1. IntroDuzione al trattamenA biologico Delle acque reflue

1.1 Che cos'è il trattamento biologico delle acque reflue?

Trattamento biologico delle acque reflue è una tecnologia che sfrutta il potere di MicrOganismi -Primamente i batteri - per consumare e abbattere gli inquinanti Oganici, i nutrienti (come l'azoto e il fosfOo) e altri contaminanti trovati nelle acque reflue. In sostanza, è una versione controllata e accelerata del processo di auto-purificazione della natura.

L'obiettivo fondamentale è quello di trasfOmare sostanze dannose, sciolte e colloidali (che contribuiscono a Bod e CoD) in sottoprodotti innocui, come anidride carbonica, acqua e nuova biomassaa microbica (fanghi). Questo metodo è vitale perché è il modo più efficace e spesso più economico per rimuovere la maggiO parte del carico Oganico prima che l'acqua venga restituita Tutto'ambiente.

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1.2 ImpOtanza del trattamento biologico nella gestione delle acque reflue

Lo scarico incontrollato di acque reflue pone gravi rischi per la salute pubblica e gli ecosistemi acquatici. L'alta concentrazione di materia Oganicoa si esaurisce ossigeno disciolto Nel ricevere acque, portEo alla morte di pesci e altra vita acquatica. Inoltre, i nutrienti in eccesso possono causare enormi Blooms algali (Eutrofizzazione) e i patogeni possono diffondere la malattia.

Il trattamento biologico è il perno della moderna gestione delle acque reflue per diversi motivi:

• Efficace rimozione degli inquinanti: Rimuove in modo efficiente Richiesta di ossigeno biochimico (Bod) , che è la misura della materia organica biodegradabile.

• Controllo dei nutrienti: Può essere progettato specificamente per rimuovere azoto (per prevenire l'esaurimento e la tossicità dell'ossigeno) e fosforo (per controllare l'eutrofizzazione).

• Costo-efficacia: È generalmente meno ad alta intensità di energia e meno costosa delle opzioni di trattamento avanzate puramente chimiche o fisiche per applicazioni su larga scala.

1.2.1 Trattamento biologico come stadio secondario

Il trattamento delle acque reflue è in genere raggiunto in una sequenza di fasi:

1. Trattamento primario: Un processo fisico in cui la gravità viene utilizzata in grEi carri armati per sistemare i solidi più pesanti (TSS) e sfogliare il grasso e il materiale galleggiante.

2. Trattamento secondario: Questo è il Fase di trattamento biologico . L'acqua che scorre dai chiarificatori primari contiene ancora alti livelli di materia organica colloidale disciolta e fine; I microrganismi vengono introdotti per consumare questo carico.

3. Trattamento terziario/avanzato: Una fase di lucidatura finale che può includere filtrazione, disinfezione e rimozione avanzata di contaminanti o nutrienti specifici prima che l'acqua venga scaricata o riutilizzata in sicurezza.

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1.3 Panoramica dei processi biologici

I processi di trattamento delle acque reflue biologiche sono ampiamente classificati in base ai requisiti di ossigeno dei microrganismi coinvolti:

• Processi aerobici: Questi sistemi richiedono ossigeno disciolto (DO) per funzionare. I microrganismi usano l'ossigeno per metabolizzare gli inquinanti organici in anidride carbonica, acqua e nuove cellule. Questo è il metodo più comune per la rimozione del Bod. Gli esempi includono Fanghi attivati E Filtri gocciolanti .

• Processi anaerobicoi: Questi sistemi operano in UNssenza di ossigeno . I microrganismi abbattono la materia organica Biogas (principalmente metano e ${\text{Co}}_2$ ) e un volume inferiore di fanghi. Questi sono spesso utilizzati per acque reflue industriali ad alta resistenza o per il trattamento dei fanghi risultanti dai processi aerobici. Un esempio è il UpfBasso Cropet di fanghi anaerobici ( $\text{Uasb}$ ) .

