ITCR20120023A1 - Reattore per il trattamento aerobico termofilo di acque reflue e di fanghi di supero prodotti dalla depurazione di liquami tramite processi biologici - Google Patents
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Description
REATTORE PER IL TRATTAMENTO AEROBICO TERMOFILO DI ACQUE REFLUE E DI FANGHI DI SUPERO PRODOTTI DALLA DEPURAZIONE DI LIQUAMI TRAMITE PROCESSI BIOLOGICI
DESCRIZIONE
L’invenzione concerne il settore degli apparati per la depurazione biologica dei liquami.
Più in dettaglio concerne un reattore aerobico termofilo per il trattamento di acque reflue e di fanghi di supero prodotti dalla depurazione di liquami tramite processi biologici.
Come noto, gli insediamenti civili, nonché diverse attività del settore industriale, agricolo, agro-industriale e dell’allevamento, producono scarichi liquidi contenenti elevate concentrazioni di sostanze inquinanti, identificabili essenzialmente in sostanze organiche, solidi sospesi, sostanze minerali fito-tropiche (azoto, fosforo, ecc.) o tossiche (metalli pesanti), nonché eventuali agenti patogeni.
Come altresì noto, tali liquami devono essere necessariamente sottoposti ad adeguati procedimenti di depurazione prima di essere smaltiti o reimmessi nell’ambiente nel rispetto delle relative normative, specialmente a tutela dei corpi idrici ricettori.
Come ulteriormente noto, per il trattamento di tali liquami, i procedimenti di depurazione di tipo biologico (aerobico, anaerobico) sono i più diffusi, e di norma preferiti a quelli di tipo chimico-fisico (concentrazione, essiccazione, ultrafiltrazione, osmosi inversa, ecc.).
In base alle temperature di lavoro, i processi biologici possono essere classificati in psicrofili, mesofili e termofili.
Con riferimento al procedimento di depurazione biologica di tipo aerobico, esso consiste in un insieme di reazioni biochimiche di tipo ossidativo (con produzione di anidride carbonica) operate da un rilevante ed eterogeneo gruppo di micro-organismi (principalmente batteri aerobici, vitali in presenza di ossigeno, ma anche protozoi, metazoi, ecc.), i quali si nutrono degli inquinanti e di altre sostanze presenti nel liquame trattato, al fine di produrre energia e sintetizzare di conseguenza sostanze organiche necessarie alla loro proliferazione.
Dal procedimento suddescritto si ottiene quindi un refluo depurato contenente ridotte quantità di sostanze inquinanti ed una notevole quantità di biomassa, sviluppatasi dall’attività di nutrizione e proliferazione dei suddetti batteri, la quale viene separata dal refluo depurato e parzialmente utilizzata per arricchire di batteri il refluo fresco (fanghi di ricircolo). La restante parte della detta biomassa deve essere invece opportunamente smaltita onde evitare di diventare essa stessa una sostanza inquinante (fanghi di supero).
Tale rilevante produzione di fanghi di supero, prodotti in quantità proporzionali al carico inquinante del liquame trattato, rappresenta la principale negatività dei procedimenti di depurazione biologica di tipo aerobico.
Il loro smaltimento rappresenta un onere molto elevato nell’ambito dell’intero ciclo di trattamento e notevoli sforzi e studi sono indirizzati al loro trattamento, e per la riduzione del quantitativo da eliminare.
E’ quindi scopo della presente invenzione il superamento di tale negatività .
Nell’ambito di tale scopo, à ̈ compito principale del trovato quello di proporre un reattore conformato e attrezzato per realizzare un trattamento aerobico termofilo su fanghi di supero e su liquami particolarmente concentrati, al fine in particolare di ottimizzare il processo biologico e ridurre il quantitativo finale di fanghi da smaltire.
