Waste-Water Management
Impianti di trattamento chimico-fisico e biologico dei rifiuti liquidi: linee guida
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Scarichi e rifiuti liquidi: analisi G. Amendola
Gestione dei rifiuti liquidi e dei fanghi di depurazione: Lezione
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Valori di BOD tipici
Un fiume incontaminato ha solitamente valori di BOD-5 minori di 1 mg/l. Un fiume moderatamente inquinato avrà valori di BOD-5 fra i 2 e gli 8 mg/l. L'acqua di scarico trattata efficacemente da un impianto di depurazione acque reflue avrà valori di BOD di circa 20 mg/l. L'acqua di scarico non trattata ha valori variabili, mediamente attorno ai 600 mg/l, ma spesso anche maggiori come nel caso degli scarichi di industrie casearie (2000 mg/l) o delle acque di vegetazione degli oleifici (>5000 mg/l). Il valore di BOD-5 medio degli scarichi influenti in un impianto di depurazione per liquami urbani è all'incirca di 200 mg/l.
Il test del BOD
Il BOD misura la velocità di consumo dell'ossigeno da parte di microrganismi a una temperatura fissata e in un periodo di tempo determinato. Per assicurare che tutte le altre condizioni siano uguali, in ogni campione d'acqua da analizzare viene inoculata una quantità molto piccola di microrganismi. L'inoculo consiste solitamente in fanghi attivi diluiti opportunamente con acqua deionizzata. Il test può avere differenti durate, comunemente il periodo d'analisi è di cinque giorni (BOD), ma in alcuni casi vengono svolti test con periodi diversi.
Metodo per diluizione
Il test del BOD viene effettuato diluendo un campione dell'acqua da analizzare con acqua deionizzata satura di ossigeno, inoculando in esso una quantità fissata di microrganismi, sigillando il campione (per impedire che altro ossigeno passi in soluzione) e quindi conservandolo al buio (per impedire che si sviluppino reazioni di fotosintesi che generino ossigeno). Il campione è mantenuto al buio alla temperatura di 20 °C per tutta la durata del test (solitamente 5 giorni) e al termine di questo periodo viene analizzato l'ossigeno disciolto residuo. (A) BOD campione analizzato(mg/l) = OD - OD
(B) BOD bianco(mg/l) = OD - OD
BOD campione originale(mg/l) = (A) x FD - (B)
dove:
- OD = Ossigeno disciolto (mg/l)
- FD = Fattore di diluizione del campione
Esistono alcune varianti a questa tipologia di test. In Inghilterra all'inizio del test viene aggiunta dell'alliltiourea al campione per prevenire l'ossidazione dell'ammoniaca. I risultati di questo tipo di test vengono definiti come BOT5(ATU) in Inghilterra, o come BOD Carbonaceo (CBOD) negli USA. Un test usato poco frequentemente è anche l'Ultimate BOD (UBOD), nel quale vengono effettuate misure in continuo dell'ossigeno disciolto sinché il campione non ha raggiunto l'equilibrio.
Metodo respirometrico
Il campione viene inserito in un contenitore dotato di manometro differenziale e sigillato ermeticamente per evitare scambi di ossigeno. Nel corso della degradazione biologica del contenuto organico si ha consumo di ossigeno, e ciò genera una depressione nel gas, misurata dal manometro. Se preventivamente tarato, il manometro restituisce immediatamente il valore di BOD del campione. In questo test è presente un'interferenza legata alla produzione di anidride carbonica viene quindi aggiunta alla fase gassosa della potassa caustica che sottrae chimicamente la CO
Cinetica di degradazione
La cinetica di degradazione della sostanza organica è di primo ordine:
dB / dt = − kB
in cui B è la concentrazione di BOD. Integrando la relazione fra il tempo iniziale e il generico tempo t si ottiene che la concentrazione è esponenzialmente decrescente:
B = Bekt
con B concentrazione iniziale di BOD. L'ossigeno consumato C ha un andamento complementare:
C = B(1 − ekt)
Il parametro K è una costante del processo e dipende dal tipo di sostanza organica presente nel campione, dalla tipologia di flora batterica e dalla temperatura a cui il processo avviene.
