ITUD970148A1 - Procedimento per il trattamento di acqua di rifiuto per sedimentazione flocculante - Google Patents
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Description
Descrizione del trovato avente per titolo: " PROCEDIMENTO PER IL TRATTAMENTO DI ACQUA DI RIFIUTO PER SEDIMENTAZIONE FLOCCULANTE"
CAMPO DI APPLICAZIONE
Forma oggetto del presente trovato un procedimento per il trattamento di acqua di rifiuto per sedimentazione flocculante come espresso nella rivendicazione principale.
Il trovato si riferisce ad un procedimento di trattamento dell'acqua di rifiuto attraverso un processo di fango attivo per purificare acqua di rifiuto, sia essa di origine industriale oppure domestica, decomponendo i materiali organici della stessa usando batteri aerobi.
STATO DELLA TECNICA
E’ largamente noto purificare acqua di rifiuto contenente materiali-organici attraverso un processo di fango attivo.
Nel processo di fango attivo, i materiali organici nell'acqua di rifiuto sono digeriti da microrganismi in una vasca di aerazione e, successivamente.
l'acqua di rifiuto viene trasferita ad una vasca di sedimentazione ove i microrganismi flocculati vengono precipitati e separati.
Il supernatante è, qualora necessario, ulteriormente purificato prima dello scarico, ad esempio in un corso d'acqua, o prima del riutilizzo. Occasionalmente, viene utilizzata la centrifugazione in alternativa alla vasca di sedimentazione .
Un procedimento per la purificazione viene illustrato in un brevetto giapponese KOKAI 53-122249 che comprende l'aggiunta di un agente flocculante ad un supernatante per flocculare i microrganismi residui, scaricando il gas di diossido di carbonio nel supernatante in condizioni di pH 4,5 o inferiore e, poi, regolando il pH del supernatante ad una regione neutra in cui il concentrato librato di ammoniaca è di 1,5 ppm (parts per million "parti per milione") o inferiore.
Un altro procedimento per la purificazione viene illustrato nel brevetto giapponese KOKOKU 64-4837 che prevede l'aggiunta di un agente flocculante inorganico ed un agente flocculante polimero organico al supernatante per formare fiocchi di fanghiglia e, successivamente , prevede la separazione dei precipitati dei fiocchi di fanghiglia per ottenere acqua purificata.
Gli inventori hanno riportato i risultati di ur trattamento di acqua di rifiuto eseguito in una fabbrica di produzione di acido glutammico comprendente il trattamento dell'acqua di rifiuto con un processo di fango attivo, aggiungendo un agente flocculante al supernatante per flocculare materiali organici residui, pigmenti, ecc ., separando i fiocculati precipitati e, successivamente, trattando il supernatante con carbonio attivato (KOGAI TO TAISAKU, Volume 27, NO.
8, pag. 759-763, 1991).
Nella relazione sono stati riportati anche i rapporti tra il tipo di agente flocculante ed il pH ed il grado di decolorazione o precipitabilità dei fiocculati.
Generalmente lo scopo del trattamento dell'acqua di rifiuto è quello di eliminare gli elementi di contaminazione in modo sicuro ed efficiente mediante mezzi non dispendiosi.
II procedimento descritto nel brevetto giapponese KOKAI 53-122249, invece, purifica l’acqua di rifiuto in modo sofisticato per risolvere i problemi dell'acqua di scarico trattata con un processo di fango attivo in ambienti ove sono presenti pesci. Questo procedimento utilizza una combinazione di un agente flocculante inorganico ed un agente flocculante polimero ma non prevede la loro aggiunta in due fasi con pH variante.
Il procedimento descritto nel brevetto giapponese KOKOKU 64-4837 migliora il trattamento di carico elevato di fanghiglia attivata e la concentrazione della precipitazione di fanghiglie flocculate dal supernatante.
Aumentando la concentrazione di materie sospese, si ottiene il trattamento di carico elevato e usando in modo flocculante un agente flocculante inorganico ed un agente flocculante polimero organico si migliora la flocculazione dei fiocchi.
