Artic

© IPCM F. Stucchi
A WASTE WATER TREATMENT SYSTEM TO MEET CATERPILLAR'S
ENVIRONMENTAL IMPACT REQUIREMENTS
Impianto di depurazione delle acque funzionale per soddisfare i requisiti di impatto
ambientale presso l’impianto Caterpillar
Francesco Stucchi
ipcm
®
Opening photo:
The cylinders produced
by this company are
intended for the Caterpillar
earthmoving machines:
the picture shows a
backhoe loader1.
1
For a machine of this type,
10/12 cylinders are used.
Foto d’apertura:
i cilindri prodotti nello
stabilimento marchigiano
sono destinati alle
macchine movimento terra
Caterpillar:
in figura una terna1.
1
Per una macchina di questo
tipo vengono impiegati 10/12
cilindri.
C
aterpillar Hydraulics Italia, based in Jesi (AN),
produces oil-hydraulic cylinders in various sizes,
shapes and diameters for earthmoving machinery. In
September 2012, it installed at its premises, occupying an
area of 150,000 m2 of which 19,000 are covered (Fig. 1), a
chemical-physical system provided by Simpec, a company
based in Carate Brianza (MB), Italy, to treat the waste
water produced by the chemical pre-treatment processes
of components, in order to meet the environmental
standards required at the regional and local level.
“The history of our company,” Giovanni Bolognini, the Plant
Manager, explains, “began in 1926 with the production of
agricultural machines. In 1967, however, it started focusing
on hydraulic and oil-hydraulic components.
In 1971, the company was transferred to the current seat
and, in 1996, it was acquired by Caterpillar, a world leader
in the construction of earthmoving machinery, diesel
engines, propellers and generators. At the moment, we
are the leading manufacturer of cylinders in the Caterpillar
Group at the European level, with a production volume
of 250,000 units per year, that is, about 1,000 cylinders of
about 200 different types per day (Fig. 2).”
52 N. 25 - 2014 JANUARY/FEBRUARY - international PAINT&COATING magazine
L
a Caterpillar Hydraulics Italia, con sede a Jesi (AN),
produce cilindri oleodinamici di varie dimensioni,
forme e diametri per macchine movimento terra. All’interno dello stabilimento, che occupa una superficie pari a 150.000 m2 di cui 19.000 coperti (fig. 1), ha installato nel settembre 2012 un impianto chimico-fisico fornito
da Simpec di Carate Brianza (MB) per il trattamento degli
scarichi derivanti dai processi di pretrattamento chimico
dei componenti, allo scopo di rispondere ai requisiti ambientali richiesti dagli enti regionali e locali.
«La storia della nostra società – ci spiega Giovanni Bolognini,
Plant Manager – iniziò nel 1926 con la produzione di macchine agricole. Nel 1967 cambiò il settore di appartenenza
dedicandosi alla realizzazione di componenti idraulici e oleodinamici. Nel 1971 la sede dell’azienda fu trasferita nello
stabilimento in cui ci troviamo oggi e, nel 1996, la nostra società è stata acquisita da Caterpillar, leader mondiale nella
costruzione di macchine movimento terra, motori diesel,
propulsori e generatori elettrici. Oggi siamo il principale
produttore di cilindri del gruppo Caterpillar a livello europeo con un volume produttivo pari a 250.000 unità l’anno,
circa 1.000 cilindri al giorno di circa 200 tipi diversi (fig. 2)».
FOCUS ON TECHNOLOGY
La verniciatura dei cilindri
The coating system operates in a continuous mode
on three shifts, finishing approximately 1,200 parts
per day.
“Its design process started in 2004 and ended in
2007 with its installation,” Roberto Pierandrei, the
Manufacturing Engineer Manager, says, “following
the implementation of our lean transformation
program, conceived to rationalise the production
and organise it on a production line basis.
The previous system was outdated and was no
longer able to support the productive needs of
the company.
Therefore,
it has been
replaced
and adapted
to the new
configuration
of the
production
lines, so as to
increase our
production
capacity and
reduce its
environmental
impact.
1
Currently, our
production
is organised in lines, each of which handles a
particular type of component. At the end of the
line, we obtain a complete cylinder, which is hung
directly to a load frame for the coating stage.
