05. Parametri di caratterizzazione delle acque

5. Parametri di caratterizzazione delle acque

Vogliamo studiare l'effetto dello versare un certo liquido in un qualche corpo.
Ci sono molte tipologie di inquinanti, una lista è fornita di seguito:

#Solidi (plastiche o altro...)
#Sostanze Organiche Biodegradabili
#Macronutrienti (Azoto $N$ , Zolfo $S$ )
#Tensioattivi - i saponi (Surf Actants - Surface Active Agents) --> Favoriscono lo schiumeggiamento
Oli, #Grassi
#Sostanze Organiche Refrattarie (alla biodegradazione) tossiche - Idrocarburi, idrocarburi aromatici...
#Metalli pesanti - "Pesanti" in realtà non è un termine ufficiale. Hanno densità $> 5 \frac{g}{{cm}^{3}}$ - Metalli tossici + metalloidi (arsenico - tipico delle acque potabili nel viterbese)
#Micro organismi patogeni - In grado di veicolare malattie
#Micro e Nano plastiche
#Temperatura (T)
#pH

Solidi

In questo contesto consideriamo i reflui civili --> Derivanti da una fognatura mista:
pioggia + scarico degli edifici

Acque nere
Specie solide urbane

Conferiscono torbidità all'acqua.

Il loro effetto è negativo per:

Fattore estetico
Riducono
- Scambi di gas
- Passaggio di luce

La classificazione degli inquinanti solidi si può fare in tre modi:

#Classificazione dimensionale
#Classificazione basata sul contenuto di sostanza organica
#Classificazione basata sulle caratteristiche fisiche

Classificazione dimensionale

Classificazione basata sul contenuto di sostanza organica

Sono interessato a conoscere la concentrazione di solido rispetto al totale del liquido in mio possesso.
Per farlo si segue il processo schematizzato:

In generale per distinguere tra solidi organici e inorganici si può con buona approssimazione fare riferimento alla combustione. La sostanza organica è combustibile, pertanto se la brucio sparisce dal campione. In questo modo posso ricavare la concentrazione che aveva prima di essere bruciata

attenzione

In realtà, durante la combustione, anche una parte di solido inorganico viene bruciata.

Filtrazione

Un ulteriore #Classificazione dimensionale si ha tramite filtrazione. Un secondo campione viene sottoposto a filtrazione - Le particelle di dimensione maggiore saranno trattenute dal filtro, mentre le più piccole lo attraverseranno.

Si fornisce una schematizzazione del processo di filtrazione.

Per la filtrazione si segue il seguente processo:

Sulla base delle dimensioni e delle caratteristiche, si può fare la classificazione schematizzata di seguito:

Per sedimentabili si intende in realtà: rimovibili per sedimentazione in un tempo ragionevole.
Disciolti: Equivale a ciò che è presente in forma ionica

Solidi Filtrabili

< #Filtrazione
[[04. Parametri di caratterizzazione delle acque 2023-11-07 11.40.16.excalidraw.png]]

Solidi Sospesi (SS)

< #Filtrazione
[[04. Parametri di caratterizzazione delle acque 2023-11-07 11.40.16.excalidraw.png]]

Solidi Volatili (SV)

< #Filtrazione
[[04. Parametri di caratterizzazione delle acque 2023-11-07 11.40.16.excalidraw.png]]

Solidi Sospesi Fissi (SSF)

< #Filtrazione
[[04. Parametri di caratterizzazione delle acque 2023-11-07 11.40.16.excalidraw.png]]

Classificazione basata sulle caratteristiche fisiche

Sostanze Organiche Biodegradabili (SOB)

sostanze organiche biodegradabili - sob

Le Sostanze Organiche Biodegradabili (SOB) sono sostanze che possono essere usate da alcune specie nel loro metabolismo.

S O B + O s s i g e n o \overset{\begin{aligned} R e a z i o n i \\ m e t a b o l i c h e \end{aligned}}{⟶} P r o d o t t i f i n a l i + E n e r g i a

Le sostanze organiche (#Substrato) vengono degradate da particolari organismi (#Biomassa) che le usano come nutrimento, sfruttandole come fonte di energia per le funzioni di crescita, le funzioni vitali e come fonte di carbonio per la produzione di altre cellule.
L'energia viene prodotta attraverso delle reazioni di ossidazione - in un processo detto Catabolismo - nelle quali la SOB viene convertita in prodotti finali quali $C O_{2}, H_{2} O, N H_{3}, C H_{4}, . . .$

L'energia prodotta in tale fase viene poi usato per la produzione di nuove cellule in un processo detto invece di #Anabolismo. La fonte di carbonio in questa fase viene ancora dalla SOB.