Lo scopo à ̈ raggiunto per mezzo di un reattore per il trattamento aerobico termofilo di acque reflue e di fanghi di supero prodotti dalla depurazione di liquami tramite processi biologici, comprendente:
ï€ un cilindro esterno chiuso, atto ad essere parzialmente riempito con un refluo liquido da trattare;
ï€ un cilindro interno di altezza inferiore a quello esterno, aperto superiormente e provvisto di prime luci di passaggio per detto refluo;
ï€ mezzi di alimentazione di detto refluo da trattare;
ï€ mezzi per la fornitura di gas adatti ad un processo aerobico, caratterizzato dal fatto che comprende:
ï€ un setto orizzontale, disposto tra detto cilindro esterno e la sommità di detto cilindro interno, provvisto di seconde luci di passaggio per detto refluo, atto a realizzare nel detto reattore tre distinte zone di processo, fluidodinamicamente collegate tra loro;
ï€ apparecchiature atte ad indirizzare il flusso del refluo da trattare attraverso le sopracitate zone di processo;
ove dette tre zone di processo definiscono rispettivamente:
ï€ una vasca di ossigenazione;
ï€ una vasca di ossidazione;
ï€ un canale diffusore centrale, atto a mettere in reciproca comunicazione la detta vasca di ossigenazione e la detta vasca di ossidazione.
Le rivendicazioni dipendenti individuano ulteriori caratteristiche del trovato.
L’invenzione presenta i seguenti numerosi vantaggi:
ï€ determina una generale ottimizzazione delle reazioni biochimiche di demolizione degli inquinanti in condizioni termofile ad opera di batteri aerobici contenuti nei fanghi attivi normalmente impiegati nei processi di depurazione di biologica di tipo aerobico;
ï€ permette di ridurre la produzione dei fanghi di supero normalmente derivanti dai processi di depurazione biologica di tipo aerobico;
ï€ permette di ridurre i costi derivanti dalla gestione di tali fanghi di supero.
Ulteriori caratteristiche dell’invenzione risulteranno meglio evidenziate dalla descrizione più dettagliata esposta nel seguito, con l’aiuto dei disegni, che ne mostrano un modo di esecuzione preferito, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo, ove:
ï€ le figg. 1a e 1b mostrano, rispettivamente in sezione verticale ed in pianta, la conformazione strutturale di un reattore secondo l’invenzione;
ï€ la fig.2 evidenzia la conformazione strutturale di tale reattore in sezione verticale con indicazione parametrica delle sue dimensioni caratteristiche;
ï€ le figg. 3-4-5 mostrano, in sezione verticale ed in pianta, flussi di circolazione primario, secondario e terziario realizzati all’interno del detto reattore;
ï€ la fig. 6 evidenzia, in sezione verticale parziale, il sistema di immissione dei gas di processo all’interno del detto reattore; ï€ le figg. 7-8 mostrano, in schematizzazione, due diversi sistemi di estrazione del refluo trattato dal reattore, rispettivamente con volume variabile o costante del contenuto del reattore stesso. Con riferimento ai particolari delle figg.1a-1b-2, un reattore R secondo l’invenzione comprende essenzialmente:
ï€ un cilindro esterno 1 chiuso, atto ad essere parzialmente riempito con un refluo liquido da trattare, fino ad un livello indicato dalla linea tratteggiata;
ï€ un cilindro interno 2, di altezza inferiore a quello esterno 1, aperto superiormente e provvisto di prime luci 12 di passaggio per detto refluo;
ï€ un setto orizzontale 3, a forma di corona circolare, disposto tra detto cilindro esterno 1 e detto cilindro interno 2, provvisto di seconde luci 4 di passaggio per detto refluo, disposte su una circonferenza esterna, atto a definire all’interno del detto reattore R tre distinte zone di processo A, C, B, fluidodinamicamente collegate tra loro,
ove:
ï€ la zona di processo A definisce una vasca di ossigenazione, di forma cilindrica piana e di relativamente bassa profondità ; ï€ la zona di processo C definisce una vasca di ossidazione di forma anulare e di notevole profondità ;
ï€ la zona di processo B, definisce un canale diffusore centrale di forma cilindrica, atto a mettere in reciproca comunicazione la detta vasca di ossigenazione e la detta vasca di ossidazione, mediante dette primi luci 12.
