Risposta rapida: La nitrificazione-denitrificazione biologica è la soluzione predefinita e la più economica a concentrazioni normali. Al di sopra di circa 500 mg/L, lo stripping ad aria o la precipitazione di struvite di solito vengono prima per ridurre il carico. L'ammoniaca è il parametro più spesso trascurato in inverno, perché i batteri nitrificanti crescono lentamente e sono sensibili alla temperatura.
Perché l'ammoniaca fallisce quando il COD passa
Questo è il problema più comune che sentiamo, e la causa è biologica piuttosto che meccanica. Gli organismi che rimuovono il COD crescono rapidamente e tollerano un'ampia gamma di condizioni. I batteri nitrificanti, che convertono l'ammoniaca in nitrato, crescono molto più lentamente e sono molto più sensibili a temperatura, pH, alcalinità e tossicità.
Un impianto dimensionato comodamente sul carico di COD può quindi essere realmente carente del volume del reattore e dell'età del fango necessari per la nitrificazione. Tre trappole specifiche:
- Età del fango troppo breve. I nitrificanti vengono dilavati più velocemente di quanto si riproducano. Aumentare l'età del fango è la prima cosa da verificare e non costa nulla.
- Alcalinità esaurita. La nitrificazione consuma alcalinità. Quando questa si esaurisce, il pH diminuisce e il processo si blocca: questo sembra un problema di tossicità ma è un problema di chimica.
- Tempo freddo. I tassi di nitrificazione calano bruscamente con l'abbassarsi della temperatura. Un impianto che supera i test in estate può fallire ogni inverno senza che nulla sia cambiato.
Prima di considerare nuove attrezzature, è necessario affrontare I sei motivi per cui gli impianti di trattamento delle acque reflue non rispettano i limiti di scarico — diversi si applicano direttamente qui.
Le quattro rotte confrontate
| Percorso | Funziona meglio a | Punti di forza | Attenzione a |
|---|---|---|---|
| Nitrificazione–denitrificazione (biologico) | Bassa a moderata concentrazione di ammoniaca | Il più economico da gestire; rimuove completamente l'azoto trasformandolo in azoto gassoso | Richiede un lungo tempo di ritenzione del fango, alcalinità, calore e una fonte di carbonio per la denitrificazione |
| Strippaggio ad aria | Alto contenuto di ammoniaca | Gestisce concentrazioni che la biologia non può; veloce e robusto | È necessario aumentare il pH ben dentro l'intervallo alcalino; trasferisce l'ammoniaca all'aria, quindi il gas di scarico deve essere abbattuto |
| Breakpoint chlorination | Basso contenuto di ammoniaca, solo lucidatura | Rapido, semplice, buona finitura finale | Costo chimico elevato; produce sottoprodotti clorurati; poco pratico ad alto carico |
| Precipitazione di struvite | Alta concentrazione di ammoniaca con presenza di fosfato | Recupera un prodotto fertilizzante utilizzabile | Necessita di dosaggio di magnesio e del giusto rapporto di fosfato; costo dei prodotti chimici |
Ad alta concentrazione il modello economico prevede di solito due fasi: strip o precipitare il grosso, poi lasciare che la biologia rifinisca il resto. Inviare ammoniaca molto alta direttamente a uno stadio biologico inibisce la biomassa, il che è controproducente.
Ottenere una corretta rimozione biologica dell'azoto
La rimozione completa dell'azoto richiede entrambe le metà del processo, e la seconda metà è quella che le persone dimenticano:
- Nitrification (aerobico) converte l'ammoniaca in nitrato. Questo rimuove l'ammoniaca ma lascia l'azoto nell'acqua sotto forma di nitrato.
- Denitrificazione (anossico) converte il nitrato in azoto gassoso, che lascia il sistema. Necessita di una fonte di carbonio e restituisce circa la metà dell'alcalinità consumata dalla nitrificazione.
