cellulare. Il meccanismo si
basa sul danneggiamento
della membrana cellulare. I
batteri sono così costretti a
ricostituire la parete cellulare,
traendo l’energia necessaria
dal substrato organico
presente in fase disciolta con
conseguente diminuzione
della produzione di biomassa.
I due processi consentono di
ridurre la produzione di fanghi
secondari fino all’80%.
Metabolismo
di disaccoppiamento
Al fine di ridurre la
formazione di biomassa
si cerca di disturbare
l’equilibrio fra anabolismo e
catabolismo, a favore delle
reazioni cataboliche [9].
Per catabolismo s’intende
l’insieme dei processi
metabolici che sovrintendono
l’abbattimento del substrato
e che conducono alla
produzione di sostanze
strutturalmente più semplici e
povere di energia, liberando
quella in eccesso sotto
forma di energia chimica ed
energia termica. L’anabolismo
coinvolge, invece, l’uso di
questa energia libera per
sintetizzare nuova biomassa.
L’anabolismo batterico è
accoppiato al catabolismo
del substrato attraverso la
respirazione, cineticamente
limitante.
Il disaccoppiamento tra
consumo di substrato e
crescita della biomassa può
essere realizzato ricorrendo
all’uso di composti chimici
specifici, alla conduzione dei
processi biologici con elevati
rapporti tra concentrazione
di substrato e di biomassa
e infine inducendo nella
biomassa uno stress
metabolico mediante
l’alternanza di fasi aerobiche e
anossiche.
L’uso di disaccoppianti chimici
può risultare vantaggioso in
quanto richiede unicamente
un sistema di dosaggio, ma
i meccanismi sono ancora
in larga parte da chiarire.
È opportuno sottolineare
inoltre che la maggior parte di
questi disaccoppianti chimici
sono sostanze xenobiotiche
potenzialmente pericolose
per l’ambiente, che vanno
pertanto impiegate con
cautela. Il parametro più
importante nella coltivazione
batch di colture miste è il
rapporto tra le concentrazioni
iniziali di substrato e di
biomassa (S0/X0).
È stato ampiamente
dimostrato che la resa
di crescita diminuisce
significativamente
all’aumentare del rapporto
S0/X0. Tale fenomeno indica
che il disaccoppiamento
energetico avviene per
rapporti elevati S0/X0.
L’incremento del rapporto
determina, tuttavia, una
presenza di substrato
nell’effluente non compatibile
con la disciplina di settore.
Questa strategia d’intervento
per la riduzione di fango
porterebbe a un significativo
incremento dei costi di
gestione dell’impianto di
trattamento biologico e
sembrerebbe applicabile solo
per il trattamento di acque di
scarico industriali altamente
concentrate. Un sistema
a fanghi attivi modificato
denominato OSA (Oxic
Settling Anaerobic process)
è stato studiato per ridurre
la produzione di fango per
mezzo di un’esposizione
alternata del fango attivo tra
ambiente ossico e anaerobico
[10]. Anche per questo
sistema è stata osservata una
riduzione nella produzione
del fango in eccesso: il
coefficiente di crescita della
biomassa passa da 0,28 -
0,47 kg SS/kg COD rimosso
(sistema convenzionale)
a 0,13 - 0,29 kg SS/kg
COD rimosso (sistema
OSA). Sulla base di questo
meccanismo è stato messo
a punto il processo Cannibal,
attualmente commercializzato
in Italia dalla Siemens Water
Technologies e coperto da
brevetti internazionali. II
cuore della tecnologia è un
reattore biologico detto di
‘interscambio’, realizzato
a lato della tradizionale
vasca di ossidazione, dove
vengono create e mantenute
condizioni che comportano la
conversione della popolazione
batterica dominante da
aerobica a facoltativa.
II contenuto d’ossigeno
all’interno della vasca è
mantenuto prossimo allo zero
favorendo il rallentamento
dell’attività dei batteri aerobici
e il progressivo mutamento
della popolazione batterica in
facoltativa. I batteri facoltativi
sono quindi ricircolati alla
vasca d’ossidazione dove
trovano condizioni sfavorevoli
alla loro sopravvivenza.
Grazie al continuo ricircolo tra
le vasche, si crea un regime
d’equilibrio tra distruzione
e sviluppo batterico con
conseguente riduzione della
produzione di fanghi.
Il funzionamento del processo
è stato verificato in numerosi
impianti americani di differenti
potenzialità e la riduzione
annua della produzione
di fango è di circa 50%
anche nelle applicazioni più
sfavorevoli.
Metabolismo di mantenimento
L’incremento nel reattore
biologico dell’età della
biomassa e quindi la
riduzione del carico organico
sul fango può consentire
di ridurre la produzione di
fango nei processi aerobici
[11]. L’energia disponibile
per i microrganismi è
determinata dall’apporto di
substrato. Incrementando la
concentrazione di biomassa
potrebbe essere possibile
teoricamente giungere a
una situazione nella quale
la quantità di energia fornita
sia uguale a quella richiesta
per il mantenimento. I risultati
hanno dimostrato che una
riduzione della produzione
di biomassa di circa il 12%
è possibile aumentando la
concentrazione della stessa
da 3 a 6 g/l, mentre con un
incremento da 1,7 a 10,3 g/l
la riduzione di produzione
raggiunge il 44%.
Trattamenti di disintegrazione
per incrementare le prestazioni
della digestione anaerobica
I pretrattamenti di
disintegrazione del fango
hanno l’obiettivo di accelerare
la fase d’idrolisi, fase
cineticamente limitante
nel processo di digestione
anaerobica. Pretrattamenti
di tipo termico, meccanico
(ultrasuoni, mulino a palle,
omogenizzatori ad alta
pressione) o chimico (idrolisi
acida o basica, processi
di ossidazione con ozono/
Fenton) permettono infatti
di accelerare la fase di
solubilizzazione del materiale
particolato, di diminuire le
dimensioni delle particelle
migliorando le prestazioni
del processo con riferimento
soprattutto all’abbattimento
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n.12 novembre 2013
FANGHI