Grazie a tale forma geometrica ed a tali suddivisioni interne, il reattore presenta una simmetria radiale rispetto ad un asse centrale verticale.
Con riferimento ai particolari delle figg. 3-4-5-6 detto reattore R comprende:
ï€ mezzi di alimentazione I del detto refluo da trattare nella zona di processo A;
ï€ una pluralità di diffusori sommersi 5 per i gas di processo aerobico, del tipo di profondità , ad alta pressione, a bolle o similari, disposti in prossimità del fondo del cilindro esterno 1, nella zona di processo C;
ï€ una pluralità di diffusori sommersi 5’ per i gas di processo aerobico, del tipo di superficie, a bassa pressione, a bolle o similari, disposti al di sopra del setto orizzontale 3, nella zona di processo A;
ï€ un eiettore 6, del tipo a Tubo di Venturi, posto in corrispondenza dell’ingresso del canale diffusore centrale, nella zona di processo B, associato ad un diversore di flusso 7 posto in corrispondenza delle prime luci 12 di passaggio del refluo, per l’uscita dal detto canale diffusore;
ï€ una pompa di circolazione primaria 8;
ï€ una pompa di circolazione secondaria 9;
ï€ un sistema di termoregolazione 10, del tipo a scambiatore di calore;
ï€ un sistema di separazione solido/liquido 11, di tipo MBR (Membrane Biological Reactor).
Con riferimento ai particolari delle figg. 7-8 detto reattore R comprende inoltre:
ï€ un sistema di estrazione 13 del refluo trattato, del tipo adatto a far lavorare a volume variabile il reattore stesso;
ï€ un sistema di estrazione 14 del refluo trattato, alternativo al precedente, del tipo adatto a far lavorare a volume costante il reattore stesso, mediante uno sfioro di troppo pieno 15, comunicante con un serbatoio di servizio 16 a volume variabile, associato ad un pompa di circolazione terziaria 17.
Conformemente all’invenzione, il funzionamento di base del suddetto reattore R può essere così riassunto:
ï€ la condotta I di alimentazione del reattore provvede ad immettere il refluo da trattare nella zona di processo A;
ï€ i diffusori sommersi 5’, presenti nella vasca di ossigenazione A, provvedono ad insufflare nel refluo da trattare un gas di processo (aria atmosferica, ossigeno, ozono o miscele di detti gas) atto a consentire la crescita dei fanghi attivi contenenti i batteri funzionali al voluto processo di trattamento aerobico del refluo stesso;
ï€ la pompa di circolazione primaria 8, cooperando con l’eiettore 6 ed il diversore di flusso 7 eventualmente presenti in una forma di realizzazione dell’invenzione, favorisce la ricircolazione di massa dei fanghi ossigenati tra la vasca di ossigenazione A e la vasca di ossidazione C, attraverso il canale diffusore definente la zona di processo B e le prime e seconde luci di passaggio 12, 4;
ï€ la pompa di circolazione secondaria 9, prelevando ed immettendo il refluo dalla vasca di ossidazione C, favorisce la miscelazione e la sospensione dei componenti SST (Solidi Sospesi Totali) del refluo da trattare, ed anche il trattenimento della parte sedimentabile di tali componenti SST, all’interno della stessa vasca di ossidazione C;
ï€ i diffusori sommersi 5, situati in prossimità del fondo della vasca di ossidazione C, provvedono ad insufflare nel refluo da trattare un gas di processo ad azione ossidativa, al fine di consentire l’esecuzione delle reazioni biochimiche aerobiche di demolizione degli inquinanti contenuti nel detto refluo, ad opera dei batteri aerobici contenuti nei fanghi attivi presenti nella stessa vasca di ossidazione C;
ï€ il sistema di termoregolazione 10, permette il controllo della temperatura di processo prevista per l’ottimale esecuzione delle reazioni biochimiche di tipo termofilo;
ï€ il sistema di separazione solido/liquido 11 permette la divisione dei fanghi dal refluo trattato e quindi l’esecuzione di ulteriori trattamenti sul refluo stesso, oppure il suo smaltimento diretto; ï€ i sistemi di estrazione 13, 14 permettono lo scaricamento del refluo trattato dal reattore R, rispettivamente al raggiungimento di un livello prefissato nel reattore R o continuativamente.