This is one of the most innovative elements of our
lean transformation process, which has doubled
our production capacity: the absence of an
intermediate handling stage between the various
manufacturing operations, including the coating
one, enables us not to stockpile material and
ensures the continuity of production. At the end of
each of the six production lines, there is a loading
area where the components are hung directly into
the system.
The coating line is constantly evolving, too: we
can say that the current one is not its final version,
because, based on the ever changing production
requirements, we have made and we are still
making changes and improvements.”
L’impianto di verniciatura è attivo a ciclo continuo su
tre turni lavorativi per la finitura di circa 1.200 pezzi
al giorno.
«Il progetto per l’impianto di verniciatura è nato nel
2004 per concludersi nel 2007, anno della sua installazione – precisa Roberto Pierandrei Manufacturing
Engineer Manager – in seguito all’implementazione
di un programma di lean transformation, messo in
atto per razionalizzare il più possibile la produzione
e organizzarla per linee produttive. L’impianto precedente era infatti datato e non era più in grado di
sostenere
la
trasformazione produttiva
d e l l ’a z i e n d a .
È stato quindi
sostituito per
aumentare la
capacità produttiva, adattandolo
alla
nuova configurazione delle linee produttive, e migliorare
l’impatto ambientale.
Attualmente la
produzione è
organizzata in linee ognuna delle quali produce un
determinata tipologia di prodotto. Alla fine della linea otteniamo il cilindro completo, che viene appeso direttamente al telaio di carico per la verniciatura. Questo è uno degli elementi più innovativi della
lean transformation, che ha raddoppiato la capacità
produttiva: l’assenza di una fase intermedia di movimentazione tra le varie operazioni di produzione del
pezzo, verniciatura compresa, che ci permette di non
accumulare materiale e garantisce una continuità
produttiva. Al termine di ognuna delle sei linee produttive vi è una baia di carico per l’appensione diretta del pezzo sull’impianto.
La linea di verniciatura è anch’essa in continua evoluzione: possiamo dire che ancora oggi non è nella sua
versione definitiva, nel senso che, in base alle sempre nuove esigenze produttive, abbiamo provveduto
e provvediamo ancora oggi ad apportare modifiche e
miglioramenti».
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Coating the cylinders
1
A bird's eye view of the
Caterpillar plant in Jesi, in
the province of Ancona.
Panoramica dello
stabilimento Caterpillar
di Jesi, in provincia di
Ancona.
international PAINT&COATING magazine - JANUARY/FEBRUARY 2014 - N. 25
53
A Waste Water Treatment System to Meet Caterpillar's Environmental Impact Requirements
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3
The water coating stage
inside the booth. Caterpillar's
products are divided into
categories according to the
type of outdoor exposure.
Obviously, the components
coated by Caterpillar
Hydraulics fall into the
highest exposure categories.
The quality of the products
is verified by an American
laboratory, called Tech
Center, which has the task of
responding to all technical
requirements of the Group's
subsidiaries worldwide.
2
2
An example of the cylinders produced by
Caterpillar Hydraulics Italia.
Un esempio dei cilindri prodotti da Caterpillar
Hydraulics Italia.
3
© IPCM F. Stucchi
La verniciatura ad acqua
dei pezzi all’interno della
cabina. Tutti i prodotti
Caterpillar sono suddivisi
in categorie in base al tipo
di esposizione che hanno
all’esterno. Ovviamente
i componenti verniciati
in Caterpillar Hydraulics
rientrano nelle categorie
ad esposizione più
elevata. La qualità del
prodotto è verificata da
un laboratorio americano,
chiamato Tech Center, che
si occupa di rispondere a
tutte le esigenze tecniche
provenienti dalle divisioni
della multinazionale
distribuite in tutto il mondo.
Coating system
Il ciclo di verniciatura
The coating line consists of the three usual parts:
nanotechnology pre-treatment tunnel, coating and
curing stations.
