La modellazione del processo a fanghi attivi - Modulo 3 - Corso avanzato sulla gestione di processo - FAST ...

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 Fondazione Ordine egli Ingegneri di Milano

 Corso di formazione
 IMPIANTI BIOLOGICI
 DI DEPURAZIONE
 35° edizione - 2020

Modulo 3 - Corso avanzato sulla gestione di processo
 11 –12 maggio 2020

La modellazione del processo a fanghi attivi

Roberto Canziani - Politecnico di Milano, DICA Sezione Ambientale

 Roberto CANZIANI 1
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Indice

 • Metabolismo batterico (richiami): stechiometria e
 cinetica

 • Schema dei processi biologici con matrice di Petersen

 • Il Modello ASM 1 della IWA

 • Limitazioni e vincoli del modello ASM1

 • Evoluzione dei modelli (ASM2, ASM2d, ASM3)

 Roberto CANZIANI 2
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Che cosa fanno i microorganismi?

 Nuova biomassa
 METABOLISMO Donatore di elettroni: rilascia e-
 (sintesi, crescita) Accettore di elettroni: riceve e-
 G > 0 G < 0
 Nutrienti Il donatore di e- viene ossidato
 (C,H,O,N,P, -Nutrienti) L’accettore di e- viene ridotto

 ANABOLISMO CATABOLISMO
I microorganismi possono essere classificati in base alla fonte di:
• Carbonio (per la sintesi): CO2 (autotrofi), sost. organica (eterotrofi);
• Energia: luce (fototrofi), energia da rottura di legami chimici (chemotrofi);
• Donatore di elettroni: composti inorganici (litotrofi), organici (organotrofi);
• Accettore di elettroni: O2 (aerobi), NO3- (denitrificanti), SO4= (sulfato-
 riduttori), sostanza organica (es.: metanotrofi)
 Roberto CANZIANI 3
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Stechiometria del metabolismo

 Esempio: NITRIFICANTI
 Autotrofi (C da fonti inorganiche, CO2, HCO3-), chemo-litotrofi (degradano NH4), aerobi
 (necessitano di ossigeno libero)
 • accettore di e- = O2 (ossigeno disciolto in acqua)
 • donator di e- = N ammoniacale (è anche come usato per la sintesi proteica) ossidato a NO3-
 • Formula bruta della biomassa: C5H7O2N

 Substrati: CO2 (autotrofi), O2 (aerobi), NH4+ (chemotrofi) è donatore di e- &
 fonte di N), H+ (per bilancio di carica elettrica)
 Prodotti: nuova biomassa, accettore di elettroni ridotto (H2O), donatore di
 elettroni ossidato (NO3-)

 1 NH 4   2O2  3 H    4CO2  1C5 H 7O2 N  5 H 2O   6 NO3
Da misure sperimentali sulla crescita batterica dei nitrificanti si è trovato che per 1 mole di N
ossidato, 0,1 moli di carbonio vengono fissate in carbonio organico di nuova biomassa

 Roberto CANZIANI 4
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Stechiometria metabolica degli eterotrofi
Eterotrofi (usano C per la sintesi) organotrofi (usano C organico anche come
donatore di e-), aerobi (necessitano di ossigeno libero, accettore di e-)
Invece del C organico si usa il COD, sintetizzando la reazione metabolica con
un semplice BILANCIO DI OSSIGENO (il COD è ossigeno):
 substratI: S1, Si, ..Sn
 nuova biomassa, Y·X
 S + (1-Y) · O2  Y · X

• S = substrato organico (donatore di e-, mgCOD)
• O2 = ossigeno (accettore di e-, mgCOD)
• X = biomassa (mgCOD)
 prodotti: P1, Pi, ..Pn
Ciò significa che, per unità di energia chimica contenuta nel donatore di elettroni S:
 • una frazione = Y (growth yield, resa cellulare) è convertita in nuova biomassa
 • una frazione = (1-Y) è ossidata per fornire alla cella l’energia per crescere

 Roberto CANZIANI 5
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Unità di misura: da moli a grammi
La massa di una mole di composti chimici corrisponde al peso molecolare in
grammi:
 1 mol NH4+ = 14 gN
 1 mol O2 = 32 gO2
 1 mol NO3- = 14 gN
 Chi sa dirmi
Ma…
 come esprimere
 il COD??

