Prove per la valutazione del rilascio di nutrient

Al termine della prova descritta al Paragrafo 6.2.2, sono stati prelevati due campioni da 50 ml dalle bottiglie EHC_dinamico_1 e EHC_dinamico_2 per la misurazione del contenuto di azoto e fosforo. Prima di procedere alle analisi, il liquido è stato sottoposto a filtrazione (cut-off dei filtri pari a 0,45µm).

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6.3 Risultati e discussione

6.3.1 Prove batch per la valutazione dell’effetto del EHC®-O sul pH del sistema

I risultati del primo set di prove (senza pomice) sono riassunti in Tabella 6.2. Dai dati ottenuti risulta evidente che per rapporti al di sopra dello 0,54% (p/p) tra EHC®-O e riempimento si vada incontro ad ambienti caratterizzati da pH eccessivamente basici (oltre 11) che renderebbero impossibile un’adeguata crescita microbica. I risultati del secondo set di prove, riportati in Tabella 6.3, indicano che al di sotto dello 0,4% (p/p) tra EHC®-O e pomice, il pH del sistema si mantiene inferiore o nell’intorno di 9 (valore comunque accettabile per i microrganismi). La presenza di pomice nel secondo set di prove non ha ridotto significativamente l’incremento di pH del sistema: si sono infatti riscontrate riduzioni di pochi punti decimali di pH tra le prove confrontabili dei due set stessi. La variazione di pH nel tempo per entrambi i set è relativamente costante. L’incertezza delle misure è la deviazione standard dalla media, tenuto conto dell’incertezza associata al pHmetro (± 0,1).

I risultati ottenuti confermano quanto indicato dalla casa produttrice, che suggerisce come range di applicabilità del EHC®-O, un intervallo compreso tra lo 0,2% e lo 0,4% (p/p) del rapporto EHC®-O/terreno. Lavorando con rapporti ancora più bassi rispetto a quelli consigliati, è possibile ottenere ambienti con valori di pH nell‘intorno di 8,5 (come per le prove caratterizzate da 0,11% (p/p) e 0,10% (p/p) rispettivamente per il primo e il secondo set). Occorre però tener presente che l’uso di percentuali troppo basse di EHC®-O potrebbe non garantire il quantitativo minimo di ossigeno richiesto per mantenere nel tempo il sistema in condizioni aerobiche.

Tabella 6.2 Risultati del primo set di prove (senza pomice) volte ad analizzare il comportamento

del pH del sistema in seguito all’aggiunta del EHC®-O.

Bianco 0,11% 0,27% 0,54% 2,72% 5,44% Tempo [d] pH 0 7,4 ± 0,1 8,5 ± 0,1 9,2 ± 0,1 9,4 ± 0,1 10,9 ± 0,1 11,2 ± 0,1 1 7,5 ± 0,1 8,7 ± 0,1 9,2 ± 0,1 9,6 ± 0,1 11,2 ± 0,1 11,4 ± 0,1 2 7,7 ± 0,1 8,7 ± 0,1 9,4 ± 0,1 9,9 ± 0,2 11,4 ± 0,1 11,6 ± 0,1 3 7,7 ± 0,1 8,7 ± 0,1 9,4 ± 0,1 10,0 ± 0,2 11,4 ± 0,2 11,8 ± 0,1 6 7,7 ± 0,1 8,7 ± 0,1 9,4 ± 0,1 10,2 ± 0,2 11,7 ± 0,1 11,9 ± 0,1 Media 7,6 ± 0,1 8,6 ± 0,1 9,3 ± 0,1 9,8 ± 0,3 11,3 ± 0,3 11,6 ± 0,3

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Tabella 6.3 Risultati del secondo set di prove (con pomice) volte ad analizzare il comportamento

del pH del sistema in seguito all’aggiunta del EHC®-O.

