in aerazione fino a portare la concentrazione mantenere agitato ed in aerazione fino a portare la concentrazione di ossigeno disciolto (DO) a circa 7-8 mg/l;di ossigeno disciolto (DO) a circa 7-8 mg/l;

Aggiungere circa 10 g di acetato di sodio (CH3COONa);Aggiungere circa 10 g di acetato di sodio (CH3COONa); Sospendere l’aerazione e cominciare la misura della Sospendere l’aerazione e cominciare la misura della

concentrazione dell’ossigeno disciolto;concentrazione dell’ossigeno disciolto; Sospendere la misura quando la concentrazione di ossigeno Sospendere la misura quando la concentrazione di ossigeno

disciolto scende al di sotto di 0.1 mg/L;disciolto scende al di sotto di 0.1 mg/L; Prelevare un campione di fango di 50 mL dal beker e filtrarlo su Prelevare un campione di fango di 50 mL dal beker e filtrarlo su

filtro a fascia nera tarato;filtro a fascia nera tarato; Porre il filtro in stufa a 105° per 24 ore e, dopo averlo raffreddato, Porre il filtro in stufa a 105° per 24 ore e, dopo averlo raffreddato,

pesarlo;pesarlo; Mettere il filtro in crogiolo tarato e porlo in muffola a 600° per 24 Mettere il filtro in crogiolo tarato e porlo in muffola a 600° per 24

ore e, dopo averlo fatto raffreddare, pesarlo.ore e, dopo averlo fatto raffreddare, pesarlo.

Trattamento dei dati e calcoliTrattamento dei dati e calcoli Riportare in grafico la concentrazione di ossigeno Riportare in grafico la concentrazione di ossigeno

disciolto (in ordinata) contro il tempo (in ascissa) per disciolto (in ordinata) contro il tempo (in ascissa) per ogni test eseguito. Si ottiene normalmente una ogni test eseguito. Si ottiene normalmente una retta, visto che in entrambi i casi il substrato retta, visto che in entrambi i casi il substrato degradato è di un solo tipo.degradato è di un solo tipo.

Ricavare la pendenza della curva risultante.Ricavare la pendenza della curva risultante. Calcolare la concentrazione dei solidi sospesi (MLSS) Calcolare la concentrazione dei solidi sospesi (MLSS)

e dei solidi sospesi volatili (MLVSS) del fango e dei solidi sospesi volatili (MLVSS) del fango utilizzato dalle analisi gravimetricheutilizzato dalle analisi gravimetriche

Il valore di OUR relativo ai due test eseguiti sarà Il valore di OUR relativo ai due test eseguiti sarà dato da:dato da:

..

gMLVSSh

mgO

MLVSS

pendenzaOUR retta 2

Il valore di OUR finale sarà dato dalla Il valore di OUR finale sarà dato dalla differenza tra OUR massimo e OUR endogeno. differenza tra OUR massimo e OUR endogeno.

Tale valore dovrà poi essere standardizzato Tale valore dovrà poi essere standardizzato alla temperatura di 20°C tramite la seguente alla temperatura di 20°C tramite la seguente formula: formula:

2020123.1

TCOUR

OUR

dove T è la temperatura media registrata durante il test.

Metodi respirometrici per la determinazione del Metodi respirometrici per la determinazione del frazionamento del COD nel refluofrazionamento del COD nel refluo

Ai fini soprattutto della modellizzazione, Ai fini soprattutto della modellizzazione, ma anche per comprendere meglio le ma anche per comprendere meglio le rese ottenibili dal processo in relazione al rese ottenibili dal processo in relazione al substrato alimentato, Il COD viene substrato alimentato, Il COD viene suddiviso in frazioni che hanno un preciso suddiviso in frazioni che hanno un preciso significato fisico ed impiantistico, a significato fisico ed impiantistico, a ciascuna delle quali è associabile una ciascuna delle quali è associabile una velocità di ossidazione riferibile ad uno velocità di ossidazione riferibile ad uno specifico processo di degradazione. specifico processo di degradazione.

Frazioni di COD:Frazioni di COD: COD totale: per via chimicaCOD totale: per via chimica COD solubile: per via chimica COD solubile: per via chimica RBCOD: COD rapidamente biodegradabile, per RBCOD: COD rapidamente biodegradabile, per

via respirometricavia respirometrica RHCOD: COD rapidamente idrolizzabile, di RHCOD: COD rapidamente idrolizzabile, di

difficile determinazione (tentativo difficile determinazione (tentativo respirometrico)respirometrico)

SBCOD:COD lentamente biodegeradabile, per SBCOD:COD lentamente biodegeradabile, per via respirometrica (analisi lunga)via respirometrica (analisi lunga)

Biomassa attiva, XBiomassa attiva, XHH:per via respirometrica:per via respirometrica

La suddivisione tipica del COD totale è quella La suddivisione tipica del COD totale è quella mostrata in Fig.1.mostrata in Fig.1.