 Roberto CANZIANI 6
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Stechiometria metabolica degli eterotrofi organotrofi

 COD = chemical oxygen demand
ossigeno richiesto per ossidare composti organici a CO2 e H2O
L’accettore di elettroni che si riduce è l’ossigeno.
L’ossigeno richiesto è proporzionale agli elettroni trasferiti ed esprime
il “grado di riduzione” o “energia chimica” di quel composto. Per
evidenziare gli e-, usiamo H+:
 O2 + 4e- + 4H+  2 H2O
 cioè: 4 moli e- = 1 mole O2 = 32 g O
 e quindi: 1 mole e- = 8 g O = 8 g COD
(Lo stesso si potrebbe fare con C, ma è meno immediato, perché coinvolge diversi
livelli di ossidazione del C - sostanza organica e CO2 - ma il risultato è lo stesso)
 Roberto CANZIANI 7
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Stechiometria metabolica degli eterotrofi
 Il COD (= chemical oxygen demand) può essere:
 • calcolato in via teorica conoscendo la composizione chimica del substrato
 organico
 • misurato con il metodo al bicromato (classico o in cuvette) se la
 composizione non è nota (acque di scarico))
 • Esempio: come esprimere la biomassa (C5H7O2N) in termini di COD.
 C5 H7 O2 N  a  O2  b  CO2  c  H2O  d  NO3  e  H 
L’ossidazione completa della biomassa a CO2, (si può andare fino a NO3 , oppure fermarsi alla sola
ossidazione dle C) deve essere bilanciata:
 Bilancio di C: b=5; bilancio di H: c=3;
 Bilancio di O: a=7; Bilancio di N: d=1;
 Bilancio delle cariche d= e=1;

 C5H7O2N + 7 O2  5 CO2 + 3 H2O + 1 NO3- + 1 H+
Quindi:
1 mmol C5H7O2N = 7·32 mgCOD = 224 mgCOD; poichè 1 mmol C5H7O2N = 113 mg
224/113 = 1.98 mg COD/mg biomassa (1.42 senza ossidazione di N a NO3-)
 Roberto CANZIANI 8
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Cinetica generale dei processi biochimici

 dove:
 µmax =

 Crescita netta (crescita – scomparsa):

 Roberto CANZIANI 9
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Cinetica generale dei processi biochimici

Nel caso in cui la disponibilità di substrato sia elevata e S>>KS la crescita
della biomassa avviene in modo illimitato seguendo l’espressione cinetica

La variazione del substrato dovuto alla crescita della biomassa viene ricavata
introducendo il fattore di resa cellulare o coefficiente di crescita cellulare
(Y):

 Velocità di rimozione del substrato

 Roberto CANZIANI 10
Modelli ASM – notazione e descrizione

• Perché usare i modelli
• Notazione dei modelli in modalità «matriciale»
• ASM 1 – Componenti
• ASM 1 – Processi
• ASM 1 - Potenzialità e limiti del modello ASM1
• Parametri di default
• Calibrazione (cenni preliminari)

 Roberto CANZIANI 11
Perché usare i modelli?

Che cos’è un modello?
Rappresentazione sistematica di un fenomeno reale o un insieme di fenomeni
(sistema fisico)
Perché modellare?
Per descrivere il fenomeno in termini quantitativi e disporre di un supporto
decisionale
Qual è il modello perfetto?
Il più semplice - che fornisca un efficace supporto!
Quali sono le caratteristiche di un modello efficace?
- Basato su fondamenti scientifici noti
- uso prudente della conoscenza empirica
- include solo gli elementi essenziali (e di interesse) del sistema che si intende
 modellare
- coerente con le pratiche operative
 Roberto CANZIANI 12
Perché usare i modelli?