In questo procedimento l'agente flocculante inorganico e l'agente flocculante polimero organico vengono aggiunti in un secondo tempo.
Comunque, il pH viene regolato a 5 e questo procedimento non prevede il trattamento in due fasi con pH variante.
ESPOSIZIONE DEL TROVATO
Il presente trovato é espresso e caratterizzato nella rivendicazione principale.
Le rivendicazioni secondarie espongono varianti all'idea di soluzione principale.
Lo scopo principale del trovato è fornire un procedimento di trattamento di acqua di rifiuto capace sia di migliorare in modo considerevole l'azione flocculante di sospensoidi mediante mezzi semplici ed economici che di eliminare i sospensoidi in modo sicuro ed efficace con un processo di flocculazione per separare sospensoidi dal supernatante ottenuto dalla separazione di fanghi attivi.
La proponente ha studiato a fondo ed attentamente un procedimento per ottenere l’obiettivo di cui sopra, ed ha scoperto che possono essere ottenuti fiocchi eccellenti in flocculazione e sedimentazione usando un agente flocculante inorganico ed un agente flocculante polimero anionico in due fasi con pH variante e prevedendo un periodo di maturazione dopo il trattamento con l'agente flocculante inorganico nella prima fase.
Il trovato prevede un procedimento di trattamento di acqua di rifiuto che comprende l'aggiunta di un agente flocculante inorganico all'acqua di rifiuto trattata con processo di fango attivo regolando l’acqua di rifiuto con un pH compreso tra 4,0 e 5,0, mantenendo l'acqua di rifiuto in questo stato per almeno 1 minuto, regolando l'acqua di rifiuto con un pH compreso tra 5,5 e 9,0, aggiungendo un agente flocculante polimero anionico per generare fiocchi e separando i fiocchi per ottenere supernatante.
ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI
Le figure allegate sono fornite a titolo esemplificativo non limitativo ed illustrano due soluzioni preferenziali del trovato.
Nella tavola abbiamo che:
- la fig. 1 illustra schematicamente il dispositivo realizzante il procedimento secondo il trovato nel seguito descritto nell'esempio 4.
- la fig. 2 illustra schematicamente una variante di fig.1.
DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Le acque di rifiuto trattabili con il procedimento secondo il trovato sono del tipo contenente materiali organici, ad esempio acque di origine industriale, domestica od altro, sottoponibili a processi di fango attivo.
Il procedimento secondo il trovato è particolarmente, anche se non esclusivamente, utilizzato per il trattamento di acque di rifiuto scaricate da fabbriche impieganti varie fermentazioni animino acide come, ad esempio, quella dell'acido glutammico.
Dal trattamento dell'acqua di rifiuto con un processo di fango attivo si ottiene dell'acqua nella quale i materiali organici sono stati digeriti dai batteri viventi nel fango attivo dopodiché il fango attivo viene separato.
Sebbene siano noti vari processi di fango attivo, il procedimento secondo il trovato è sempre applicabile indipendentemente dal tipo di processo di fango attivo utilizzato.
La separazione dei fanghi può avvenire per sedimentazione oppure per centrifugazione.
La concentrazione di sospensoidi nell'acqua di rifiuto, dopo il trattamento della stessa mediante processo di fango attivo, è di circa 10-200 mg/1. Nella soluzione preferenziale del trovato, la concentrazione di sospensoidi nell'acqua di rifiuto è compresa tra 50 e 100 mg/1.
Le componenti principali dei sospensoidi sono il fango attivo derivante dal processo di separazione ed altri includenti sospensoidi derivanti dall'acqua di rifiuto originale.
Gli agenti flocculanti inorganici possono essere divisi in agenti flocculanti a base di sali di alluminio ed agenti flocculanti a base di sali di ferro.
Gli agenti flocculanti a base di sale di alluminio includono il solfato di alluminio, l'alluminato di sodio, l'alluminato di magnesio, il cloruro a base di alluminio (cloruro di polialluminio) e simili. Gli agenti flocculanti a base dì sale di ferro includono il solfato ferroso, il solfato ferrico, il solfato di poliferro, il cloruro ferrico e simili. Inoltre, sono utilizzabili anche l'allume, 1 'idrossido di calcio, il cenerino e simili.
