L'UASB (Up-flow Anaerobic Sludge Bed) è un tipo di reattore anaerobico inventato dal professor Lettinga dei Paesi Bassi negli anni '70. Attualmente è uno dei reattori anaerobici efficienti più utilizzati. È ampiamente utilizzato per il trattamento delle acque reflue organiche a media e alta concentrazione, come alcol, birra, macelli e liquami domestici.
Le acque reflue entrano nel reattore in modo uniforme dal fondo e fluiscono verso l'alto attraverso il letto di fango contenente fanghi granulari o flocculanti. In condizioni anaerobiche, i microrganismi decompongono la materia organica e producono biogas composto principalmente da metano e anidride carbonica. Le bolle di gas aderiscono alle particelle di fango e formano un flusso misto "gas-liquido-solido" che sale verso l'alto.
Panoramica dei principi fondamentali
Nel reattore UASB, le acque reflue vengono introdotte nel fondo del reattore nel modo più uniforme possibile e fluiscono verso l'alto attraverso il letto di fango contenente fanghi granulari o flocculanti. Le reazioni anaerobiche si verificano quando le acque reflue e le particelle di fango entrano in contatto. Il metano e l'anidride carbonica prodotti in condizioni anaerobiche provocano la circolazione interna, che favorisce la formazione e il mantenimento di fanghi granulari.
Generazione e separazione del gas
Alcuni dei gas formati nello strato di fango aderiscono alle particelle di fango e salgono verso la parte superiore del reattore. Il fango che risale in superficie colpisce il fondo della piastra di emissione dei gas del separatore trifase-, provocando il desorbimento delle bolle di gas attaccate. Dopo il rilascio del gas, le particelle di fango si depositano sulla superficie del letto di fango, mentre il gas viene raccolto nella camera di raccolta del gas del separatore trifase.
La funzione del separatore a tre-fasi
Il separatore tri-fase è l'apparecchiatura più importante del reattore UASB, installato nella parte superiore del reattore e divide il reattore in una zona di reazione inferiore e una zona di sedimentazione superiore. Il suo scopo principale è quello di separare efficacemente il biogas prodotto dal letto dei fanghi. Soprattutto in condizioni di carico elevato-, una piastra riflettente viene posizionata sotto la camera di raccolta del gas per impedire al biogas di fuoriuscire attraverso gli spazi tra le camere di raccolta del gas nella camera di sedimentazione. I deflettori contribuiscono inoltre a ridurre la turbolenza del liquido causata dall'elevato tasso di produzione di gas nella camera del reattore.
Circolazione e reazione dei fanghi
I fiocchi di fango accumulati sul separatore trifase- supereranno, in una certa misura, la forza di attrito che li mantiene sulla parete inclinata e scivoleranno nuovamente nella zona di reazione. Questa parte del fango reagirà con la materia organica in entrata. Il principio del sistema USAB è quello di formare fiocchi di fanghi con buona prestazione di sedimentazione e combinarli con il sistema di sedimentazione dei fanghi posto nel reattore per separare gas, liquido e solido, formando e mantenendo fanghi con buona prestazione di sedimentazione (fanghi granulari o flocculanti), che è il punto fondamentale per il buon funzionamento del sistema USAB.