Se il tuo permesso limita solo l'ammoniaca, la sola nitrificazione è sufficiente. Se limita l'azoto totale, servono entrambi. Mettere la zona anossica per prima e riciclare il nitrato ad essa consente al COD dell'effluente in ingresso di fungere da fonte di carbonio, il che evita di acquistare metanolo — vale la pena specificarlo se il tuo effluente ha COD in eccesso.
Un avvertimento pratico: la denitrificazione che avviene dove non la si vuole — nel chiarificatore — solleva il fango in superficie in grumi con bolle di gas visibili, e quel fango esce con il vostro effluente. Sembra un rigonfiamento ma richiede il rimedio opposto.
Cosa far misurare prima di chiedere un preventivo
- Concentrazione di azoto ammoniacale e azoto totale se il tuo permesso lo prevede
- Portata, con il picco
- Alcalinità — abitualmente omessa e spesso il vero fattore limitante
- Intervallo di temperatura durante l'anno, in particolare la minima invernale
- COD, per giudicare se c'è carbonio disponibile per la denitrificazione
- Fosfato, se si sta considerando il recupero dello struvite
- Il limite di scarico stesso, e se si tratti di ammoniaca o azoto totale
Il dimensionamento dello stadio biologico basato su questi valori è trattato in Come dimensionare un impianto di trattamento delle acque reflue industriali, e l'attrezzatura impostata in Apparecchiature per il trattamento delle acque reflue industriali e sistemi completi.
Domande frequenti
Perché la mia pianta supera il COD ma fallisce l'ammoniaca?
I batteri nitrificanti crescono molto più lentamente degli organismi che rimuovono il COD e necessitano di un'età del fango più lunga. Un impianto dimensionato sul COD può essere carente del volume e dell'età del fango richiesti dalla nitrificazione. Verifica prima l'età del fango e l'alcalinità — entrambe sono gratuite da controllare.
Perché la rimozione dell'ammoniaca peggiora in inverno?
I tassi di nitrificazione calano bruscamente con la temperatura, e i nitrificanti sono gli organismi più lenti dell'impianto. Un reattore che funziona in estate può essere sottodimensionato per lo stesso carico in inverno. Progettare per il minimo invernale, non per la media annuale.
Quale alcalinità è necessaria per la nitrificazione?
La nitrificazione consuma alcalinità mentre procede. Quando l'alcalinità è esaurita, il pH diminuisce e il processo si blocca. Misurare l'alcalinità nel reattore, non all'ingresso. Se viene depletionata, dosare alcali ripristina le prestazioni senza alcuna nuova attrezzatura.
Quando dovrei usare lo stripping ad aria invece del trattamento biologico?
Ad alte concentrazioni di ammoniaca, dove la biologia sarebbe inibita. Lo stripping gestisce carichi che la biologia non può, ma richiede che il pH sia portato in intervallo alcalino e che il gas di scarico venga lavato. Il modello usuale è strippare il grosso, poi rifinire biologicamente.
Rimuovere l'ammoniaca rimuove l'azoto totale?
No. La nitrificazione converte l'ammoniaca in nitrato, che è ancora azoto presente nell'acqua. Per rimuovere l'azoto dal sistema è necessaria anche una fase di denitrificazione anossica che converte il nitrato in azoto gassoso. Verifica quale sia effettivamente il limite previsto dalla tua autorizzazione.
Il mio fango galleggia sulla superficie del chiarificatore in grumi. Perché?
Di solito la denitrificazione che si verifica nel chiarificatore: si formano bolle di azoto gassoso che sollevano il letto di fango. Assomiglia al bulking ma richiede la soluzione opposta. Cerca le bolle di gas nei grumi galleggianti per distinguerli prima di cambiare qualsiasi cosa.
Inviaci la tua concentrazione di ammoniaca, portata, intervallo di temperatura e limite di scarico e ti proporremo il percorso: richiedere una proposta per la rimozione dell'ammoniaca.
Questo articolo fa parte della nostra guida a fanghi di acque reflue municipali e industriali.