• Processi anossici: Questi processi sono Senza ossigeno , ma i microrganismi utilizzano ossigeno chimicamente legato (in particolare da nitrato or nitrito ioni) invece di molecolare ${\text{O}}_2$ . Questo è il passo cruciale per denitrificazione (Rimozione dell'azoto) in molti impianti di trattamento avanzati.

2. Principi del trattamento biologico delle acque reflue

L'efficacia del trattamento biologico delle acque reflue dipende interamente sulla comprensione e il controllo del mondo microscopico all'interno del reattore. Questa sezione descrive in dettaglio i principali attori biologici e i processi biochimici fondamentali che guidano.

2.1 Ruolo dei microrganismi

Un sistema di trattamento biologico sano, spesso indicato come liquore misto or biomass , è un ecosistema diversificato. L'obiettivo collettivo di questa comunità microbica è di consumare gli inquinanti organici (il "cibo") per crescere, riprodurre e generare energia.

2.1.1 batteri

I batteri sono i cavalli di lavoro del processo di trattamento. Sono responsabili della stragrEe maggioranza di $\text{Bod}$ rimozione E Rimozione dei nutrienti . Formano focs (piccoli cluster) che sono cruciali per la sistemazione nei chiarificatori. I gruppi chiave includono batteri eterotrofici (consumano composti di carbonio) e batteri autotrofici (eseguono nitrificazione).

2.1.2 funghi

I funghi sono generalmente meno dominanti ma diventano importanti in determinate condizioni, in particolare nel trattamento dei sistemi Basso $\text{ph}$ o rifiuti industriali ad alta resistenza. Mentre contribuiscono al degrado organico, un'eccessiva crescita fungina può causare Bulking (scarso assestamento dei fanghi) a causa della loro struttura filamentosa.

2.1.3 Protozoa

I protozoi e altri organismi superiori (come i rotifers) non sono degradanti primari ma svolgono un ruolo cruciale in lucidare l'effluente. Consumano batteri dispersi e particolato fine, agendo come "detergenti" che contribuiscono a un effluente finale più chiaro. La loro presenza e diversità sono anche gli indicatori chiave del salute e stabilità del sistema biologico.

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2.2 Reazioni biochimiche

La rimozione degli inquinanti si verifica attraverso una sequenza di reazioni biochimiche complesse, classificate dall'accettore di elettroni utilizzato dai microrganismi.

2.2.1 Processi aerobici

Queste reazioni si verificano in presenza di Ossigeno disciolto ( $\text{FUNRE}$ ) . I batteri usano $\text{FARE}$ come l'accettore di elettroni finali per convertire la materia organica in prodotti stabili e innocui.

Materia organica O2 → Batteri Co2 H2 O Nuovi cellule

Nitrificazione , un processo aerobico in due fasi, è la chiave per la rimozione dell'azoto:

1. Nitritazione: Ammoniaca ( ${\text{NH}}_4^{}$ ) viene convertito in nitrito ( ${\text{NO}}_2^{-}$ ).

2. Nitration: Nitrito ( ${\text{NO}}_2^{-}$ ) viene convertito in nitrato ( ${\text{NO}}_3^{-}$ ).

2.2.2 Processi anaerobici

Queste reazioni si verificano in completa assenza di ${\text{O}}_2$ . Il processo prevede diversi passaggi per convertire la materia organica complessa in Biogas (principalmente metano ( ${\text{Cap}}_4$ ) E ${\text{CO}}_2$ ), che può essere usato come fonte di energia. Le fasi principali sono l'idrolisi, l'acidogenesi, l'acetogenesi e infine, metanogenesi .

Materia organica → Batteri Cap4 CO2 Nuove cellule Calore

2.2.3 Processi anossici

Queste reazioni si verificano quEo $\text{FARE}$ è assente, ma Nitrato ( ${\text{NO}}_3^{-}$ ) è presente. Alcuni batteri utilizzano l'ossigeno legati chimicamente nella molecola di nitrato, riducendo il nitrato a innocuo gas azoto ( ${\text{N}}_2$ ) che viene rilasciato nell'atmosfera. Questo processo è chiamato denitrificazione ed è essenziale per prevenire l'inquinamento da azoto.

