Tipi di mezzi per il trattamento delle acque reflue: una guida pratica alla selezione per gli acquirenti di ingegneria

I mezzi di trattamento delle acque reflue sono materiali o strutture ingegnerizzate collocati all'interno delle unità di trattamento per supportare la crescita biologica, migliorare la separazione dei solidi, filtrare le particelle sospese, assorbire contaminanti disciolti, scambiare ioni o separare l'acqua attraverso membrane.

Tuttavia, il termine “mezzi di trattamento” copre diverse tecnologie fondamentalmente diverse. I supporti MBBR, i sedimentatori dei tubi, il carbone attivo, i filtri a sabbia, le resine a scambio ionico e le membrane MBR non devono essere trattati come prodotti intercambiabili. Ciascuno funziona attraverso un meccanismo diverso e deve essere selezionato in base alle caratteristiche delle acque reflue, all'obiettivo del trattamento, alla configurazione del reattore, alle condizioni operative e alla qualità dell'effluente richiesta.

Presso Hangzhou NIHAO Environmental Tech Co., Ltd., collaboriamo con appaltatori del trattamento delle acque reflue, proprietari di impianti, produttori di apparecchiature, distributori e società di ingegneria. Basandosi su questa prospettiva del settore, questa guida spiega i principali tipi di mezzi per il trattamento delle acque reflue e le informazioni che gli acquirenti dovrebbero valutare prima di effettuare un ordine.

Classificazione rapida dei mezzi di trattamento delle acque reflue

1. Mezzi del reattore a biofilm a letto mobile

I supporti del reattore a biofilm a letto mobile, comunemente chiamati supporti MBBR, sono supporti in plastica ingegnerizzata che si muovono liberamente all'interno di un bioreattore aerato o miscelato meccanicamente. I microrganismi si attaccano alle superfici protette dei carrier e formano un biofilm attivo.

I mezzi MBBR sono comunemente usati per ridurre il carico organico, supportare la nitrificazione, assistere la denitrificazione e aumentare la capacità di trattamento biologico senza costruire un serbatoio significativamente più grande. Sono utilizzati anche nei sistemi integrati a fanghi attivi a film fisso, noti come IFAS, dove i fanghi attivi sospesi e il biofilm attaccato operano nello stesso reattore.

Cosa dovrebbero valutare gli acquirenti

• Superficie protetta: Gli acquirenti dovrebbero distinguere tra la superficie geometrica totale e l'area effettivamente protetta dall'abrasione eccessiva.
• Dimensioni del trasportatore: Diametro, altezza, struttura di apertura e geometria interna influenzano il movimento, la ritenzione del biofilm e la selezione dello schermo.
• Materiale: L'HDPE è ampiamente utilizzato perché la sua densità può consentire ai trasportatori di rimanere sospesi in condizioni di miscelazione appropriate.
• Densità dei mezzi: La densità dovrebbe essere valutata insieme alla densità delle acque reflue, alla crescita del biofilm e all'intensità dell'aerazione.
• Rapporto di riempimento: Il volume richiesto dipende dal carico del trattamento, dalla progettazione del reattore e dal riempimento del mezzo consentito, non semplicemente dal volume del serbatoio.
• Stabilità meccanica: I vettori devono resistere a collisioni a lungo termine, aerazione e circolazione continua.
• Sistema di ritenzione: Sono necessari schermi di uscita adeguati per prevenire la perdita del fluido mantenendo il flusso idraulico.

Una superficie pubblicata più elevata non significa automaticamente prestazioni migliori. Gli acquirenti di servizi di ingegneria dovrebbero richiedere la definizione dell'area dichiarata, supportando metodi di prova, tolleranze dimensionali, dati sui materiali, quantità sfusa per metro cubo e riferimenti di progetto in condizioni comparabili di acque reflue.

2. Biofilm fisso e mezzi biologici strutturati

I supporti fissi del biofilm rimangono stazionari all'interno di un reattore, di un filtro gocciolante, di un filtro aerato sommerso, di un filtro anaerobico o di un sistema biologico di controllo degli odori. Le forme comuni includono supporti in fogli strutturati, blocchi a nido d'ape, moduli a flusso incrociato, supporti a flusso verticale, imballaggi in plastica casuali, biosfere e blocchi porosi.