Quali fattori limitano l’applicazione di un modello?

-Conoscenza della struttura del sistema

-Conoscenza delle parametri biologici del sistema

-Capacità computazionale (a volte)

Chi può avere l’esigenza di un modello?
Un progettista
Un ingegnere di processo
Un ingegnere di controllo
Un operatore
Un ricercatore
Un consulente energetico

 Roberto CANZIANI 13
Modellare i processi biologici

A che serve il modello?
• Comprendere i meccanismi dei processi
• NON A PROGETTARE (bastano procedure su fogli elettronici,
 tipo quella del Metcalf o dell’ATV),
• Semmai per VERIFICA (ma solo con dati realistici da inserire)
• Ausilio al monitoraggio e al controllo di processo
• Ausilio alla gestione, con strumenti ad hoc
a solo titolo di esempio:
 https://www.hydromantis.com/SimuWorks.html
 https://www.environmental-expert.com/software/simuworks-flight-simulator-
 for-water-and-wastewater-treatment-plants-3511

 Roberto CANZIANI 14
I modelli della famiglia ASM – bilanci di materia

I modelli ASM sono formulati sulla base di bilanci di materia

Le equazioni legano i rapporti stechiometrici tra le diverse componenti
del sistema e le cinetiche di rimozione.

Le principali assunzioni semplificative alla base dei modelli matematici
ASM adottate sono:

1 - tutti gli organismi di una data specie sono uguali all’interno di un
reattore del sistema;

2 - i fenomeni stocastici possono essere trascurati, cioè si trascurano le
 differenze casuali nell’evoluzione delle biocenosi tra popolazioni dello
 stesso tipo (autotrofi ed eterotrofi) – es.: non si modella
 l’adattamento della biomassa a substrati diversi «dai soliti»

 Roberto CANZIANI 15
I modelli della famiglia ASM – bilanci di materia

Variazione = (influente) + (produzione a seguito di reazioni)
– (effluente) – (consumo a seguito di reazioni)

 Roberto CANZIANI 16
Notazione matriciale dei modelli (matrice di Petersen)

 La notazione matriciale permette di semplificare la descrizione dei diversi processi
 biochimici che possono avvenire simultaneamente nei sistemi ambientali
 Matrice di Petersen
 Cj
 i j

 i aij

ai,j = “vuota”, se la componente Cj non è modificata dal processo Pi

ai,j < 0, se la componente Cj è un substrato consumato dal processo Pi

ai,j > 0, se la componente Cj è un prodotto del processo Pi

 Roberto CANZIANI 17
Notazione matriciale dei modelli (matrice di Petersen)

Esempio: Reazione enzimatica

 d [Cj ] m
 rCj    ai , j  ri
 dt i 1

 Roberto CANZIANI 18
Notazione matriciale dei modelli (matrice di Petersen)

Proprietà

ai,j possono essere adimensionali se tutte le componenti sono
espresse nelle stesse unità oppure possono avere diverse unità di
misura in funzione di quelle delle componenti
Nel caso siano tutte adimensionali per la conservazione della massa
deve essere: somma reagenti (0) = 0:
 n
 RIGHE i :  ai , j  0
 j 1

 Inoltre la velocità di variazione di ciascun componente dovuta alla
 compresenza simultanea di tutti I processi che lo coinvolgno sarà:

 d [C j ] m
 COLONNE j : rCj    ai , j  ri
 dt i 1

 Roberto CANZIANI 19
The Activated Sludge Model - International Water
 Association (IWA)

 Roberto CANZIANI 20
La famiglia di modelli ASM

Nel 1983 l’International Association on Water Pollution and Control (IAWPRC)
ha costituito una “task Group on Mathematical modelling for Design and
Operation of Actived Sludge Process” con l’obiettivo di promuovere lo sviluppo
di modelli da applicare per la progettazione e per la gestione dei sistemi
biologici di trattamento delle acque reflue. I modelli messi a punto sono:

ASM1 (1987): organic substrate and ammonia removal

ASM2 (1995): COD, NH4 and P biological removal

ASM2d (1999): ASM2 with introduction of PAO denitrification

ASM3 (2000): ASM1 with biomass storage effect

 Roberto CANZIANI 21
I modelli della famiglia ASM

 Roberto CANZIANI 22
ASM 1 – Ipotesi fondamentale

Substrato solubile Decadimento della biomassa
 (alla “Metcalf & Eddy”)
 Schema black box (direct-death)
 Ss
 COD Ss XH bH
 XI
 Prontamente
 biodegradaible

Substrato particolato
 Idrolisi enzimatica Morte rigenerazione
 fp*bH*XH
 Xs
 Ss Ss XH XI
COD particolato
Lentamente COD
biodegradaible Prontamente
 biodegradaible
 Xs (1-fp)*bH*XH

 Roberto CANZIANI 23
ASM 1 – Schema dei processi

 Roberto CANZIANI 24
ASM 1 – simboli

Simboli
Componenti particolati = X; Componenti solubili = S
Pedici definiscono i componenti specifici:
 XH (Heterotrophic biomass);
 XAUT (Autotrophic biomass);
 XPAO (Polyphosphate accumulating
 bacteria);
 XTSS (total suspended solids)…

 SNH4 (Ammonia nitrogen);
 SO2 (Dissolved Oxygen);
 SPO4 (soluble phosphate);
 SI (inert soluble material)…

 Roberto CANZIANI 25
ASM 1 - generalità

• 13 componenti
sostanza organica solubile (biodegradabile e
 non) e particolata (biodegradabile e non,
 particolato prodotto dal decadimento),
 composti azotati, biomasse (autotrofa ed
 eterotrofa) , ossigeno, alcalinità)

• 8 processi: (crescita e decadimento della
 biomassa autotrofa ed eterotrofa,
 crescita anossica della biomassa
 eterotrofa, idrolisi del particolato organico
 e di quello azotato, ammonificazione
 dell’azoto organico solubile)

• 4 parametri stechiometrici (YA,YH, fp, ixB)

• 13 costanti cinetiche

 Roberto CANZIANI 26
ASM 1 – notazione matriciale completa
 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 componenti

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 processi
Numero di colonne = 13 componenti

Numero delle righe = 8 processi

Ultima colonna = equazioni cinetiche (1 per ogni processo)

Coefficienti stechiometrici = le caselle non vuote (30);
 Roberto CANZIANI 27
ASM 1 – notazione matriciale completa

Numero di colonne = numero delle componenti

Numero dei righe = numero di processi

Ultima colonna = equazioni cinetiche

Coefficienti stechiometrici

 Roberto CANZIANI 28
ASM 1 – componenti del modello
Componenti
 n. simbolo

 So Ossigeno

 Salk
 Alcalinità Azoto totale (TN) = TKN (organico + ammoniacale) solubile e
 particolato + azoto nitrico (trascura NO2-)
 Roberto CANZIANI 29
ASM 1 – componenti del modello

Componenti
n. simbolo

 So Ossigeno

 Salk
 Alcalinità

 Roberto CANZIANI 30
ASM 1 – componenti del modello

Componenti
n. simbolo

 Roberto CANZIANI 31
ASM 1 – componenti del modello

 So Ossigeno (mgO2/L) viene indicato come COD NEGATIVO

 Salk
 Alcalinità

 Roberto CANZIANI 32
ASM 1 – componenti del modello

 Processi di crescita della biomassa
 – crescita aerobica degli eterotrofi: (processo 1)
 – Crescita anossica degli eterotrofi: (processo 2)
 – Crescita aerobica degli autotrofi: (processo 3)
 Processi di decadimento della biomassa:
 – decadimento eterotrofi: (processo 4)
 – decadimento autotrofi: (processo 5)

Processi che convertono alcuni substrati in forme direttamente utilizzabili
dalla biomassa
 Ammonificazione dell’azoto organico solubile: (processo 6)
 Idrolisi del COD particolato XS: (processo 7)
 Idrolisi dell’azoto particolato biodegradabile XND: (processo 8)