NITROTE ORGANIC NETTER → Batteri Gas di azoto (N2) CO2 H2 O

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2.3 Fattori che influenzano il trattamento biologico

L'efficienza della comunità microbica è altamente sensibile alle condizioni all'interno del reattore. Il controllo operativo si concentra sul mantenimento di questi fattori all'interno di gamme ottimali.

2.3.1 Temperatura

L'attività microbica aumenta con la temperatura fino a un punto ottimale (in genere $20-35^{\circ }\text{C}$ per le piante municipali). Le temperature più basse rallentano le velocità di reazione, mentre temperature eccessivamente elevate possono denigrare enzimi, uccidendo i microbi.

2.3.2 $\text{ph}$

La maggior parte dei microrganismi prospera in un neutro quasi neutro $\text{ph}$ gamma (in genere $6.5-7.5$ ). Estremo $\text{ph}$ (acido o base) può inibire la crescita batterica e fermare i processi critici come la nitrificazione.

2.3.3 Disponibilità dei nutrienti

I microrganismi hanno bisogno di una dieta equilibrata per crescere. Chiave macronutrienti — Azoto (N) E Fosforo (P) —Tuci essere disponibili, spesso nel rapporto di $\text{Bod}:\text{N}:\text{P}$ di circa $100:5:1$ . La carenza può limitare gravemente la crescita della biomassa necessaria per trattare i rifiuti.

2.3.4 ossigeno disciolto ( $\text{FARE}$ )

$\text{FARE}$ I livelli sono fondamentali per processi aerobici (Tipicamente mantenuto a $1-3\text{mg/l}$ ), poiché l'ossigeno insufficiente rallenterà il processo di degradazione. Al contrario, $\text{FARE}$ deve essere strettamente controllato o assente in anaerobic E anossico zone per quei rispettivi processi.

Ecco il progetto di contenuto per il Terza parte del tuo articolo, concentrandosi sul Tipi di processi di trattamento biologico delle acque reflue .

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3. Tipi di processi di trattamento biologici delle acque reflue

I sistemi di trattamento biologico sono fondamentalmente classificati dal modo in cui la comunità microbica è sostenuta e se viene fornito l'ossigeno. Questi processi possono essere raggruppati in sistemi aerobici (che richiedono ossigeno), anaerobico (privo di ossigeno) e ibridi.

3.1 Processi di trattamento aerobico

I processi aerobici sono il tipo più comune di trattamento secondario, basandosi sulla fornitura continua di ossigeno per mantenere il metabolismo microbico. Sono altamente efficaci nel rimuovere la materia organica (Bod).

3.1.1 Processo di fanghi attivi

Questo è il sistema aerobico più diffuso a livello globale. Implica l'introduzione di acque reflue in un serbatoio aerato contenente una sospensione di microrganismi (il fanghi attivati ). I microbi consumano gli inquinanti, formano grumi microbici densi e setlabili (FROC) e vengono quindi separati dall'acqua trattata in un chiarificatore secondario. Una parte di questo fango viene riciclata nel serbatoio di aerazione per mantenere un'alta concentrazione di biomassa attiva.

3.1.2 Filtri gocciolanti

I filtri di gocciolamento (o filtri biologici) sono sistemi a film fisso in cui le acque reflue sono distribuite su un letto di media (ad esempio rocce, plastica). UN biofilm (Uno strato di microrganismi) cresce sulla superficie dei media. Mentre le acque reflue "scendono", i microbi nel biofilm assorbono e degradano la materia organica. La circolazione dell'aria naturale fornisce l'ossigeno necessario.

3.1.3 Contattori biologici rotanti (globuli rossi)

I RBC sono un altro sistema a film fisso costituito da dischi grandi, strettamente distanziati e rotanti montati su un albero orizzontale. I dischi sono parzialmente immersi nelle acque reflue. Mentre i dischi ruotano, raccolgono alternativamente un film di acque reflue e quindi espongono il biofilm all'atmosfera per il trasferimento di ossigeno.