A differenza dei trasportatori in movimento, i mezzi fissi richiedono che le acque reflue e l'aria passino attraverso o attorno a una struttura fissa. Le loro prestazioni dipendono quindi fortemente dalla distribuzione idraulica, dalla distribuzione dell'aria, dagli spazi vuoti, dall'accessibilità alla superficie e dalla resistenza all'intasamento.

Quando i supporti fissi possono essere adatti

• Filtri percolatori con distribuzione controllata degli affluenti
• Biofiltri aerobici sommersi
• Reattori anaerobici a biofilm
• Acque reflue industriali con condizioni idrauliche stabili
• Filtri biotrickling per il trattamento degli odori e dei gas
• Acquacoltura e sistemi di ricircolo dell'acqua

Per le acque reflue contenenti livelli elevati di fibre, grasso, solidi precipitati o fanghi biologici, gli acquirenti dovrebbero prestare particolare attenzione alla larghezza del canale e al rischio di intasamento. Una struttura mediale con un'area superficiale nominale molto elevata può funzionare in modo scarso se i solidi ne bloccano rapidamente i passaggi utilizzabili.

3. Settler tubo e mezzo di sedimentazione lamellare

I mezzi di sedimentazione dei tubi non sono portatori di trattamenti biologici. Sono mezzi di chiarificazione utilizzati per migliorare la separazione per gravità. I loro canali inclinati riducono la distanza verticale che una particella deve percorrere prima di raggiungere una superficie. I solidi sedimentati si spostano quindi verso il basso mentre l'acqua chiarificata viaggia verso l'alto attraverso il modulo.

I sedimentatori a tubi sono comunemente installati in chiarificatori municipali e industriali, unità di sedimentazione dell'acqua potabile, serbatoi di precipitazione chimica, chiarificatori secondari e progetti di ammodernamento degli impianti. Possono aumentare l'area di sedimentazione effettiva all'interno di un serbatoio esistente, ma non possono compensare una scarsa coagulazione, un carico idraulico inadeguato o un'inefficace rimozione dei fanghi.

Importanti parametri di approvvigionamento

• Materiale, comunemente PP o PVC per molte applicazioni
• Dimensioni dei moduli e disposizione di installazione
• Angolo di inclinazione
• Forma del canale e diametro idraulico
• Altezza di assestamento verticale
• Spessore della lamiera e requisiti di supporto strutturale
• Temperatura operativa
• Esposizione chimica e UV
• Tasso di carico superficiale consentito
• Accesso per pulizia e manutenzione

Gli acquirenti non dovrebbero selezionare i sedimentatori a tubo solo in base al prezzo per metro cubo. Lamiere sottili, saldature insufficienti, dimensioni incoerenti dei moduli o progettazione inadeguata del supporto possono causare deformazioni, canali collassati e distribuzione irregolare del flusso.

4. Mezzi di filtrazione granulare

I media filtranti granulari rimuovono le particelle sospese mentre l'acqua passa attraverso un letto impaccato. I materiali comuni includono sabbia silicea, antracite, granato, ghiaia, zeolite e granuli di ceramica. Sabbia, carbone attivo e granato sono tra i tipi di media valutati per l'uso nel trattamento delle acque comunali nell'ambito dei relativi programmi di certificazione.

I mezzi granulari possono essere disposti come filtro a mezzo singolo, doppio o multimediale. Una tipica disposizione multimediale può utilizzare antracite grossolana sopra sabbia più fine, con granato denso e ghiaia di supporto sotto. La configurazione esatta dipende dalla distribuzione delle dimensioni delle particelle, dalla velocità di filtrazione, dalla torbidità dell'effluente richiesta e dal design del controlavaggio.

Dati di selezione chiave

• Dimensione effettiva
• Coefficiente di uniformità
• Gravità specifica
• Durezza e resistenza all'abrasione
• Solubilità acida
• Profondità del letto
• Velocità di filtrazione
• Requisiti di espansione del controlavaggio
• Caricamento dei contaminanti e tempo di esecuzione previsto

La filtrazione granulare viene generalmente utilizzata per la lucidatura dei solidi. Non si dovrebbe dare per scontato di rimuovere ogni inquinante disciolto. Quando le sostanze organiche disciolte, i metalli, i nutrienti o i sali sono la preoccupazione principale, possono essere necessari processi di adsorbimento, scambio ionico, mezzi reattivi o membrane.

