Nitrificazione e predenitrificazione

La niitrificazione e denitrificazione sono due processi utilizzati per rimuovere gli inquinanti organici.

Reazioni di nitrificazione:

NH4+ (azoto ammoniacale) + 3/2O2 -> NO2- + H2O + 2H+ (dovuta al microrganismo nitrosomonas, più lenta).

NO2- + 1/2O2 -> NO3- (azoto nitrico) (dovuta al microrganismo nitrobacter, più veloce).

Tali reazioni avvengono a causa dei batteri nitrificanti sopra citati, i quali causano la formazione di nitrati, sostanze particolarmente inquinanti per problemi legati all'eutrofizzazione.

Reazioni di denitrificazione:

CH3OH (metanolo) + NO3- -> biomassa

biomassa + NO3- -> N2 + CO2 + H2O

Tale reazione causa la distruzione dei nitrati con la formazione di biomassa. Quindi un impianto di pre-denitrificazione si pone l'obiettivo da un lato di sfruttare il fatto che in regime anossico (in assenza di ossigeno) i microrganismi utilizzano come agente ossidante i nitrati anziché l'ossigeno e dall'altra parte bisogna ridurre le concentrazioni di nitrati in uscita dall'impianto per il noto problema eutrofizzante.

La resa di abbattimento del BOD è diversa a seconda che abbiamo microrganismi carbonio ossidanti o azoto ossidanti. In particolare per questi ultimi occorrerà lavorare con un'età del fango più elevata.

Impianto di denitrificazione:

La reazione di nitrificazione avviene nella vasca aerata, successivamente nella vasca anossica avviene la reazione di denitrificazione con trasformazione dei nitrati in N2 e CO2 uscenti dalla vasca. Viene quindi sfruttato il fatto che la vasca anossica, aperta in quanto l'ossigeno difficilmente si scioglie in acqua, permette di degradare gli inquinanti organici utilizzando nitrati anziché l'ossigeno, che si sono formati nella vasca primaria. E' importante notare che in questo caso la sostanza organica viene immessa dall'esterno.

Impianto di predenitrificazione:

In questo caso il processo di denitrificazione avviene prima del trattamento aerobico.

Anche in questo caso la vasca anossica è aperta. Bisogna però stare attenti a non immettere ossigeno nella vasca anossica, altrimenti non può avvenire l'ossidazione dei nitrati.

Tale impianto ha il minimo onere di esercizio perché viene usata la stessa biomassa per favorire l'ossidazione, dapprima tramite i nitrati e successivamente tramite l'ossigeno. La vasca anossica è aperta perché l'ossigeno è poco solubile in acqua. Il principale svantaggio è che il liquido troppo ricco in ossigeno della vasca aerata potrebbe passare tramite ricircolo nella vasca anossica.

Esistono altre alternative valide a questo schema. Si prenda la reazione di nitrificazione. Invece che impostare un tempo di permanenza nella vasca aerobica tale da trasformare lo ione ammonio NH4+ in NO3-, si può impostare un tempo di permanenza tale da far avvenire solo la prima delle due reazioni ovvero la trasformazione in NO2- e successivamente tramite la denitrificazione trasformarlo in N2. Basta rendere più veloce la crescita dei batteri nitrosomonas. Tale metodo prende il nome di Sharom. Per far avvenire ciò è sufficiente manipolare in modo adeguato la temperatura.

Altrimenti si può pensare di ridurre l'NO2- tramite lo stesso NH4+ (schema Anammox, vedi figura) tramite la reazione NH4+ + NO2- -> N2 + 2H2O.