Risposta rapida: Scegli SBR quando è disponibile lo spazio terreno e il carico oscilla durante la giornata. Scegli MBBR quando stai migliorando un serbatoio esistente e non puoi aggiungere clarificatori. Scegli MBR quando il limite di scarico è stretto o l'acqua verrà riciclata, e puoi permetterti i membrani e l'aria per scroccarli. Tutte e tre producono scorie soli che devono essere deidrate.
I tre processi, uno per paragrafo ciascuno
SBR — reattore a batch sequenziale. Un serbatoio fa tutto in sequenza. La scheda informativa dell'US EPA elenca cinque fasi: inattivo, riempire, reagire, stabilizzarsi e disegnare. L'aerazione, la sedimentazione e la decantazione avvengono nello stesso recipiente in momenti diversi, quindi non c'è un chiarificatore separato né pompaggio di ricircolo dei fanghi. Il controllo avviene tramite timer e interruttori di livello.
MBBR — reattore a biofilm a letto mobile. Un serbatoio aerato riempito con piccoli supporti in plastica. I batteri crescono come biofilm sulla superficie interna protetta di ciascun supporto, così la biomassa rimane nel serbatoio senza alcun ricircolo di fanghi. I supporti sono mantenuti nel reattore da un setaccio all'uscita. I solidi che si staccano vengono rimossi a valle, solitamente da un chiarificatore o da un'unità DAF.
MBR — bioreattore a membrana. Fango attivato con il chiarificatore secondario sostituito da membrane di micro- o ultrafiltrazione, immerse nel serbatoio di aerazione o in un flusso laterale. La scheda informativa sui bioreattori a membrana dell'EPA descrive membrane che devono trattenere particelle di circa 1 micron, motivo per cui l'effluente MBR è essenzialmente privo di solidi sospesi e della maggior parte dei batteri.
Ciò che ognuno fa bene
SBR: flessibilità su uno spazio ridotto
La scheda informativa dell'EPA attribuisce agli SBR il merito di combinare equalizzazione, chiarificazione primaria, trattamento biologico e chiarificazione secondaria in un unico bacino, con un ingombro minimo e potenziali risparmi di capitale derivanti dall'eliminazione dei chiarificatori. I valori di progetto citati nello stesso documento forniscono una Ciclo di 4 ore per le acque reflue municipali e da 4 a 24 ore per quelle industriali, con MLSS di 2.000–4.000 mg/L a basso livello dell'acqua.
Poiché la durata del ciclo può essere modificata dal pannello di controllo, un SBR può funzionare da una breve modalità di contatto-stabilizzazione di 3,5 ore a una modalità di aerazione prolungata di 18–36 ore. Ecco perché si adatta a fabbriche il cui carico varia per turno o per stagione. La rimozione del BOD è tipicamente 85–95%, e i fornitori citati nella scheda tecnica garantiscono BOD e TSS inferiori a 10 mg/L.
MBBR: più capacità nello stesso serbatoio
I supporti aggiungono superficie per il biofilm senza aumentare il volume della vasca. Il supporto standard Kaldnes K1 offre all'incirca 500 m² di superficie protetta per metro cubo di supporto, e i reattori sono normalmente riempiti non oltre circa 67–70% del volume del serbatoio quindi i supporti possono ancora circolare (Rusten et al., 2006). Riempire un serbatoio a metà con i supporti e l'inventario effettivo di biomassa aumenta diverse volte senza toccare il calcestruzzo.
È per questo che il MBBR è la scelta abituale quando un impianto esistente è sovraccarico e non c'è spazio per una seconda vasca di aerazione. Gestisce bene anche i carichi shock, perché il biofilm è adeso e non può essere dilavato come possono esserlo i fiocchi sospesi. Il prezzo da pagare è che non sedimenta i propri solidi: sono comunque necessari un chiarificatore, un DAF o uno stadio di filtrazione, e il fango che raggiunge la fase di disidratazione è più leggero e più difficile da addensare rispetto al fango attivo di scarto convenzionale.