 Roberto CANZIANI 33
ASM 1 – Processi

Processo 1: crescita aerobica degli eterotrofi
 1 1  YH i
Stechiometria: YH
 SS  (
 YH
 ) SO  iXB S NH  XB S ALK  X BH
 14

1) Una parte del substrato rapidamente biodegradabile è utilizzato per
la crescita; il resto è ossidato per produrre l’energia; questa parte è
responsabile del consumo di ossigeno.
2) La fonte di azoto per la sintesi proteica è l’Ammonio
3) Consumo di alcalinità conseguente all’assunzione di azoto
 ammoniacale in forma indissociata per la sintesi proteica
 NH 4  NH 3  H 
 1 mole di H+ viene rilasciata; consuma 1 mole di alcalinità per ogni
 mole of NH3 (= 14 gN).

 Roberto CANZIANI 34
ASM 1 – Processi

Processo 1: Crescita aerobica degli eterotrofi

  SS   SO 
CINETICA rXbh  ̂H        X BH
  SS  kS   SO  kOH 

La crescita è simulata secondo una reazione di primo ordine rispetto
alla biomassa (XBH) e secondo una cinetica di Monod rispetto ai
substrati SS e SO, che possono limitare la velocità di crescita.

 Roberto CANZIANI 35
ASM 1 – Processi

Processo 2: Crescita anossica degli eterotrofi
 A B
Stechiometria: 1 1  YH i 1 1  YH
 SS  SNO  i XBSNH  ( XB   )SALK  X BH
 YH 2,86  YH 14 14 2,86  YH

Una frazione del substrato facilmente biodegradabile viene utilizzata per la
crescita della biomassa eterotrofa e il resto viene ossidato per produrre
energia, riducendo nitrati (fonte ossidante, accettore di elettroni).
 
 NO3  6 H   5e   1 / 2N2  3H2O
 1 mole di NO3- = 1 mole N = 14 g N;

 5 e- = - 5·8 = 40 g COD, quindi: 1 gN-NO3- = - 40/14 = -2,86 gCOD

Vi è sia consumo di alcalinità (A, per la sintesi, come in P1), sia produzione
(B, per la riduzione dei nitrati)

 Roberto CANZIANI 36
ASM 1 – Processi

Processo 2: Crescita anossica degli eterotrofi:

CINETICA 
 ̂H  
 SS   SNO
   
   KOH 
      g  X BH
  SS  kS   SNO  k NO   KOH  SO 
Come in P1, la crescita è simulata secondo una reazione di primo
ordine rispetto alla biomassa XBH e secondo una cinetica di Monod
per i substrati SS e SO che possono limitare la velocità di crescita.
Si aggiunge una “switching function” (con KOH
ASM 1 – Processi

Processo 3: Crescita aerobica dei batteri autotrofi (nitrificanti)

STECHIOMETRIA
 1 4,57  YA i XB 2 1
 (  i XB ) S NH  O2  (  ) S ALK  X BA  S NO
 YA YA 14 14  YA YA
L’azoto ammoniacale è usato sia come donatore di elettroni (e viene ossidato
ad azoto nitrico) sia come fonte per la sintesi proteica.

Il consumo di alcalinità deriva da entrambi i processi

NH3 + 2 O2  NO3- + H+ + H2O;

1 mole NH3 = 14 g N richiede 2 moli O2 = 64 g O
  1 gN = 64/14 = 4,57 g O;

 Roberto CANZIANI 38
ASM 1 – Processi

Processo 3: Crescita aerobica dei batteri autotrofi (nitrificanti)
  S NH   SO 
CINETICA: ̂ A        X BA
  S NH  k NH   SO  kOA 

la crescita è simulata secondo una reazione di primo ordine rispetto
alla biomassa e di Monod per i substrati SNH e SO che possono
limitare la velocità di crescita.