La particolare conformazione strutturale del suddetto reattore R determina, all’interno dello stesso, la formazione di:
ï€ un flusso di circolazione primario, di tipo convettivo forzato con movimento veloce discendente, attuato attraverso il canale diffusore B e le prime e seconde luci di passaggio 12, 4 per mezzo dell’azione della pompa di circolazione primaria 8, eventualmente congiunta all’azione dell’eiettore 6 e del diversore di flusso 7;
ï€ un flusso di circolazione secondario, di tipo ascensionale elicoidale con movimento lento, attuato all’interno della vasca di ossidazione C per mezzo dell’azione della pompa secondaria 9, eventualmente congiunta all’azione dell’eiettore 6 e del diversore di flusso 7;
ï€ un flusso di circolazione terziario, di tipo radiale centripeto con movimento periferico lento e movimento centrale veloce e turbolento, attuato all’interno della vasca di ossigenazione A per mezzo delle seconde luci di passaggio 4 appositamente disposte lungo la circonferenza esterna del setto orizzontale 3 interposto tra il cilindro esterno 1 ed il cilindro interno 2 del reattore R,
ove:
ï€ il flusso di circolazione primario à ̈ funzionale alla ricircolazione di massa dei fanghi ossigenati tra la vasca di ossigenazione A e la vasca di ossidazione C, attraverso il canale diffusore B e le prime e seconde luci di passaggio 12, 4;
ï€ il flusso di circolazione secondario à ̈ funzionale alla miscelazione ed alla sospensione dei componenti SST (Solidi Sospesi Totali) del refluo da trattare, ed al trattenimento della parte sedimentabile di tali componenti SST all’interno della vasca di ossidazione C, aumentandone il tempo di ritenzione; ï€ il flusso di circolazione terziario à ̈ funzionale, nella parte periferica lenta, al rilascio di CO2e vapori e, nella parte veloce e turbolenta, alla miscelazione ed al trattenimento e diffusione dei gas di processo (O2e/o O3) immessi nel refluo dai diffusori sommersi 5’.
L’azione congiunta dei tre flussi di circolazione sopracitati risulta atta a determinare una migliore miscelazione dei fanghi all’interno del refluo da trattare presente nel reattore ed un più efficace contatto tra i fanghi stessi e la sostanza organica da abbattere, producendo di conseguenza l’ottimizzazione delle reazioni biochimiche di demolizione degli inquinanti contenuti in detto refluo da trattare e quindi anche una vantaggiosa riduzione dei fanghi di supero normalmente derivanti dai processi di depurazione biologica di tipo aerobico.
All’ottimale formazione dei sopracitati flussi di circolazione contribuiscono le particolari dimensioni attribuite agli elementi costituenti la struttura del reattore R, riportate parametricamente a titolo esemplificativo e non limitativo in fig.2, ove:
ï€ H3 = 1,5 ÷ 2 m;
ï€ H2 = 2 ÷ 3 m;
ï€ H1 = 2/3 D1;
ï€ D1 = 8 ÷ 12 m;
ï€ D2 = 2 ÷ 3 m.
Dalle dimensioni sopracitate dipende inoltre:
ï€ il volume della zona di processo A, pari a VA = 100 ÷ 350 mc; ï€ il volume della zona di processo B, pari a VB = 20 ÷ 85 mc; ï€ il volume della zona di processo C, pari a VC = 330 ÷ 1300 mc; ï€ il volume utile del reattore R, pari a TOT = 450 ÷ 1300 mc;
ï€ il rapporto dei volumi delle zone di processo, pari a VC : VA : VB = 20 : 5 : 1;
ove
ï€ la portata principale definita dalla pompa primaria 8, con eiettore principale, à ̈ almeno pari a Q = VA in m<3>/h;
ï€ la portata secondaria, con eiettori di spinta, à ̈ almeno pari a Q = 1/2 VC in m<3>/h.