Se nel refluo ci sono SOB, in presenza di $O_{2}$ si degradano e consumano ossigeno. Quando ciò avviene, non è detto che i prodotti che si generano siano compatibili con l'ambiente.

L'ossigeno disperso nel liquido viene consumato e si instaura un equilibrio in cui l' $O_{2}$ dell'atmosfera rimpiazza quello consumato fintanto che la velocità di consumo sia minore di quella di trasferimento. In questo contesto c'è autodepurazione del corpo idrico.

Qualora non si riuscisse a rimpiazzare l'ossigeno abbastanza velocemente, si creerebbe uno squilibrio. La concentrazione di ossigeno ( $C_{O_{2}}$ ) sarebbe troppo bassa rispetto ai livelli adeguati.
In alcuni casi si può anche arrivare all'#Eutrofizzazione.

È complicato quantificare con precisione la quantità di SOB presente in un liquido. Si può però ragionare in termini di ossigeno consumato equivalente. Guardiamo alle SOB globalmente come l'effetto che producono.
Si definisce così la #Richiesta Biochimica di Ossigeno (BOD)

Eutrofizzazione

Un fenomeno che si verifica quando c'è un notevole apporto di SOB.
In presenza di ossigeno si sviluppano delle specie in grado di degradare le SOB (come le piante acquatiche). Queste specie raggiungono il loro fine di ciclo vitale.
Morendo, si depositano sul fondo del corpo idrico andando a costituire altra SOB.
Per la loro degradazione viene consumato ancora più ossigeno.
Si ha così degradazione continua anche in assenza di ossigeno (condizioni anaerobiche)
I prodotti sono gassosi e maleodoranti (ad es. $H_{2} S$ - Solfuro di Idrogeno),
Si avvertono i segni della putrefazione.

Richiesta Biochimica di Ossigeno (BOD)

La Richiesta Biochimica di Ossigeno (BOD) - dall'inglese Biochemical Oxygen Demand - permette di quantificare la quantità di SOB presente in un liquido, guardando alla quantità di ossigeno che è necessaria per biodegradare la sostanza.

Si suppone di avere un reattore di Batch. In questo reattore si aggiungono della SOB che chiameremo #Substrato e della #Biomassa (i micro organismi). Ognuno avrà le rispettive concentrazioni:

#Substrato - Concentrazione iniziale $S_{0}$
#Biomassa - Concentrazione iniziale $X_{0}$

Appena introdotti, ci sarà una prima fase detta di #Acclimatazione in cui la biomassa dovrà adattarsi alle nuove condizioni. In questa fase, il numero di micro organismi rimane praticamente costante, mentre si accresce leggermente in massa, andando così a ridurre leggermente la quantità di substrato.
Una volta acclimatata, la biomassa comincerà a consumare il substrato molto velocemente, aumentando di molto la propria concentrazione nel reattore. Questa fase è caratterizzata da una #Crescita Esponenziale della biomassa.
Successivamente, quando il substrato sarà quasi completamente consumato, la biomassa comincerà a nutrirsi di se stessa. In questa fase si raggiunge un equilibrio per cui la crescita di biomassa è uguagliata dal suo consumo. Si tratterà così di una fase a crescita di $X$ netta, nulla: #Crescita Stazionaria.
Infine, quando il substrato sarà completamente consumato, la biomassa non ha più nulla di cui nutrirsi se non se stessa. Comincerà così a decrescere la sua concentrazione durante questa fase di #Respirazione Endogena.

A patto di misurare le concentrazioni di biomassa e substrato con le stesse unità di misura, e comunque in quantità di ossigeno equivalente, si può dire che la concentrazione di sostanza organica totale presente nel reattore in ogni dato istante è data dalla somma delle due:

L (t) = S (t) + X (t)

definendo la velocità di reazione come

r_{L} = \frac{d L}{d t} = - k L

dove dopo il secondo "uguale" si è supposto che il decadimento di $L$ sia corrispondente a una reazione di ordine 1.
Integrando si ottiene:

L (t) = L_{0} e^{- k t}

Si vede quindi che la Sostanza Organica Totale (SOT) è descritta da una legge esponenziale decrescente che parte da $L_{0}$ .