“The nanotechnology pre-treatment process includes
five stages: degreasing, two rinsing steps, the second
of which with demineralised water, phosphation,
further rinsing with demineralised water and drying,”
Pierandrei continues. “Subsequently, the part reaches
the coating application area, where there are two
parallel lines: on each line, we have installed two
water veil booths, because the system provides for the
application of a primer and an enamel layer. Having
two lines gives us the ability to be flexible as regards the
colour and the type of component to be treated. One
line is fully automatic by means of reciprocators, the
other one is a semi-automatic, with a manual station
for the products with such a particularly complex shape
that they cannot be coated in the automatic line
(Fig. 3 and 4).
La linea di verniciatura è costituita dalle classiche tre
parti: tunnel di pretrattamento nanotecnologico, verniciatura e polimerizzazione.
«Il pretrattamento nanotecnologico è a cinque stadi,
cioè sgrassaggio, due stadi di risciacquo, di cui il secondo con acqua demineralizzata, fosfatazione, ulteriore
risciacquo con acqua demineralizzata e asciugatura» –
continua Pierandrei.
«Successivamente il pezzo arriva nell’area di applicazione della vernice dove ci sono due linee in parallelo:
su ciascuna linea abbiamo installato due cabine a velo
d’acqua, perché il ciclo prevede applicazione del primer
e dello smalto. Avere due linee ci dà la possibilità di essere flessibili per quanto riguarda il colore e per la tipologia del pezzo. Infatti, una linea è completamente
automatica a mezzo di reciprocatori, l’altra è semi-automatica con una postazione manuale per quei prodotti
di forma più complessa che sulla linea automatica non
possono essere verniciati (figg. 3 e 4).
54 N. 25 - 2014 JANUARY/FEBRUARY - international PAINT&COATING magazine
FOCUS ON TECHNOLOGY
The third stage is that of polymerisation in an oven
at 80-90°C and final cooling. This enables us to
unload the cylinders from the line “in real time”,
without having to wait for the natural cooling of
the parts (Fig. 5).”
La terza fase è quella della polimerizzazione in forno di cottura a 80-90 °C e raffreddamento finale:
questo ci consente di poter scaricare dalla linea i cilindri in tempo reale, senza dover aspettare il raffreddamento naturale dei pezzi (fig. 5).
Focus on the environment: reduction of
emissions and waste
Focus sull’ambiente: riduzione delle
emissioni e degli scarichi
“We use only water-based paints and we have
greatly reduced emissions,” so Fabio Vitali, the
Safety and Environment Coordinator of Caterpillar
Hydraulics. “Thanks to the new coating plant as
well as the adoption of the electrostatic technology
and of water-based products, we are definitely
below the limits imposed. The excellent result of a
lower environmental impact has been completed
with the installation of a new chemical-physical
plant for the waste water produced in the pretreatment stage.”
“Utilizziamo solo vernici all’acqua e abbiamo ridotto di molto le emissioni» – interviene Fabio
Vitali, Safety and Environment Coordinator di
Caterpillar Hydraulics – Grazie al nuovo impianto di verniciatura, all’introduzione dell’elettrostatica e delle vernici all’acqua siamo nettamente scesi sotto i limiti imposti. L’ottimo risultato
del minor impatto ambientale si è completato
grazie all’installazione di un nuovo impianto chimico-fisico per il trattamento delle acque reflue
di pretrattamento».
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4
A detail of the coated cylinders. The colours used are those of the brand: yellow and black.
Un dettaglio dei cilindri verniciati. I colori utilizzati sono quelli del brand: il giallo e il nero.
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A Waste Water Treatment System to Meet Caterpillar's Environmental Impact Requirements
5
Components just outside
the drying oven.
I componenti appena
fuoriusciti dal forno di
asciugatura.
6
The two tanks placed
between the pretreatment tunnel and
the coating plant, where
the concentrate from
the nanotechnology
pre-treatment process is
stored.
L’impianto di trattamento delle acque
“We had an old chemical, physical and biological
purifier built in the 1970s, with buried concrete
tanks,” Vitali continues. “With the new
regulations, we would have been no longer able
to meet the parameters required. Therefore, we
have decided to replace it. We have met Simpec
at a trade fair and we have decided to opt for a
chemical-physical treatment plant.