5. Mezzi di adsorbimento

I mezzi di adsorbimento catturano i contaminanti sulle loro superfici interne o esterne. Il carbone attivo granulare è ampiamente utilizzato per composti organici disciolti, colori, odori e applicazioni di lucidatura. Altri prodotti includono carbone attivo in polvere, allumina attivata, zeolite, ossido di ferro, idrossido di ferro e adsorbenti specializzati.

L'idoneità di un adsorbente dipende dal contaminante target, dalla concentrazione, dal pH, dagli ioni concorrenti, dalla materia organica, dal tempo di contatto e dalla strategia di rigenerazione o sostituzione.

Domande da porre a un fornitore di mezzi di adsorbimento

• Quale contaminante è stato progettato per rimuovere il mezzo?
• La capacità dichiarata si basa sull'acqua pura di laboratorio o sulle acque reflue rappresentative?
• Quale intervallo di pH è richiesto?
• Quali sostanze concorrenti riducono la capacità?
• Quale orario di contatto a letto vuoto è consigliato?
• I media possono essere rigenerati?
• Come devono essere gestiti o smaltiti i supporti esausti?
• Sono disponibili rapporti sui test di sicurezza e di lisciviazione pertinenti?

Gli acquirenti dovrebbero essere cauti riguardo a un singolo valore di “capacità di assorbimento” senza condizioni di test. La capacità misurata utilizzando una soluzione concentrata da laboratorio potrebbe non rappresentare la prestazione in acque reflue industriali complesse.

6. Mezzi di scambio ionico

I mezzi di scambio ionico sono materiali sintetici o minerali che scambiano ioni selezionati con ioni nell'acqua. Le categorie comuni includono resina cationica forte, resina cationica debole, resina anionica forte, resina anionica debole, resina a letto misto e resina contaminante-selettiva.

Le applicazioni possono includere la riduzione della durezza, la demineralizzazione, la rimozione dei nitrati, la rimozione dell'ammonio e il recupero di metalli selezionati. Lo scambio ionico è solitamente più sensibile alla composizione degli influenti rispetto alla filtrazione dei solidi di base. Solidi sospesi, olio, ossidanti e incrostazioni organiche possono ridurre le prestazioni della resina.

Le specifiche di approvvigionamento dovrebbero identificare il tipo di resina, la forma ionica, l'intervallo di dimensioni delle particelle, la capacità di scambio, il contenuto di umidità, il pH operativo, il limite di temperatura, i dati sulla caduta di pressione e i requisiti di rigenerazione. Gli acquirenti devono valutare anche il consumo di prodotti chimici e la gestione dei rifiuti di rigenerazione.

7. Mezzi di trattamento reattivi

I mezzi reattivi rimuovono gli inquinanti attraverso reazione chimica, precipitazione, riduzione dell'ossidazione o conversione biologicamente assistita. Gli esempi includono ferro zero-valente, mezzi di denitrificazione a base di zolfo, mezzi ferro-carbonio, mezzi leganti calcare e fosforo.

A differenza di un filtro meccanico convenzionale, i mezzi reattivi vengono gradualmente consumati, rivestiti o esauriti. La loro durata dipende dai prodotti chimici influenti, dal carico di contaminanti, dalla dimensione delle particelle, dal contatto idraulico e dai sottoprodotti della reazione.

Prima dell'approvvigionamento, gli ingegneri dovrebbero condurre test di laboratorio o pilota ogni volta che la chimica delle acque reflue è complessa. Il fornitore deve indicare chiaramente le condizioni di reazione, il consumo previsto dei mezzi, le possibili variazioni del pH, lo sviluppo della perdita di carico e i requisiti di smaltimento.

8. Mezzi di membrana

I processi a membrana utilizzano una barriera selettiva per separare solidi sospesi, microrganismi, colloidi o sostanze disciolte. Le categorie comuni includono microfiltrazione, ultrafiltrazione, membrane di bioreattori a membrana, nanofiltrazione e osmosi inversa.

