una tecnologia innovativa per il controllo del processo di

Newsletter 1
18 marzo 2014
LIFE+ Environment Policy and Governance
project application - contract LIFE 12
ENV/IT/000120
UNA TECNOLOGIA INNOVATIVA PER IL
CONTROLLO DEL PROCESSO DI
OSSIDAZIONE NEGLI IMPIANTI A FANGHI
ATTIVI
Funzionamento del sistema
I Reattori
I sensori
Sistema di Termostatazione
Sistema di prelievo dei fanghi
Sistema di dosaggio reagenti
UNA TECNOLOGIA INNOVATIVA PER IL CONTROLLO DEL
PROCESSO DI OSSIDAZIONE NEGLI IMPIANTI A FANGHI ATTIVI
All’interno del progetto BIOCLOC viene sperimentata l’applicabilità e le
potenzialità di un innovativo sistema di monitoraggio e controllo dei processi a
fanghi attivi che sfrutta la misurazione on-line del rateo di nitrificazione.
L’applicazione della nuova tecnologia, basata sulla titrimetria on-line, permetterà
di risparmiare energia ed incrementare la qualità dell’effluente attraverso il
controllo di importanti parametri operativi come la concentrazione di ossigeno
disciolto e l’età del fango, favorendo il rispetto delle normative europee in materia
di qualità delle acque e minimizzazione della carbon footprint del processo.
Il processo di ossidazione e nitrificazione degli impianti di depurazione delle acque
reflue necessita infatti di un elevato fabbisogno energetico per il sistema di
aerazione. Ciò determina un importante impatto ambientale e rappresenta una
delle principali voci di bilancio economico degli impianti. Allo scopo di garantire
elevate qualità dell’effluente, la gestione del processo prevede spesso il
mantenimento di elevati valori di ossigeno disciolto e di età del fango con
conseguente aumento dei costi di gestione e della carbon footprint complessiva del
processo di depurazione. La gestione del processo è dunque un aspetto
fondamentale ed una sua ottimizzazione mediante l’utilizzo di tecnologie e
protocolli alternativi a quelli attuali può comportare notevoli vantaggi, sia in termini
economici che di impatto ambientale.
Funzionamento del sistema
Il fango attivo viene continuamente pompato dalla vasca di ossidazione
dell’impianto di depurazione (WWTP) all’interno dei due reattori (REACTOR 1, 2)
in cui viene miscelato e monitorato. Un’unità di controllo (Control UNIT) regola nel
reattore il dosaggio dei reagenti (Chemical inputs) necessari per garantire
BIOCLOC Project - BIOprocess ControL through Online titrimetry to reduce Carbon footprint in wastewater treatment
LIFE+ Environment Policy and Governance project application - contract LIFE 12 ENV/IT/000120
info: [email protected] - www.bioclocproject.eu - +39 055 2758850
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condizioni ottimali per il metabolismo batterico. L’unità di controllo agisce inoltre
sulla regolazione della temperatura del fango grazie ad un criotermostato in modo
che la temperatura dei fanghi dei reattori venga mantenuta uguale a quella dei
fanghi della vasca di prelievo.
Il prototipo è costituito da un titrimetro differenziale, composto da due reattori
distinti che raccolgono i fanghi provenienti dalla vasca di ossidazione. All’interno
dei due reattori una specifica unità di controllo provvede a misurare i parametri
chimico-fisici (pH e ossigeno disciolto) e a dosare i reagenti in funzione delle
strategie di controllo adottate. L’unità di controllo agisce inoltre sulla regolazione
della temperatura controllando un criotermostato che regola la temperatura del
liquido all'interno dell'intercapedine dei reattori; questo serve a mantenere la
temperatura dei fanghi dei reattori uguale a quella della vasca di prelievo.
La possibilità di poter controllare in tempo reale l’evoluzione del processo di
nitrificazione permetterà quindi interventi tempestivi di modifica delle condizioni
operative, limitando l’impatto negativo di possibili fenomeni di inibizione sulla
qualità dell’effluente.
La strumentazione sarà alloggiata all'interno di due rack da 19 pollici di cui il primo
è dedicato ai sistemi di alimentazione e all'unità di controllo composta da un PC,
da un monitor e da tutte le interfacce di ingresso/uscita per i segnali e comandi
dell'impianto; questo lato ospita anche il criotermostato.
Il secondo rack è invece dedicato al prototipo vero e proprio, dove trovano posto le
pompe di prelievo, i reattori con al proprio interno i sensori, gli agitatori e le pompe
di dosaggio.
