Ottimizzazione di parametri di processo per la rimozione biologica di azoto da reflui zootecnici tramite processo anammox

1 Riassunto Il lavoro di tesi si colloca all’interno di un progetto più ampio del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale del Politecnico di Milano. Il progetto BRAIN (Biotecnologie per la Riduzione dell'Azoto dai digestati con processi INnovativi) ha come obiettivo quello di dimostrare la fattibilità tecnica ed economica di un processo biologico avanzato che sfrutta batteri anaerobici ammonio- ossidanti (anammox) per eliminare l'azoto dalla frazione liquida dei digestati. L’azoto, introdotto negli scarichi da fertilizzanti azotati sintetici e, a livello antropico, sotto forma di urina, è uno dei più significativi fattori da tenere in considerazione nel trattamento delle acque reflue in quanto causa il fenomeno dell’eutrofizzazione, con conseguente diminuzione di ossigeno disciolto. In particolare, questo progetto propone il trattamento della porzione liquida derivante dalla digestione anaerobica di un refluo zootecnico tramite una configurazione bifasica di reattori: nel primo avviene una nitrificazione parziale (PARNIT, PARtial NITrification) che converte il 50% circa dell’ammonio in nitrito (rapporto finale circa 1:1). Il refluo in uscita viene successivamente trattato dal secondo reattore SBR (Sequencing Batch Reactor), che contiene biomassa anammox in grado di rilasciare azoto molecolare consumando, in modo autotrofo, ammonio e nitrito con un rapporto stechiometrico approssimabile a 1:1. Gli obiettivi specifici del presente studio possono essere riassunti nei seguenti punti: -Gestione e controllo di un reattore di laboratorio SBR a diverse condizioni di alimentazione come modello per il reattore pilota in campo, con lo scopo di semplificare il processo e renderlo applicabile su scala più vasta. -Monitoraggio chimico e microbiologico della stabilità del processo nell’impianto pilota. -Allestimento di prove manometriche per verificare l’inibizione di alcune sostanze che possono interferire con l’attività della componente microbica anammox. Come modello in scala minore del secondo reattore dell’impianto pilota, è stato sfruttato un reattore di laboratorio SBR da 3 L per valutare la possibilità di impiegare il refluo in uscita dal reattore PARNIT direttamente nel secondo, senza dover ricorrere a diluizioni dello stesso. Per questo motivo, sono state testate diverse condizioni corrispondenti a concentrazioni di alimento variabili tra il 25% e il 100% nel corso di 9 mesi, monitorando quotidianamente i parametri di controllo (concentrazione di ammonio, nitriti e nitrati, Chemical Oxygen Demand, rapporto solidi volatili/solidi totali) ed effettuando settimanalmente saggi di attività, basati sulla scomparsa delle specie azotate. I risultati ottenuti in questa sperimentazione hanno dimostrato che l’attività potenziale della biomassa anammox ha subito un drastico calo rispetto al valore iniziale, parallelamente all’aumento della percentuale di refluo PARNIT, per poi riprendere e stabilizzarsi nell’ultimo periodo del progetto. Nonostante questo, il rapporto NRR/NLR (Nitrogen Removal Rate/ Nitrogen Loading Rate) è sempre rimasto molto elevato (sino al 99.8%) poiché la quantità di azoto caricata è stata calibrata in funzione dell’attività potenziale misurata. Sulla base di questi risultati si può affermare che il refluo al 100% risulta trattabile senza necessità di diluizione, dimensionando però la quantità di azoto totale in ingresso secondo la risposta della biomassa.