7 Effetti del calo del tasso di ossigeno disciolto sulla
nitrosazione biologica
Verificata l’affidabilità della tecnica sperimentale e l’andamento nel tempo dell’attività dei batteri ammonio ossidanti si è proceduto con l’analisi di un eventuale correlazione tra il tenore di ossigeno disciolto nel mix liquor e il processo di nitrosazione biologica del fango attivo biologico. Nella prima fase si è ritenuto più opportuno fornire come nutriente per la biomassa autotrofa un substrato puro, ovvero si è utilizzato una soluzione 1 g-N/L di ammonio cloruro. Questa scelta è stata fatta per cercare di minimizzare i contributo degli altri tipi di metabolismo sui risultati forniti dalla titolazione pH-DO-stat. In questo modo infatti risultano fortemente inibiti sia i processi metabolici della fauna eterotrofa aerobica sia di quella eterotrofa denitrificante, che non avendo substrati adeguati da metabolizzare restano espressi a livelli basali.
Risulta altresì vero che in questo modo le importanti interazioni che avvengono tra i vari tipi di metabolismo normalmente presenti all’interno di un fango attivo potrebbero non produrre effetti significativi. In questo caso ci si trova davanti ad un dato rappresentativo solo parzialmente della realtà di un impianto di depurazione.
7.1 Il metodo sperimentale
Si è proceduto analizzando le variazioni del tasso di nitrificazione biologica che avvengono a concentrazioni di ossigeno disciolto progressivamente più basse caricando il bioreattore con un’aliquota di fango; il risultato ottenuta da ciascuna prova è stato poi confrontato con una prova montata in parallelo il cui valore di ossigeno disciolto fosse impostato a 7 mg-DO/L, ovvero il valore di riferimento.
Fig 7.1: L’immagine mostra una prova in esecuzione, con i bioreattori caricati con fango attivo in doppia prova.
Il pH di lavoro è sempre stato impostato a 8,3 unità. Gli esperimenti sono stati eseguiti caricando all’interno del bioreattore due bioreattori contenenti ciascuno 370 mL di fango attivo diluito in rapporto 1:2 con l’uscita prelevata dallo stesso impianto di depurazione da cui è stato campionato il fango. Il sistema di titolazione automatica è stato caricato con una soluzione di idrossido di sodio 0,05 M e una soluzione di perossido di idrogeno 0,04 M. Una volta che il sistema di titolazione automatica è riuscito a stabilizzare i valori di pH e DO ai valori di set point si è
intervallo di tempo si è somministrato un’aliquota efficace di soluzione di alliltiourea e, lasciando trascorrere alcuni minuti per far si che l’alliltiourea abbia esplicato il suo effetto, si è misurato per almeno 15 minuti il metabolismo endogeno dei batteri eterotrofi. Il programma “Aqualab®” consente di misurare il metabolismo endogeno anche prima della somministrazione del nutriente, tuttavia questa soluzione è stata ritenuta poco idonea al nostro scopo, in quanto questa fase di metabolismo endogeno “iniziale”, il valore del metabolismo endogeno eterotrofo risulta gonfiato dalla presenza aggiuntiva del metabolismo endogeno autotrofo.
E’ stato ritenuto opportuno considerare 7 mg/L di ossigeno disciolto come valore di riferimento nonostante che difficilmente negli impianti di depurazione biologica di reflui (siano essi civili, industriali o misti) venga raggiunta e superata tale soglia. Questo perché tale valore viene considerato in letteratura non limitante per i processi biologici. Le prove preliminari di tenuta del bioreattore hanno dimostrato che eventuali perdite di ossigeno per scambio con l’atmosfera sono risultate trascurabili nell’arco di tre ore.
Per la misura della velocità di ossidazione dell’ammonio si è scelto di operare conducendo misurazioni successive diminuendo la concentrazione di ossigeno disciolto a intervalli di un mg/L. Ciascun valore è stato ottenuto dalla media di cinque misure replicate. Analogamente alle prove di riproducibilità descritte nei capitoli precedenti, le misure di nitrificazione sono stati ripetuti sia sul fango prelevato dal depuratore di Pontedera che sul fango prelevato presso il depuratore sito in località “Il Romito”. I dati sono stati successivamente elaborati secondo le più comuni procedure statistiche, calcolando l’eventuale calo percentuale dell’attività di ossidazione biologica confrontando i dati medi ottenuti dalle due piste.
Di seguito vengono illustrati i dati sperimentali ottenuti, completi di variazione percentuale della velocità di nitrificazione, per ogni gruppo di prove le differenze tra i dati medi ottenuti e i dati medi delle prove di controllo e la deviazione standard delle differenze tra le singole prove.
Tabella 7.1, Risultati delle prove ottenute con il cloruro d’ammonio sul fango prelevato dall’impianto di Pontedera (PI)
DO (mg/L) D Χ
σ
Variazione % 6 - 1,7 0,19 - 19 % 5 - 1,2 0,10 - 24 % 4 - 2,6 0,28 - 27 % 3 - 2,2 0,13 - 30 % 2 - 0,4 0,17 - 5 % 1 -1,1 0,14 - 13 % 0,5 - 0,6 0,15 - 7 %Tabella 7.2, Risultati delle prove ottenute con il cloruro d’ammonio sul fango prelevato dall’impianto situato in località “Il Romito” di Pontedera (PI)
DO (mg/L) D Χ
σ
Variazione %6 - 1,00 0,08 - 20 %
5 - 0,82 0,13 - 27 %
I dati sperimentali ottenuti mostrano come, in prima approssimazione, la biomassa nitrificante sembri rispondere ad un progressivo calo dell’ossigeno disciolto seguendo in due condizioni distinte due comportamenti distinti. Se da un lato infatti l’attività sembra avere un andamento calante fino alla soglia dei 3 mg-DO/L, dall’altro oltre questa
Correlazione Tasso di Nitrificazione - DO, Fango di Pontedera, Ammonio Cloruro
0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 7 8 mg DO V a r % variazione media
Grafico 7.1: Il grafico mostra la variazione percentuale del tasso di nitrificazione rispetto al bianco misurato a 7 mg-DO/L. I tratti rossi indicano i valori massimi e minimi di
variazione su cinque misure. Viene inoltre abbozzata una linea di tendenza.
La ripresa misurata dell’attività biologica di nitrificazione a bassi tenori di ossigeno sembra tuttavia in contrasto con la teoria del processo stesso di nitrificazione, che è ossigeno dipendente. Si può tuttavia smentire che una possibile spiegazione sia fornita da un possibile effetto tossico dovuto alla somministrazione dell’acqua ossigenata, in quanto tutti gli esperimenti sono stati eseguiti entro i limiti di sicurezza descritti nel paragrafo 2.2.