 Roberto CANZIANI 39
ASM 1 – Processi

Processo 4: Decadimento degli eterotrofi

STECHIOMETRIA:
 X BH  (1  fP )  XS  fP  X P  i XB  (1  fP )  X ND
Il processo è modellizzato secondo l’ipotesi di «morte – rigenerazione»:

gli organismi «morti» diventano particolato organico:
• una parte non è biodegradabile (detrito cellulare XP).
• il resto si aggiunge al substrato lentamente biodegradabile.
• l’azoto organico associato alle proteine degli XBH diventa azoto
 organico particolato.

Non vi è perdita di COD, in quanto nulla viene ossidato, ma solo
trasformato da una forma ad un’altra

 Roberto CANZIANI 40
ASM 1 – Processi

Processo 4: Decadimento degli eterotrofi

CINETICA:
 bH  X BH
Il processo di decadimento segue una cinetica di primo ordine
rispetto alla biomassa.
La sua velocità non dipende dalla presenza o meno di accettori di
elettroni (= ossidanti)
Relazione tra “morte - rigenerazione” e “black box”
bh= kd/[1-YH(1-fp)]
bH = 0,62 d-1 @ 20°C e 0,20 @10°C
YH = 0,67; fp = 0,08
kd = 0,62 * [1 – 0,67*(1 – 0,08)] = 0,24 @ 20°C (black box)
 Roberto CANZIANI 41
ASM 1 – Processi

Processo 5: Decadimento degli autotrofi

STECHIOMETRIA
 X BA  (1  fP )  XS  fP  X P  i XB  (1  fP )  X ND

CINETICA: bA  X BA

 Roberto CANZIANI 42
ASM 1 – Processi

Processo 6: Ammonificazione
 1
STECHIOMETRIA: SND  SNH   SAlk
 14
L’azoto organico solubile biodegradabile è convertito mediante enzimi
extracellulari in azoto ammoniacale. E’ il processo inverso della sintesi e qui viene
rilasciata alcalinità.

CINETICA : k A  X BH  SND

cinetica di primo ordine rispetto a entrambi i componenti (azoto organico solubile
biodegradabile e biomassa eterotrofa)

 Roberto CANZIANI 43
ASM 1 – Processi

Processo 7: Idrolisi dell’organico particolato
STECHIOMETRIA: XS  SS

Il substrato organico biodegradabile incorporato nella massa dei fiocchi viene
attaccato dagli enzimi extracellulari e decomposto a sostanza organica solubile
biodegradabile, direttamente assimilabile dalla biomassa batterica eterotrofa.

CINETICA (Contois):

  X S X BH   SO   SNO  KOH 
 kH     
    h     X BH
  X S X BH  k X   SO  kOH   SNO  kNO  KOH  SO 
Si tratta di una reazione che avviene in condizioni aerobiche So > 0, o anossiche (So =
0); KOH = numero
ASM 1 – Processi

Processo 8: Idrolisi dell’azoto organico particolato

STECHIOMETRIA: X ND  SND
L’azoto organico particolato biodegradabile incorporato nella massa dei fiocchi viene
attaccato dagli enzimi extracellulari e decomposto ad azoto organico solubile.

CINETICA (Contois):

  X ND X BH   SO   SNO  KOH 
 kH     
  S k   h     X BH
  X ND X BH  k X   O OH   SNO  kNO  KOH  SO 

La reazione è del tutto analoga a quella di idrolisi del particolato organico

 Roberto CANZIANI 45
ASM 1 – stechiometria dei processi

ASM1 rappresenta i processi dinamicamente con equazioni differenziali che vengono schematicamente
descritte in un formato denominato «matriciale» (diversa dalle matrici dell’algebra matriciale)

 Roberto CANZIANI 46
ASM 1 – cinetiche dei processi

 1

 2

 3

 4

 5

 6

 7

 8

ASM1 rappresenta i processi dinamicamente con equazioni differenziali che vengono schematicamente
descritte in un formato denominato «matriciale» (diversa dalle matrici dell’algebra matriciale)
 Roberto CANZIANI 47
ASM 1 – esempio