3.1.4 Lagune aerate

Questi sono grandi bacini poco profondi che utilizzano aeratori di superficie o sistemi d'aria diffusi per fornire ossigeno alla popolazione microbica all'interno delle acque reflue. Richiedono una grande area terrestre ma sono più semplici da operare e ideali per le aree con una minore densità di popolazione.

3.1.5 Bioreattori a membrana (MbrS)

MBRS combinano un processo di fanghi attivi convenzionale con a filtrazione a membrana unità (microfiltrazione o ultrafiltrazione). Le membrane separano i solidi, eliminando la necessità di un chiarificatore secondario. Ciò consente una concentrazione molto più elevata di biomassa (alta $\text{Srt}$ ) e produce effluenti di alta qualità, pronti per il riutilizzo.

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3.2 Processi di trattamento anaerobico

I processi anaerobici operano senza ossigeno e sono particolarmente adatti per il trattamento delle acque reflue ad alta resistenza o per stabilizzare i fanghi, poiché producono una preziosa fonte di energia: i biogas.

3.2.1 Digestione anaerobica

Questo è utilizzato principalmente per stabilizzare il Suddi (Biosolidi) generati dal trattamento aerobico. I fanghi sono collocati in serbatoi sigillati e riscaldati in cui i batteri anaerobici convertono una parte significativa dei solidi organici in biogas ( ${\text{Cap}}_4$ ). Ciò riduce il volume e l'odore dei fanghi.

3.2.2 Upflow Coperta di fanghi anaerobici ( $\text{Uasb}$ ) Reattori

IL $\text{Uasb}$ è un sistema anaerobico ad alto tasso in cui le acque reflue scorre verso l'alto attraverso una densa "coperta" di granuli microbici (fanghi). Poiché la materia organica viene degradata, il biogas prodotto fa circolare i granuli, creando un eccellente contatto tra la biomassa e le acque reflue.

3.2.3 Filtri anaerobici

ILse fixed-film reactors are packed with media. Wastewater flows through the packed bed, and the anaerobic microbes grow attached to the media, creating a highly efficient system for treating soluble organic waste.

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3.3 Processi di trattamento ibrido

I sistemi ibridi combinano le caratteristiche di tipi di reattori convenzionali o diversi per migliorare l'efficienza, in particolare per la rimozione dei nutrienti e i vincoli di spazio.

3.3.1 Reattori batch di sequenziamento ( $\text{SBRS}$ )

$\text{SBRS}$ sono unici in quanto tutte le fasi di trattamento (riempimento, reatto, accantonamento, disegno) si verificano sequenzialmente in a serbatoio singolo . Sono altamente flessibili e facili da adattare per una rimozione precisa dei nutrienti controllando la durata delle fasi aerobiche, anossiche e anaerobiche all'interno del ciclo.

3.3.2 Sincendi attivati ​​a film fisso integrato ( $\text{IFAS}$ ) Sistemi

$\text{IFAS}$ I sistemi sono un ibrido dei fanghi attivati ​​(crescita sospesa) e del film fisso. I portatori di biofilm (media di plastica) vengono aggiunti direttamente nel bacino di aerazione dei fanghi attivi. Ciò consente un'alta concentrazione di biomassa, fornendo un ambiente stabile per i batteri a crescita lenta (come i nitrificatori) mantenendo la flessibilità del sistema di fanghi sospesi.

4. Considerazioni sulla progettazione per i sistemi di trattamento biologico

La progettazione di un impianto di trattamento biologico efficace e stabile richiede una profonda comprensione delle caratteristiche delle acque reflue e un'attenta calibrazione dei parametri del reattore. L'obiettivo è creare l'ambiente ottimale per i microrganismi per prosperare e rimuovere in modo efficiente gli inquinanti.

4.1 Caratteristiche delle acque reflue

IL success of a biological system starts with accurately characterizing the influent (incoming) wastewater.

4.1.1 $\text{Bod}$ (Domanda di ossigeno biochimico)

$\text{Bod}$ è la quantità di ossigeno richiesto dai microrganismi per decomporre la materia organica nell'acqua per un tempo specifico (di solito cinque giorni, ${\text{Bod}}_5$ ). È il parametro di progettazione primaria Utilizzato per dimensionare il reattore biologico, in quanto determina la quantità di carico organico che la popolazione microbica deve consumare.