I Reattori
Il titrimetro differenziale è composto da due reattori all’interno dei quali il fango
verrà trattato in modo del tutto analogo. Questi sono identici e presentano le pareti
verticali trasparenti (realizzate in policarbonato) per consentire l’osservazione
dall’esterno. Per poter controllare la temperatura dei fanghi all’interno del cilindro,
i reattori sono stati dotati di una camicia esterna in cui circola un liquido
termostatato. Tale camicia si ottiene tramite due cilindri di policarbonato di
diametro diverso, posizionati in modo concentrico in modo da creare una
intercapedine tra il cilindro esterno e quello interno. Questa intercapedine servirà
per ospitare il fluido la cui temperatura è regolata dal criotermostato.
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I sensori
Su ciascun reattore sono installati sensori per la misura del pH e ossigeno disciolto
nei fanghi contenuti all’interno. Visto l’ambiente di utilizzo, sono stati scelti sensori
che presentano caratteristiche ottimali di precisione ed affidabilità. Un secondo
aspetto che ha influito sulle scelte è stato l’ingombro dei sensori stessi che
dovranno essere installati nella parte interna del reattore che contiene i fanghi. Le
dimensioni di questa parte del reattore sono vincolate al volume dei fanghi da
trattare che deve essere di circa 2 litri.
Per quanto riguarda la misura dell’ossigeno disciolto sono state esaminate le
diverse tecnologie disponibili. I metodi più comuni per la misura dell’ossigeno
disciolto sono quello polarografico e quello ottico; quest'ultimo rappresenta la
tecnologia più avanzata. L'utilizzo di metodi ottici per la misura dell'ossigeno
disciolto consente di ottenere una notevole riduzione delle operazioni di
manutenzione (in quanto privo di elementi consumabili quali elettrodi ed elettrolita)
ed una maggiore affidabilità della misura rispetto ai metodi tradizionali
(polarografici).
Sistema di Termostatazione
I due reattori vengono mantenuti alla stessa temperatura della vasca di prelievo
esterna in modo da poter confrontare i dati delle reazioni con il processo che
avviene nella vasca principale.
La temperatura viene mantenuta stabile attraverso un circuito di termostatazione
che regola la temperature di un liquido (acqua e glicole) che vi circola all’interno. Il
liquido in questione viene pompato dal criotermostato nelle intercapedini esterne
dei due reattori con la temperatura impostata dall’unità di controllo. Il liquido viene
spinto dal criotermostato nei due reattori in parallelo, in modo da arrivare in
entrambi i reattori con la stesa temperatura. La temperatura dei fanghi all’interno
della vasca di prelievo varia nell’arco dell’anno con una escursione che, secondo
i dati storici, varia dai 15 °C ai 24 °C.
Sistema di prelievo dei fanghi
I fanghi in questione hanno una concentrazione di 8 g/l con una concentrazione di
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secco pari al 2-3%, caratteristiche che rendono opportuno l’utilizzo di una pompa
peristaltica. Viste le caratteristiche del fluido e le portate in gioco è stato scelto un
tipo di pompa peristaltica che consente una regolazione precisa e ripetibile della
portata. Nel nostro caso la portata richiesta è di 2 litri/ora per cui la pompa verrà
regolata a 33.3 cc/min.
Sistema di dosaggio reagenti
Per il funzionamento del sistema titrimetro differenziale è previsto l’utilizzo di
alcuni reagenti che verranno dosati in modalità differenti. I fanghi prelevati dalla
vasca di ossidazione principale vengono miscelati con due diversi composti chimici
prima dell’ingresso nei reattori: nel reattore 1 vengono immessi i fanghi addizionati
con ATU e N-NH4 (allitiourea e ammoniaca), mentre nel reattore 2 soltanto
ammoniaca.
Il dosaggio di queste sostanze avviene in modo continuativo durante il
funzionamento dell’impianto, con portate di circa 70 ml/ora che verranno iniettati
direttamente nel tubo che porta i fanghi dentro il reattore.
Tale portata relativamente bassa sarà ottenuta utilizzando delle micro pompe a
membrana con comando ad impulsi. Queste micro pompe sono comandate da un
solenoide ed hanno la caratteristica di scaricare un volume costante di liquido ad
ogni impulso.
La realizzazione dell’impianto è affidata al partner West Systems, azienda con
un’esperienza ventennale nella produzione di strumentazione per il monitoraggio
ambientale. La fase di progettazione si è conclusa a Dicembre 2013 con la
redazione degli schemi elettrici e dell’elaborazione 3D. A partire da Gennaio 2014
invece è in corso la fase di assemblaggio presso la sede operativa di Pontedera
(PI).
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