Dal controllo dell`O2 al controllo dell`aerazione con

REPORT APPLICATIVO
TECNICHE DI MISURA DA PROCESSO
NITRATAX ECO SC
Autore: Ing. H.-G. Hauser, Niersverband, Germania
Kläranlage Sonsbeck
Dal controllo dell’O2 al controllo
dell’aerazione con NITRATAX eco sc
La stabilità di un impianto e la sua gestione economica sono estremamente
importanti per i depuratori di piccole dimensioni. Per questo vale la pena dare
un sguardo più da vicino al cuore di un impianto biologico, ovvero alla vasca
di aerazione. L‘efficienza e stabilità del trattamento reflui dipendono in gran
parte da com’è regolata la vasca di aerazione. Infatti oltre il 50% dei consumi
energetici dei piccoli impianti di depurazione servono ad apportare ossigeno
ai fanghi attivati. Il caso del depuratore di Sonsbeck (Niersverband, capacità
5.250 PE) prende in esame i vantaggi offerti dal passaggio ad un ciclo di aerazione controllato in base ai nitrati.
Keywords
➔ Controllo aerazione
➔ Minori costi operativi
➔ Riduzione dei valori di azoto
nell’efflusso
➔ Stabilità del trattamento
AERAZIONE_NITRATAX ECO SC
Dal controllo aerazione a tempo
al controllo basato sui nitrati
➔
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➔
Fig. 1a: NITRATAX eco (immerso)
con deflettore in lamiera
Fig. 1b: NITRATAX eco (vista frontale)
Capacità dell’impianto: 5.250 PE
Messa in funzione: 1975
Tecnologia di processo:
Vasca di ossidazione con aerazione
intermittente; un aeratore a rotore
funzionante in maniera continua
per assicurare la circolazione
Aerazione: 2 aeratori a rotore
Manutenzione degli strumenti
di misura da processo:
Pulizia mensile: 20 min
Calibrazione, ad 1 punto quando
necessaria, 2-3 volte all’anno: 5
Analisi di controllo: Una volta
alla settimana
Reazione dinamica alle fluttuazioni dei carichi
Processo di trattamento reflui più stabile
Monitoraggio on-line
Bassi valori di azoto in uscita
Tempi di ammortamento brevi grazie ai risparmi
energetici
L’impianto
Nel depuratore di Sonsbeck (5.250 PE),
le acque reflue sono trattate in una
vasca di ossidazione dotata di due aeratori a rotore, che servono ad apportare
ossigeno alla vasca dei fanghi attivati.
In precedenza uno degli aeratori era
controllato in base al contenuto di
ossigeno nella vasca dei fanghi attivi,
mentre il secondo era gestito in modo
da mantenere una miscelazione idonea
nella vasca durante il funzionamento
continuo.
Punti deboli:
- L’eliminazione dell’azoto nella vasca
dei fanghi attivi avveniva in maniera
più o meno casuale. Questo aspetto
d’instabilità del trattamento faceva sì
che si verificassero processi di denitrificazione incontrollati nella vasca di
sedimentazione secondaria, con la
conseguente formazione in superficie
di un notevole strato di fanghi galleggianti. L’ordine era presto ristabilito
nella vasca di chiarificazione dell’effluente posta a valle, in modo che
nelle acque riceventi non venissero
scaricati carichi eccessivi
- Dato che l’aeratore a rotore funzionava in maniera continua, durante i
periodi di bassi carichi si determinava
un’eccessiva ossigenazione nella
vasca dei fanghi attivi, con conseguenti sprechi nei consumi energetici.
Tali condizioni operative hanno condizionato la scelta di poter avere un sistema
controllo semplice ma in grado di reagire
adeguatamente a differenti situazioni di
carico, in modo da stabilizzare il processo di trattamento e da ottenere valori in
uscita costantemente bassi. Ciò sarebbe stato possibile sfruttando la misura
dei nitrati.
Primo passo verso un controllo
dell’aerazione basato su nitrati
Una posizione d’installazione idonea
per la sonda per nitrati (in questo caso:
NITRATAX eco sc) ed un sensore ottico
per ossigeno (in questo caso: LDO)
è stata presto identificata a lato della
vasca di ossidazione. Un deflettore in
lamiera è stato usato quale protezione
contro eventuali grovigli con i filamenti
(figg.1a+b).
Le curve di andamento delle prime
settimane, con valori dei nitrati che talora superavano i 10 mg/l (fig. 2), hanno
evidenziato gli straordinari vantaggi
offerti della misura on-line, ovvero monitoraggio continuo e trasparenza del processo di depurazione delle acque.
Relé A
Valore target:
Isteresi:
Tempo di aerazione massimo:
Tempo di disattivazione max.:
Tempo di aerazione min.:
Tempo di disattivazione min.:
Controllo bifase con monitoraggio a tempo
6,5 mg/l (max. conc. di nitrato)
4,0 mg/l (conc. nitrato min. 2,5 mg/l)
1000 min (timer on max.)
480 min (timer off max.)
10 min (timer off min.)
10 min (timer off min.)