4.1.2 $\text{MERLUZZO}$ (Domanda di ossigeno chimico)

$\text{MERLUZZO}$ è la quantità di ossigeno richiesto per ossidare chimicamente all materia organica e inorganica. Misura componenti sia biodegradabili che non biodegradabili. IL $\text{Bod}/\text{MERLUZZO}$ Il rapporto è importante: un rapporto elevato (ad esempio,> 0,5) indica che i rifiuti sono altamente biodegradabile E well-suited for biological treatment.

4.1.3 $\text{TSS}$ (Solidi sospesi totali)

$\text{TSS}$ Rappresenta i solidi tenuti in sospensione. Alto $\text{TSS}$ Può richiedere un trattamento primario più ampio e influisce sulla gestione dei fanghi biologici (biosolidi). BUONO SETTURA DI $\text{TSS}$ è fondamentale per produrre effluenti puliti.

4.1.4 nutrienti (azoto e fosforo)

IL concentration of Azoto ( $\text{N}$ ) E Fosforo ( $\text{P}$ ) è fondamentale per due motivi:

1. Salute microbica: Adeguato $\text{N}$ E $\text{P}$ sono richiesti per la crescita della biomassa (il $100:\text{Bod}:5:\text{N}:1:\text{P}$ rapporto).

2. Qualità dell'effluente: Se questi nutrienti sono presenti in quantità elevate, il sistema deve essere appositamente progettato per Rimozione dei nutrienti (Nitrificazione/denitrificazione e rimozione migliorata del fosforo biologico, $\text{EBPR}$ ) per prevenire l'eutrofizzazione nella ricezione di acque.

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4.2 Criteri di selezione del processo

La scelta del giusto processo biologico dipende da diversi fattori:

• Forza delle acque reflue: Ad alta resistenza (alto $\text{MERLUZZO}/\text{Bod}$ ) I rifiuti industriali favoriscono spesso processi anaerobici Per la produzione di biogas, seguita dalla lucidatura. I rifiuti municipali a basso livello di media utilizzano in genere Frugni attivati ​​aerobici .

• Requisiti degli effluenti: Limiti di scarico rigorosi (soprattutto per i nutrienti) richiedono sistemi complessi come $\text{MBRS}$ o processi a più stadi ( $\text{SBRS}$ , fanghi attivati ​​a più stadi).

• Disponibilità del terreno: Le posizioni limitate allo spazio richiedono spesso tecnologie compatte ad alto tasso come $\text{MBRS}$ or $\text{IFAS}$ , mentre le lagune sono adatte dove la terra è economica e abbondante.

• Costi operativi: I processi aerobici richiedono un input di energia elevata per l'aerazione, mentre i processi anaerobici generano energia (biogas), influenzando i costi a lungo termine.

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4.3 Parametri di progettazione del reattore

ILse parameters are the operational levers used to control the microbial ecosystem within the reactor.

4.3.1 Tempo di ritenzione idraulica ( $\text{HRT}$ )

$\text{HRT}$ è il tempo medio che un'unità d'acqua rimane all'interno del reattore.

Un più lungo $\text{HRT}$ Fornisce più tempo di contatto tra i microrganismi e gli inquinanti, ma richiede una dimensione del serbatoio maggiori.

4.3.2 Tempo di ritenzione solida ( $\text{Srt}$ )

$\text{Srt}$ (Chiamato anche $\text{Mcrt}$ o tempo di ritenzione dei fanghi) è il tempo medio MicrOganismi (solids) Rimani attivo nel sistema.

$\text{Srt}$ è il Parametro di controllo più importante per l'attività biologica. Lungo $\text{Srt}$ (per esempio., $10-30$ giorni) è necessario per coltivare organismi a crescita lenta come nitrificatori per rimozione dell'azoto.

