Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II Scuola Politecnica e delle Scienze di Base

Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale

Corso di Laurea Magistrale in

INGEGNERIA PER L’AMBIENTE E IL TERRITORIO TESI DI LAUREA MAGISTRALE

Relatore Candidato

Prof. Ing. Francesco Pirozzi Elia Toscano Matr. M67/276 Correlatori

Ing. Vincenzo Luongo Ing. Maria Rosaria Mattei

Anno Accademico 2016/2017

Trattamento depurativo di reflui ad elevato tenore di N

N-NH ₄ ⁺ N-NO ₃ ^-

Reflui zootecnici Reflui conciari

Reflui industrie farmaceutiche

Sistemi convenzionali di trattamento

Sistemi innovativi di trattamento

Efficienze elevate

Recupero dei Nutrienti

Produzione di biomassa di

pregio

Trattamento depurativo di reflui ad elevato tenore di N

NH ₄ ⁺

NO ₃ ^-

Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)

FotoBioreattore algale (PBR)

OBIETTIVI

PO ₄ ^3-

A

C

D-E

Scarico

G

Impianti di aereazione;

F

B

COD + O

→ BIOMASSA + CO

+ H

O O

N-NH

→ N-NO

→ N-NO

Heterotrophic Bacteria

COD

Azoto ammoniacale Carbonio

organico

Nitrifying-autotrophic Bacteria

T

PARAMETRI DI PROCESSO

REATTORE MBBR IN SCALA DA LABORATORIO

N-NO

N-NH

N-NO

pH T

O

Run N-NH

(mg/L)

HRT

(d) C/N Time (day)

η

1

900

1 0.25

1-39 99.5%

stop reactor 40-48 93.3%

900 50-66 98.4%

2 950 1 0.25 67-79 98.3%

3 1000 1 0.25 80-85 98.4%

4 stop reactor 1 0.25 86-99 85.4%

5 re-start

reactor 1 0.25 100-121 98.1%

6 1000 1 0.25 122-155 98.7%

0.5 156-166 98.8%

RUN SPERIMENTALI MBBR

Run 1.1 (day 1-39) Carico costante 900 mg N-NH

/L

Run 1.2 (day 40-48) Ostruzione per sviluppo biomassa sospesa Run 1.3 (day 50-66) Ripristino alimentazione 900 mg N-NH

/L

Run 3 (day 80-85) Aumento di carico 1000 mg N-NH

/L Run 2 (day 67-79) Aumento di carico 950 mg N-NH

/L

Run 4 (day 86-99) Blocco del sistema di alimentazione

Run 5 (day 100-121) Re-start MBBR da concentrazione 250 mg N-NH

/L Run 6.1 (day 122-156) Ripristino concentrazione 1000 mg N-NH

/L

Run 6.2 (day 156-166) 1000 mg N-NH

/L con rapporto C/N=0.5

Run 6.1 (day 122-156) – Ripristino concentrazione 1000 mg N-NH

/L

R ^ISULTATI S PERIMENTALI MBBR

0 200 400 600 800 1000 1200

122 124 128 130 134 136 138 142 144 148 150 152

mg N/L

Time (d)

N-NH4⁺ in N-NH4⁺ eff N-NO2⁻eff N-NO3⁻eff

0,700 0,725 0,750 0,775 0,800 0,825 0,850 0,875 0,900 0,925 0,950 0,975 1,000

8,3 8,4 8,5 8,6 8,7 8,8 8,9 9 9,1 9,2 9,3 9,4 9,5

122 124 128 130 134 136 138 142 144 148 150 152

Efficienza

pH

Time (d) pH Efficienza

0 100 200 300 400 500 600 700 800

122 124 128 130 134 136 138 142 144 148 150 152

mg COD/L

Time (d) COD in COD eff

Run 6.2 (day 156-166) – 1000 mg N-NH

/L con rapporto C/N = 0.5

0 200 400 600 800 1000 1200

156 157 158 159 162 163 164 165 166

mg N/L

Time (d)

N-NH4⁺ in N-NH4⁺ eff N-NO2⁻eff N-NO3⁻eff

0,700 0,725 0,750 0,775 0,800 0,825 0,850 0,875 0,900 0,925 0,950 0,975 1,000

8,3 8,4 8,5 8,6 8,7 8,8 8,9 9 9,1 9,2 9,3 9,4 9,5

156 157 158 159 162 163 164 165 166

Efficienza

pH

Time (d) pH Efficienza

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

156 157 158 159 162 163 164 165 166

mg COD/L

Time (d) COD in COD eff

F A

B

C

D

E

Medium sintetico;

A B

C

D

Scarico;

F

E

Photo-autotrophic Biofilm

ASSIMILAZIONE DEI NUTRIENTI Composti dell’azoto e

del fosforo Carbonio inorganico

Luce

REATTORE PBR IN SCALA DA LABORATORIO

ALIMENTAZIONE SEMI-BATCH

T

PARAMETRI DI PROCESSO

OD

pH N-NO

P-PO

N-NH

Fase I – Alimentazione con nitrati e fosfati

Fase II – Alimentazione con azoto ammoniacale e fosfati Fase

Synthetic Influent

N-P (mg/L) Time (day)

I 60 NO

20 PO

62

II

20 NH

20 PO

32 40 NH

20 PO

RUN SPERIMENTALI PBR

Chlorella vulgaris

isolata e purificata a partire

dall’effluente dell’MBBR

Day 0 1 2 3 6 7 8 9 10 12

Day 13 14 15 16 17 19 20 21 22 23

Day 24 26 27 28 29 30 31 33 34 35

R ^ISULTATI S PERIMENTALI PBR ALGALE

Fase I – Alimentazione con nitrati e fosfati

Evoluzione dell’adesione e sviluppo algale sulla tela nel tempo

Day 36 38 40 41 42 43 44 45 47 48

Day 49 54 55

R ^ISULTATI S PERIMENTALI PBR ALGALE

0 5 10 15 20 25 30

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60

mg/L

Time (d) N-NO3⁻

0 2 4 6 8 10

0 2 4 6 8 1012141618202224262830323436384042444648505254565860

mg/L

Time (d) P-PO43⁻

Fase II – Alimentazione con azoto ammoniacale e fosfati

R ^ISULTATI S PERIMENTALI PBR ALGALE

Evoluzione dell’adesione e sviluppo algale sulla tela nel tempo

Day 0 1 2 4 5 6 7 8 9 12

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0 2 4 6 8 10 12

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60

ODpH

Time (d)

pH OD 600

Aggiunta di Allylthiourea

R ^ISULTATI S PERIMENTALI PBR ALGALE

Day 13 14 15 18 19 20 21 22

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

mg N/L

Time (d)

N-NH4⁺ eff

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

mg/L

Time (d)

P-PO43⁻

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0 2 4 6 8 10 12

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

OD

pH

Time (d)

pH OD 600

C ^ONCLUSIONI

S VILUPPI FUTURI

IN= N-NO

OUT = N-NO

IN = N-NH

 Elevata efficienza di rimozione (>95%) di azoto ammoniacale anche successivamente all’incremento del rapporto C/N;

 Maggiore adattabilità a condizioni critiche (blocco alimentazione o scarso O

).

 Regolare rimozione di nutrienti (nitrati e fosfati) da parte della coltura Chlorella vulgaris;

 Tassi di degradazione inferiori e instabilità del processo nel caso di alimentazione con NH

.

PBR

MBBR

Grazie per la cortese attenzione