N onb iod eg rad ab ile

R ap id am en teb iod eg rad ab ile

R B C O D

R ap id am en teid ro liz z ab ile

R H C O D

B iod eg rad ab ile

S o lu b ile

L en tam en teb iod eg rad ab ile

S B C O D

B iod eg rad ab ile N onb iod eg rad ab ile

B iom as s a a t t iva

P a rt ic o la to

C O D to ta le

Un substrato è rapidamente biodegradabile o Un substrato è rapidamente biodegradabile o rapidamente idrolizzabile se viene rimosso in rapidamente idrolizzabile se viene rimosso in un tempo pari a qualche ora o alla frazione di un tempo pari a qualche ora o alla frazione di ora.ora.

E’ lentamente biodegradabile se per la sua E’ lentamente biodegradabile se per la sua degradazione è necessario un tempo da degradazione è necessario un tempo da diverse ore ad uno o più giorni.diverse ore ad uno o più giorni.

Questa distinzione basata sul tempo Questa distinzione basata sul tempo necessario per la biodegradazione si rapporta necessario per la biodegradazione si rapporta al tempo effettivamente disponibile in un al tempo effettivamente disponibile in un impianto di depurazione convenzionale a impianto di depurazione convenzionale a fanghi attivi per l’ossidazione dei substrati fanghi attivi per l’ossidazione dei substrati (HRT). (HRT).

1.1. Metodo diretto per la determinazione Metodo diretto per la determinazione del COD rapidamen-te biodegradabile del COD rapidamen-te biodegradabile

(RBCOD)(RBCOD) L’ipotesi fondamentale su cui si basa questo L’ipotesi fondamentale su cui si basa questo

metodo è che la biomassa assimila la frazione metodo è che la biomassa assimila la frazione rapidamente biodegradabile del COD nello rapidamente biodegradabile del COD nello stesso modo in cui assimila l’acido acetico o stesso modo in cui assimila l’acido acetico o l’acetato di sodio. Questo metodo permette la l’acetato di sodio. Questo metodo permette la determinazione della concentrazione di RBCOD determinazione della concentrazione di RBCOD mediante un test cosiddetto a singolo OUR, mediante un test cosiddetto a singolo OUR, poiché è sufficiente disporre di un unico tratto poiché è sufficiente disporre di un unico tratto decrescente della concentrazione di ossigeno decrescente della concentrazione di ossigeno disciolto (OD). L’RBCOD viene calcolato a disciolto (OD). L’RBCOD viene calcolato a partire dall’OD consumato sulla base di una partire dall’OD consumato sulla base di una curva di calibrazione mediante acetato di sodio.curva di calibrazione mediante acetato di sodio.

1.11.1 La curva di calibrazione tra OD e La curva di calibrazione tra OD e RBCODRBCOD

Per la quantificazione dell’RBCOD è Per la quantificazione dell’RBCOD è necessario disporre di una curva di necessario disporre di una curva di calibrazione che esprima la correlazione tra il calibrazione che esprima la correlazione tra il COD aggiunto (come acetato di sodio) ed il COD aggiunto (come acetato di sodio) ed il relativo consumo di ossigeno da parte del relativo consumo di ossigeno da parte del fango attivo. Il COD dell’acetato può essere fango attivo. Il COD dell’acetato può essere determinato teoricamente sulla base del determinato teoricamente sulla base del calcolo del ThOD (“Theoretical Oxygen calcolo del ThOD (“Theoretical Oxygen Demand”) oppure misurando direttamente il Demand”) oppure misurando direttamente il COD della soluzione di acetato. Misurato COD della soluzione di acetato. Misurato sperimentalmente il rapporto è pari a 0.75 sperimentalmente il rapporto è pari a 0.75 gCOD/g acetato. gCOD/g acetato.

Per calcolare la curva di calibrazione tra OD utilizzato e COD consumato Per calcolare la curva di calibrazione tra OD utilizzato e COD consumato è è necessario disporre di 5-6 puntinecessario disporre di 5-6 punti ciascuno ottenuto con un ciascuno ottenuto con un diverso diverso dosaggio di acetatodosaggio di acetato seguendo il procedimento seguente: seguendo il procedimento seguente:

utilizzare nel respirometro un volume di fango attivo pre-aerato con utilizzare nel respirometro un volume di fango attivo pre-aerato con concentrazione pari a 2-3 gMLVSS/l dopo dosaggio di ATU(AllilTioUrea, concentrazione pari a 2-3 gMLVSS/l dopo dosaggio di ATU(AllilTioUrea, inibitore dei batteri autotrofi nitrosanti, fino a 10-20 mg/l di campione);inibitore dei batteri autotrofi nitrosanti, fino a 10-20 mg/l di campione);

portare la concentrazione di OD a saturazione (in genere 7-8 mgO2/l) portare la concentrazione di OD a saturazione (in genere 7-8 mgO2/l) continuando ad aerare per alcuni minuti;continuando ad aerare per alcuni minuti;