4.3.3 Food-to-Microrganism ( $\text{F}/\text{M}$ ) Rapporto

IL $\text{F}/\text{M}$ Il rapporto è il carico biologico giornaliero (cibo, misurato come $\text{Bod}$ or $\text{MERLUZZO}$ ) fornito per unità di massa di microrganismi ( $\text{M}$ , misurato come solidi sospesi volatili a liquori misti o $\text{MLVSS}$ ) nel reattore.

• A alto $\text{F}/\text{M}$ (per esempio., > 0.5 $\text{kg}\text{Bod}/\text{kg}\text{MLVSS}\cdot \text{d}$ ) significa che i microbi sono "affamati" e trattano rapidamente l'acqua, ma i fanghi si depositano male.

• A Basso $\text{F}/\text{M}$ (per esempio., < 0.1 $\text{kg}\text{Bod}/\text{kg}\text{MLVSS}\cdot \text{d}$ ) si traduce in fanghi più vecchi e ben impostati, ma richiede un serbatoio più grande ed è più lento.

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4.4 Gestione dei fanghi

Tutti i processi biologici producono Biomassa in eccesso (fanghi) che deve essere rimosso dal sistema. Questo fango è spesso $95-99\%$ Acqua ma contiene gli inquinanti concentrati, rendendolo una sfida di smaltimento. Trattamento dei fanghi (ispessimento, disidratazione e spesso Digestione anaerobica ) è una componente cruciale e ad alto costo della gestione complessiva delle acque reflue, con l'obiettivo di stabilizzare il materiale e ridurne il volume prima dello smaltimento finale (ad es. Applicazione del suolo o discarica).

5. Applicazioni del trattamento biologico delle acque reflue

Il trattamento biologico è una tecnologia altamente adattabile, essenziale per l'elaborazione delle acque reflue da diverse fonti, che vanno dalle grandi aree metropolitane a strutture industriali specializzate.

5.1 Trattamento delle acque reflue municipali

Le acque reflue municipali, provenienti principalmente da case residenziali, imprese commerciali e istituzioni, è la classica applicazione per il trattamento biologico.

• Caratteristiche: In genere contiene un carico organico di media resistenza ( $\text{Bod}$ E $\text{MERLUZZO}$ ), alti livelli di solidi sospesi ( $\text{TSS}$ ) e quantità significative di nutrienti (azoto e fosforo).

• Processi utilizzati: IL standard treatment train relies heavily on Fanghi attivati Processes (spesso modificato per Rimozione dei nutrienti biologici or $\text{Bnr}$ ) e talvolta sistemi a film fisso come Filtri gocciolanti or $\text{RBC}$ . L'obiettivo principale è soddisfare rigorosi standard di scarica per proteggere i corsi d'acqua pubblici.

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5.2 Trattamento delle acque reflue industriali

Le acque reflue industriali sono molto più variabili nella composizione e nella concentrazione rispetto alle acque reflue municipali, presentando spesso sfide uniche che richiedono soluzioni biologiche personalizzate.

5.2.1 Industria alimentare e delle bevande

• Caratteristiche: Alti carichi biologici (zuccheri, grassi, amidi) e spesso alte temperature.

• Processi utilizzati: Sistemi anaerobici Piace $\text{Uasb}$ I reattori sono spesso impiegati per primi per gestire l'alto $\text{MERLUZZO}$ E generate valuable Biogas ( ${\text{Cap}}_4$ ) . Questo di solito è seguito da un sistema aerobico compatto ( $\text{MBR}$ or $\text{Fanghi attivati}$ ) per la lucidatura finale.

5.2.2 Industria della polpa e della carta

• Caratteristiche: Volumi elevati, colore e composti di lignina biodegradabile lentamente.

• Processi utilizzati: Sistemi su larga scala come Lagune aerate o i fanghi attivati ​​ad alto tasso sono comuni a causa delle massicce portate. Possono essere necessari ceppi fungini o batterici specializzati per la rimozione del colore e del composto persistente.

5.2.3 Industria chimica

• Caratteristiche: Contiene inquinanti tossici o non convenzionali specifici (organici recalcitranti, metalli pesanti) che possono inibire l'attività microbica standard.

