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Il processo a fanghi attivi (ASP) è il processo di trattamento biologico più ampiamente applicato nel trattamento delle acque reflue municipali, mentre MBBR introduce nel sistema un biofilm a crescita attaccata per creare un regime a doppia biomassa di crescita "attaccata sospesa".
I due non sono sostitutivi l’uno dell’altro ma si adattano a scenari diversi: per i nuovi impianti la decisione dipende dall’impronta e dai requisiti degli effluenti, mentre per gli ammodernamenti dipende dai serbatoi esistenti e dai vincoli di investimento.
Questo articolo mette a confronto i due processi in sei dimensioni (impronta, concentrazione di fanghi, resistenza agli urti, consumo energetico, funzionamento e manutenzione e difficoltà di retrofit) con particolare attenzione alla logica di selezione e alle considerazioni chiave per la conversione di un serbatoio a fanghi attivi in MBBR (ibrido) e include un caso di studio generalizzato sull'espansione della capacità comunale.
L'ASP si basa sui fanghi attivi in sospensione (valore tipico MLSS 2–5 g/L) per rimuovere sostanze organiche e azoto; MBBR aggiunge trasportatori di biofilm sospesi al serbatoio (rapporto di riempimento 20%–50%, valore di riferimento), con il biofilm attaccato alla superficie del supporto.
Ciò produce una biomassa più elevata per unità di volume del serbatoio e il gradiente DO all’interno del biofilm crea naturalmente microambienti aerobici/anossici che favoriscono la nitrificazione e la denitrificazione simultanee.
L'MBBR è nato nel Nord Europa (Norvegia, anni '80) ed è ampiamente utilizzato nei retrofit europei di serbatoi esistenti; dopo la sua introduzione in Cina, si è diffuso rapidamente nei progetti di potenziamento/espansione municipali e nelle applicazioni per le acque reflue industriali.
| Dimensione | Processo a fanghi attivi (ASP) | MBBR | Note |
|---|---|---|---|
| Impronta/Volume del serbatoio | Più grande; TOS 6-10 ore (valore tipico) | Riducibile del 30%–50% (valore di riferimento) | Carico volumetrico maggiore |
| Concentrazione dei fanghi | MLSS 3–5 g/L (valore tipico) | Biofilm equivalente a biomassa sospesa di 2–4 g/L | Biomassa totale più elevata |
| Resistenza al carico d'urto | Moderato; suscettibile ai carichi d'urto | Più forte; il biofilm resiste agli shock e alla tossicità | Un chiaro vantaggio per le acque reflue industriali |
| Consumo energetico | Aerazione ritorno fanghi, convenzionale | Intensità di aerazione leggermente superiore per la fluidificazione dei media; il ritorno dei fanghi può essere ridotto | Necessita di una valutazione combinata |
| Funzionamento e manutenzione | Deve controllare il rigonfiamento dei fanghi; grande produzione di fanghi | Ispezione periodica degli schermi di ritenzione; minore produzione di fanghi | Basso rischio di accumulazione dei fanghi |
| Difficoltà di adeguamento | — | Medio-basso; possono utilizzare i serbatoi esistenti | Richiede schermi e supporti, ricontrollo dell'aerazione |
Quando i requisiti degli effluenti sono rigorosi e il terreno è scarso, le combinazioni MBBR e MBBR ASP (ibrido) possono soddisfare contemporaneamente la conformità COD e ammoniaca all'interno di un volume del serbatoio più piccolo.
L'MBBR è interessante anche quando l'impianto è sensibile ai costi di smaltimento dei fanghi, poiché produce meno fanghi (riferimento: circa 0,3–0,5 kg di fanghi per kg di BOD5 rimosso, inferiore rispetto ai processi convenzionali).
Tuttavia, l’investimento nei media e la manutenzione dello schermo di ritenzione devono essere inclusi nel costo dell’intero ciclo di vita; la sola fase di costruzione non dovrebbe essere l’unica considerazione.
Molti impianti municipali in Cina si trovano ad affrontare la duplice richiesta di "standard più rigorosi per l'espansione della capacità sugli effluenti" (ad esempio il passaggio dalla Classe B alla Classe A Livello 1), mentre in Europa e Nord America il rinnovamento degli impianti obsoleti e l'aumento del carico sono comuni.
Quando non è disponibile terreno aggiuntivo, la conversione dei serbatoi aerobici esistenti in MBBR ibrido è un percorso comune: il dosaggio dei mezzi nei serbatoi esistenti e l'installazione di schermi di ritenzione possono migliorare la capacità di trattamento e nitrificazione, con investimenti generalmente inferiori rispetto alla costruzione di nuovi serbatoi (riferimento).
Un impianto di trattamento delle acque reflue municipali è stato originariamente progettato per 15.000 m³/giorno utilizzando un processo convenzionale a fanghi attivi (pozzo di ossidazione), con effluenti conformi allo standard locale di Classe B.