In una possibile variante base di realizzazione, mostrata in fig.3, il refluo da trattare à ̈ mantenuto in circolazione tra le zone di processo A, C, B del reattore R per mezzo delle sole pompe di circolazione 8, 9, senza l’ausilio dell’apposito eiettore 6 e del diversore di flusso 7 normalmente previsti all’interno del canale diffusore B.
In un ulteriore possibile variante di realizzazione, mostrata in fig.4, il reattore R comprende diffusori esterni 18, ad alta pressione, del tipo a Tubo di Venturi o similari, operanti sul flusso di circolazione secondario della zona di processo C, allo scopo di incrementare il dosaggio del gas di processo ad azione ossidativa già immesso dai diffusori sommersi 5 nel refluo contenuto nella stessa zona di processo C, e permettere di conseguenza l’esecuzione su detto refluo di reazioni biochimiche termofile ad alto carico ossidativo.
E’ prevista inoltre la possibilità che i diffusori esterni 18 siano alternativi ai diffusori sommersi 5.
Claims (15)
- RIVENDICAZIONI 1) Reattore (R) per il trattamento aerobico termofilo di acque reflue e di fanghi di supero prodotti dalla depurazione di liquami tramite processi biologici, comprendente: ï€ un cilindro esterno (1) chiuso, atto ad essere parzialmente riempito con un refluo liquido da trattare; ï€ un cilindro interno (2) di altezza inferiore a quello esterno (1), aperto superiormente e provvisto di prime luci (12) di passaggio per detto refluo; ï€ mezzi di alimentazione (I) del detto refluo da trattare; ï€ mezzi (5, 5’, 18) per la fornitura di gas adatti ad un processo aerobico; caratterizzato dal fatto che comprende: ï€ un setto orizzontale (3), disposto tra detto cilindro esterno (1) e la sommità di detto cilindro interno (2), provvisto di seconde luci (4) di passaggio per detto refluo, atto a realizzare nel detto reattore (R) tre distinte zone di processo (A, C, B), fluidodinamicamente collegate tra loro; ï€ apparecchiature (6, 7, 8, 9) atte ad indirizzare il flusso del refluo da trattare attraverso le sopracitate zone di processo (A, C, B); ove dette tre zone di processo definiscono rispettivamente: ï€ una vasca di ossigenazione (A); ï€ una vasca di ossidazione (C); ï€ un canale diffusore centrale (B), atto a mettere in reciproca comunicazione la detta vasca di ossigenazione e la detta vasca di ossidazione.
- 2) Reattore (R) secondo la riv.1, caratterizzato dal fatto che le prime luci (12) di passaggio del refluo sono disposte in prossimità della base del cilindro interno (2).
- 3) Reattore (R) secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che le seconde luci (4) di passaggio del refluo sono disposte in prossimità della circonferenza esterna del setto orizzontale (3).
- 4) Reattore (R) secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che comprende diffusori sommersi (5), del tipo di profondità , ad alta pressione, a bolle o similari, ove detti diffusori (5) sono disposti in prossimità del fondo del cilindro esterno (1).
- 5) Reattore (R) secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che comprende diffusori sommersi (5’), del tipo di superficie, a bassa pressione, a bolle o similari, ove detti diffusori (5’) sono disposti al di sopra del detto setto orizzontale (3).
- 6) Reattore (R) secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che comprende un eiettore (6) associato ad un diversore di flusso (7), entrambi posti nella zona di processo (B).
- 7) Reattore (R) secondo la riv. 6, caratterizzato dal fatto che detto eiettore (6) à ̈ posto in corrispondenza dell’ingresso della zona di processo (B) e che detto diversore di flusso (7) à ̈ posto in corrispondenza delle prime luci (12) di passaggio del refluo, per l’uscita dalla zona di processo (B).