• Processi utilizzati: Il trattamento richiede spesso bioreattori specializzati e robusti o più fasi, a volte coinvolgendo Bioaugmentazione (Aggiunta di colture microbi appositamente selezionate) o accoppiamento con metodi avanzati come Processi di ossidazione avanzati ( $\text{Aops}$ ) prima o dopo la fase biologica.

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5.3 Trattamento delle acque reflue agricole

Ciò include il deflusso delle fattorie e, in particolare, le acque reflue delle operazioni di alimentazione degli animali concentrate ( $\text{Cafos}$ ) o letame.

• Caratteristiche: Concentrazioni estremamente elevate di $\text{Bod}$ , $\text{TSS}$ , agenti patogeni e soprattutto nutrienti.

• Processi utilizzati: Il trattamento prevede lagune rivestite, seguite dalla digestione anaerobica (per ridurre il volume e produrre energia) e successivo trattamento aerobico per la rimozione di nutrienti e patogeni prima dell'applicazione o della dimissione del terreno.

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5.4 Trattamento delle acque reflue in loco

I metodi biologici sono essenziali per il trattamento delle acque reflue in aree senza accesso a sistemi municipali centralizzati.

• Tank settici: Sebbene principalmente fisico, lo strato di fanghi in una fossa settica subisce una lenta digestione anaerobica.

• Piante su piccola scala: Sistemi come compact $\text{SBRS}$ o pacchetto $\text{MBRS}$ sono utilizzati per singole scuole, ospedali, sviluppi abitativi o siti industriali remoti, che offrono effluenti di alta qualità in una piccola impronta.

Ecco il progetto di contenuto per il sesta parte del tuo articolo, concentrandosi sul Vantaggi e svantaggi del trattamento biologico .

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6. Vantaggi e svantaggi del trattamento biologico

Mentre i processi biologici formano la spina dorsale della moderna gestione delle acque reflue, sono soggetti a alcune limitazioni che devono essere gestite attraverso un'attenta progettazione e funzionamento.

6.1 Vantaggi

Il trattamento biologico offre benefici convincenti rispetto alle alternative puramente fisiche o chimiche.

6.1.1 Rimozione efficace degli inquinanti

I sistemi biologici sono eccezionalmente efficienti a rimuovere organic $\text{Bod}$ E $\text{MERLUZZO}$ dalle acque reflue, spesso raggiungendo $90\%$ -PUS tassi di rimozione. Inoltre, sono i mezzi più pratici ed economici per la scala su larga scala Rimozione dei nutrienti biologici ( $\text{Bnr}$ ) , Essenziale per proteggere i corsi d'acqua sensibili dall'eutroficazione causata da azoto e fosforo in eccesso.

6.1.2 Efficacia in termini di costo

Una volta costruiti, i costi operativi per i processi biologici sono generalmente inferiori a quelli per il trattamento chimico. Mentre i sistemi aerobici richiedono energia significativa per l'aerazione, questo è spesso compensato dall'elevato costo e dall'offerta continua necessaria per i flocculanti chimici o i precipitanti richiesti in metodi non biologici. Sistemi anaerobici può anche essere Produttori di energia netta Attraverso la generazione e l'uso del biogas ( ${\text{Cap}}_4$ ).

6.1.3 ecologico

Il trattamento biologico coinvolge fondamentalmente processi naturali, convertendo gli inquinanti in prodotti stabili e non tossici ( ${\text{CO}}_2$ , ${\text{H}}_2\text{O}$ e biomassa). Il risultante Biosolidi (fanghi) può spesso essere trattato e riutilizzato in modo sicuro come un emendamento del suolo, promuovendo un approccio circolare per la gestione dei rifiuti.

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6.2 Svantaggi

IL reliance on a living microbial community introduces certain operational vulnerabilities.

6.2.1 Sensibilità alle sostanze tossiche

I microrganismi sono cellule viventi e possono essere facilmente inibiti o uccisi da input improvvisi di prodotti chimici industriali tossici , metalli pesanti, alti $\text{ph}$ (acido o base) o alte concentrazioni di sale. Un "carico di shock" può spazzare via la biomassa di un sistema, che richiede giorni o settimane per il recupero della popolazione e la qualità del trattamento per tornare.

