Che cosa sono i mezzi filtranti a biofilm per il trattamento delle acque reflue?
Trattamento delle acque reflueè uno dei collegamenti importanti nel campo della moderna protezione ambientale e la tecnologia del biofilm, come metodo di trattamento efficiente ed ecologico, svolge un ruolo insostituibile nella depurazione delle acque reflue. Il mezzo di filtrazione del biofilm è il componente principale di questa tecnologia, fornendo un vettore chiave per la crescita del biofilm e il trattamento delle acque reflue. Quindi, cos'è esattamente il mezzo di filtrazione del biofilm per il trattamento delle acque reflue? Quale ruolo specifico svolge il biofilm nel trattamento delle acque reflue? Questo articolo discuterà in modo approfondito dal punto di vista di concetti, principi e usi.
Che cosa sono i mezzi filtranti a biofilm per il trattamento delle acque reflue?
Il Biological Filtration Media for Wastewater Treatment è un materiale utilizzato per supportare la formazione e il mantenimento dei biofilm. La sua funzione è quella di fornire un supporto fisico ideale per la crescita dei microrganismi. I biofilm sono essenzialmente una comunità di microrganismi attaccati a una superficie solida. Possono utilizzare la materia organica nelle acque reflue come nutrienti e decomporre o convertire gli inquinanti in sostanze innocue attraverso processi metabolici.
Proprietà fisiche dei media
I supporti filtranti del biofilm sono solitamente realizzati in plastica, ceramica o altri materiali polimerici, che presentano le seguenti caratteristiche:
● Elevata superficie specifica: fornisce uno spazio superficiale sufficiente affinché i microrganismi possano attaccarsi e crescere.
● Buona permeabilità all'acqua: garantisce che le acque reflue possano fluire uniformemente attraverso la superficie del mezzo, ottimizzando l'efficienza di decomposizione degli inquinanti.
● Resistenza alla corrosione e stabilità: non si degrada facilmente a contatto a lungo termine con acque reflue e metaboliti microbici.
● Struttura leggera: facile da installare e manutenere, adatta a una varietà di sistemi di trattamento delle acque reflue.
Quali sono i tipi più comuni di mezzi filtranti per biofilm?
A seconda dell'utilizzo e della forma, i supporti filtranti del biofilm possono essere suddivisi in diversi tipi:
● Supporti fissi: come ceramiche a nido d'ape, piastre di plastica e strutture a maglie. Questo tipo di supporto è fissato nell'apparecchiatura di trattamento ed è adatto per processi come torri impaccate e filtri a percolazione.
● Media a letto fluido: come plastiche sferiche, granulari o a scaglie. Questo tipo di media può muoversi con il flusso dell'acqua ed è adatto per sistemi di trattamento ad alta efficienza come i reattori a letto fluido.
● Supporti sospesi: come particelle di plastica leggera o fibre cave appositamente progettate, adatte al miglioramento o al trattamento aggiuntivo dei sistemi a fanghi attivi.
Funzioni dei supporti del biofilm
Il mezzo di filtrazione del biofilm non solo fornisce spazio per l'attaccamento dei microrganismi, ma promuove anche l'avanzamento efficiente del processo di trattamento delle acque reflue ottimizzando il percorso del flusso dell'acqua e aumentando l'apporto di ossigeno. La progettazione e la selezione del mezzo influenzano direttamente lo spessore, la densità e la diversità del biofilm e della popolazione microbica.
Qual è il ruolo del biofilm nel trattamento delle acque reflue?
Il ruolo principale del biofilm nel trattamento delle acque reflue è quello di degradare gli inquinanti, tra cui la materia organica, l'azoto, il fosforo e alcune sostanze difficili da degradare attraverso il metabolismo microbico. Come microecosistema, ha le seguenti funzioni chiave nel processo di depurazione delle acque reflue:
Rimozione degli inquinanti organici
I microrganismi eterotrofi nel biofilm possono decomporre la materia organica (come carboidrati, proteine e grassi) nelle acque reflue e convertirla in anidride carbonica (CO₂), acqua (H₂O) e altre sostanze inorganiche. Questo processo non solo riduce la domanda chimica di ossigeno (COD) delle acque reflue, ma riduce anche significativamente la domanda biochimica di ossigeno (BOD).
● Meccanismo di decomposizione: i microrganismi decompongono la materia organica macromolecolare complessa in piccoli composti molecolari secernendo enzimi, per poi ossidarli completamente attraverso percorsi metabolici.
● Efficienza di rimozione: grazie all'elevata superficie specifica e all'elevata densità microbica del mezzo, la tecnologia del biofilm può solitamente raggiungere un tasso di rimozione degli inquinanti organici superiore all'80%.