MBR: l'acqua più pulita e i serbatoi più piccoli
La scheda informativa dell'EPA riporta impianti su scala reale che riducono il BOD da circa 150–280 mg/L a 1–2 mg/L, TSS da circa 170–250 mg/L a 1–3 mg/Le l'azoto ammoniacale a meno di 0,3 mg/L, con una torbidità media dell'effluente di 0,3 NTU in un impianto della Georgia. Poiché le membrane trattengono tutta la biomassa nel reattore, il MLSS può raggiungere valori molto più elevati rispetto a un impianto basato su chiarificatori, il che riduce il volume del serbatoio e il tempo di ritenzione idraulica.
Due avvertenze dallo stesso documento. Il picco di flusso deve essere mantenuto a non più di 1,5–2 volte la media, perché le membrane non possono sopportare un picco idraulico come può fare un chiarificatore, quindi di solito è necessario un serbatoio di equalizzazione. E l'aria di lavaggio è significativa: un impianto ha registrato in media 1.800 kWh per milione di galloni Solo per i soffianti di lavaggio delle membrane, circa il doppio dell'aria necessaria a un impianto convenzionale per l'aerazione. Le garanzie sulle membrane variano da 3 a 10 anni.
Confronto affiancato
| Criterio | SBR | MBBR | MBR |
|---|---|---|---|
| Separatore chiarificatore necessario | No | Sì (o DAF) | No — membrane |
| Impronta | Piccolo | Piccolo; si adatta ai serbatoi esistenti | Il più piccolo |
| TSS dell'effluente | <10 mg/L tipico | Dipende dal chiarificatore | 1–3 mg/L |
| Tolleranza alle variazioni di carico | Alto (ciclo regolabile) | Alto (biomassa adesa) | Moderato; necessita di equalizzazione |
| Energia | Moderato | Moderato | Massimo (aria di lavaggio della membrana) |
| Materiali di consumo | Nessuno | Portatori (lunga durata) | Membrane, prodotti chimici per la pulizia |
| Competenza dell'operatore | Timer e valvole | Basso | Alto |
| Migliore adattamento | Carichi variabili, siti greenfield | Retrofit, potenziamenti di capacità | Riuso, limiti severi, nessun terreno |
Come decidere in quattro domande
- Cosa richiede il permesso? Se il TSS deve essere inferiore a 5 mg/L, o se l'acqua verrà riutilizzata per il raffreddamento o per il reintegro di processo, l'MBR è l'unico dei tre che ci arriva senza un filtro terziario separato.
- Esiste già un carro armato? Se sì ed è sovraccarico, è possibile aggiungervi supporti MBBR. È anche possibile convertire a MBR, ma ciò comporta nuovi setacci, membrane e soffianti.
- Quanto è stabile il flusso? La produzione a lotti, le fabbriche stagionali e gli impianti alimentari con picchi di lavaggio favoriscono il SBR, perché il ciclo può essere allungato quando il carico è pesante e accorciato quando è leggero.
- Chi lo gestirà? Un MBR ha bisogno di qualcuno che comprenda la pressione transmembrana, la pulizia chimica e il fouling. Un MBBR non ha bisogno di quasi nulla oltre al controllo dei setacci e della distribuzione dell'aria.
La parte che nessuno mette nel dépliant: il fango
Tutti e tre i processi convertono le sostanze organiche disciolte in biomassa, e questa biomassa lascia l'impianto come fango di scarto a circa 0,5–1,2% di solidi. La scheda della membrana bioreattore dell'EPA mostra il fango di scarto a 1–1,2% di solidi totali; SBR e MBBR sono simili o più diluiti.