6.2.2 Instabilità del processo

I sistemi biologici possono soffrire di problemi di instabilità relativi alla salute microbica, come Suddi bulking or schiuma .

• Bulking si verifica quando i batteri filamentosi crescono eccessivamente, impedendo ai Floc dei fanghi di stabilirsi correttamente nel chiarificatore, portando ad alto $\text{TSS}$ Nell'effluente finale.

• Schiuma è spesso causato da specifici tipi di batteri e può portare a problemi operativi e rischi per la sicurezza sulla superficie del serbatoio di aerazione.

6.2.3 Produzione di fanghi

IL fundamental goal of biological treatment is to convert dissolved pollutants into solid biomass (sludge). This necessary conversion creates the ongoing challenge and cost of Suddi management (disidratazione, stabilizzazione e smaltimento). I costi di gestione dei fanghi possono tenere conto $30\%\text{to}50\%$ del budget operativo totale per un impianto di trattamento delle acque reflue.

7. Recenti progressi e innovazioni

IL field of biological wastewater treatment is continually evolving, driven by the need for greater efficiency, smaller footprints, and increased resource recovery. Recent innovations are transforming traditional systems.

7.1 Processi di ossidazione avanzati ( $\text{Aops}$ )

$\text{Aops}$ non sono strettamente biologici ma sono sempre più usati in tandem con sistemi biologici. Comportano la generazione di specie transitorie altamente reattive, come il radicale idrossilico ( $\cdot \text{OH}$ ) , che ossidano rapidamente e distruggono contaminanti organici che non sono biodegradabili (recalcitranti o micropollutanti).

• Applicazione: $\text{Aops}$ sono usati come a pre-trattamento per abbattere i composti tossici, rendendoli accessibili ai microrganismi o come a post-trattamento (stadio terziario) per lucidare l'effluente rimuovendo tracce di farmaceutici e pesticidi.

7.2 Bioauggentazione e biostimolazione

ILse techniques focus on actively managing the microbial population:

• Bioaugmentazione: Coinvolge il Aggiunta di colture microbiche non native appositamente selezionate a un reattore. Questo viene in genere fatto per introdurre organismi in grado di degradare inquinanti industriali complessi specifici che la biomassa nativa non può gestire.

• Biostimolazione: Coinvolge Ottimizzazione dell'ambiente del reattore (per esempio., adding specific limiting nutrients like trace metals or vitamins) to enhance the growth and activity of the existing, native biomass to improve treatment efficiency.

7.3 Tecnologia dei fanghi granulari

Questa innovazione offre un grave salto nell'efficienza del sistema e nella riduzione dell'impronta, principalmente utilizzata in Fanghi granulari aerobici ( $\text{Ags}$ ) sistemi.

• Principio: Invece di formare floc di fanghi attivati ​​tradizionali, la biomassa si organizza spontaneamente in denso, compatto, sferico granuli . Questi granuli si depositano significativamente più velocemente e hanno zone distinte (esterno aerobico, interno anossico/anaerobico) che consentono la rimozione simultanea di carbonio, azoto e fosforo in un singolo reattore.

• Vantaggio: Consente una concentrazione di biomassa molto più elevata ed elimina la necessità di un chiarificatore separato, riducendo l'impronta di pianta fino a $75\%$ .

7.4 Ingegneria genetica dei microrganismi

Sebbene ancora principalmente nella fase di ricerca e pilota, l'ingegneria genetica mantiene un'enorme promessa. Gli scienziati stanno studiando modi per:

• Migliora il degrado: Modifica i microbi per accelerare la rottura di inquinanti organici persistenti ( $\text{Pops}$ ).

• Migliorare l'efficienza: Organismi ingegneri per eseguire reazioni multiple (ad es. Nitrificazione simultanea e denitrificazione) in modo più efficace o tollerare condizioni tossiche che inibiscono altrimenti le popolazioni naturali.