Nei sistemi MBBR la biomassa si sviluppa su supporti con pezzatura di 10 ÷ 30 mm, realizzati con materiale di sintesi quali poliuretano, polietilene, polipropilene, ed aventi forme e geometria appositamente studiate per massimizzarne la superficie specifica (compresa tra 150 e 450 m2/m3) e minimizzarne il volume. Il loro impiego assicura, nei reattori biologici, un’elevata concentrazione di microrganismi, con evidenti vantaggi per i tempi di attuazione e la funzionalità del processo, nonché per i volumi, solo limitatamente penalizzati dall’ingombro costituito dal materiale di supporto. A differenza dei tradizionali sistemi a colture adese, gli elementi inerti a cui è legata la biomassa non costituiscono un ammasso statico, ma sono mantenuti in continua agitazione dai sistemi di insufflazione di aria, se il processo avviene in condizioni aerobiche, o da miscelatori meccanici se sono richieste condizioni anossiche. Gli MBBR possono essere adoperati come sistemi puri, in cui è presente la sola biomassa adesa, oppure in sistemi ibridi, in coabitazione con biomassa sospesa (Figure 1 e 2). Quest’ultima configurazione è particolarmente vantaggiosa per incrementare l’efficienza di un sistema a fanghi attivi. In tal caso, infatti, gli interventi strutturali che devono essere previsti sono minimi e si limitano alla realizzazione, a fine vasca, di un griglia in grado di evitare la fuoriuscita del materiale di riempimento.

Figura 1. Schema di un sistema MBBR puro

Figura 2. Schema di un sistema MBBR ibrido

 

I sistemi MBBR presentano molti dei vantaggi che competono ai sistemi a colture adese rispetto a quelli a fanghi attivi, quali: maggiori concentrazioni di microrganismi in vasca; presenza di una biomassa selezionata in base alla velocità di degradazione del substrato e non alle caratteristiche di sedimentabilità; minore produzione di fango; produzione di fango con migliori caratteristiche di sedimentabilità e stabilità; assenza del ricircolo della biomassa. Ai vantaggi appena citati, gli MBBR ne sommano altri, che non si riscontrano per sistemi a colture adese tradizionali, quali: le ridotte perdite di carico idraulico; le ridotte dimensioni dei reattori biologici; la facilità di contatto tra la biomassa ed il substrato, favorita dal moto di agitazione prodotto dall’insufflazione continua di bolle d’aria o dagli organi meccanici di miscelazione; l’assenza di rischio di intasamento del mezzo di riempimento, che rende possibile prevedere la soppressione della fase di sedimentazione a monte di quella biologica. Rispetto ai sistemi tradizionali, manca il vantaggio economico e gestionale conseguente all’aerazione naturale, e pertanto gratuita, del liquame. Come per i sistemi tradizionali, i sistemi MBBR prevedono, a valle, una fasi di separazione fisica, volta alla rimozione dalle acque delle pellicole biologiche che vengono rimosse dal supporto a seguito di: fenomeni idrodinamici; sforzi di taglio prodotti dal moto relativo acqua-supporto; urti tra gli elementi di supporto; morte dei microrganismi che formano la parte più interna della pellicola biologica, per i quali la disponibilità di nutrimento ed ossigeno è fortemente limitata dal processo di diffusione molecolare e dall’azione di degradazione che si svolge nella zona più superficiale della pellicola. Il dimensionamento dei reattori MBBR è legato alla scelta dello specifico elemento di supporto ed è di tipo empirico. Si ricorre, infatti, o ad un tempo di detenzione idraulico, assunto variabili tra le 3 e le 8 ore, oppure, più spesso, all’uso del coefficiente di carico volumetrico, che, nel caso di substrato organico, rientra nel range 1÷3 kg BOD5/(m3·d), adottando, nel contempo, un tasso di riempimento del reattore (vale a dire un rapporto tra il volume occupato dal supporto e quello della fase) compreso il 60 % ed il 70 %, e non superiore, comunque, al 75 %, per non compromettere la corretta agitazione del contenuto delle unità di processo.