Nel trovato, l'agente flocculante inorganico può essere usato come singolo o come miscela di due o più agenti flocculanti.
Gli agenti flocculanti inorganici preferenziali sono quelli a base di sale di ferro, specialmente il cloruro ferrico, tenuto conto della eccellente sedimentazione dei fiocchi che produce.
La concentrazione dell’agente flocculante inorganico dipende da vari fattori, ad esempio in base al tipo e, in generale, è compresa tra 10 e 500 ppm dell'acqua di rifiuto.
Nel caso di cloruro ferrico, ad esempio, una quantità idonea è compresa tra 100 e 300 ppm.
Dopo l'aggiunta dell'agente flocculante inorganico il pH dell'acqua di rifiuto è regolato a 4,0-5,0. Nella soluzione preferenziale del trovato, il dell'acqua di rifiuto è regolato tra 4,3 e 4,7.
L'acido o gli alcali usati per la regolazione del pH possono essere quelli convenzionali come, ad esempio, l'acido solforico, l'acido cloridrico, l'idrossido di sodio e l'idrossido di calcio.
La regolazione del pH è, in breve, condotta in modo tale che il pH dell'acqua di rifiuto rientri nella gamma di cui sopra in seguito all'aggiunta dell'agente flocculante inorganico.
Per esempio, il pH dell'acqua di rifiuto diventa di 2,5-3,5 quando viene aggiunto circa il 40% della soluzione di cloruro ferrico all'acqua di rifiuto dopo essere stata trattata con processo di fango attivo in una concentrazione di 100-300 ppm.
In seguito l'acqua di rifiuto viene regolata tra pH 4,0 e 5,0 aggiungendo idrossido di sodio.
Dopo l'aggiunta dell’agente flocculante inorganico e la regolazione del pH tra 4,0 e 5,0, l'acqua di rifiuto viene maturata mantenendo questa condizione per 1 minuto o più.
Nella soluzione preferenziale del trovato, l’acqua di rifiuto viene maturata per 2 minuti o più.
La maturazione viene condotta allo scopo di permettere ai fiocchi dei sospensoidi di crescere. Il limite superiore del periodo di maturazione, in generale minore od uguale ad un'ora, viene fissato tenendo conto della crescente velocità dell'effetto di maturazione e dell 'utilizzo effettivo del dispositivo.
Nella soluzione preferenziale del trovato, il limite superiore del periodo di maturazione é fissato a 10 minuti o meno.
Nel caso che la maturazione venga eseguita in modo discontinuo, l'acqua di rifiuto contenuta nella vasca viene lasciata ferma, oppure lentamente agitata, sì che i fiocchi non si rompano.
Nel caso di operazione continua viene utilizzata una vasca di maturazione, oppure un tubo di grosse dimensioni, nella quale l'acqua di rifiuto viene mantenuta, o fatta transitare, per un periodo stabilito.
Dopo la maturazione il pH dell'acqua di scarico viene regolato tra 5,5 e 9,0 con l'aggiunta di alcali.
Tenendo conto della decolorazione dell'acqua di rifiuto il limite superiore del pH è 7 o minore.
Nella soluzione preferenziale del trovato il limite superiore del pH è 6,5 o minore.
Gli alcali possono essere di tipo convenzionale come, ad esempio, l’idrossido di sodio o 1'idrossido di calcio.
Secondo il trovato può essere eseguita prima la regolazione del pH e poi l'aggiunta dell'agente flocculante polimero anionico o viceversa.
Gli agenti flocculanti polimero anionici includono l'alginato di sodio, la carbossimetilcellulosa di sodio, il poliacrilato di sodio, il sedimento idrolizzato parziale di poi iacrillamide , i copolimeri di acido maleico e simili.
Nella soluzione preferenziale viene utilizzato il sedimento idrolizzato parziale di poiiacrilammide. Secondo una variante del trovato, vengono utilizzati due o più agenti flocculanti polimero anionici.
