Per applicare in maniera efficace i modelli per gli impianti di trattamento delle acque reflue (con particolare riferimento ai processi biologici), risulta necessario conoscere in maniera dettagliata le caratteristiche del refluo influente e del fango attivo. I test di laboratorio in scala batch si sono dimostrati efficaci per determinare queste caratteristiche, consistenti essenzialmente in concentrazioni, parametri cinetici e coefficienti stechiometrici. La respirometria è uno dei procedimenti più consolidati nella letteratura scientifica per valutare le caratteristiche di una biomassa e consiste essenzialmente nella misurazione del tasso di respirazione del fango attivo in condizioni sperimentali ben definite, nonché nell’applicazione di misure per modellizzare, progettare ed operare un processo a fanghi attivi. I microorganismi ottengono energia per la loro crescita dalla biodegradazione del substrato. In questo processo, detto respirazione, gli elettroni vengono rimossi dal substrato, raggiungono la catena di trasporto degli e^- e sono infine catturati da un accettore terminale. Nella biodegradazione aerobica, questo accettore di elettroni terminale è l’ossigeno molecolare: ciò significa che il consumo di ossigeno è direttamente associato sia con la crescita della biomassa che con la rimozione del substrato. La respirometria misura la variazione nel tempo della concentrazione di ossigeno molecolare nelle condizioni sperimentali definite. Un respirometro è uno strumento che misura la velocità di respirazione, e si basa su pochi principi fondamentali, ovvero la fase in cui si misura l’ossigeno (liquida o gassosa) e la dinamica delle fasi (statica o a flusso).

Il reattore è costituito da una serie di contenitori chiusi termostatati (bagno termostatico Julabo TW 12) e con sistema di miscelazione, in cui vengono inserite delle sonde per la misurazione dell’ossigeno disciolto (ossimetri portatili Hach HQ30D), assieme a diffusori d’aria (Blu bios Airblu 2.5). L’iniezione del refluo e della biomassa avviene tramite opportuni sistemi, seguendo dei protocolli predefiniti.

Lo scopo di questo reattore è il trattamento di reflui liquidi acquosi con ultrasuoni per la loro disinfezione con conseguente diminuzione della carica batterica. La disintegrazione a ultrasuoni, nota anche come omogeneizzazione a ultrasuoni, è un processo che utilizza onde ultrasonore ad alta intensità e bassa frequenza per rompere le pareti cellulari e disgregare le strutture molecolari in un mezzo liquido. Il risultato è un consistente abbattimento del BOD contenuto in questi reflui. L’utilizzo degli ultrasuoni per la disinfezione delle acque risulta una nuova e valida alternativa alle convenzionali tecnologie di trattamento, sia per la semplice applicazione che per l’assenza di formazione di sottoprodotti pericolosi per la salute umana. Questo trattamento porta anche alla eliminazione di alcuni composti tossici ma non si assisteste sempre ad un efficiente abbattimento degli inquinanti: svolge unicamente un’attività meccanica che però rende una parte del materiale organico presente all’interno del sistema più facilmente ossidabile con altri metodi accoppiati (batteri, ozono, ecc).

Il reattore è costituito da un generatore di ultrasuoni UIP250 (Dr. Hielscher) capace di creare delle oscillazioni meccaniche longitudinali con una frequenza di 24 kHz attraverso una stimolazione elettrica, connesso con un trasduttore integrato in una struttura di allumino ed infine al sonotrodo, collegato al trasduttore tramite un bullone filettato in titanio, che trasmette gli ultrasuoni al liquido che viene trattato in un reattore a cella di flusso (flow-vessel; modalità flusso) per ottenere una maggiore coerenza di elaborazione. Le oscillazioni ultrasoniche sul sonotrodo (20.000/sec) con un'ampiezza meccanica fino a 250 µm generano cavitazione nel mezzo. Le pressioni e le temperature elevate temporanee generate durante questo processo possono innescare reazioni vantaggiose per l'applicazione prevista.

Lo scopo di questo reattore è il trattamento di reflui liquidi acquosi con ozono per sfruttarne l’azione ossidante per la disinfezione (eliminazione di coliformi, E.coli, Salmonella spp., Enterococcus spp.), l’abbattimento sostanze organiche pericolose (tensioattivi anionici, formaldeide, ecc), mantenendo inalterato il contenuto di nutrienti (composti di fosforo e azoto). Il risultato è un consistente abbattimento del BOD e COD contenuto in questi reflui. Il reattore è costituito da un cilindro in materiale plastico trasparente con diametro di circa 10 cm e di altezza di circa 50 cm, contenente l’acqua trattata con ozono. L’impianto è dotato di un diffusore cilindrico sul fondo, di una valvola e di un sistema per il campionamento del gas e acqua dislocato in testa. L’ozonatore o generatore di ozono è un sistema C-Lasky model C-L010-DT (Advanced Ozone Products (aozp), UK) in grado di fornire ozono ad un flusso e pressione definita, dotato di dispositivi di controllo della pressione, del flusso e della percentuale di ozono fornita. Il sistema è anche fornito di un di un cilindro gorgogliatore contenente una soluzione di ioduro di potassio (KI) per il gas in uscita che viene così depurato dall’ozono presente.