aggiungere una quantità nota di acetato di sodio (nell’intervallo 4-15 aggiungere una quantità nota di acetato di sodio (nell’intervallo 4-15 mgCOD per litro di fango attivo) interrompendo l’aerazione nello stesso mgCOD per litro di fango attivo) interrompendo l’aerazione nello stesso istante dell’aggiunta, in modo tale da poter misurare il decadimento di OD istante dell’aggiunta, in modo tale da poter misurare il decadimento di OD in seguito alla rimozione del substrato;in seguito alla rimozione del substrato;

avviare l’acquisizione dei dati di OD già prima del dosaggio di substrato avviare l’acquisizione dei dati di OD già prima del dosaggio di substrato con frequenza di acquisizione pari a 5-10 secondi;con frequenza di acquisizione pari a 5-10 secondi;

concludere il test quando la concentrazione di OD raggiunge il valore concludere il test quando la concentrazione di OD raggiunge il valore limite inferiore di 2 mgO2/l;limite inferiore di 2 mgO2/l;

ripetere i passi 1-4 per 5-6 concentrazioni diverse di acetato nell’intervallo ripetere i passi 1-4 per 5-6 concentrazioni diverse di acetato nell’intervallo indicato al punto 3.indicato al punto 3.

Il tracciato che si ottiene dall’applicazione di Il tracciato che si ottiene dall’applicazione di questo procedimento in seguito all’addizione di questo procedimento in seguito all’addizione di acetato è il seguente:acetato è il seguente:

t0

Oss

ige

no

d

isci

olto

, m

gO

2

/l

Tempo, min

Dosaggio substrato

ΔDO

La prima porzione del tracciato a maggior pendenza è relativa all’ossidazione dell’acetato ed il punto di rapido cambio di pendenza rappresenta la completa rimozione dello stesso. Il successivo tratto a pendenza minore rappresenta invece la respirazione endogena, preesistente all’aggiunta dell’acetato. Si interpola questo secondo tratto e si estrapola la pendenza fino al tempo t0, corrispondente all’aggiunta del substrato. Questa costruzione grafica permette di misurare graficamente il valore di ΔO consumato durante il test in seguito all’aggiunta del substrato

. I valori di ΔO calcolati per i 5-6 test a diversi dosaggi di acetato . I valori di ΔO calcolati per i 5-6 test a diversi dosaggi di acetato vengono rappresentati graficamente in funzione del rispettivo vengono rappresentati graficamente in funzione del rispettivo COD aggiunto, per ottenere la seguente curva di calibrazioneCOD aggiunto, per ottenere la seguente curva di calibrazione[1][1]::

[1][1] La curva di calibrazione è indipendente dalla concentrazione La curva di calibrazione è indipendente dalla concentrazione del fango attivo utilizzato: un fango attivo con più alta del fango attivo utilizzato: un fango attivo con più alta concentrazione di MLVSS presenta una più elevata velocità di concentrazione di MLVSS presenta una più elevata velocità di rimozione dell’ossigeno (in termini volumetrici) ed un tempo di rimozione dell’ossigeno (in termini volumetrici) ed un tempo di rimozione minore, ma il valore di ΔO non cambia. Inoltre, la curva rimozione minore, ma il valore di ΔO non cambia. Inoltre, la curva non varia significativamente nel tempo per fanghi attivi prelevati non varia significativamente nel tempo per fanghi attivi prelevati da un medesimo impianto di depurazione. Quindi una curva di da un medesimo impianto di depurazione. Quindi una curva di calibrazione può essere considerata valida per diverse settimanecalibrazione può essere considerata valida per diverse settimane

0

1

2

3

4

5

0 2 4 6 8 10 12 14 16

RBCOD come acetato, mgCOD/ l

Con

sum

o di

oss

igen

o, m

gO2/

l

Determinazione dell’RBCOD nel refluoDeterminazione dell’RBCOD nel refluo

Per la quantificazione dell’RBCOD di un refluo si applica il Per la quantificazione dell’RBCOD di un refluo si applica il procedimento già descritto per l’acetato, dosando all’inizio del test procedimento già descritto per l’acetato, dosando all’inizio del test una quantità di refluo in genere nell’intervallo di 10-100 ml per una quantità di refluo in genere nell’intervallo di 10-100 ml per litro di fango attivo. Un dosaggio ottimale deve fornire circa 5-15 litro di fango attivo. Un dosaggio ottimale deve fornire circa 5-15 mg RBCOD per litro di fango attivomg RBCOD per litro di fango attivo

La quantità ottimale di refluo da aggiungere all’inizio del test deve La quantità ottimale di refluo da aggiungere all’inizio del test deve essere tale che la concentrazione di OD al momento del cambio di essere tale che la concentrazione di OD al momento del cambio di pendenza non sia troppo vicina alla concentrazioni limite di 2 pendenza non sia troppo vicina alla concentrazioni limite di 2 mgO2/l, al fine di valutare con accuratezza il cambio di pendenza. mgO2/l, al fine di valutare con accuratezza il cambio di pendenza. Una quantità adeguata è pari a circa 3-4 mgRBCOD/gMLVSS.Una quantità adeguata è pari a circa 3-4 mgRBCOD/gMLVSS.