A causa della crescita della popolazione nella sua area di servizio, l'impianto doveva espandersi fino a 22.000 m³/g e passare alla Classe A Livello 1, ma non era disponibile terreno per l'acquisizione.
La soluzione ha convertito parte della zona aerobica del canale di ossidazione in MBBR ibrido: mezzi ad alta superficie specifica (500 m²/m³, valore tipico) sono stati dosati al 30% del volume efficace, sono stati installati schermi di ritenzione degli effluenti e il sistema di aerazione è stato ricontrollato (il flusso d'aria è aumentato di circa il 25%, valore di esempio), mentre il sistema di ritorno dei fanghi esistente è stato mantenuto.
Dopo l'adeguamento, la capacità di trattamento è aumentata di circa il 40% e l'ammoniaca invernale è rimasta stabilmente conforme, senza l'aggiunta di nuovi serbatoi.
Questo caso è una descrizione generalizzata; i parametri specifici dovrebbero essere verificati mediante calcoli di progetto effettivi.
È necessario installare schermi di ritenzione affidabili sul lato dell'effluente per impedire la fuoriuscita dei mezzi con l'effluente; lo spazio tra lo schermo deve essere inferiore alla dimensione minima del supporto (riferimento).
La fluidificazione del mezzo richiede un'intensità di aerazione sufficiente. Prima dell'aggiornamento, verificare il margine di capacità del ventilatore e la disposizione del diffusore e, se necessario, sostituire o aggiungere diffusori a bolle fini.
In modalità ibrida, l'MLSS dei fanghi sospesi è generalmente pari a 2–4 g/L (riferimento) per garantire che il biofilm e i fanghi sospesi lavorino insieme.
Nessun mezzo viene aggiunto alle zone anossiche/anaerobiche e le aperture nelle pareti divisorie dovrebbero essere progettate per impedire il flusso incrociato dei mezzi.
I media cilindrici in PE sono comuni nel mercato UE, mentre i media di tipo poroso sono più ampiamente accettati nel mercato nordamericano (riferimento).
La superficie e la geometria specifiche devono corrispondere alla profondità del serbatoio e all'intensità di aerazione e si consiglia di effettuare test pilota in anticipo.
Le temperature invernali dell'acqua nel Nord America settentrionale e nel Nord Europa sono basse, quindi il volume di nitrificazione deve essere ricontrollato rispetto alle condizioni invernali dopo l'ammodernamento.
Allo stesso modo, la Cina settentrionale ha bisogno di un margine di temperatura e, quando l’affluente trasporta un elevato contenuto di grasso o capelli, lo screening e lo sgrassaggio ai vitoni dovrebbero essere rafforzati per prevenire l’aggrovigliamento dei mezzi o l’intasamento dello schermo.
SÌ. La porzione di fanghi sospesi necessita ancora di uno spreco periodico secondo SRT per mantenere l'attività: la quantità è solitamente inferiore a quella di un sistema a fanghi attivi puri (riferimento) e i problemi di accumulazione dei fanghi sono sostanzialmente evitati.
Non necessariamente. La fluidificazione del mezzo aumenta significativamente la resistenza all'aerazione e l'intensità della domanda di ossigeno.
La pratica comune è misurare il flusso d'aria effettivo del ventilatore e l'efficienza di trasferimento dell'ossigeno del diffusore e quindi ricalcolarlo; la maggior parte dei progetti richiede la regolazione del numero di diffusori o la loro sostituzione con diffusori a bolle fini ad alta efficienza (riferimento).
In condizioni operative normali, i mezzi fluidificati non sono soggetti a intasamenti.
Tuttavia, quando l'affluente contiene un elevato contenuto di grasso o capelli, i mezzi possono rimanere impigliati o gli schermi ostruirsi; la selezione e lo sgrassaggio dei vitoni dovrebbero essere rafforzati e i vagli puliti manualmente o automaticamente a intervalli regolari (riferimento basato sull'esperienza).
L'MBBR e il processo a fanghi attivi hanno ciascuno i propri limiti applicabili: gli ammodernamenti MBBR o ibridi meritano la priorità in scenari con vincoli di terreno, aggiornamenti di capacità con standard più severi o carichi d'urto industriali; per i nuovi impianti convenzionali con ampi terreni e risorse operative limitate, l’ASP convenzionale rimane una scelta collaudata e affidabile.
La selezione dovrebbe basarsi su una valutazione combinata degli "standard locali relativi ai vincoli del territorio target degli effluenti e ai costi dell'intero ciclo di vita (Cina GB 18918, UWWTD UE, NPDES nordamericano)".
Per i progetti di retrofit, si consiglia di eseguire 3-6 mesi di test pilota e modellazione idraulica prima di finalizzare il rapporto di riempimento e lo schema di aerazione; per la selezione dei media e il supporto per il calcolo del retrofit, contattare il team tecnico di AquaSust.
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