Impianto MBR
Categorie
Descrizione
Categoria/tipologia: impianto a fanghi attivi a biomassa sospesa filtrazione a membrane.
Ambiti d’uso: applicazione temporanee, trasportabili, nuclei isolati e isole.
Popolazione equivalente (PE): Abitanti Equivalenti serviti: da 2 a 50 (prefabbricati) utenze maggiori (su misura).
Riferimenti normativi e garanzie: UNI EN 12566-3, d.o.p. Secondo il regolamento UE n.305/2011, D.Lvo 152/06, normative regionali.
Materiali: calcestruzzo, polietilene, polipropilene, vetroresina.
Gli impianti MBR combinano un trattamento biologico a fanghi attivi convenzionale con un processo di filtrazione a membrana.
Esso infatti è composto da un reattore biologico a biomassa sospesa con l’aggiunta di membrane porose; il rendimento del processo dipende dalla porosità delle membrane.
Sono tipicamente impiegati per il trattamento degli scarichi di medie o grandi comunità con eventualmente l’apporto di alcuni reflui industriali.
La combinazione di un processo a fanghi attivi e una filtrazione a membrane può fornire un elevato livello di rimozione dei solidi sospesi , della sostanza organica e dei patogeni senza un comparto di sedimentazione secondaria.
Le membrane possono essere immerse in un reattore biologico aerato o installate all’esterno in un locale tecnico.
La porosità varia tra 0,035 – 0,4 micron (a seconda del produttore), un valore tipico di un processo tra la micro e l’ultrafiltrazione.
Gli impianti MBR richiedono spazi relativamente ridotti e rappresentano una buona soluzione l’ammodernamento di impianti esistenti (revamping), specialmente quando non sono disponibili nuovi volumi.
Una membrana è concettualmente un materiale bidimensionale utilizzato per separare i componenti di fluidi in genere sulla base della loro dimensione o della carica elettrica. Si tratta di un processo fisico e i componenti separati rimangono chimicamente invariati. Il fluido che passa attraverso i pori della membrana è chiamato permeato, mentre ciò che rimane nel reattore è detto concentrato.
Esistono diverse tipologie di membrane in commercio: tra le più diffuse ci sono quelle a fibre cave (HF), a spirale avvolta, a moduli piani, a cartuccia e a moduli tubolari.
Nell’impianto sono previste soffianti per l’insufflazione di aria per le reazioni biologiche e per la pulizia delle membrane. Si realizza infatti in flusso tangenziale di aria che permette di limitare l’intasamento della membrana (fouling) e, ad intervalli regolari, è previsto un controlavaggio spesso realizzato con il permeato.
Principi di progettazione
Analogamente a tutti i sistemi a fanghi attivi, il fattore principale è il carico organico in kg di BOD5 che l’impianto può trattare.
l principale parametro di dimensionamento per reflui civili o assimilabili è il concetto di abitante equivalente (AE); normalmente ci si riferisce ad esso con un apporto di 60 g BOD5 al giorno e una portata tra i 150 e 200 litri al giorno.
Sia dal punto di vista tecnico che dal punto di vista normativo (EN 12566-3) è richiesta la definizione del carico organico giornaliero nominale in termini di BOD5 e della portata idraulica nominale (QN) in m3.
La popolazione equivalente (spesso abbreviata in PE o p.e.) è utilizzato anche come parametro di conversione per la valutazione dell’apporto inquinante degli scarichi non domestici in rapporto a quelli domestici fissato dalla direttiva CEE (direttiva 91/271 / CEE concernente il trattamento delle acque reflue urbane) a 60 grammi al giorno di BOD5.
La normativa europea definisce la popolazione totale PT) come la somma della popolazione reale e di quella equivalente.
Il progetto deve essere basato su una stima accurata della composizione delle acque reflue la quantità di inquinante organico e il volume giornaliero scaricato; con una più precisa caratterizzazione del refluo è possibile stabilire in modo più corretto quali sono i carichi in ingresso e il rapporto con i nutrienti necessari alle reazioni biologiche, valutando l’opportunità di dosare additivi per permettere le reazioni biologiche.
Il dimensionamento del comparto biologico è analogo a quello dei fanghi attivi ad aerazione prolungata ma considerando che è possibile, in virtù dell’assenza di una chiarificazione secondaria, considerare una concentrazione della miscela areata indicativamente tra i 12 e i 15 kg/m3.
Può essere aggiunto, in considerazione delle caratteristiche del refluo in ingresso e delle concentrazioni richieste in uscita, un comparto di denitrificazione.
Per quanto riguarda le membrane, il dimensionamento è fortemente condizionato dalle singole specifiche caratteristiche del modulo in commercio e pertanto ci si rifà alle schede tecniche dei produttori.
Da non sottovalutare è il corretto dimensionamento del sistema di aerazione poiché, in considerazione della maggiore concentrazione all’interno del reattore più elevate dei normali fanghi attivi, si considera un fattore di trasferimento dell’ossigeno molto inferiore (tra 0,3 – 0,5).
Per evitare che solidi grossolani entrino a contatto con le membrane, è necessaria una grigliatura fine (2 mm) o un buon sistema di vasche di decantazione (fosse settiche, meglio se bicamerali).
I pretrattamenti permettono di minimizzare l’accumulo di solidi e protegge la membrana da detriti e particelle abrasive, prolungano la vita delle membrane, riducono i costi operativi e riducono la quantità di fanghi biologici.