Il tracciato ottenuto con dosaggio di refluo differisce da quello Il tracciato ottenuto con dosaggio di refluo differisce da quello ottenuto con dosaggio di acetato in quanto, in corrispondenza ottenuto con dosaggio di acetato in quanto, in corrispondenza della completa rimozione dell’RBCOD, della completa rimozione dell’RBCOD, non si osserva un netto non si osserva un netto cambio di pendenzacambio di pendenza. Questo comportamento è dovuto alla . Questo comportamento è dovuto alla presenza di substrati rapidamente idrolizzabili la cui ossidazione presenza di substrati rapidamente idrolizzabili la cui ossidazione causa una graduale variazione nella pendenza di OD. causa una graduale variazione nella pendenza di OD.

L’algoritmo per calcolare l’RBCOD del refluo è il L’algoritmo per calcolare l’RBCOD del refluo è il seguente:seguente:

inserire il valore di ΔO nella curva di inserire il valore di ΔO nella curva di calibrazione e ricavare il corrispondente valore calibrazione e ricavare il corrispondente valore di COD;di COD;

moltiplicare questo valore di COD per il volume moltiplicare questo valore di COD per il volume di liquido del respirometro (volume fango attivo di liquido del respirometro (volume fango attivo + volume refluo aggiunto): il risultato + volume refluo aggiunto): il risultato corrisponde a tutto l’RBCOD aggiunto con il corrisponde a tutto l’RBCOD aggiunto con il refluo (espresso in mgCOD);refluo (espresso in mgCOD);

calcolare la concentrazione originale di RBCOD calcolare la concentrazione originale di RBCOD nel refluo (mgRBCOD/l) sulla base del valore nel refluo (mgRBCOD/l) sulla base del valore calcolato al punto precedente, tenendo conto calcolato al punto precedente, tenendo conto della diluizione del refluo nel respirometro della diluizione del refluo nel respirometro effettuata al momento del dosaggio.effettuata al momento del dosaggio.

Determinazione di tutte le frazioni di Determinazione di tutte le frazioni di COD biodegradabileCOD biodegradabile

Questo metodo porta alla quantificazione del Questo metodo porta alla quantificazione del COD biodegradabile totaleCOD biodegradabile totale presente in un refluo, quindi rappresenta una frazione del COD totale presente in un refluo, quindi rappresenta una frazione del COD totale determinato per via chimica.determinato per via chimica.

La procedura è la seguente:La procedura è la seguente:

Portare in un contenitore da 5 L un volume di fango attivo con Portare in un contenitore da 5 L un volume di fango attivo con concentrazione di 2-3 gMLVSS/L;concentrazione di 2-3 gMLVSS/L;

Addizionare ATU;Addizionare ATU; Stabilire il volume di refluo da dosare ottimale per l’esecuzione del test in Stabilire il volume di refluo da dosare ottimale per l’esecuzione del test in

modo che F/M = 0.05;modo che F/M = 0.05; Lasciar sedimentare il fango nel tester e prelevare un volume di Lasciar sedimentare il fango nel tester e prelevare un volume di

surnatante pari a quello del refluo da dosare in modo tale da non diluire surnatante pari a quello del refluo da dosare in modo tale da non diluire la biomassa;la biomassa;

Aerare la miscela fino a 7-8 mgO2/l, aggiungere il refluo e interrompere Aerare la miscela fino a 7-8 mgO2/l, aggiungere il refluo e interrompere l’aerazione mantenendo il tester miscelato e monitorando la l’aerazione mantenendo il tester miscelato e monitorando la concentrazione di ossigeno fino a raggiungere un valore di concentrazione di ossigeno fino a raggiungere un valore di concentrazione prefissato;concentrazione prefissato;

Riavviare l’aerazione per riportare la concentrazione di ossigeno a 7-8 Riavviare l’aerazione per riportare la concentrazione di ossigeno a 7-8 mg/l e ripetere come al punto precedente per una durata complessiva mg/l e ripetere come al punto precedente per una durata complessiva pari almeno al tempo di ritenzione idraulica dell’impianto.pari almeno al tempo di ritenzione idraulica dell’impianto.

