Esercizi sui depuratori a biomassa adesa

Esercizi sui depuratori a biomassa adesa
11 aprile 2014
1 Un processo a biomassa adesa deve trattare una portata volumetrica Q =
4170 m3 /d di un refluo contenente 430 mg BODL /L. Il BOD del substrato deve
essere ridotto a 5 mg BODL /L. Il reattore è assimilabile a un CMBR con superficie
specifica a = 900 m−1 .
I parametri del biofilm sono:
Y = 0,45 (g VSa )/(g BOD)
b = 0,10 d
−1
Df = 0,75 cm2 /d
bdist = 0,31 d
−1
qmax = 10 (g BOD)/(g VSa ⋅ d)
Ks = 10 (mg BOD)/L
Xf = 25 (mg VSa )/cm3
kc = 160 cm/d
Calcolare il volume del CMBR necessario per la richiesta rimozione del BOD
del substrato utilizzando la soluzione pseudoanalitica del biofilm.
2 Quanti CMBR in serie del volume di 20m3 sono necessari per ottenere la
stessa rimozione del BOD dell’esercizio 1? Tutti i parametri e le rimanenti
condizioni operative sono invariate. Utilizzare la soluzione pseudoanalitica del
biofilm.
3 Un contattore a dischi rotanti può essere assimilato a un sistema di tre
reattori a biofilm completamente miscelati in serie. Ciascun reattore ha una
superficie totale di 104 m2 . La portata da trattare è di 1500 m3 /d e contiene
1
400 mg/L di BOD solubile. I parametri sono:
Y = 0,4 (g VSa )/(g BOD)
qmax = 16 (g BOD)/(g VSa ⋅ d)
b = 0,10 d−1
Ks = 10 (mg BOD)/L
Df = 0,8 cm2 /d
kc = 100 cm/d
bdist = 0,10 d−1
Xf = 25 (mg VSa )/cm3
Stimare la concentrazione di substrato in uscita da ciascun reattore.
4 Risolvere il problema 1 usando le curve normalizzate di carico.
5 Risolvere il problema 2 usando le curve normalizzate di carico.
6 Una corrente di 1000 m3 /d di un refluo contenente 150 mg/L di fenolo deve
essere trattata in un reattore a biofilm fisso. La concentrazione di fenolo in
uscita dal reattore non deve essere superiore a 0,4 mg/L.
I parametri di reazione nel biofilm sono i seguenti:
Y = 0,6 g, VSa /g fenolo
qmax = 9 g fenolo/(g VSa ⋅ d)
Ks = 0,8 mg fenolo/L
b′ = 0,15 d−1
Xf = 20 mg VSa /cm3
Df = 0,64 cm2 /d
Il reattore opera con un rapporto di riciclo molto elevato e può essere quindi
assimilato a un reattore a perfetta miscelazione (CMBR). La superficie del
biofilm per unità di volume del reattore è pari a 107 cm2 /m3 . Il coefficiente di
scambio convettivo di materia è kc = 160 cm/d.
Assumendo che il biofilm sia “profondo”, calcolare il volume del reattore.
Verificare successivamente l’ipotesi di biofilm profondo, usando la soluzione
pseudoanalitica del biofilm.
2
Soluzioni degli esercizi
1 Vedi foglio Excel allegato:
2 Vedi foglio Excel allegato:
3 Vedi foglio Excel allegato:
sf
0.4
s=f(J)
s1
0.3
s [mg/cm3]
s2
s3
0.2
0.1
s1
s2
0
s3
0
1
2
3
4
J [mg/(cm2 d)]
3
5
6
4
smin = Ks
⋆
Smin
=
b′
Yqmax − b′
= 1,0 mg BODL /L
smin
= 0,1
Ks
JR⋆
= 2,7
⋆
Smin
JR⋆ = 0,27
JR = JR⋆ (qmax Xf Ks Df )1/2 = 0,37 mg BOD/(cm2 ⋅ d)
1/2
Ks
K = kc (
)
qmax Xf Df
⋆
= 1,2
⋆
Utilizziamo la curva di carico per Smin
= 0,1 e K⋆ = 1:
4
s
J
= 0,9
smin
JR
J = 0,33 mg BOD/(cm2 ⋅ d)
Q(sf − s)
≅ 600 m3
V=
Ja
=5→
YJ
= 0,36 mg VSa /cm2
b′
b X L aV
xa = dist f f
= 145 mg VSSa /L
Q
Xf L f =
5
5 Partiamo dalla fine della serie, indicando con s1 , s2 , . . . le concentrazioni di
ingresso dell’ultimo reattore, del penultimo, . . . :
s = 5 mg/L → J = 0,33 mg BOD/(cm2 ⋅ d)
Q(s1 − s) − JaV = 0
JaV
s1 =
+ s = 19,2 mg/L
Q
J1
= 3 → J1 = 1,1 mg BOD/(cm2 ⋅ d)
smin
JR
Q(s2 − s1 ) − J1 aV = 0
J aV
+ s1 = 67,1 mg/L
s2 = 1
Q
s1
s2
= 19,2 →
J2
= 8 → J2 = 3,0 mg BOD/(cm2 ⋅ d)
smin
JR
Q(s3 − s2 ) − J2 aV = 0
J aV
+ s2 = 196,6 mg/L
s3 = 2
Q
s3
= 67,1 →
J3
= 15 → J3 = 5,5 mg BOD/(cm2 ⋅ d)
smin
JR
Q(s4 − s3 ) − J3 aV = 0
J aV
+ s2 = 434,0 mg/L > sf
s4 = 3
Q
= 196,6 →
6
La conversione desiderata può essere ottenuta con 4 reattori in serie per
un volume complessivo di 80 m3 . Il risultato è leggermente più alto del valore
ottenuto con la soluzione pseudoanalitica del biofilm a causa degli errori di
arrotondamento.
6 Vedi foglio Excel allegato:
7

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