A questo punto si hanno,

$L_{0} =$ Sostanza Organica Totale di partenza misurata in ossigeno equivalente e quindi in quanto ossigeno sarà necessario a degradarla tutta
$L (t) =$ Quanto ossigeno servirà a degradare la SOT presente all'istante $t$ .

Per cui la differenza $L_{0} - L (t)$ è la SOT consumata fino all'istante $t$ , o meglio, quanto ossigeno è stato consumato per degradare la SOT fino all'istante $t$ (quantità cumulata di ossigeno consumato).
Se si misura la concentrazione di sostanza organica in BOD, quella differenza sarà anche pari alla #Richiesta Biochimica di Ossigeno in quello stesso istante $t$ :

BOD (t) = L_{0} - L (t)

che sarà dunque analiticamente pari a:

richiesta biochimica di ossigeno ($\rm bod$)

$BOD (t) = L_{0} (1 - e^{- k t})$

osservazione

La Richiesta Biochimica di Ossigeno Ultima ( $B O D_{u}$ ) è pari a

$\begin{array}{r} {BOD}_{u} = lim_{t \to \infty} BOD (t) = L_{0} \end{array}$
Dove $B O D_{u}$ è tutto ciò che sarà nececssario per degradare tutto.

Per conoscere $L_{0}$ si dovrebbe conoscere l'asintoto di $B O D (t)$ . All'atto pratico, significherebbe fare delle misurazioni estremamente lunghe (precisamente un tempo infinito). Si scelgono così arbitrariamente dei valori di tempo dopo il quale misurare il $B O D$ . Da quello si ricava poi l'equazione della curva esponenziale ricavando così una stima di $L_{0} \equiv B O D_{u}$ .
In particolare, i valori più diffusi sono a 5 o a 20 giorni:

$B O D_{5} = B O D (t = 5 g g)$
$B O D_{20} = B O D (t = 20 g g)$

Essendo l'equazione del $B O D$ :

B O D (t) = B O D_{u} (1 - e^{- k t})

possiamo scrivere per il $B O D_{5}$ (e analogo sarebbe per $B O D_{20}$ )

B O D_{5} = B O D_{u} (1 - e^{- k 5})

Per reflui di tipo civile $k \approx 0.23 \frac{1}{d}$ e quindi si può dire che

B O D_{5} ≃ 0.68 \cdot B O D_{u}

attenzione

A parità di $B O D_{5}$ il $B O D_{u}$ può essere anche molto diverso:

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Nel caso sopra infatti:
$\begin{array}{r} B O D_{5_{1}} = B O D_{5_{2}} \\ B O D_{u_{1}} > B O D_{u_{2}} \end{array}$
In termini di biodegradabilità, è più degradabile quello con $B O D_{u}$ minore. Infatti nel caso mostrato nei primi 5 giorni si è degradata una frazione di Sostanza Organica Biodegradabile minore nel campione 1 che nel campione 2.
${(\frac{B O D_{5}}{B O D_{u}})}_{1} < {(\frac{B O D_{5}}{B O D_{u}})}_{2}$

Allo stesso modo, può verificarsi che due campioni abbiano lo stesso $B O D_{u}$ ma $B O D_{5}$ differenti.

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Misurazione del BOD

Ci sono in linea di massima 3 modi per misurare il BOD:

#Misurazione del BOD per diluizione
#Misurazione del BOD con respirometro di Warburg
#Misurazione del BOD con Respirometro elettrolitico

Misurazione del BOD per Diluizione

Per misurare la #Richiesta Biochimica di Ossigeno (BOD) per diluizione si riempie completamente una bottiglia del campione che si vuole analizzare. Si satura la bottiglia di $O_{2}$ facendolo gorgogliare all'interno. Si ottiene così all'interno una concentrazione di Ossigeno Disciolto (DO) di saturazione.