Per ogni frazione del test si determinano dei singoli OUR che, nel tempo, Per ogni frazione del test si determinano dei singoli OUR che, nel tempo, danno un grafico del tipo seguente detto anche respirogramma (si noti danno un grafico del tipo seguente detto anche respirogramma (si noti che in ordinate vi sono dei valori di OUR e non di OD, come nei grafici che in ordinate vi sono dei valori di OUR e non di OD, come nei grafici precedenti, pertanto ogni punto è rappresentativo di un OUR specifico e precedenti, pertanto ogni punto è rappresentativo di un OUR specifico e quindi di una classe di composti):quindi di una classe di composti):

L’area compresa tra il respirogramma L’area compresa tra il respirogramma completo e la respirazione endogena completo e la respirazione endogena (Area 1) individua l’ossigeno totale ((Area 1) individua l’ossigeno totale (O) O) utilizzato per l’ossidazione di tutto il COD utilizzato per l’ossidazione di tutto il COD biodegradabile nel refluo (CODb).biodegradabile nel refluo (CODb). Le due Le due aree possono essere calcolate tramite aree possono essere calcolate tramite l’integrale delle curve o tramite il metodo l’integrale delle curve o tramite il metodo dei trapezi. Questo metodo prevede di dei trapezi. Questo metodo prevede di suddividere l’area sottesa alla curva in suddividere l’area sottesa alla curva in elementi finiti di forma trapezoidale elementi finiti di forma trapezoidale delimitati verticalmente da due valori delimitati verticalmente da due valori consecutivi di OUR tra loro distanziati da consecutivi di OUR tra loro distanziati da un intervallo temporale un intervallo temporale t.t.

AUR: Ammonia Uptake Rate AUR: Ammonia Uptake Rate (nitrificazione)(nitrificazione)

Le prove respirometriche di AUR (“Ammonia Uptake Le prove respirometriche di AUR (“Ammonia Uptake Rate”, velocità di utilizzo dell’azoto ammoniacale) Rate”, velocità di utilizzo dell’azoto ammoniacale) eseguite manualmente o mediante appositi biosensori, eseguite manualmente o mediante appositi biosensori, consentono di quantificare l’attività nitrificante consentono di quantificare l’attività nitrificante esplicata dalla biomassa. Inoltre, poiché i batteri esplicata dalla biomassa. Inoltre, poiché i batteri nitrificanti costituiscono la frazione più sensibile della nitrificanti costituiscono la frazione più sensibile della biomassa ad eventuali fenomeni di intossicazione, biomassa ad eventuali fenomeni di intossicazione, l’effettuazione di prove di AUR consente di evidenziare l’effettuazione di prove di AUR consente di evidenziare la riduzione o la perdita dell’attività metabolica della la riduzione o la perdita dell’attività metabolica della popolazione batterica.popolazione batterica.

Un test alternativo consiste nell’utilizzare la stessa Un test alternativo consiste nell’utilizzare la stessa procedura vista per l’OUR, utilizzando però un procedura vista per l’OUR, utilizzando però un composto a base ammoniacale quale substrato, e composto a base ammoniacale quale substrato, e relazionarlo all’ammoniaca convertita.relazionarlo all’ammoniaca convertita.

AUR: metodo indirettoAUR: metodo indiretto

Procedura per la determinazione dell’OUR Procedura per la determinazione dell’OUR endogeno (uguale al OUR precedente)endogeno (uguale al OUR precedente)

Prelevare 5 L di fango attivo pre-aerato;Prelevare 5 L di fango attivo pre-aerato; Introdurre nel becker l’agitatore meccanico e Introdurre nel becker l’agitatore meccanico e

l’ossimetro e mantenere agitato ed in aerazione fino a l’ossimetro e mantenere agitato ed in aerazione fino a portare la concentrazione di ossigeno disciolto (DO) a portare la concentrazione di ossigeno disciolto (DO) a circa 7-8 mg/l;circa 7-8 mg/l;

Aggiungere circa 10 mg/L di alliltiourea (ATU);Aggiungere circa 10 mg/L di alliltiourea (ATU); Sospendere l’aerazione e cominciare la misura della Sospendere l’aerazione e cominciare la misura della

concentrazione dell’ossigeno disciolto;concentrazione dell’ossigeno disciolto; Sospendere la misura quando la concentrazione di Sospendere la misura quando la concentrazione di

ossigeno disciolto scende al di sotto di 0.1 mg/L;ossigeno disciolto scende al di sotto di 0.1 mg/L; Prelevare un campione di fango di 5mL dal becker e Prelevare un campione di fango di 5mL dal becker e

filtrarlo su filtro a fascia nera tarato e determinare filtrarlo su filtro a fascia nera tarato e determinare MLSS e MLVSS;MLSS e MLVSS;

Procedura per la determinazione dell’OUR Procedura per la determinazione dell’OUR massimo (per i nitrificanti)massimo (per i nitrificanti)

Prelevare 5 L di fango attivo pre-aerato;Prelevare 5 L di fango attivo pre-aerato; Introdurre nel becker l’agitatore meccanico e Introdurre nel becker l’agitatore meccanico e

l’ossimetro e mantenere agitato ed in aerazione l’ossimetro e mantenere agitato ed in aerazione fino a portare la concentrazione di ossigeno fino a portare la concentrazione di ossigeno disciolto (DO) a circa 7-8 mg/l;disciolto (DO) a circa 7-8 mg/l;

Aggiungere circa 30-40 mg N/L sottoforma di Aggiungere circa 30-40 mg N/L sottoforma di cloruro di ammonio (NH4Cl);cloruro di ammonio (NH4Cl);