We have dismantled the old biological system
that treated the waste water from the cafeteria
and the bathrooms, installing a grease separator
and an Imhoff tank. We have also designed
alternative solutions for the cooling water from
the mechanical processing: at the end of the
production line, the cylinders are subjected to
a hydraulic test and the oil of the test bench is
treated with a cooling water system. Initially, this
water passed through heat exchangers and then,
through the sewer, it reached the old chemicalphysical treatment plant. However, we have
soon decided not to use the new system to treat
this cooling water, but to create a closed-loop
system to reuse it. We have started by installing
the closed-loop system for the cooling water, and
then we have dismantled the biological plant and
began to build the chemical-physical one.”
«Avevamo un vecchio depuratore chimico-fisico-biologico degli anni Settanta con vasche in cemento interrate»
- continua Vitali. «Con le nuove normative, non saremmo più riusciti a rispettare i parametri indicati e abbiamo deciso di provare a valutare dei nuovi impianti di depurazione. Abbiamo conosciuto la società Simpec ad una
fiera e abbiamo deciso di procedere con un impianto di
trattamento chimico-fisico. Abbiamo smantellato il vecchio impianto biologico su cui conferivamo gli scarichi
della mensa e dei bagni, installando un degrassatore e
una fossa Imhoff. Abbiamo anche studiato soluzioni alternative per le acque di raffreddamento delle lavorazioni meccaniche. Infatti, alla fine della linea di produzione il
cilindro viene collaudato con un test idraulico e l’olio del
banco di collaudo è trattato con un sistema di raffreddamento ad acqua che prima era a perdere, cioè l’acqua
passava attraverso gli scambiatori di calore e poi, tramite
la fognatura, raggiungeva il vecchio impianto di depurazione chimico-fisico. Quando abbiamo valutato la necessità di costruire il nuovo impianto, abbiamo deciso da subito di non far confluire queste acque all’impianto, ma di
creare un sistema a circuito chiuso per riutilizzare le acque. Abbiamo iniziato installando questo impianto per le
acque di raffreddamento a circuito chiuso, poi abbiamo
smantellato l’impianto biologico e iniziato a costruire al
suo posto il nuovo impianto chimico-fisico».
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I due serbatoi collocati tra
il tunnel di pretrattamento
e l’impianto di
verniciatura, dove viene
stoccato il concentrato
risultante dai processi
di pretrattamento
neotecnologico.
Waste water treatment system
5
6
56 N. 25 - 2014 JANUARY/FEBRUARY - international PAINT&COATING magazine
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FOCUS ON TECHNOLOGY
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© IPCM F. Stucchi
L’impianto installato da Simpec raccoglie i reflui della
The plant installed by Simpec collects the waste
fase di pretrattamento in questo modo: le tre vasche
water from the pre-treatment stage as follows.
di risciacquo hanno lo scarico in continuo. Al depuraThe three rinse tanks have a continuous drain
3
tore confluisce circa 1 m3 di acqua di risciacquo all’ora.
function; about 1 m of rinsing water per hour
flows to the purifier. The two process tanks
Le due vasche di processo, invece, dove si raccolgono
collecting the waste water from the washing
i concentrati del lavaggio e della passivazione nanoand nanotechnology passivation stages, on the
tecnologica, vengono svuotate e pulite 2 volte l’anno.
other hand, are emptied and cleaned 2 times a
Prima dell’installazione del nuovo impianto, la pulizia
year. Prior to the installation of the new plant,
di queste vasche doveva essere affidata ad una ditta
the cleaning of these tanks had to be entrusted to
esterna.
another firm.
Il concentrato deriThe concentrate
vante dalle vasche
from the process
di processo è stocbaths is stored in
cato in due serbatwo tanks located
toi posizionati nei
near the coating
pressi all’impianto di
plant (Fig. 6), and
verniciatura (fig. 6),
then, during the
per poi essere trattaworking hours, it
to durante l’orario di
is treated with the
lavoro insieme alle
rinsing water.
acque di risciacquo.
7
From inside
Dall’interno dello
the building,
stabilimento, conunderground
dutture sotterranee
pipelines reach the
proseguono
fino
site where the waste
al sito dove è stawater treatment
to posizionato l’implant is located
pianto di depura(Fig. 7, 8 and 9).
zione (figg. 7, 8 e 9).