Relé B
Allarmi (anomalie operative dello strumento)
Tabella 1: Settaggio Relè del Controller SC 100
Controllo basato sui nitrati
Il passaggio al funzionamento controllato in base ai nitrati di uno degli aeratori
a rotore ha richiesto che tutti i segnali di
controllo fossero inviati dal controller
(in questo caso: SC 100). Erano disponibili tre contatti a relè (con cinque concezioni di controllo selezionabili) e due
uscite di potenza. La scelta è caduta
su un “controllo bifase con monitoraggio
a tempo” e le impostazioni (liberamente
selezionabili) riportate nella Tabella 1.
In pratica, il secondo aeratore
a rotore è disattivato al valore NO3-N di
6,5 mg/l e riattivato a 2,5 mg/l di NO3-N,
sempre che la durata dell’aerazione non
superi i 1000 minuti ed i tempi di disattivazione non superino i 480 minuti.
L’andamento regolare della curva
a denti di sega nella fig. 3 documenta
la stabilità delle condizioni nella fossa
di ossidazione. I punti di commutazione superiore ed inferiore del secondo
aeratore a rotore sono rapidamente raggiunti. Il sistema di controllo a tempo dei
livelli più alti interviene soltanto durante
i fine settimana, in quanto il carico
(immissione di carbonio) è tanto basso
che il limite inferiore non viene raggiunto
e, pertanto, ha luogo una denitrificazione
insufficiente. In questo caso un eccesso
di O2 è apportato dall’aeratore a rotore
funzionante in continuo.
Risultato sbalorditivo
La stabilizzazione delle curve precedentemente variabili è avvenuta immediatamente dopo l’introduzione del sistema di
controllo dell’aerazione (fig. 4). Non solo
l’intervallo di fluttuazione si è ridotto, ma
le concentrazioni di ammonio e nitrati si
sono mantenute a livelli estremamente
bassi. La denitrificazione è migliorata
e non si è più svolta nella vasca sedimentazione secondaria. I risultati hanno
aperto nuove possibilità per valori più
bassi nelle acque reflue e ammortamento degli investimenti.
HACH LANGE – www.hach-lange.com
mg/l
Nitrato
Ossigeno
2005
Fig. 2: Curva di andamento settimanale tipico dell’aerazione con controllo puramente a tempo
Off
mg/l
Nitrati
On
Ossigeno
Data
Fig. 3: Curva a denti di sega classica tra 2,5 e 6,5 mg/l NO3-N
mg/l
Controllo basato su O2
Inizio del controllo basato su NO3-N
Nitrati
Ammonio
2005
Fig. 4: Valori di efflusso prima e dopo l’introduzione del controllo basato su NO3-N
AERAZIONE_NITRATAX ECO SC
Breve periodo di ammortamento
Come dimostrato dal depuratore di Sonsbeck
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Fig. 5: Risparmi energetici compresi tra il 20 ed il 30%, grazie alla riduzione del tempo di attività
di uno degli aeratori a rotore.
Efficienza economica
Una condizione necessaria per ottenere
una denitrificazione efficiente e mirata è
che non vi siano trasferimenti di ossigeno inutili. L’aeratore a rotore funzionante in maniera continua usato per
mantenere la circolazione nella fossa di
ossidazione dovrebbe pertanto essere
sostituito con un agitatore meccanico
che assolva la stessa funzione (questa
operazione è già prevista). Tenendo conto di tutti gli investimenti ed i successivi
costi per l’agitatore, la sonda per nitrati,
il controller, l’analisi e la pulizia, il tempo
di ammortamento calcolato è compreso
tra 2,2 e 3,6 anni, a seconda dei risparmi energetici resi possibili dal controllo
dell’aerazione basato sulla concentrazione di nitrati (Fig. 5).
Strumenti di misura da processo
usati
NITRATAX eco sc
Sonda da processo autopulente e
conveniente in acciaio inox (V4A) per
la misura in tempo reale del contenuto
di nitrati e nitriti di acque, acque reflue
o fanghi attivi mediante un metodo di
misura senza reagenti.
Sensore di ossigeno LDO
Sensore che non richiede calibrazione
per la misura dell’ossigeno disciolto
mediante il metodo a luminescenza.
Nessun’interferenza da H2S, riduzione
od ossidazione di sostanze; niente tempi di polarizzazione; non è necessario
alcun flusso mimino del campione.
Controller SC 100
Controller universale con montaggio
a parete, in-pipe o sul pannello di
controllo. Due sensori digitali possono
essere collegati mediante connettori
antispruzzo. Due uscite di potenza analogiche, tre interruttori di commutazione
senza potenziale (5 A 115/230 V CA,
5 A 30 V CC), interfaccia digitale per il
collegamento bus (ModBus, ProfiBus,
LonBus). (5 A 115/230 V CA, 5 A 30 V DC),
digital interface for bus connection
(ModBus, ProfiBus, LonBus).
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Un NITRATAX eco sc ed un sensore
LDO saranno collegati al controller
SC 100
DOC043.57.00478.Oct06
Anni