Bianco 0,10% 0,20% 0,30% 0,40% 0,50% Tempo [d] pH 0 7,7 ± 0,1 8,1 ± 0,1 8,4 ± 0,1 8,9 ± 0,2 8,9 ± 0,1 9,3 ± 0,2 1 7,7 ± 0,1 8,2 ± 0,2 8,4 ± 0,1 8,9 ± 0,2 9,0 ± 0,1 9,4 ± 0,2 2 8,0 ± 0,1 8,3 ± 0,1 8,5 ± 0,1 9,1 ± 0,1 9,1 ± 0,1 9,4 ± 0,2 8 7,7 ± 0,3 8,3 ± 0,1 8,6 ± 0,1 9,1 ± 0,1 9,0 ± 0,2 9,5 ± 0,2 14 8,0 ± 0,2 8,5 ± 0,1 8,4 ± 0,1 9,0 ± 0,2 9,0 ± 0,1 9,4 ± 0,1 15 7,8 ± 0,2 8,3 ± 0,1 8,5 ± 0,1 9,1 ± 0,1 9,1 ± 0,1 9,5 ± 0,1 Media 7,8 ± 0,2 8,3 ± 0,2 8,5 ± 0,1 9,0 ± 0,2 9,0 ± 0,1 9,4 ± 0,2

6.3.2 Prove batch per la valutazione della percentuale (p/p) di ossigeno rilasciato

In Figura 6.1 è riportato il grafico che mostra le variazioni di pressione, misurate con le teste OxiTop®, nello spazio di testa delle bottiglie per le prove preparate in condizioni “dinamiche” e “statiche”. Dall’andamento delle pressioni, è stato poi ricavato quello dell’ossigeno rilasciato (mediante applicazione della legge dei gas perfetti); in Figura 6.2 ne è rappresentato l’andamento cumulato medio per le due condizioni di prova. Le prove sono state interrotte dopo 21 giorni, poiché già dal giorno 16 non è stato più registrato alcun incremento significativo di pressione. L’incertezza delle misure di rilascio di ossigeno è data dallo scarto rispetto alla media dei valori .Vi è una differente produzione di O2 tra le due prove: le prove “statiche” hanno complessivamente rilasciato più ossigeno:

27,7 mg contro i 13,5 mg delle prove “dinamiche”. Tale comportamento, spiegabile dalla maggiore quantità di prodotto presente nelle prove “statiche” (circa il doppio rispetto alle prove “dinamiche”), non è riscontrabile osservando solamente gli andamenti della pressione, relativamente simili. Questo perché le prove “statiche” sono caratterizzate da uno spazio di testa decisamente superiore rispetto a quelle “dinamiche”: per ottenere lo stesso incremento di pressione, nelle prime devono liberarsi più moli di ossigeno.

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Figura 6.1 Andamento della pressione nello spazio di testa delle bottiglie con teste OxiTop®.

Figura 6.2 Andamento della produzione cumulata di ossigeno [mg] nelle prove allestite con testate

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La produzione di ossigeno per ogni bottiglia, espressa come rapporto (p/p) O2liberato/EHC®-

O è riportata in Tabella 6.4. In Tabella 6.5 si riportano le misure di pH della fase liquida delle varie bottiglie. L’incertezza della misura è pari a quella dello strumento, ± 0,1.

Tabella 6.4 Rilascio percentuale (p/p) di ossigeno per ciascuna bottiglia al termine delle prove con

le testate OxiTop® (dopo 21 giorni).

O2/EHC®-O [p/p]

EHC_statico_1 8,6% EHC_statico_2 8,2% EHC_dinamico_1 8,1% EHC_dinamico_2 8,5%

Tabella 6.5 Valori di pH misurati dalla fase liquida delle bottiglie

Prova Tempo [d] pH Bianco_1 14 7,7 ± 0,1 Bianco_2 14 7,6 ± 0,1 EHC_statico_1 14 12,2 ± 0,1 EHC_statico_2 9 12,2 ± 0,1 EHC_statico_2 14 12,0 ± 0,1 EHC_dinamico_1 21 9,3 ± 0,1 EHC_dinamico_2 21 9,6 ± 0,1