Tre cose differiscono tra loro nella fase di disidratazione:
- Fango MBR è più vecchio e più mineralizzato, il che di solito aiuta la secchezza della torta, ma comporta un alto MLSS e può trasportare colloidi fini che intasano rapidamente il telo. Prova il telo prima di sceglierlo.
- Biofilm distaccato dal MBBR è leggero e spesso richiede una dose maggiore di polimero per flocculare. Raramente si addensa bene con la sola gravità.
- Fanghi di scarto SBR si comporta come fango attivato di scarto ordinario ed è il più facile dei tre da disidratare in un filtropressa a camera.
Per uno qualsiasi dei tre, a Filtropressa a membrana porterà i fanghi biologici dall'1% di solidi a una torta del 20–30% in un unico passaggio, ed è questo che rende gestibili i costi di trasporto o di smaltimento in discarica. Per piccoli impianti al di sotto di alcune tonnellate di solidi secchi al giorno, un pressa a vite multi-disco è l'opzione a minor consumo energetico.
Correlato: Quanto fango produce un impianto di trattamento delle acque reflue, quando hai bisogno della flottazione ad aria disciolta, e Apparecchiature per il trattamento delle acque reflue industriali.
Domande frequenti
MBR è migliore di SBR?
Solo se hai bisogno della sua qualità dell'effluente. L'MBR raggiunge 1–3 mg/L di TSS e batteri quasi azzerati, cosa che l'SBR non può eguagliare senza un filtro terziario e disinfezione. L'SBR vince su energia, competenza dell'operatore e tolleranza ai picchi di portata, e non ha membrane da sostituire.
Il MBBR può sostituire un impianto a fanghi attivi?
Può assumere la fase biologica all'interno dello stesso serbatoio, ma necessita comunque di uno stadio di separazione dei solidi a valle. La maggior parte degli adeguamenti mantiene il chiarificatore esistente o aggiunge un'unità DAF dopo il reattore MBBR.
Che dimensioni deve avere un impianto per un SBR?
La scheda informativa dell'EPA osserva che gli SBR sono tipicamente utilizzati a portate di 5 milioni di galloni al giorno (circa 19.000 m³/d) o inferiori, e che la maggior parte degli impianti è al di sotto di 2 MGD. Le portate maggiori solitamente vengono indirizzate verso il processo a fanghi attivi a flusso continuo o MBR.
Quanto materiale di riempimento va in un serbatoio MBBR?
Di solito tra il 30% e il 67% del volume del reattore, e non più di circa il 70%, in modo che i supporti possano essere mantenuti in movimento dall'aerazione. Il riempimento esatto è determinato dalla superficie richiesta del biofilm per il carico di progetto.
Perché un MBR necessita di una vasca di equalizzazione?
Poiché il flusso della membrana è limitato. La scheda informativa dell'EPA raccomanda di mantenere la portata di progetto di picco non superiore a 1,5–2 volte la media; un chiarificatore tollera un picco, una membrana no.
Quale dei tre produce meno fanghi?
MBR, nella maggior parte dei casi, perché opera con un'età del fango elevata e una maggiore quantità di biomassa viene consumata dalla decadenza endogena. La differenza è modesta, e ognuno dei tre necessita comunque di una fase di disidratazione prima che il fango possa essere trasportato.
Dicci la portata, il carico di COD o BOD, il limite di scarico e se esiste già un serbatoio, e ti diremo quale processo è adatto e dimensioneremo la disidratazione dei fanghi in base ad esso: richiedi una raccomandazione sul processo e sul dimensionamento.
Riferimenti: US EPA — Scheda informativa sulla gestione delle acque reflue: Bioreattori a membrana (832-F-07-015), US EPA — Scheda tecnica sulle tecnologie per le acque reflue: Reattori a batch sequenziale (1999), Rusten B. et al. (2006) — Design and operations of the Kaldnes moving bed biofilm reactors, Aquacultural Engineering 34.
Questo articolo fa parte della nostra guida a Disidratazione dei fanghi di depurazione.