Si lasciano passare 5 giorni. Vorremmo ricavare il $B O D_{5}$ come

B O D_{5} = D O_{0} - D O_{t}

con $t = 5 d$ .

attenzione

La concentrazione di saturazione di Ossigeno Disciolto è nell'ordine di $8.2 \div 8.3 \frac{m g_{O_{2}}}{l}$ . Solitamente i $B O D$ sono invece nell'ordine di $300 \frac{m g}{l}$ . Conducendo come descritto fino ad ora l'esperimento si arriverebbe sempre ad esaurire l'ossigeno trovando così un $B O D_{5} = 0$ . Per ovviare a questo problema, il campione viene diluito molte volte.
In realtà, non conoscendo i valori di BOD, non si sa a priori quante volte bisogna diluire.

Non sapendo quanto bisogna diluire, si fanno diversi esperimenti con diversi gradi di diluizione

Alcune bottiglie avranno $D O_{t} = 0$ Diluite poco
Alcune bottiglie avranno $D O_{t} = D O_{0}$ Diluite troppo
Alcune bottiglie avranno valori accettabili:
- $(D O_{0} - D O_{t}) \times {dil}_{x} = B O D_{t}$

osservazione

Nell'esecuzione di questa prova, è importante controllare la temperatura, in quanto questa altera l'esperimento.

Misurazione del BOD con Respirometro di Warburg

Il respirometro di Warburg sfrutta il fatto che in atmosfera è presente il $21 %$ di $O_{2}$ . Quindi posso reintegrare l'ossigeno consumato prendendolo dall'atmosfera.
All'interno della bottiglia:

↘ O_{2} ⟺ C O_{2} ↗

Ogni mole di ossigeno consumata, produce una mole di anidride carbonica. La pressione del gas, quindi, rimane costante.
Nel tappo della bottiglia è presente un supporto solido imbevuto di una specie alcalina ( $K O H$ o $N a O H$ ). Questa specie alcalina reagisce con la $C O_{2}$ e la trasforma in carbonato (es. $k_{2} C O_{3}$ ). Essendo in un certo senso la $C O_{2}$ assorbita dal tappo, la pressione all'interno della bottiglia tende a diminuire. Sfruttando la Legge di Dalton posso relazionare la variazione di pressione (misurata con un manometro) al consumo di $C O_{2}$

osservazione

Questo metodo presenta principalmente una criticità: man mano che la reazione procede e l'ossigeno viene consumato, la reazione potrebbe essere rallentata. Per questo motivo spesso si usa un altro metodo e si effettua la [[#Misurazione del BOD con Respirometro elettrolitico]].

Misurazione del BOD con Respirometro elettrolitico

Invece di misurare la variazione di pressione, si fa in modo che questa rimanga costante usando una cella di elettrolisi per reintegrare l'ossigeno consumato all'interno della bottiglia. Ad essere misurato in questo caso è la quantità di ossigeno fornita.

Chemical Oxygen Demand (COD)

La #Richiesta Biochimica di Ossigeno (BOD) impiega giorni per essere misurata. Troppo tempo. Non può pertanto essere usata come una misura di routine. Serve trovare un parametro che sia misurabile nell'ordine di qualche minuto o al massimo di qualche ora.
Esiste un surrogato del BOD, il COD: richiesta chimica di ossigeno

richiesta chimica di ossigeno

Il COD è la quantità di ossidante che le sostanze organiche (e non) richiedono per essere ossidate.
$sost. org. + O_{2} ⟶ C O_{2} + H_{2} O + N H_{3} + \dots$
In realtà al posto dell'ossigeno si usano sostanze ossidanti più energiche, così da compiere le misurazioni più velocemente (es. $K_{2} C r_{2} O_{7}$ - Di-cromato di-potassio).

Si cerca il più possibile di spostare l'equilibrio della reazione verso destra.

Temperatura elevata (ebollizione)
Eccesso di $H^{+}$ (ambiente acido)
Catalizzatori

Si misura $K_{2} C r_{2} O_{7}$ : Misuro quanto ce n'è alla fine e calcolo quanto ne ho consumato.

K_{2} C r_{2} O_{7} {\begin{cases} C r^{+ 3} & R i d o t t o \\ C r^{+ 6} & Non reagito (eccesso) \end{cases}

Si facilità la reazione:

Lavorando in ambiente acido (es. acido solforico)
Lavorando in ebollizione
Utilizzando catalizzatori

Alla fine avrò parte del $C r^{+ 6}$ che si riduce in $C r^{+ 3}$ . È più facile misurare il $C r^{+ 6}$ rimasto tramite Retrotitolazione. Ciò implica il dover inserire a priori una quantità di Cromo in eccesso.