In un sistema MBR il trattamento biologico è combinato con la separazione tramite membrana. La membrana sostituisce o integra la chiarificazione convenzionale e può produrre effluenti a bassa torbidità adatti per il trattamento avanzato o il riutilizzo, soggetto alla progettazione completa del processo.

Fattori di approvvigionamento della membrana MBR

• Configurazione della membrana: fibra cava, lamiera piana o tubolare
• Materiale della membrana e dimensione nominale dei pori
• Flusso di progetto e flusso di picco
• Intervallo di pressione transmembrana
• Domanda di pulizia dell'aria
• Concentrazione massima di solidi sospesi nel liquore misto
• Prodotti chimici per la pulizia e concentrazioni consentite
• Dimensioni del modulo e dettagli di connessione
• Recupero della permeabilità attesa
• Disponibilità di sostituzione e supporto tecnico

MBBR e MBR non devono essere confusi. L'MBBR utilizza trasportatori per trattenere la biomassa attaccata, mentre l'MBBR utilizza membrane per separare fisicamente l'acqua trattata dal liquore misto. Alcuni progetti possono combinare trasportatori biologici e separazione tramite membrana, ma i due media svolgono funzioni diverse.

Come gli acquirenti di ingegneria dovrebbero scegliere i mezzi di trattamento delle acque reflue

Un fornitore credibile non dovrebbe raccomandare media basati solo sul nome dell’industria delle acque reflue. Due stabilimenti di lavorazione alimentare, ad esempio, possono avere portate, carichi organici, temperature, livelli di grasso e requisiti di scarico molto diversi.

Prima di richiedere un preventivo, gli acquirenti devono preparare le seguenti informazioni:

1. Fonte delle acque reflue: Acque reflue municipali, lavorazione alimentare, tessile, chimica, farmaceutica, percolato di discarica, acquacoltura o altra fonte.
2. Flusso di progettazione: Portata media, di punta e minima in metri cubi al giorno o metri cubi all'ora.
3. Dati influenti: COD, BOD, TSS, azoto ammoniacale, azoto totale, fosforo totale, pH, temperatura e altri inquinanti rilevanti.
4. Effluente richiesto: Limite di scarico normativo, standard di riutilizzo o requisito del processo a valle.
5. Processo esistente: Dimensioni del serbatoio, volume del reattore, dimensioni del chiarificatore, attrezzatura di aerazione, disposizione di ricircolo e di gestione dei fanghi.
6. Condizioni operative: Flusso continuo o intermittente, variazione stagionale, esposizione chimica e disponibilità dell'operatore.
7. Obiettivo del progetto: Espansione della capacità, riduzione dell'energia, nitrificazione, lucidatura, riduzione dell'impronta o miglioramento della conformità.

Una pratica matrice di selezione dei media

Come valutare un fornitore di mezzi per il trattamento delle acque reflue

Per gli appalti internazionali, l’aspetto del prodotto è solo il primo livello di valutazione. Gli acquirenti dovrebbero inoltre verificare la conoscenza ingegneristica del fornitore, la coerenza della produzione, la documentazione e la capacità post-vendita.

• Richiedi disegni dimensionali e dati tecnici ben definiti.
• Confermare se i valori pubblicati sono valori nominali, minimi o testati.
• Richiedi informazioni sulle materie prime e sulle procedure di controllo dei lotti.
• Esamina i campioni fisici prima di approvare un ordine all'ingrosso.
• Verificare la densità dell'imballaggio, il volume di spedizione e i requisiti di installazione.
• Richiedi report pertinenti sui materiali, sulla resistenza meccanica, chimica o sulle prestazioni.
• Confrontare i riferimenti relativi a acque reflue e condizioni operative simili.
• Chiarire i limiti della garanzia e le condizioni operative richieste.
• Confermare la disponibilità dei moduli sostitutivi e della guida tecnica.

Per i mezzi ingegnerizzati come i supporti MBBR e i sedimentatori di tubi, piccole differenze nelle dimensioni, nella consistenza del materiale e nella fabbricazione dei moduli possono influenzare il comportamento idraulico, la ritenzione del biofilm, l'installazione e la durata a lungo termine. Le decisioni in materia di approvvigionamento dovrebbero quindi considerare l’idoneità totale del ciclo di vita piuttosto che solo il prezzo di acquisto.