Il BOD è simile come parametro al COD, poiché entrambi misurano la quantità di composti organici disciolta nell'acqua. Il COD è però meno specifico, poiché misura tutto quello che può essere ossidato chimicamente piuttosto che il livello di sostanza organica biologicamente attiva. Ciò implica che il valore di COD di un campione è sempre superiore, o al limite uguale, a quello di BOD.
COD (chemical oxygen demand).
Il suo valore, espresso in milligrammi di ossigeno per litro, rappresenta la quantità di ossigeno necessaria per la completa ossidazione dei composti organici ed inorganici presenti in un campione di acqua. Rappresenta quindi un indice che misura il grado di inquinamento dell'acqua da parte di sostanze ossidabili, principalmente organiche.
La legge italiana consente lo scarico nei sistemi fognari di acqua il cui COD non sia superiore a 125 mg/L. Acque aventi valori superiori devono essere previamente trattate in modo da rimuoverne gli inquinanti.
Misura del COD
La misura del COD viene descritta dal metodo ufficiale IRSA-CNR numero 5130. Sulla base di questo metodo sono stati successivamente messi a punto metodi simili semi-automatici in cui i reattivi vengono predosati in fiale cui va aggiunto il campione da analizzare.
Il metodo si basa sull'ossidazione delle sostanze organiche ed inorganiche, presenti in un campione d'acqua, mediante una soluzione di dicromato di potassio in presenza di acido solforico concentrato e di solfato di argento, come catalizzatore dell'ossidazione. L'eccesso di dicromato viene successivamente titolato con una soluzione a concentrazione nota di solfato di ammonio e ferro (II).
La concentrazione delle sostanze organiche ed inorganiche ossidabili, nelle condizioni del metodo, è proporzionale alla quantità di dicromato di potassio consumato. Lo ione cloruro è considerato un interferente, poiché la sua ossidazione può avvenire solo nelle condizioni del metodo utilizzato per il COD ma non in quelle presenti nelle acque naturali. Per campioni contenenti fino a 1000 mg/L di Cl, l'interferenza dei cloruri viene praticamente eliminata addizionando al campione solfato di mercurio (II) nel rapporto in peso HgSO:Cl 10:1.
È consigliabile che l'analisi venga fatta il più presto possibile dopo il campionamento. Se il campione non può essere analizzato subito dopo il prelievo, al fine di evitare eventuali perdite conseguenti ad ossidazione biologica delle sostanze organiche, questi deve essere preservato per acidificazione fino a pH 1-2 con acido solforico.
Ossidabilità secondo Kubel
Nota alternativamente anche come ossidabilità al permanganato, è un parametro aspecifico che definisce il carattere riducente di un corpo idrico. Questa proprietà è legata alla presenza di composti indesiderati e potenzialmente dannosi, quali ad esempio i solfiti, solfuri, nitriti, ferro(II), fenoli e altre sostanze organiche. I parametri di legge fissano il limite massimo di ossidabilità secondo Kubel per l'acqua potabile in 5 mg/L di ossigeno consumato.
Il metodo
L'esecuzione pratica consiste nello sfruttare una soluzione di permanganato di potassio a titolo noto, che viene consumato per effettuare l'osidazione delle sostanze presenti in un campione di acqua. A un volume noto del campione in esame viene aggiunto acido solforico e un eccesso di permanganato; la reazione viene condotta portando a ebollizione per 10 minuti. Se invece viene impiegato un tempo di 3 minuti, è possibile ricavare quella che viene definita domanda immediata di ossigeno (IOD, immediate oxygen demand). Si procede quindi ad aggiungere una quantità di acido ossalico eguale al permanganato aggiunto in precedenza, si avrà quindi un eccesso di acido ossalico che viene titolato a caldo aggiungendo la stessa soluzione di permanganato utilizzata. La reazione redox di titolazione è:
Il completamento viene segnalato dalla permanenza della colorazione violetta del permanganato. Il risultato viene espresso in mg/L di ossigeno consumato, quantità ricavata moltiplicando gli equivalenti di soluzione di permanganato consumati per il peso euivalente dell'ossigeno (8).