Sospendere l’aerazione e cominciare la misura Sospendere l’aerazione e cominciare la misura della concentrazione dell’ossigeno disciolto;della concentrazione dell’ossigeno disciolto;

Sospendere la misura quando la concentrazione Sospendere la misura quando la concentrazione di ossigeno disciolto scende al di sotto di 0.1 di ossigeno disciolto scende al di sotto di 0.1 mg/L;mg/L;

Prelevare un campione di fango di 5mL dal Prelevare un campione di fango di 5mL dal becker e filtrarlo su filtro a fascia nera tarato e becker e filtrarlo su filtro a fascia nera tarato e determinare MLSS e MLVSS.determinare MLSS e MLVSS.

Trattamento dei dati e calcoli

Riportare in grafico la concentrazione di ossigeno disciolto (in ordinata) contro il tempo (in ascisse) per ogni test eseguito e ricavare la pendenza della curva risultante. Calcolare la concentrazione dei solidi sospesi (MLSS) e dei solidi sospesi volatili (MLVSS) del fango utilizzato per il test come segue:

V

tarapesoMLSS lordo 1000000

V

taraPesoMLSSMLVSS

1000*600

dove peso lordo è il peso del filtro + filtrato dopo essiccatura a 105° C per 24 ore [mg], tara il peso del filtro tarato [mg], V il volume di campione che è stato sottoposto a filtrazione [ml] e peso 600° il peso del filtro + filtrato dopo trattamento a 600° C [mg]. Il valore di OUR sarà dato da:

gMLVSSh

mgO

MLVSS

pendenzaOUR retta 23600

La velocità specifica di nitrificazione viene ricavata dalla relazione seguente:

C

OUROURv

endogenomassimo

dove OUR massimo è la pendenza della curva relativa al test dell’OUR massimo [mgO2 l

-1 h-1], OUR endogeno la pendenza della curva relativa al test dell’OUR endogeno [mgO2 l

-1 h-1] e C il fattore di conversione ossigeno-nitrato [4.2-4.33 mg O2/mg N-NO3]. Tale valore dovrà poi essere standardizzato alla temperatura di 20°C tramite la seguente formula:

2020 123.1 TC

vv

dove T è la temperatura media registrata durante il test.

Test diretto per la determinazione della velocità di Test diretto per la determinazione della velocità di utilizzo dell’azoto ammoniacale (N-NH3utilizzo dell’azoto ammoniacale (N-NH3))

ProceduraProcedura Prelevare 5 L di fango attivo pre-aerato;Prelevare 5 L di fango attivo pre-aerato; Introdurre nel becker l’ossimetro e mantenere in Introdurre nel becker l’ossimetro e mantenere in

aerazione fino a portare la concentrazione di ossigeno aerazione fino a portare la concentrazione di ossigeno disciolto (DO) a circa 7-8 mg/l;disciolto (DO) a circa 7-8 mg/l;

Aggiungere circa 30-40 mg N/L sottoforma di cloruro di Aggiungere circa 30-40 mg N/L sottoforma di cloruro di ammonio (NH4Cl);ammonio (NH4Cl);

Mantenere il campione in aerazione;Mantenere il campione in aerazione; Prelevare campioni di fango del volume di circa 10 mL Prelevare campioni di fango del volume di circa 10 mL

ad intervalli regolari (ogni 5-10 minuti) e filtrarli su filtro ad intervalli regolari (ogni 5-10 minuti) e filtrarli su filtro a fascia nera;a fascia nera;

Sottoporre il campione ad analisi tramite HPLC per la Sottoporre il campione ad analisi tramite HPLC per la determinazione dell’azoto sotto forma nitrica e nitrosa;determinazione dell’azoto sotto forma nitrica e nitrosa;

Prelevare un campione di fango di 50 mL dal becker e Prelevare un campione di fango di 50 mL dal becker e filtrarlo su filtro a fascia nera tarato; determinare MLSS filtrarlo su filtro a fascia nera tarato; determinare MLSS e MLVSSe MLVSS

Trattamento dei dati e calcoli

Riportare in grafico la concentrazione di azoto nitrico (in ordinata) contro il tempo (in ordinata) per ogni test eseguito e ricavare la pendenza della curva risultante.

Calcolare la concentrazione dei solidi sospesi (MLSS) e dei solidi sospesi volatili (MLVSS) del fango utilizzato per il test come segue:

V

tarapesoMLSS lordo 1000000

V

taraPesoMLSSMLVSS

1000*600

dove peso lordo è il peso del filtro + filtrato dopo essiccatura a 105° C per 24 ore [mg], tara il peso del filtro tarato [mg], V il volume di campione che è stato sottoposto a filtrazione [ml] e peso 600° il peso del filtro + filtrato dopo trattamento a 600° C [mg]. Il valore di AUR sarà dato da:

gMLVSSh

NOmgN

MLVSS

pendenzaAUR retta 3

Tale valore dovrà poi essere standardizzato alla temperatura di 20°C tramite la seguente formula:

2020 123.1 TC

vv

dove T è la temperatura media registrata durante il test.