Rimozione dell'azoto (nitrificazione e denitrificazione)
La tecnologia del biofilm presenta anche notevoli vantaggi nel trattamento delle acque reflue contenenti azoto. Attraverso le due fasi di nitrificazione e denitrificazione, l'azoto ammoniacale (NH₄⁺) nelle acque reflue viene infine convertito in azoto gassoso (N₂) e scaricato nell'atmosfera.
● Nitrificazione: in condizioni aerobiche, l'azoto ammoniacale viene ossidato a nitrato (NO₃⁻) dai batteri nitrificanti (come Nitrosomonas e Nitrosomonas).
● Denitrificazione: in condizioni anaerobiche, i batteri denitrificanti riducono il nitrato in azoto gassoso.
● Co-trattamento: la struttura stratificata del biofilm (lo strato esterno è la zona aerobica e lo strato interno è la zona anaerobica) può ottenere nitrificazione e denitrificazione contemporaneamente, migliorando notevolmente l'efficienza della denitrificazione.
Rimozione del fosforo
In alcunisistemi di trattamento delle acque reflue, i microrganismi (in particolare i batteri polifosfati) nei biofilm possono ridurre il contenuto di fosforo nelle acque reflue assorbendo e immagazzinando i fosfati nelle acque reflue. Questa tecnologia di rimozione biologica del fosforo è solitamente utilizzata in combinazione con la precipitazione chimica per ottenere risultati migliori.
Rimozione delle sostanze refrattarie
Le diverse comunità microbiche nei sistemi di biofilm possono degradare una certa materia organica refrattaria, come benzene, composti fenolici e idrocarburi aromatici policiclici, attraverso il metabolismo sinergico. Questi microrganismi possono secernere enzimi e ossidanti speciali in condizioni specifiche per decomporre efficacemente gli inquinanti ostinati nelle acque reflue.
Quali sono gli scenari applicativi dei mezzi filtranti in biofilm?
Grazie alla loro efficiente capacità di rimozione degli inquinanti e ai bassi costi operativi, i supporti filtranti in biofilm sono ampiamente utilizzati in vari scenari di trattamento delle acque reflue, inclusi, ma non limitati ai seguenti campi:
Trattamento delle acque reflue urbane
I supporti biofilm sono spesso utilizzati nei filtri a percolazione, nelle vasche di ossidazione a contatto e in altri processi negli impianti di trattamento delle acque reflue urbane per aiutare a rimuovere la materia organica e gli inquinanti di azoto e fosforo nelle acque reflue. Tali impianti solitamente richiedono che il supporto fornisca un ambiente di adesione microbica stabile per soddisfare le esigenze di trattamento ad alto carico.
Trattamento delle acque reflue industriali
Le acque reflue industriali possono contenere una grande quantità di materia organica e sostanze refrattarie. I supporti di filtrazione a biofilm possono migliorare l'efficienza del trattamento aumentando la diversità e la concentrazione delle popolazioni microbiche. Ad esempio, nel trattamento delle acque reflue nell'industria farmaceutica, alimentare e chimica, i supporti a biofilm sono spesso utilizzati come metodo di trattamento principale.
Acque reflue dell'acquacoltura
In acquacoltura, i media biofilm vengono utilizzati per rimuovere l'eccesso di azoto ammoniacale e materia organica nel corpo idrico, mantenere l'acqua pulita e l'ambiente di acquacoltura stabile. I media biofilm a letto fluido vengono spesso utilizzati nei sistemi di depurazione delle acque reflue in grandi aziende agricole per la loro elevata capacità di trattamento.
Trattamento delle acque reflue domestiche rurali
Nelle aree rurali, la tecnologia del biofilm è diventata un modo importante per trattare le acque reflue domestiche grazie alla sua semplice attrezzatura e alla facile manutenzione. Il sistema ecologico di trattamento delle acque reflue che utilizza supporti biofilm può rimuovere efficacemente gli inquinanti, pur essendo economico ed ecologico.
Manutenzione e precauzioni dei mezzi di filtrazione del biofilm
I supporti filtranti delle biomembrane devono essere ragionevolmente mantenuti durante il funzionamento effettivo per garantirne il funzionamento efficiente e a lungo termine. Ecco alcune considerazioni chiave:
● Pulizia regolare: poiché la materia sospesa nelle acque reflue può aderire alla superficie del mezzo, compromettendo il flusso regolare dell'acqua e la crescita del biofilm, il mezzo deve essere pulito regolarmente per evitare ostruzioni.
● Controllare la qualità dell'acqua in ingresso: elevate concentrazioni di sostanze tossiche o grandi quantità di materia sospesa possono influire sulla stabilità del biofilm; è opportuno installare un'unità di pretrattamento all'estremità di ingresso.
● Mantenere un flusso d'acqua adeguato: un flusso d'acqua troppo alto o troppo basso influirà sulla formazione e sull'efficienza metabolica del biofilm, quindi i parametri del flusso d'acqua devono essere regolati tramite l'attrezzatura.