L’ossigeno rilasciato complessivamente nelle bottiglie dopo tre settimane è compreso in un intervallo che va da 8,1% a 8,6% (p/p). Tali valori nonostante risultino leggermente inferiori a quelli forniti dal produttore (14,5 % p/p), possono essere ritenuti comunque idonei per garantire una adeguata ossigenazione della prova in colonna. Tali risultati potrebbero indicare che prove di tipo batch non siano del tutto idonee per la valutazione del rilascio di ossigeno nel lungo periodo, ma che siano più indicate delle prove in colonna, dove è possibile un continuo ricambio di acqua. In sistemi batch potrebbe infatti verificarsi un’alterazione degli equilibri chimici coinvolti nel processo di rilascio dell’ossigeno a causa di un accumulo di idrossido di calcio. Questo rallenta la produzione di ossigeno sia perché sposta l’equilibrio chimico nella direzione opposta alla formazione di O2 (secondo

la 6.1) sia perché la sua precipitazione può portare a una ricopertura dei granuli di EHC®-O che ancora non hanno reagito. La stessa presenza di un ambiente fortemente basico (come riscontrabile in Tabella 6.5) può aver contribuito al rallentamento del processo.

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6.3.3 Prove per la valutazione del rilascio di nutrienti

I risultati delle prove effettuate per valutare l’entità del rilascio dei nutrienti dal EHC®-O dopo 21 giorni a contatto con acqua di rete sono riportati in Tabella 6.6. EHC®-O rilascia azoto, principalmente nella forma nitrica e contribuisce pertanto all’apporto di questo genere di sostanze necessarie allo sviluppo di eventuale biomassa. In Tabella 6.7 sono riportate le percentuali (p/p) di azoto nitrico rilasciate dal EHC®-O rispetto al quantitativo di prodotto inserito; si assume una concentrazione di azoto nitrico nell’acqua di rete di 7,7 mg/l (vedere Tabella 5.2). Nessun contributo è invece stato riscontrato per il fosforo, indicando quindi l’eventuale necessità di aggiungere altri composti specifici per garantirne una presenza adeguata nel caso in cui non siano presenti altre fonti.

Tabella 6.6 Concentrazioni di nutrienti rilasciate in acqua di rete dal EHC®-O nei campioni prelevati dopo 21 giorni di agitazione.

Analisi Unità di misura EHC_dinamico_1 EHC_dinamico_2

Fosfati mg P/l < 0,05 < 0,05

Fosforo totale mg P/l < 0,05 < 0,05

Azoto nitrico mg N/l 9,6 9,7

Azoto ammoniacale mg N/l 0,29 0,14

Azoto totale mg N/l 9,5 9,5

Tabella 6.7 Rilascio percentuale (p/p) di azoto nitrico per EHC_dinamico_1 e EHC_dinamico_1

al termine delle prove con le testate OxiTop® (dopo 21 giorni).

N/EHC®-O [p/p]

EHC_dinamico_1 1,1% EHC_dinamico_2 1,1%

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6.4 Conclusioni

L’aggiunta di EHC®-O causa un incremento del pH nel sistema acquoso in cui è inserito. Tale incremento è accettabile per lo sviluppo di biomassa solamente per rapporti massici EHC®-O/riempimento inferiori a 0,5% (p/p). In ragione di sicurezza e alla luce dei dati ottenuti dalle prove batch, si sceglie di utilizzare per la successiva prova in colonna un rapporto pari allo 0,3% (p/p). Restando intorno a questo valore, si attendono valori di pH non superiori a 9, ritenuti accettabili per non inibire la crescita batterica. Una quantità inferiore di EHC®-O potrebbe consentire di operare con pH meno basici, ma potrebbe portare a un’insufficiente ossigenazione della prova in colonna.

Per quanto riguarda i test di rilascio dell’ossigeno, dopo 21 giorni di prova è stato rilasciato un quantitativo di ossigeno compreso tra 8,1 e 8,6 % (p/p) rispetto al quantitativo di EHC®- O introdotto, indicando quindi l’idoneità del prodotto ad essere utilizzato per l’apporto di ossigeno nella successiva prova in colonna. Una stima più precisa del quantitativo totale di ossigeno rilasciabile e del tasso di rilascio di ossigeno dal EHC®-O potrebbe essere ricavata mediante esecuzione di prove in colonna, ma tali valutazioni esulano dagli scopi di questa sperimentazione.

Infine è stato verificato che EHC®-O rilascia azoto prevalentemente in forma nitrica, circa 1,1% (p/p) della massa di prodotto inserita; non è invece stato misurato alcun per rilascio di fosforo. Il rilascio di azoto è imputabile al riempimento minerale presente nel prodotto (20-30% p/p della sua composizione), costituito da zeoliti naturali.

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