Siccome il $C r^{+ 6}$ in quanto ossidante è un accettore di elettroni per misurarne la quantità aggiungo una specie riducente - specie titolante - (solitamente Ferroammonio Solfato - $F e^{+ 2}$ ) per portare tutto il $C r^{+ 6}$ a $C r^{+ 3}$ . Generalmente, quando faccio una titolazione, si fa all'equivalenza. Voglio portare tutto il cromo a ridursi.

\begin{aligned} C r^{+ 6} & ⟶ C r^{+ 3} (R i d o t t o) \\ F e^{+ 2} & ⟶ F e^{+ 3} (O s s i d a t o) \end{aligned}

Devo fornire $F e^{+ 2}$ in modo da dare il numero sufficiente di elettroni. Per sapere quando fermarmi, uso un indicatore che all'equilibrio (potenziale di ossidazione = 0) cambia colore - al Punto di Viraggio.
Possiamo così misurare quanto $C r$ è stato usato. Bisogna ragionare in termini di elettroni equivalenti:

\begin{aligned} O_{2} & ⟶ 2 O^{- 2} & 4 e^{-} \\ 2 C r^{+ 6} & ⟶ 2 C r^{+ 3} & 6 e^{-} \end{aligned}

[?] In che modo gli elettroni equivalenti sono legati al COD?

Aggiungo un ossidante. Non sapendo a priori qual è il COD uso un eccesso. Alla fine della prova una parte dell'ossidante è consumata e rimane un residuo non reagito. Per misurare il contenuto di ossidante si ragiona al contrario. Si vede quanto è rimasto non ridotto. La differenza tra il dicromato che avevo all'inizio e quello che avevo alla fine è quello consumato.
La quantità si determina con titolazione. (con ferroammonio solfato). La quantità di ferroammonio solfato si misura tramite titolazione redox usando indicatore che ci dice il punto di equivalenza. Quando la soluzione cambia colore, significa che abbiamo aggiunto tanto ferroammonio solfato quanto necessario.

Rimane da chiedersi che rapporto ci sia tra BOD e COD.

BOD - Domanda biochimica
COD - Domanda Chimica -
- Include anche sostanze organiche ossidabili per via chimica, ma non biodegradabili
- Include anche sostanze inorganiche ossidabili per via chimica (cloruri)
  Quindi il COD sovrastima il BOD. Il COD però non misura la richiesta biochimica di $O_{2}$ per ossidare l'azoto.
  In definitiva, di solito, per reflui civili:

C O D \sim 2 B O D_{5}

Macronutrienti

Azoto e Fosforo

#Azoto
#Fosforo

Azoto

È un nutriente per le cellule che però consumano ossigeno accrescendosi (#Eutrofizzazione).

L'azoto può essere trovato in diversi stati di ossidazione:

Ridotto ( $N (- I I I)$ )	Elementare ( $N (0)$ )	Ossidato ( $N (+ I I I)$ )	Ossidato ( $N (+ I V)$ )
Azoto ammoniacale	Azoto molecolare	Nitriti/Azoto nitroso	Nitrati/Azoto nitrico
$N H_{3} \leftrightarrow N H_{4}^{+}$	$N_{2}$	$N O_{2}^{-}$	$N O_{3}^{-}$

L'azoto può passare da uno stato di ossidazione all'altro a seguito di reazioni biochimiche.
Tutti gli azoti elencati sopra sono considerati inquinanti.

Azoto ammoniacale

L'#Azoto ammoniacale è un gas che si trova disciolto in acqua

N H_{3}

$N H_{3}$ agisce da base, cedendo ioni $O H^{-}$ . Infatti, l'idrolisi dell'ammoniaca è:

N H_{3_{(g)}} + H_{2} O ⟺ N H_{4}^{+} + O H^{-}

dove:

$N H_{3} =$ Ammoniaca indissociata
$N H_{4}^{+} =$ Ione ammonio
L'equilibrio della reazione sopra descritta si sposta a destra o sinistra a seconda della concentrazione di $O H^{-}$ e quindi del pH. All'aumentare del pH (soluzione più alcalina), l'equilibrio si sposta verso sinistra.