- 8) Reattore (R) secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che comprende una pompa di circolazione primaria (8) atta a realizzare nel reattore (R) un flusso di circolazione primario, ove detto flusso primario à ̈ funzionale alla ricircolazione di massa dei fanghi ossigenati tra la vasca di ossigenazione (A) e la vasca di ossidazione (C), attraverso il canale diffusore (B) e le prime e seconde luci di passaggio (12, 4).
- 9) Reattore (R) secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che comprende una pompa di circolazione secondaria (9) atta a prelevare ed immettere il refluo dalla vasca di ossidazione (C) allo scopo di realizzare nel reattore (R) un flusso di circolazione secondario, ove detto flusso secondario à ̈ funzionale alla miscelazione ed alla sospensione dei componenti SST (Solidi Sospesi Totali) del refluo da trattare, ed al trattenimento della parte sedimentabile di tali componenti SST, all’interno della zona di processo (C), aumentandone il tempo di ritenzione.
- 10) Reattore (R) secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che le seconde luci (4) di passaggio del refluo sono atte a realizzare un flusso di circolazione terziario di tipo radiale centripeto all’interno della zona di processo (A), ove detto flusso terziario à ̈ funzionale, nella parte periferica lenta, al rilascio di CO2e vapori e, nella parte centrale veloce e turbolenta, alla miscelazione ed al trattenimento dei gas di processo.
- 11) Reattore (R) secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che comprende un sistema di termoregolazione (10), atto a consentire il controllo della temperatura di processo prevista per l’ottimale esecuzione delle reazioni biochimiche termofile di demolizione degli inquinanti contenuti nel refluo da trattare.
- 12) Reattore (R) secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che comprende un sistema di separazione solido/liquido (11) atto a determinare la divisione dei fanghi dal refluo trattato.
- 13) Reattore (R) secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che comprende un sistema di estrazione (13) del refluo trattato, del tipo adatto a far lavorare a volume variabile il reattore (R) stesso.
- 14) Reattore (R) secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che comprende un sistema di estrazione (14) del refluo trattato, del tipo adatto a far lavorare a volume costante il reattore (R) stesso, ove detto sistema di estrazione (14) comprende uno sfioro di troppo pieno (15), comunicante con un serbatoio di servizio (16) associato ad un pompa di circolazione terziaria (17).
- 15) Reattore (R) secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che comprende diffusori esterni (18), ad alta pressione, del tipo a Tubo di Venturi o similari, ove detti diffusori (18) sono atti ad operare sul flusso di circolazione secondario della zona di processo (C) per fornire i detti gas adatti ad un processo aerobico.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000023A ITCR20120023A1 (it) | 2012-12-14 | 2012-12-14 | Reattore per il trattamento aerobico termofilo di acque reflue e di fanghi di supero prodotti dalla depurazione di liquami tramite processi biologici |
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| IT000023A ITCR20120023A1 (it) | 2012-12-14 | 2012-12-14 | Reattore per il trattamento aerobico termofilo di acque reflue e di fanghi di supero prodotti dalla depurazione di liquami tramite processi biologici |
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| ITCR20120023A1 true ITCR20120023A1 (it) | 2014-06-15 |
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| IT000023A ITCR20120023A1 (it) | 2012-12-14 | 2012-12-14 | Reattore per il trattamento aerobico termofilo di acque reflue e di fanghi di supero prodotti dalla depurazione di liquami tramite processi biologici |
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|---|---|
| IT (1) | ITCR20120023A1 (it) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4112568A1 (en) | 2021-06-29 | 2023-01-04 | Societa' Italiana Acetilene & Derivati S.I.A.D. S.p.A. in breve S.I.A.D. S.p.A. | Recovery of gaseous flows rich in oxygen and ozone in a waste water treatment plant |
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- 2012-12-14 IT IT000023A patent/ITCR20120023A1/it unknown
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