Here, there is a
Qui si trova un primo
first 16 m3 large
serbatoio di equalizzazione di 16 m3,
equalisation
tank, where the
dove il liquido sosta
8
liquid dwells
per avere un’omogeto be correctly
neizzazione ideale.
7 8
homogenised.
Nel caso ci fosse un
Interior and exterior of the building where the waste water
treatment plant is located.
In case there is
problema sull’ima problem in the
pianto di verniciaVeduta esterna e interna del capannone dove è situato
l’impianto di depurazione.
coating plant
tura o nella parte
or at the end of
finale del depuratothe purifier, its capacity allows not to stop the
re, questo serbatoio consente di avere una riserva
production for several hours. Two pumps, which,
per diverse ore, senza dover fermare la produzione.
for safety reasons, operate alternately, are linked
Da questo equalizzatore si diramano 2 pompe che,
to the equalisation tank. Here, the purification
per motivi di sicurezza, funzionano in modo alterstage begins, which includes an acidification
nato. Qui inizia la fase di depurazione vera e propria
(from 1½ m3), a coagulation (from 2 m3) and a
che comprende l’acidificazione (da 1 ½ m3), la coaneutralisation step. The maximum level that
gulazione (da 2 m3) e la neutralizzazione. Il target
3
can be reached by the plant is 5 m /h, but it is
massimo dell’impianto è di 5 m3/h, ad oggi è setta3
currently set at approximately 3 m /h.
to su circa 3 m3/h.
© Simpec
A Waste Water Treatment System to Meet Caterpillar's Environmental Impact Requirements
9
9
The layout of the waste
water treatment plant
designed by Simpec. In
the upper part, useful
chemicals for this process
are listed
Il layout dell’impianto
per lo scarico delle acque,
progettato da Simpec.
Nella parte superiore
dello schema sono
elencati i prodotti chimici
utili per l’operazione di
depurazione degli scarichi
reflui.
“Simpec has also suggested us the best products
for our purification plant,” Vitali says, “that is,
sulphuric acid, coagulant (ferric chloride), caustic
soda, pulverised coal and lime slurry. All these
products flow in the appropriate tanks through the
different pumps and feeders.”
«Simpec ci ha indicato anche i prodotti da utilizzare per
l’impianto di depurazione – racconta Vitali - l’acido solforico, il coagulante (cloruro ferrico), la soda caustica, il carbone in polvere e il latte in calce. Tutti questi prodotti attraverso le varie pompe e i dosatori confluiscono nelle
rispettive vasche».
Acidification, neutralisation and coagulation
Acidificazione, coagulazione e neutralizzazione
The waste water reaches the coagulation
tank, where ferric chloride (FeCl3), which has
a coagulating effect, is dosed. Subsequently, if
necessary, sulphuric acid is added, in order to
maintain the pH at an optimal value to allow the
dosage of the neutralising agent in the following
stage (Fig. 10).
At this point, lime slurry is dosed, in order to
increase the pH value. Lime slurry has the function
of providing ions for the precipitation of polluting
metals.
I reflui pervengono alla vasca di coagulazione, dove viene dosato il cloruro ferrico (FeCl3), che opera un effetto
coagulante e successivamente, se necessario, viene dosato anche l’acido solforico, al fine di mantenere il pH ad
un valore ottimale per consentire il dosaggio del reattivo
neutralizzante nella successiva apposita sezione di neutralizzazione (fig. 10).
In questa sezione viene dosata la sospensione di latte di
calce allo scopo di incrementare il pH. Il latte di calce ha
la funzione di fornire ioni per la precipitazione dei metalli
inquinanti.
58 N. 25 - 2014 JANUARY/FEBRUARY - international PAINT&COATING magazine
Flocculation and sedimentation
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After neutralisation, the flocculation stage begins.
The flocculant has the task of making the mud flakes (formed
during the neutralisation process) bigger, aggregating them to
each other.
“The flocculant creates heavier flakes, which converge to the
lamellar settling tank,” Vitali explains, “which has the function
of separating the liquid part from the sludgy one. The liquid
part is collected in a pumping tank and then sent through two
pumps to the filter unit, with a quartz filter and a carbon one.