NUR: Nitrogen Uptake Rate (Denitrificazione)NUR: Nitrogen Uptake Rate (Denitrificazione)

Il test ha lo scopo di determinare la costante di denitrificazione di un fango.Il test ha lo scopo di determinare la costante di denitrificazione di un fango.

ProceduraProcedura Prelevare 5 L di fango attivo pre-aerato;Prelevare 5 L di fango attivo pre-aerato; Introdurre nel beker l’ossimetro e mantenere in aerazione fino a portare la Introdurre nel beker l’ossimetro e mantenere in aerazione fino a portare la

concentrazione di ossigeno disciolto (DO) a circa 7-8 mg/l;concentrazione di ossigeno disciolto (DO) a circa 7-8 mg/l; Aggiungere circa 30-40 mg N/L sottoforma di nitrato di sodio Aggiungere circa 30-40 mg N/L sottoforma di nitrato di sodio

(NaNO3) e 5 g/l di acetato di sodio (CH3COONa);(NaNO3) e 5 g/l di acetato di sodio (CH3COONa); Insufflare azoto gassosoInsufflare azoto gassoso per eliminare l’ossigeno disciolto in eccesso; per eliminare l’ossigeno disciolto in eccesso; Prelevare campioni di fango del volume di circa 10 mL ad intervalli Prelevare campioni di fango del volume di circa 10 mL ad intervalli

regolari (ogni 5-10 minuti) mantenendo il becker sigillato con del parafilm;regolari (ogni 5-10 minuti) mantenendo il becker sigillato con del parafilm; Filtrare i campioni su filtro a fascia nera;Filtrare i campioni su filtro a fascia nera; Sottoporre il campione ad analisi tramite HPLC per la determinazione Sottoporre il campione ad analisi tramite HPLC per la determinazione

dell’azoto sotto forma nitrica e nitrosa;dell’azoto sotto forma nitrica e nitrosa; Prelevare un campione di fango di 50 mL dal becker e filtrarlo su filtro a Prelevare un campione di fango di 50 mL dal becker e filtrarlo su filtro a

fascia nera tarato;Determinare MLSS e MLVSS.fascia nera tarato;Determinare MLSS e MLVSS.

Trattamento dei dati e calcoli

Riportare in grafico la concentrazione di azoto nitrico (in ordinata) contro il tempo (in ordinata) per ogni test eseguito e ricavare la pendenza della curva risultante. Il valore di NUR sarà dato da:

gMLVSSh

NOmgN

MLVSS

pendenzaNUR retta 3

Tale valore dovrà poi essere standardizzato alla temperatura di 20°C tramite la seguente formula:

2020 123.1 TC

vv

dove T è la temperatura media registrata durante il test.

DETERMINAZIONE DELLA FRAZIONE DETERMINAZIONE DELLA FRAZIONE

ATTIVA ETEROTROFAATTIVA ETEROTROFA La frazione eterotrofa di biomassa attiva in un refluo può essere La frazione eterotrofa di biomassa attiva in un refluo può essere

determinata direttamente sul refluo per via respirometricadeterminata direttamente sul refluo per via respirometrica

In questo caso il rapporto SIn questo caso il rapporto S00/X/X00 (F/M) deve essere molto elevato (oltre 4). (F/M) deve essere molto elevato (oltre 4).

Si basa sulla crescita Si basa sulla crescita esponenziale della biomassaesponenziale della biomassa batterica indotta dal batterica indotta dal substrato rapidamente biodegradabile presente nel refluo stesso, ovvero substrato rapidamente biodegradabile presente nel refluo stesso, ovvero con aggiunta di acetato.con aggiunta di acetato.

L’espressione che descrive il L’espressione che descrive il consumo di ossigeno nel tempo in condizioni consumo di ossigeno nel tempo in condizioni di substrato non limitante è la seguente:di substrato non limitante è la seguente:

OUR(t) = [ (1-YOUR(t) = [ (1-YHH)/Y)/YH H μμHmaxHmax – b – bHH ] x X ] x XHH00 x e x e ((μμHmaxHmax – bH)t – bH)t

Dove YDove YHH è il coefficiente di crescita eterotrofo, che si può considerare pari è il coefficiente di crescita eterotrofo, che si può considerare pari a 0.67, μa 0.67, μHmaxHmax è la velocità massima di crescita eterotrofa, b è la velocità massima di crescita eterotrofa, bH H è il è il coefficiente di decadimento endogeno, che si può stimare intorno a 0.24 dcoefficiente di decadimento endogeno, che si può stimare intorno a 0.24 d--

11..

