I Sistemi di Ossidazione Biologica, in particolare i Processi a Biomassa Sospesa, sfruttano la capacità dei microrganismi di nutrirsi delle sostanze inquinanti presenti nelle acque reflue. In tutti i Trattamenti Biologici a Biomassa Sospesa, il processo si basa sulla proprietà di alcuni microrganismi, conglobati in colonie che formano i fiocchi del Fango Attivato, di degradare e ridurre la concentrazione delle sostanze inquinanti nello scarico finale depurato.
Questo processo può avvenire sia in assenza di aerazione, come nella denitrificazione anossica, sia in presenza di aerazione, come nell'ossidazione e nitrificazione. Gli impianti a fanghi attivi, noti anche come processi a biomassa sospesa, mantengono le popolazioni batteriche responsabili del trattamento depurativo in sospensione tramite insufflazione d'aria (nei reattori aerati) o mediante mixer (nei reattori anossici o anaerobici).
Caratteristiche e Funzionamento dei Fanghi Attivi
La capacità di formare fiocchi di fango è una caratteristica fondamentale dei processi a fanghi attivi. Questi fiocchi sono una sospensione in acqua di biomassa attiva, composta da batteri saprofiti, protozoi, amebe, rotiferi e altri microrganismi.
Il refluo, dopo i pretrattamenti, viene convogliato in vasche aerate, dove avviene l'abbattimento delle sostanze carboniose. All'interno di queste vasche, dispositivi di aerazione (diffusori) e miscelazione mantengono il fango in sospensione. La turbolenza interna deve bilanciare la formazione dei flocculi e l'ossigenazione dell'acqua per favorire il metabolismo aerobio. È essenziale ossigenare la vasca senza distruggere i fiocchi di fango e i microorganismi al loro interno.
Nei metodi ad Insufflamento d'Aria compressa, l'ampliamento della superficie di contatto gas-acqua si ottiene introducendo bollicine d'aria nella massa liquida a una profondità adeguata.
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Concentrazione dei Fanghi nella Vasca
La scelta della concentrazione di solidi sospesi (SSa) nella vasca di aerazione (KgSS/m3) è vincolata dalle caratteristiche di sedimentabilità del fango attivo. Operare ad alte concentrazioni di fango per ridurre i volumi della vasca è possibile solo se la sedimentabilità lo consente.
L'esperienza indica che i migliori risultati si ottengono con una concentrazione compresa tra 2,5 e 6 kgSSa/m3, con un valore ottimale di 4 kgSSa/m3. La massima concentrazione di fango è determinata dalla massima concentrazione di solidi nel fango di ricircolo e dalla portata di ricircolo stessa. Con i successivi ricircoli, il fango matura, riducendo le sostanze organiche complesse e aumentando quelle semplici.
Il ruolo della biomassa è metabolizzare la sostanza organica e costruire fiocchi di fango capaci di separarsi per gravità dall'acqua nel sedimentatore. Tuttavia, possono verificarsi problemi di sedimentabilità.
Biomasse: Una Panoramica
Le biomasse sono costituite da materiale organico derivato da scarti di piante e animali, rappresentando una forma di energia verde. Trattate adeguatamente, possono essere utilizzate come biocombustibile nelle centrali elettriche.
Residui di legna, scarti agroalimentari, rifiuti organici urbani, ramaglie, alghe marine e scarti degli allevamenti sono materiali organico-vegetali che, una volta raccolti e processati, possono produrre energia elettrica pulita tramite combustione o gassificazione. La combustione delle biomasse emette una quantità di anidride carbonica simile a quella emessa naturalmente durante la fotosintesi, rendendo la produzione di energia da biomasse una strategia valida per ridurre la dipendenza dai combustibili fossili.
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Tipi di Biomasse
- Biomasse vegetali
- Biomasse animali
- Biomasse microbiche
- Biomasse solide
- Biomasse liquide
Processi di Conversione delle Biomasse
- Combustione
- Gassificazione
- Digestione anaerobica
- Pirolisi
Come Funziona una Centrale a Biomasse
Le energie delle biomasse sono rinnovabili e a emissioni zero, riutilizzando prodotti organici di scarto. La produzione di energia elettrica avviene in centrali che utilizzano il vapore generato dalla combustione dei residui agricoli, industriali e urbani.
Il funzionamento è simile a quello delle centrali termoelettriche: i materiali vengono bruciati in una camera di combustione, producendo calore per trasformare l'acqua in vapore. Il vapore fa ruotare una turbina collegata a un alternatore che trasforma l'energia cinetica in corrente elettrica. In molte centrali, il calore prodotto può essere recuperato e utilizzato per riscaldare edifici o produrre acqua calda tramite un impianto di cogenerazione a biomassa, rendendo il processo più efficiente e sostenibile.
Esempi di Utilizzo dell'Energia da Biomasse
L'energia da biomasse ha diverse applicazioni:
- Produzione di energia termica ed elettrica tramite combustione.
- Produzione di biocarburanti come il biofuel, ottenuto da piante come mais, soia, canapa da zucchero, palma o ricavato dai rifiuti, usato come combustibile nei mezzi di trasporto.
Energia da Biomasse in Italia e nel Mondo
La produzione di elettricità da biomasse è in crescita. In Italia, nel 2022, gli impianti a biomassa attivi erano circa 2.700, localizzati principalmente in Lombardia, Veneto ed Emilia Romagna. Nel giugno 2023, il 9,3% dell’energia rinnovabile usata in Italia proveniva da biomasse.
A livello mondiale, nel 2023, la bioenergia costituiva tre quarti dell'uso di energia rinnovabile, con la maggior parte utilizzata per scopi domestici. La capacità complessiva delle centrali installate tra il 2011 e il 2023 è passata da 72.652 MW a 150.261 MW. La Cina è leader con 31.255 MW, seguita dal Brasile con 17.596 MW.
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Nel settore dei biocarburanti, il Brasile è all'avanguardia, con auto in grado di funzionare con benzina, bioetanolo o un mix dei due.
Vantaggi e Svantaggi delle Biomasse
Tra le fonti rinnovabili, le biomasse sono abbondanti e facilmente reperibili, riducendo la dipendenza dai combustibili fossili e i gas serra. La produzione di energia può essere regolata, e il riutilizzo degli scarti agricoli, industriali e urbani riduce i rifiuti destinati alle discariche. Tuttavia, ci sono anche svantaggi come l’impatto ambientale, la produzione di emissioni inquinanti, problemi di qualità e costi.
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