A valle possono essere previsti trattamenti di affinamento (vedi filtrazione terziaria o disinfezione).
Rispetto ai trattamenti primari, il dimensionamento deve essere più preciso; il processo biologico richiede alimentazione del refluo (e quindi della sostanza organica che alimenta le reazioni) più regolare nel tempo. Nonostante sia concesso un buon grado di flessibilità è consigliabile, per impianti di potenzialità maggiori, suddividere il trattamento in più linee.
Nel caso di più linee, è possibile aggiungere comparti equalizzazione per garantire uniformità qualitativa e quantitativa del refluo in ingresso.
Gestione e manutenzione
Il funzionamento e la manutenzione dei sistemi MBR devono essere eseguiti da personale specializzato, che dovrebbe essere sufficientemente formato per quanto riguarda eventuali rischi biologici e la corretta movimentazione e pulizia delle membrane.
Anche le acque in ingresso sono oggetto di controllo, sia per valutare i rendimenti del processo depurativo che per evitare, in caso di necessità, apporti anomali di inquinanti che potrebbero bloccare o arrestare completamente il processo biologico o facilitare lo sviluppo di organismi nocivi che potrebbero incidere sul processo (ad esempio, batteri filamentosi).
Per il controllo dei processi, per migliorare l’efficienza del trattamento vengono a volte aggiunti nutrienti o reagenti chimici, mentre le membrane devono essere periodicamente rimosse e sottoposte a trattamenti chimici per la pulizia atti a ripristinarne le potenzialità.
I fanghi di supero sono sostanzialmente simili agli impianti a fanghi attivi convenzionali a parità di carico organico, quindi dati i maggiori rendimenti di rimozione del BOD risultano superiori a parità di altre condizioni.
La manutenzione è simile ad un impianto a fanghi attivi convenzionale ad eccezione delle membrane che devono essere periodicamente rimosse per le operazioni di pulizia (processi fisici e chimici).
Un lungo periodo di inattività senza apporto di reflui porta all’arresto della reazioni biologiche e quindi richiedere un nuovo avvio dell’impianto.
La soluzione impiantistica tratta i reflui con portate continue; il funzionamento delle membrane richiede tipicamente cicli di lavoro costanti (filtrazione, pulizia e controlavaggio).
Spesso è necessario utilizzare comparti di equalizzazione per assicurare una uniformità quali-quantitativa del refluo in ingresso.
Inquadramento normativo
La normativa europea EN 12566-3 “specifica i requisiti, i metodi di prova, la marcatura e la valutazione di conformità per impianti di trattamento delle acque reflue domestiche preassemblati e/o assemblati in sito per una popolazione fio a 50 abitanti […]”
La designazione nominale di un impianto è il valore appropriato per il carico organico giornaliero espresso in kg di BOD5 al giorno e per la portata idraulica giornaliera espressa in metri cubi (QN) (3.7).
Inoltre, sempre nella citata normativa, si dice che l’impianto deve dimostrare la conformità alle prestazioni di efficienza […] e ai dati operativi dichiarati dal fabbricante e la dichiarazione deve essere espressa in termini percentuali.
Si precisa inoltre che il comportamento strutturale e l’efficienza idraulica possono essere provati anche solo su un modello rappresentativo della gamma: il primo sul più grande, presunto come quello con comportamento strutturale peggiore, il secondo sul più piccolo, presumendo che rappresenti l’efficienza di trattamento peggiore.
La normativa descrive i metodi statici e idraulici per determinare resistenze al carico e efficienza idraulica.
Sono dettagliate anche le informazioni da riportare nei rapporti di prova e nella marcatura CE (allegato ZA.3)
Pertanto, per impianti a fanghi attivi al disotto di 50 abitanti equivalenti, è richiesta una Dichiarazione di prestazione (DoP) secondo quanto indicato dal Regolamento UE n. 305/2011.
Applicabilità
Sistemi con bio-reattore e membrane MBR sono ampiamente utilizzati negli impianti di depurazione urbani e industriali ed inoltre, sono adatti per il trattamento del percolato di discarica.
L’elevata qualità dell’effluente ne fa uno tra i sistemi più adatti al recupero delle acque reflue civli.
Si tratta di un sistema altamente tecnologico che ha bisogno di una corretta progettazione e interventi di personale qualificato ed autorizzato.
Sono richiesti pre-trattamenti meccanici per evitare che corpi grossolani e sabbie vadano a creare lesioni sulle membrane, inficiando la qualità del processo depurativo.
Vantaggi
- non richiede sedimentazione secondaria;
- non richiede trattamenti terziari
- riduzione delle aree necessarie (footprint);
- concentrazione e età del fango molto alte ;
- alta qualità degli effluenti;
- non risente dei fenomeni del bulking;
- buona riduzione del BOD e dei solidi sospesi;
- possibile riduzione dei nutrienti;
- possibilità di gestione automatizzata e controlli in remoto.
Svantaggi
- alto investimento iniziale (membrane);
- complessità nella gestione delle membrane (pulizia chimica);
- maggiori costi operativi e consumo di energia;
- gestione e manutenzione da parte di personale qualificato;
- sostituzione membrane dopo vita utile (manutenzione programmata);
- pretrattamenti e equalizzazione necessari.
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