 Process rate, i

 «Traduzione»

 dalla notazione matriciale

 alla equazione differenziale

 Roberto CANZIANI 48
ASM 1 – esplicitazione delle equazioni differenziali

 Dinamica della biomassa eterotrofa

 Dinamica della biomassa autotrofa

 Dinamica del substrato Ss

 Dinamica del substrato Xs

 Roberto CANZIANI 49
ASM 1 – esplicitazione delle equazioni differenziali

 Dinamica dell’azoto particolato

 Dinamica dell’azoto solubile

 Dinamica del nitrato

 Dinamica dell’ossigeno

 Roberto CANZIANI 50
ASM1 – limiti e restrizioni del modello

• I parametri cinetici devono essere ricalcolati alla temperatura operativa
 T°C; si utilizza l’espressione di Arrhenius semplificata
 valida tra 5 e 35°C:

• Si deve controllare l’alcalinità per assicurarsi che il pH resti intorno a 7.
• I cambiamenti frequenti delle caratteristiche dell’influente peggiorano i
 risultati del modello.
• Azoto, Fosforo e altri nutrienti inorganici non sono considerati limitanti.
• Non si considerano effetti inibitori di altri composti.
• I microorganismi eterotrofi sono considerati come un’unica specie
• L’intrappolamento della sostanza organica particolata nella biomassa fioccosa
 è considerata istantanea.

 Roberto CANZIANI 51
ASM1: Restrizioni del modello

• L’idrolisi del substrato particolato organico e ammoniacale avviene
 simultaneamente e alla stessa velocità.
• Il rateo di decadimento bH (active biomass decay rate) e il coefficiente di
 resa YH (heterotrophic yield coefficient) non sono condizionati
 dall’accettore di elettroni.

 ASM1 è un modello per la simulazione di processi che trattano reflui
 urbani e può essere applicato a specifici scarichi industriali solo dopo una
 precisa caratterizzazione dell’influente e la calibrazione delle
 caratteristiche cinetiche, specialmente i tassi di crescita e decadimento
 delle biomasse.

 ASM1 NON considera il nitrito (nitrificazione completa: NH4+NO3-)

 ASM1 non è progettato per processi con SRT < 2 giorni

 Roberto CANZIANI 52
Parametri del modello ASM 1

 Roberto CANZIANI 53
Calibrazione del modello ASM 1

Alcuni parametri possono essere fissati per ogni tipo di impianto.
Alcuni altri devono essere calibrati in ogni caso

I parametri più sensibili sono:
 KX
 Sono fortemente collegati tra loro
 KNO
 La calibrazione va condotta su più parametri
 ka
 kh
 Analisi della sensibilità globale e analisi della
 bh sensibilità locale per adattare la dinamica del
 modello ai dati raccolti
 , 

 Roberto CANZIANI 54
Calibrazione del modello ASM 1

 modello

 dati

Prima della calibrazione
 Dopo

 modello

 dati

 Roberto CANZIANI 55
Calibrazione del modello ASM 1

 Roberto CANZIANI 56
ASM 1, ASM 2, ASM 3

Evoluzione da ASM 1 a ASM 2
 •Include la rimozione biologica del fosforo

 Roberto CANZIANI 57
ASM 1, ASM 2, ASM 3

Evoluzione da ASM 1 ad ASM 3
 • Include l’immagazzinamento (storage) di composti intracellulari
 • Il processo di decadimento è modellizzato come respirazione
 endogena

 Roberto CANZIANI 58
Plant wide modelling
 Integra linea acque e linea fanghi

 • Sviluppo di un modello a livello di impianto che descriva processi biologici e chimico - fisici,
 compresa la previsione del pH.
 • Le strategie operative, come il controllo dell'aerazione e il dosaggio di reagenti (sali di Fe e Al),
 hanno interazioni complesse a livello di impianto.
 • Quantificazione dei bilanci di massa (non solo COD ed N, ma anche P e S) sia complessivi sia per
 ciascuna unità di processo.
 • Consente di eseguire analisi multi-criterio (economico / ambientale)

 Roberto CANZIANI 59
Grazie per l’attenzione

 Roberto CANZIANI 60
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