La nostra prospettiva a Hangzhou NIHAO

Hangzhou NIHAO Environmental Tech Co., Ltd. fornisce prodotti e soluzioni per il trattamento delle acque reflue per progetti internazionali di ingegneria e approvvigionamento. Le nostre principali aree di prodotto comprendono mezzi per biofiltro MBBR, mezzi di sedimentazione a tubi, mezzi per biofiltro, membrane MBR, componenti di aerazione e relative apparecchiature per il trattamento delle acque reflue.

Il nostro ruolo non è semplicemente quello di assegnare un modello di prodotto da un catalogo. Per una raccomandazione responsabile, dobbiamo prima comprendere le caratteristiche dell'affluente, l'obiettivo del processo, la configurazione del serbatoio, l'ambiente operativo e la qualità di scarico richiesta.

Laddove sia necessaria la convalida di laboratorio o pilota, questa dovrebbe essere completata prima di un acquisto su vasta scala. Il dimensionamento del processo finale e le garanzie prestazionali devono basarsi su calcoli ingegneristici specifici del progetto, dati rappresentativi delle acque reflue e condizioni di progettazione concordate di comune accordo.

Domande frequenti

Ogni prodotto in plastica delle acque reflue è considerato un supporto biologico?

No. I carrier MBBR e i prodotti a biofilm fissati sono terreni biologici perché supportano i microrganismi adesi. I sedimentatori a tubo sono mezzi di chiarificazione, mentre i diffusori sono componenti di aerazione piuttosto che mezzi di trattamento.

I mezzi di sedimentazione a tubo possono sostituire il trattamento biologico?

No. I sedimentatori a tubo migliorano la separazione dei solidi ma non sostituiscono la rimozione biologica di COD, BOD o azoto. Vengono normalmente installati negli stadi di chiarificazione o sedimentazione.

Una maggiore area superficiale rende sempre migliori i supporti MBBR?

No. L'area protetta utilizzabile, il movimento del trasportatore, lo spessore del biofilm, il trasferimento di ossigeno, le condizioni di carico e la progettazione del reattore sono più importanti di un numero di area superficiale isolata.

Un mezzo può rimuovere COD, azoto, fosforo, metalli e sali?

Normalmente no. Questi inquinanti possono richiedere un ciclo di trattamento che combini mezzi biologici, chiarificazione, filtrazione, adsorbimento, trattamento chimico, scambio ionico e membrane.

Quali informazioni sono necessarie per un preventivo sui mezzi per acque reflue?

Come minimo, fornire la fonte delle acque reflue, il flusso giornaliero e orario, l'analisi degli affluenti, gli effluenti richiesti, il diagramma di processo, le dimensioni del serbatoio, la temperatura operativa e l'obiettivo del progetto. Dati più completi consentono una raccomandazione tecnica più affidabile.

Conclusione

I mezzi di trattamento delle acque reflue dovrebbero essere classificati in base al meccanismo di trattamento piuttosto che all'aspetto o al solo materiale. I trasportatori biologici supportano i microrganismi, i sedimentatori a tubo migliorano la chiarificazione, i filtri granulari catturano la materia sospesa, gli adsorbenti trattengono i contaminanti disciolti, i mezzi a scambio ionico rimuovono ioni selezionati, i mezzi reattivi creano reazioni chimiche o biologiche e le membrane forniscono una barriera di separazione fisica.

Per gli acquirenti del settore metalmeccanico, la domanda corretta non è semplicemente: “Quali mezzi di trattamento delle acque reflue sono disponibili?” La domanda più utile è: “Quale mezzo corrisponde all’inquinante, alla fase del processo, alle condizioni idrauliche, alla capacità operativa e alla qualità degli effluenti richiesta da questo progetto?”

Hangzhou NIHAO accoglie volentieri discussioni tecniche con appaltatori del trattamento delle acque reflue, proprietari di impianti, distributori e produttori di apparecchiature. Fornire dati accurati sul progetto nella fase di richiesta aiuta entrambe le parti a sviluppare una proposta di selezione dei media più pratica e verificabile.

Nota tecnica: Le informazioni di cui sopra sono intese come guida generale per l'approvvigionamento e la selezione dei processi. Non sostituisce la progettazione del processo specifico del progetto, i test pilota, la revisione normativa locale o l'approvazione tecnica.