Tabella dei parametri del reattore anaerobico UASB
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Parametri |
Gamma consigliata |
Spiegazione/Impatto |
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Temperatura |
35–38 gradi; |
Influisce sull'attività microbica |
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Valore del pH |
6,8–7,8 (ideale 7,0–7,2) |
Un valore troppo basso porta all'acidificazione; troppo alto inibisce i batteri metanogeni |
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Tasso di carico organico (OLR) |
5–20 kgCOD/(m³·d),fino a 30–50 |
Le acque reflue altamente degradabili possono utilizzare un valore più elevato |
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Tempo di residenza idraulica (HRT) |
Da diverse ore a diversi giorni (a seconda della qualità dell'acqua) |
Le acque reflue ad alta-concentrazione richiedono una HRT più lunga |
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Velocità di flusso ascendente |
0.5–10 m/h |
Controlla l'accumulo dei fanghi e l'effetto di miscelazione |
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Concentrazione dei fanghi (VSS) |
10–30 g/L |
L'elevata concentrazione favorisce il mantenimento dei fanghi granulari |
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Alcalinità |
1000–5000 mg/l |
Tampone il pH e previene l'accumulo di acido |
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Tasso di rimozione COD |
70%–90% |
Dipende dalla concentrazione dell'affluente e dalle condizioni operative |
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Volume di produzione di gas |
~0,35 m³/kgCOD |
Il gas anaerobico contiene il 60%–80% di metano |
Scenari applicativi dei reattori anaerobici UASB
Industria alimentare e delle bevande
Per le acque reflue ad alto contenuto di COD generate da impianti di alcol, birrifici, impianti di acido citrico e impianti di lavorazione di succhi, UASB può rimuovere efficacemente la materia organica e recuperare energia dal metano.
Industria farmaceutica
È stato applicato con successo in progetti di grandi aziende farmaceutiche per le acque reflue organiche difficili da-a-degradare prodotte durante la produzione di antibiotici, penicillina, vitamine, ecc.
Industria della carta e dell'amido
Per acque reflue con elevati solidi sospesi e carico organico, ha un'eccellente resistenza agli urti ed efficienza di trattamento.
Acque reflue di allevamenti e macelli
Applicabile al trattamento delle acque reflue di bestiame e pollame e delle acque reflue dei macelli, che può ridurre significativamente il contenuto di COD e azoto ammoniacale.
Trattamento delle acque reflue domestiche
Particolarmente adatto per liquami domestici urbani o rurali a bassa e media concentrazione, con evidenti vantaggi in termini di risparmio energetico e riduzione dei fanghi.
Acque reflue mediche e chimiche
Utilizzato per il trattamento delle acque reflue mediche contenenti inquinanti organici e alcune acque reflue chimiche, combinato con il successivo processo aerobico, può raggiungere uno scarico standard.
Caratteristiche del reattore anaerobico UASB
Il letto di fanghi nel reattore anaerobico UASB ha una grande biomassa, con una concentrazione fino a 20-30 g/L. Il tasso di carico volumetrico è relativamente alto. In condizioni di fermentazione mesofila è generalmente pari a circa 10 kg CODcr/(m³·d). Il tempo di ritenzione idraulica delle acque reflue nel reattore è breve e può rimuovere efficacemente la materia organica nelle acque reflue industriali. Il tasso di rimozione del COD può raggiungere oltre il 90%.
Il reattore anaerobico UASB non richiede una vasca di sedimentazione o un dispositivo di ritorno dei fanghi. Non è necessario alcun riempitivo e non è richiesto alcun dispositivo di agitazione meccanica nella zona di reazione. Ciò consente di risparmiare sugli investimenti in apparecchiature e sul consumo di energia operativa. Inoltre, la produzione di fanghi è bassa, riducendo così i costi di trattamento dei fanghi.
Può adattarsi a grandi fluttuazioni nella qualità e nella quantità delle acque reflue industriali e ha una forte tolleranza alle fluttuazioni significative della concentrazione di COD. Può funzionare stabilmente in una certa misura.
Può convertire la materia organica nelle acque reflue in biogas. Il biogas ha un elevato valore di utilizzo e può essere utilizzato come combustibile per la produzione di energia, il riscaldamento, ecc., ottenendo il riciclaggio e l’utilizzo dell’energia.
Il reattore anaerobico UASB integra la reazione biologica e la separazione della sedimentazione. Generalmente è necessario anche un dispositivo di agitazione. Il flusso ascendente e il flusso ascendente generati dal biogas svolgono il ruolo di agitazione. La struttura è semplice e il funzionamento e la manutenzione sono convenienti.
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