The sludge is extracted from the settling tank and sent to the
thickener. Through a pump, then, it converges in a filter press
that produces solid sludge to be managed as waste.
10
10
The coagulation and neutralisation tanks.
Le due vasche di coagulazione e di neutralizzazione.
Flocculazione e decantazione
Dopo la neutralizzazione, la fase successiva è quella della flocculazione. Il flocculante ha il compito di rendere più grossi i fiocchi
di fango, formati durante la precedente neutralizzazione, aggregandoli tra loro.
«Il flocculante crea un fiocco più pesante che converge al decantatore lamellare» - continua Vitali. «Il decantatore ha la funzione
di separare la parte liquida dalla parte fangosa. La parte liquida
viene raccolta in una vasca di pompaggio e, successivamente, inviata, tramite 2 pompe, alla batteria di filtri: il primo filtro è al
quarzo, il secondo filtro al carbone.
I fanghi, invece, dopo essere stati estratti dal decantatore, sono
inviati all’ispessitore e, tramite una pompa, convergono in un filtro pressa da cui fuoriesce il fango solido, che viene gestito come
rifiuto.
© IPCM F. Stucchi
© IPCM F. Stucchi
A Waste Water Treatment System to Meet Caterpillar's Environmental Impact Requirements
11
11
The last stage of the
sludge treatment process
occurs in the filter press,
which dehydrates it and
turns it into solid waste
to be disposed of by a
specialist company.
L’ultimo passaggio del
trattamento dei fanghi
è il filtro pressa che li
disidratata e li trasforma
quindi in rifiuto solido,
da smaltire con una ditta
specializzata.
12
The tank containing 475
litres of selective chelating
resin, whose function is to
complete the process of
abatement of any heavy
metals.
La colonna contenente
475 litri di resina selettiva
chelante, la cui funzione è
quella di rifinire il processo
di abbattimento di
eventuali metalli pesanti.
The clarified water, collected downstream of the
filtration process, is treated in a pH correction bath
before it is conveyed to the final treatment stage with
selective resins, whose function is to complete the
process of abatement of any heavy metals traces
(Fig. 11). Afterwards, the water that comes out of the
purifier becomes surface waste water.”
12
Le acque chiarificate, raccolte a valle della filtrazione,
sono trattate nella vasca di correzione pH allo scopo di
correggerlo prima dell’invio delle stesse alla successiva sezione di trattamento finale con resine selettive,
la cui funzione è quella di rifinire il processo di abbattimento di eventuali tracce di metalli pesanti (fig. 11).
Dopo di che l’acqua che fuoriesce dal depuratore diventa acqua superficiale di scarico».
Conclusions
“The collaboration with the Simpec engineers has
been essential also with regard to the building
works. Together with them, we have designed
the most suitable concrete foundation pit as well
as a movable cover, which was absent in the
previous system and which has been conceived
taking into consideration the winter and summer
temperatures in our area,” Vitali concludes.
“Thanks to the new system, we have reduced the
consumption of both the used and the discharged
water, we comply with the new environmental
regulatory parameters and we have been able
to replace an outdated system with a latest
generation one, at the highest levels of technology
and design – those that a company from the
Caterpillar Group cannot but reach.”
60 N. 25 - 2014 JANUARY/FEBRUARY - international PAINT&COATING magazine
Conclusioni
«La collaborazione con i tecnici Simpec è stata indispensabile anche per quanto riguarda la progettazione delle opere murarie. Con loro abbiamo infatti studiato la costruzione della platea in cemento
che ritenevamo più idonea per questa struttura e
la copertura mobile, che nel precedente impianto
non era prevista, valutata in base alle temperature
invernali ed estive del nostro territorio – conclude
Vitali – Grazie al nuovo impianto abbiamo ridotto il
consumo delle acque in prelievo ed in scarico, ci siamo uniformati ai parametri ambientali normativi indicati e abbiamo sostituito un impianto datato con
uno di ultima generazione ai massimi livelli tecnologici e progettuali: quelli che una società del gruppo
Caterpillar non può non raggiungere».