La concentrazione ottimale dell'agente flocculante polimero anionico dipende da vari fattori, ad esempio dal tipo, ma, in generale, è compresa tra 0,5 e 5 ppm.
Nella soluzione preferenziale del trovato, la concentrazione dell'agente flocculante polimero anionico è compresa tra 1 e 3 ppm.
Nel caso di sedimento idrolizzato parziale di poliacrilammide , ad esempio, la concentrazione ottimale è compresa tra 1 e 2 ppm.
Secondo una variante, l'agente flocculante polimero anionico viene aggiunto in una forma di soluzione acquosa con una concentrazione compresa tra 0,5 e 3 g/1.
Nel caso di sedimento idrolizzato parziale di poliacrilammide, ad esempio, la soluzione acquosa presenta una concentrazione compresa tra 1 e 2 g/1.
Con il procedimento secondo il trovato, fondamentalmente, non è necessario controllare la temperatura dell'acqua di rifiuto.
In seguito all'aggiunta dell'agente flocculante polimero anionico, dall'acqua vengono separati i fiocchi formati.
Secondo il trovato, la separazione dei fiocchi formati può avvenire per sedimentazione oppure per centrifugazione; nella soluzione preferenziale, data la sua semplicità di esecuzione ed i costi contenuti, viene preferita la sedimentazione.
Anche il COD (Chemical oxygen demand, richiesta chimica di ossigeno) ed i pigmenti rimanenti nell'acqua di rifiuto vengono rimossi insieme ai fiocchi.
In una variante del trovato, l'acqua di rifiuto privata dei fiocchi viene purificata ulteriormente in relazione all'uso ed alle proprietà che si vogliono ottenere e, successivamente, viene riutilizzata o scaricata ad esempio in un fiume od altro luogo idoneo.
I fiocchi separati dall'acqua di rifiuto, se non diversamente utilizzati, vengono solitamente trattati insieme all'eccesso di fanghiglia.
Secondo il trovato, i fiocchi si ingrandiscono specialmente se assorbono particelle fini durante la maturazione.
Con il procedimento secondo il trovato l'acqua trattata presenta una limpidezza, una cromaticità ed un COD nettamente migliorati.
Inoltre, il sedimento della vasca di sedimentazione può essere compattato grazie al miglioramento nella precipitabilità dei fiocchi di dimensione crescente.
Di seguito verranno esposte alcune prove comparative eseguite utilizzando il procedimento secondo il trovato.
In una prima prova, un litro di acqua di rifiuto trattata con un processo di fango attivo di pH 6,5 è stato messo in un bicchiere del volume interno effettivo di 11, di dimensione di 11 cm di diametro e 15 cm di altezza e posto su un tester a vaso (tipo Un bastoncello di agitazione fornito di 2 lame di agitazione di larghezza 10 mm e lunghezza 5 cm è stato ivi introdotto e l'acqua di rifiuto è stata agitata ad una velocità di rotazione di 150 rpm (giri al minuto primo).
E' stato inserito un misuratore del pH, ed il pH dell'acqua di rifiuto è stato regolato a 6,0 aggiungendo acido solforico.
Sono stati aggiunti 2 mi di una soluzione di 100 mg/1 di cloruro ferrico ed agitati rapidamente per circa 1 minuto.
Il pH dell'acqua di rifiuto, che era stato abbassato a circa 3,4 con l'aggiunta di cloruro ferrico, è stato regolato a 4,5, aggiungendo idrossido di sodio, e maturato per 2 minuti.
Successivamente, il pH dell'acqua di rifiuto è stato regolato a 6,0, aggiungendo idrossido di sodio, e sono stati aggiunti 2 mi di agente flocculente polimero anionico con concentrazione di lmg/ml (sedimento idrolizzato parziale di poi iacr ilammide "Evergrows A-151" Ebara Corporation).
Dopo aver agitato rapidamente per circa 1 minuto, la velocità di rotazione è stata diminuita a 50 rpm e si è poi proceduto con l'agitazione lenta per circa 2 minuti mentre i fiocchi crescevano.