Cerco quanto dell'azoto ammoniacale presente nella reazione si trova nella forma indissociata ( $N H_{3}$ ):

% N H_{3_{i n d}} = \frac{[N H_{3}]}{[N H_{3}] + [N H_{4}^{+}]} \times 100

nella quale posso dividere sopra e sotto per la concentrazione $[N H_{3}]$ :

% N H_{3_{i n d}} = \frac{1}{1 + \frac{[N H_{4}^{+}]}{[N H_{3}]}} \times 100 = \frac{1}{1 + \frac{k_{b}}{[O H^{-}]}} \times 100

ricordando la costante di equilibrio di una base:

k_{b} = \frac{[N H_{4}^{+}] [O H^{-}]}{[N H_{3}]}

Introducendo ora la costante di protolisi dell'acqua:

k_{w} = [H^{+}] [O H^{-}] = 10^{- 14}

si può scrivere

% N H_{3_{i n d}} = \frac{1}{1 + \frac{k_{b}}{k_{w}} [H^{+}]} \times 100 = \frac{1}{1 + \frac{k_{b}}{k_{w}} 10^{- p H}} \times 100

in cui la concentrazione di $H^{+}$ è stata espressa in termini di pH.

Abbiamo quindi trovato la relazione tra il $p H$ e la percentuale di $N H_{3_{i n d}}$ .

[?] Questo grafico, per $p H \to 0$ , a cosa tende? non tende a 0 vero? - 📅 2023-11-28
Quali sono i numeri di ossidazione nel Glucosio? - 📅 2023-11-07 ✅ 2024-01-28
- Il Carbonio, nel Glucosio ha n.o. pari a 0

Come accennato in precedenza, l'azoto interviene in reazioni di tipo biochimico. Ci sono infatti diversi microrganismi in grado di degradare l'azoto, ed hanno tutti le seguenti caratteristiche:

Chemiosintetici - Ottengono l'energia per reazioni di sintesi cellulare da reazioni chimiche (esistono anche i fotosintetici)
Autotrofi - Sintetizzano da soli il Carbonio organico delle cellule a partire da Carbonio inorganico
- $C O_{2} + H_{2} O ⟺ \underset{A c i d o C a r b o n i c o}{\underset{⏟}{H_{2} C O_{3}}} ⟺ H^{+} + \underset{B i c a r b o n a t o}{\underset{⏟}{H C O_{3}^{-}}} ⟺ \underset{C a r b o n a t o}{\underset{⏟}{2 H^{+} + C O_{3}^{2 -}}}$
Aerobici

In particolare le reazioni di chemiosintesi trasformano, ossidandolo, l'#Azoto attraverso delle reazioni chiamate: #Nitrosazione e #Nitrificazione.

Nitrosazione

\overset{- 3}{N} H_{4}^{+} + \frac{3}{2} O_{2} ⟺ \underset{N i t r i t i}{\underset{⏟}{\overset{+ 3}{N} O_{2}^{-}}} + 2 H^{+} + H_{2} O + E n e r g i a

Nitrificazione

\overset{+ 3}{N} O_{2}^{-} + \frac{1}{2} O_{2} ⟺ \underset{N i t r a t i}{\underset{⏟}{\overset{+ 5}{N} O_{3}^{-}}} + E n e r g i a

Nitrificazione finale

La reazione completa, è data dalla somma delle reazioni di #Nitrosazione e #Nitrificazione e si chiama di nuovo nitrificazione:

N H_{4}^{+} + 2 O_{2} ⟺ N O_{3}^{-} + 2 H^{+} + H_{2} O + E n e r g i a

Questa reazione è il modo in cui i microrganismi chemiosintetici autotrofi aerobici producono energia.

Questa reazione consuma ossigeno. Vi sarà quindi associato un certo BOD (che non è dovuto alla sostanza organica ma all'#Azoto ammoniacale).
In particolare si avrà

B O D_{(N)} = \frac{2 m o l O_{2}}{m o l N H_{4}^{+}} = \dots \approx 4.57 \frac{g O_{2}}{g N - N H_{4}^{+}}

Il BOD può essere dovuto principalmente a 2 fattori:

alla sostanza organica carboniosa ( $B O D_{(C)}$ ) --> (Micro)rganismi eterotrofi
alla nitrificazione ( $B O D_{N}$ ) --> Microrganismi autotrofi
Se nel refluo sono presenti entrambi, il BOD conterà entrambi.
Inoltre gli organismi eterotrofi hanno in genere cinetiche di crescita più rapide degli autotrofi.