Elaborando il respirogramma ottenuto ed Elaborando il respirogramma ottenuto ed utilizzando la formula ora vista, è quindi utilizzando la formula ora vista, è quindi possibile determinare Xpossibile determinare XHH00, ossia la biomassa , ossia la biomassa eterotrofa inizialmente presente nel refluo. eterotrofa inizialmente presente nel refluo. La La pendenza del respirogramma, linearizzato pendenza del respirogramma, linearizzato passando ai logaritmi, porta anche a passando ai logaritmi, porta anche a conoscere la quantità conoscere la quantità μμHmaxHmax – b – bHH

In definitiva, la biomassa eterotrofa si ottiene In definitiva, la biomassa eterotrofa si ottiene da:da:

XXH0H0 = [ e = [ e ( intercetta ) x 24] / [ (1-Y x 24] / [ (1-YHH/Y/YHH) x ) x (pendenza + b(pendenza + bHH) ]) ]

e si esprime in mgCOD/le si esprime in mgCOD/l

DETERMINAZIONE DEI COEFFICIENTI CINETICI DI DETERMINAZIONE DEI COEFFICIENTI CINETICI DI UN PROCESSO A FANGHI ATTIVI PER IL UN PROCESSO A FANGHI ATTIVI PER IL

TRATTAMENTO BIOLOGICO DELLE ACQUE REFLUETRATTAMENTO BIOLOGICO DELLE ACQUE REFLUE

La determinazione serve a quantificare i parametri essenziali La determinazione serve a quantificare i parametri essenziali del funzionamento di un qualsiasi fango attivo, e cioè Y, del funzionamento di un qualsiasi fango attivo, e cioè Y, μμmax, max, Kd, k, Ks.Kd, k, Ks.

La procedura usuale prevede di utilizzare un reattore a scala di La procedura usuale prevede di utilizzare un reattore a scala di laboratorio (50 L) inoculato con fango di ricircolo proveniente laboratorio (50 L) inoculato con fango di ricircolo proveniente dal reattore a scala reale diluito 1:50. L’alimentazione al dal reattore a scala reale diluito 1:50. L’alimentazione al reattore è di tipo sintetico ed è preparata in modo tale che reattore è di tipo sintetico ed è preparata in modo tale che C:N:P = 100:10:1. La soluzione ha le seguenti caratteristiche:C:N:P = 100:10:1. La soluzione ha le seguenti caratteristiche:

C6H12O6 = 30 g/50 L = 600 mg/L (circa 600 mgCOD/L)C6H12O6 = 30 g/50 L = 600 mg/L (circa 600 mgCOD/L) NH4Cl = 14 g/50 L = 140 mg/L (circa 70 mgN/L)NH4Cl = 14 g/50 L = 140 mg/L (circa 70 mgN/L) KH2PO4 = 3 g/50 L = 60 mg/L (circa 18 mg/L)KH2PO4 = 3 g/50 L = 60 mg/L (circa 18 mg/L)

Si opera quindi in differenti condizioni di età del fango (θ).Si opera quindi in differenti condizioni di età del fango (θ).

Utilizzando i dati ottenuti in condizioni di stato stazionario, si Utilizzando i dati ottenuti in condizioni di stato stazionario, si determinano i valori medi di:determinano i valori medi di:

Q: portata dell’alimentazione (m3/d)Q: portata dell’alimentazione (m3/d) S0: concentrazione del substrato nell’alimentazione (mg/L)S0: concentrazione del substrato nell’alimentazione (mg/L) S: concentrazione del substrato nell’effluente (mg/L)S: concentrazione del substrato nell’effluente (mg/L) X: concentrazione di microrganismi (mgVSS/L)X: concentrazione di microrganismi (mgVSS/L)

Q, S0, Xo reattore Q, S, X

Prova Inizio prova Fine prova S0

mg/L S

mg/L Q

L/d θ d

X mgVSS/L

1 09/05/03 15.30 14/05/03 14.00 6.9 4.96 2 3

1. DETERMINAZIONE DEI COEFFICIENTI KS E k Il valore di rsu (velocità di utilizzo del substrato, kg/m3d) è dato dall’espressione:

θ

SS

SK

kXSr 0

ssu

. Dividendo per X si ottiene:

θX

SS

SK

kS 0

s

la cui forma linearizzata

(considerando l’inverso) è:

k

1

S

1

k

K

SS

θX s

0

a) Si riportano in tabella i dati sperimentali

Prova S0-S mg/L

Xθ mgVSS/d L

Xθ/( S0-S) d

1/S mg/L

1 2 3

b) I valori di Ks e k possono essere determinati mettendo in grafico il primo termine contro 1/S.

si ottiene una retta la cui intercetta è 1/k mentre la pendenza è Ks/k.

θ

SS

SK

kXSr 0

ssu

=

c) I valori Y (coefficiente massimo di resa, mg di cellule formate/mg di substrato consumato) e

kd (coefficiente di decadimento endogeno, 1/d) possono essere determinati da:

dsu

ck

X

rY

θ

1

La pendenza della retta che passa per i dati sperimentali è uguale a Y e l’intercetta a kd.

Prova Θ d

rsu

X

mgVSS/L rsu/X

1 36 2 3