Il- bastoncello di agitazione è stato tolto, i fiocchi sono stati fatti precipitare lasciando l'acqua di rifiuto ferma per 5 minuti ed il supernatante è stato separato.
Il COD e la cromaticità del supernatante sono stati misurati.
Per confronto, lo stesso volume di acqua di rifiuto trattata con processo di fango attivo avente la stessa qualità è stato messo nel bicchiere di forma uguale e posto sullo stesso tester a vaso.
Similarmente, l'acqua di rifiuto è stata regolata a pH 6,0 aggiungendo acido solforico ed è stata aggiunta la stessa quantità di soluzione di cloruro ferrico avente la stessa concentrazione.
L'acqua di rifiuto è stata agitata rapidamente per circa 1 minuto.
Il pH dell'acqua di rifiuto, che era stato abbassato a circa 3,2, è stato regolato a 6,0 aggiungendo idrossido di sodio ed è stata aggiunta la stessa quantità dello stesso agente flocculante polimero anionico con la stessa concentrazione.
Dopo aver agitato rapidamente per circa 1 minuto, la velocità di rotazione è stata abbassata a 50 rpm e l'agitazione lenta è stata continuata per circa 2 minuti mentre i fiocchi crescevano.
Il bastoncello di agitazione è stato tolto, i fiocchi sono stati fatti precipitare lasciando l'acqua di rifiuto ferma per 5 minuti ed il supernatante è stato separato.
Il COD e la cromaticità del supernatante sono stati misurati.
I risultati ottenuti sono stati riassunti nella seguente tabella:
*1 Acqua di rifiuto trattata con processo di fango attivo
Una seconda prova è stata eseguita con le stesse modalità della prima prova ad eccezione del fatto che il pH dell'acqua di rifiuto, che nella prima prova era stato abbassato a circa 3,4 con l'aggiunta di cloruro ferrico, ora è stato regolato a 4,0.
I risultati ottenuti sono stati riassunti nella seguente tabella:
1 Acqua di rifiuto trattata con processo di fango attivo .
Una terza prova è stata eseguita con le stesse modalità della prima prova ad eccezionedel fatto che il pH dell'acqua di rifiuto, che nella prima prova era stato abbassato a circa 3,4 con l'aggiunta di cloruro ferrico, ora è stato regolato a 5,0.
I risultati ottenuti sono stati riassunti nella seguente tabella:
*1 Acqua di rifiuto trattata con processo di fango attivo
Vediamo ora, con l'ausilio delle figg.1-2 una quarta prova in cui la vasca di flocculazione è costituita da quattro camere A-D, nel caso di specie ciascuna avente l,5m di lunghezza, 1 ,5m di larghezza, l,7m di altezza ed un volume interno di 3,8m3, e da una vasca E avente 2m di lunghezza, 3m di larghezza, l,5m di altezza ed un volume interno di 9m<3>, dette vasche A-E essendo collegate tra loro in serie.
In questa quarta prova, l'acqua di rifiuto trattata con processo di fango attivo è stata introdotta nella vasca A, fatta scorrere in successione dentro la vasca B dalla parte inferiore della vasca A, dentro la vasca C dalla parte superiore della vasca B mediante sovrariempimento, dentro la vasca D dalla parte inferiore della vasca C e dentro la vasca E dalla parte superiore della vasca D.
L'acqua di rifiuto traboccata dalla vasca E, attraverso un piano inclinato, è fluita nella vasca di sedimentazione F presentante un diametro di 9m ed un volume di 190m<3 >.
Nella vasca di sedimentazione F i fiocchi sono stati fatti precipitare ed il supernatante è traboccato dalla stessa vasca F come acqua trattata.
Un agitatore rapido è stato installato in ciascuna vasca A-D ed un agitatore lento è stato installato nella vasca E.
Inoltre, un misuratore di pH è stato installato in ciascuna vasca A o B e nella vasca C.