Il consumo di Ossigeno da parte dell'Azoto è trascurabile fino a che non inizi a scarseggiare la Sostanza Organica Carboniosa. L'andamento del BOD è così mostrato nel grafico sottostante.
Il primo tratto è indicativo della #Richiesta Biochimica di Ossigeno (BOD) carboniosa, il cui asintoto sarebbe $B O D_{u C}$ . Quando si instaura il processo di nitrificazione, si osserva un incremento della pendenza della curva di BOD, relativa alla richiesta di ossigeno per la degradazione del substrato azotato. Si ottiene quindi il valore del $B O D_{u}$ complessivo.

B O D_{u_{N}} = B O D_{u} - B O D_{u_{C}}

Gli organismi eterotrofi hanno cinetiche di crescita più rapide. Da un certo punto in poi otterremo una prevalenza di BOD dovuto al consumo di azoto.

❗❗❗❗❗❗❗❗❗❗❗❗❗
❗❗❗ COMPLETARE ❗❗❗ consumo di alcalinità, produzione di acidità, denitrificazione
❗❗❗❗❗❗❗❗❗❗❗❗❗

Nella reazione di #Nitrificazione finale c'è anche produzione di ioni $H^{+}$ --> acidità--> produzione di alcalinità.

Alcalinità: capacità di un'acqua di neutralizzare un acido attraverso una base.

Produzione di acidità:=

A_{c} . = \frac{[H^{+}]}{[N H_{4}^{+}]} = \frac{2 m o l H^{+}}{1 m o l N H_{4}^{+}}

Denitrificazione

La Denitrificazione è il processo di eliminazione dell'azoto dalle acque reflue. In particolare consiste nel rimuovere i nitrati, formatisi a seguito del processo di #Nitrificazione finale a partire dall'[[#Azoto ammoniacale]].

Processo di riduzione di nitrati da parte di microrganismi eterotrofi in condizioni anossiche (senza ossigeno) sono in grado di ossidare il substrato carbonioso organico.
Infatti in assenza di ossigeno questi organismi si procurano l'ossigeno da quello nei nitrati, producendo nitriti. Solitamente invece gli eterotrofi necessitano di ossigeno.

Liquame:

C_{10} H_{19} O_{3} N + 10 N O_{3}^{-} ⟶ 5 N_{2} + 10 C O_{2} + 3 H_{2} O + . . .

Altro:

5 C_{6} H_{12} O_{6} + 24 N O_{3}^{-} ⟶ 30 C O_{2} + 24 O H^{-} + 18 H_{2} O + 12 N_{2}

Dovendo le condizioni di denitrificazione essere anossiche, non posso effettuare tale processo nello stesso reattore della [[#Nitrificazione finale]] avvenendo questa in condizioni aerobiche.

Fosforo

Il Fosforo è un macronutriente inquinante.
È essenziale ai fini della crescita delle specie viventi.
Il rapporto Carbonio:Azoto:Fosforo ottimale è

\begin{array}{r} C : N : P \\ 100 : 5 : 1 \end{array}

Il fosforo è ritenuto l'elemento principalmente responsabile dell'#Eutrofizzazione. L'eccesso di fosforo infatti incentiva la produzione di organismi acquatici. Si favoriscono così gli organismi che si procurano Carbonio e Azoto autonomamente e si ottiene di conseguenza una crescita algale abnormale.
Ci sono pertanto limitazioni sul contenuto di fosforo che può essere sverzato nell'ambiente.
Il Fosforo è presente in varie forme

#Ortofosfati
#Polifosfati
#Fosforo organico

Ortofosfati

Sono solubili e derivano dalla scissione dei #Polifosfati.

P O_{4}^{- 3}, H P O_{4}^{- 2}, H_{2} P O_{4}^{-}, H_{3} P O_{4}

Quella degli ortofosfati è la forma di #Fosforo più semplice da usare per gli organismi.

Polifosfati

Una forma di #Fosforo che ha ramificazione con il fosforo legato ad atomi di Idrogeno (H) e Ossigeno (O).

Fosforo organico

Il #Fosforo si trova legato a molecole organiche in varie forme che vengono scisse in composti elementari.

Impianti di trattamento delle acque

Principi di trattamento delle acque reflue

04. Principi di trattamento delle acque reflue

04. Principi di trattamento delle acque reflue 2024-01-29 09.28.02.excalidraw.png