Bioreattori CW di terza generazione

Design e funzioni

La tecnologia CW è un metodo innovativo di aerazione per i bio-reattori MBBR che permette il totale controllo della capacità di sviluppo del biofilm insieme al miglioramento generale delle condizioni idrauliche nel bio-reattore MBBR stesso.

La tecnologia è stata sviluppata come ulteriore miglioramento della Tecnologia a Letto Mobile (MBBR) ed è stata basata sull'esperienza pratica sfruttando i punti di forza e ottimizzando le limitazioni degli impianti di depurazione MBBR classici su scala industriale.

Il sistema di aerazione CW consiste di una serie di airlift interni insieme a un sistema di aerazione perferico, che combinati forniscono un insuperabile profilo idraulico all'interno del reattore, anche a grandi profondità e larghezze. Lo schema di flusso risultante migliora notevolmente le condizioni di miscelamento e mantiene il materiale organico in sospensione e immediatamente disponibile per i batteri eterotrofi.

Questo tipo di aerazione previene lo sviluppo indesiderato di condizioni anaerobiche attraverso la sedimentazione e quindi elimina la necessità di controlavaggio e rimozione del fango che potrebbe formarsi all'interno del bio-reattore.

Appena i bioelementi vengono sollevati nella regione altamente turbolenta per mezzo dei sollevatori airlift, le forze di taglio prodotte dalle collisioni reciproche fra i bioelementi cominciano ad esfoliare costantemente i livelli di biofilm dalla superficie dei bioelementi, ed inoltre permettono di mantenere il biofilm giovane, di basso spessore ed altamente attivo. Il biofilm può inoltre essere attivamente controllato aggiustando l'aerazione nel sistema periferico di aerazione con gli airlift interni. Il resto del processo avviene automaticamente attraverso questo unico sistema di pulizia nel letto mobile.

Mantenere il biofilm fine

Il controllo del biofilm è l'arte di controllare lo spessore dei livelli di biofilm e mantenere la comunità batterica il più giovane possibile ed altamente attiva nel finissimo film batterico.

Così i batteri si attaccano sulla superficie dei bioelementi e continuano a moltiplicarsi, lo spessore della matrice batterica aumenta. All'aumentare dello strato di spessore del biofilm diminuisce la reattività in accordo con le limitazioni di diffusione di nutrienti attraverso lo strato di biofilm ed in accordo con l'accumulazione di vecchi batteri o comunque di batteri morti all'interno dello strato di biofilm. Così, l'area effettiva di bio-elementi diminuisce in minor tempo se il biofilm non è controllato con un impatto negativo diretto sulla performance complessiva del reattore.

Tipicamente in un ambiente rappresentato da un biofilm fine, il tasso di nitrificazione è 3-5 volte più alto rispetto alle tecnologie che non hanno una capacità di controllo del biofilm stesso, come nel caso di reattori a letto fisso.

Un completo controllo del Biofilm è fornito solo dalla tecnologia CW attraverso il sistema di aerazione interno.

Benefici del Controllo del Biofilm

• Sfruttamento oltre al 40% della superficie dei bio-elementi rispetto alla tecnologia MBBR convenzionale.

• Tasso di nitrificazione superiore di 3 – 5 volte per m² di superficie di riempimento rispetto alle tecnologie a letto fisso.

• Incidenza ridotta del bio-reattore dovuta ad uno sfruttamento incrementato del volume di biolementi e capacità di performance del bio-reattore.

• Possibilità di assorbire picchi improvvisi di carichi inquinanti.

• Manutenzione zero.

• Possibilità di digerire sostanze non prontamente biodegradabili.

Cosa è cambiato?

Tecnologia MBBR convenzionale

- Controllo del biofilm limitato

La tecnologia MBBR convenzionale si basa sul fatto che l'aerazione fornisca un controllo della capacità del biofilm, ma è limitata dalla mancanza di un completo controllo idraulico per unità di larga scala e da un'inadeguata capacità di pulizia dei bioelementi.

Il controllo dello spessore del biofilm si limita ad aggiustare l'aerazione totale e si basa su un aerazione equamente distribuita nell'intera area della griglia sul fondo del bio-reattore.

- Capacità di miscelazione limitata

L'utilizzo di griglie di aerazione spesso causa la dissipazione di un grande proporzione di energia nella parte più elevata della colonna di acqua e creare uno schema di flusso idraulico che permetta la completa miscelazione dei bioelementi nell'intera colonna è comunemente molto difficile. Questo potrebbe causare nello stazionamento della maggior parte dei bioelementi nella parte superiore della colonna di acqua a creare delle “isole”. Questo ha un'incidenza negativa sui costi di gestione dell'impianto MBBR ed ha un impatto negativo sulla performance di trattamento.

- Riduzione della superficie attiva

La combinazione di una capacità di controllo dello strato di biofilm e di uno schema di flusso non ottimizzato può tradursi in una riduzione della superficie attiva usata per il processo biologico. Una volta che lo spessore del biofilm sorpassi i 100 micron, la tecnologia MBBR diventa linitata nella diffusione dei nutrienti e si giunge ad uno stato di parziale intasamento.

Miglioramenti nei bio-reattori CW di terza generazione

- Completo controllo del biofilm

La capacità di controllo del biofilm è massimizzata permettendo all'utente di aggiustare e controllare il livello di aerazione fra i tubi periferici e gli airlift al fine di mantenere la corretta forza di agitazione applicata per mantenere il biofilm sulla superficie dei bioelementi giovane, fine e altamente attiva.

- Capacità di miscelazione aumentata

La tecnologia CW di F.G.M. engineering impiega una combinazione di airlift sommersi e sistemi di aerazione periferici per fornire uno schema di flusso verticale all'interno dell'MBBR altamente controllabile e localizzato. Con l'effetto cmbinato degli airlift interni e l'aerazione periferica, si generano forti flussi ascendenti nei punti chiave centrali del reattore. L'azione pompante risultante in giri verticali, genera campi locali fra gli airlift e la periferia, caratterizzati da forti velocità discendenti del flusso.

- Superficie di area attiva incrementata

La capacità di controllo totale del biofilm attraverso lo sviluppo di uno speciale bioelemento, fornisce la possibilitò di mantenere circa 800 m²/m³ di superficie di area attiva. Comparata ai 350-550 m²/m³ raggiungibili dagli altri, questo rappresenta un potenziale risparmio sui costi di circa il 40%.