In un procedimento comparato, è stata usata l'apparecchiatura illustrata nella fig.2; l'acqua di rifiuto presentante pH di circa 6,5 e trattata con processo di fango attivo è stata introdotta nella vasca A con un volume di 2.000 m<3>/giorno.
Il pH dell'acqua di rifiuto è stato in questo caso regolato a 6,0 aggiungendo acido solforico.
Alla vasca B è stato aggiunto il 40% di soluzione di cloruro ferrico in una concentrazione di 300 ppm ed alla vasca C il pH abbassato a 3,2 è stato regolato a 6,0 aggiungendo idrossido di sodio.
Alla vasca D l’agente flocculante polimero anionico (sedimento idrolizzato parziale di poliacrilammide "Evergrows A-151", Ebara Seisakusho) è stato aggiunto in una concentrazione di 3 ppm per generare fiocchi ed nella vasca E i fiocchi sono stati fatti maturare per crescere.
Nella vasca di sedimentazione F i fiocchi sono stati separati mediante sedimentazione e l'agente flocculante è stato scaricato come acqua trattata.
In un'altra prova è stato usato il dispositivo illustrato in fig.l.
L’acqua di rifiuto della stessa qualità è stata introdotta in una vasca A con gli stessi volumi e con la stessa soluzione di cloruro ferrico in una concentrazione di 200 ppm.
Nella vasca B il pH dell’acqua di rifiuto abbassato a 3,5 è stato regolato a 4,5 mediante misurazione con il misuratore di pH trasferito dalla vasca A.
Nella vasca C il pH dell'acqua di rifiuto è stato regolato a 6,0 aggiungendo idrossido di sodio e nella vasca D è stato aggiunto l’agente flocculante polimero anionico (sedimento idrolizzato parziale di poi iacri lammide "Evergrows A-151", Ebara Corporation) in una concentrazione di 2 ppm per generare fiocchi e nella vasca E i fiocchi sono stati fatti maturare per crescere.
Alla vasca di sedimentazione F i fiocchi sono stati separati mediante sedimentazione e l’agente flocculante è stato scaricato come acqua trattata.
I risultati sono riassunti nella seguente tabella:
Trovato Comparato
*1 Acqua di rifiuto trattata con processo di fango attivo
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1 - Procedimento per il trattamento dell'acqua di rifiuto caratterizzato dal fatto che comprende l'aggiunta di un agente flocculante inorganico ad acqua di rifiuto trattata con processo di fango attivo, la regolazione dell'acqua di rifiuto avvenendo con pH compreso tra 4,0 e 5,0, il mantenimento almeno per 1 minuto dell'acqua di rifiuto in questo stato, la regolazione dell'acqua di rifiuto tra pH 5,5 e 9,0, l'aggiunta di un agente flocculante polimero anionico per generare fiocchi e la separazione dei fiocchi per ottenere il supernatante. 2 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'acqua di rifiuto alla quale viene aggiunto l'agente flocculante inorganico contiene da 10 a 200 mg/1 di sospensoidi. 3 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'agente flocculante inorganico è un agente flocculante a base di sale di alluminio o un agente flocculante a base di sale di ferro. 4 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'agente flocculante inorganico è cloruro ferrico. 5 - Procedimento come alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il cloruro ferrico viene aggiunto in una concentrazione da 100 a 300 ppm. 6 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il mantenimento dell’acqua di rifiuto è compreso tra 2 e 10 minuti. 7 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il pH dell'acqua di scarico alla quale viene aggiunto l'agente flocculante polimero anionico è compreso tra 5,5 e 7,0. 8 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'agente flocculante polimero anionico è un elemento selezionato dal gruppo consistente di alginato di sodio, carbossimetilcellulosa di sodio, poliacrilato di sodio, sedimento idrolizzato parziale di poliacrilairunide e copolimeri di acido maleico. 9 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'agente flocculante polimero anionico è sedimento idrolizzato parziale di poliacrilammide. 10 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'agente flocculante polimero anionico viene aggiunto in una concentrazione compresa tra 0,5 e 3 g/1. 11 - Procedimento come ad una o l’altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che adotta i contenuti di cui alla descrizione ed ai disegni.
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