ÈUPOLIS LOMBARDIA ISTITUTO PER LA RICERCA, LA STATISTICA E LA FORMAZIONE

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1 ÈUPOLIS LOMBARDIA ISTITUTO PER LA RICERCA, LA STATISTICA E LA FORMAZIONE Seminario Depurazione delle Acque reflue in contesti urbanizzati: soluzioni tecnologiche volte alla minimizzazione della produzione di fanghi Milano 15 marzo 2011 Intervento PROF FRANCO CECCHI fracecchi@alice.it Università di Verona: Ordinario di Impianti Biochimici Master Interuniversitario di Ingegneria Chimica della Depurazione delle Acque e delle Risorse Rinnovabili: Direttore

2 IL CONTROLLO DI PROCESSO E LA CHIAVE PER RAGGIUNGERE GLI OBIETTIVI CHE IL SEMINARIO VUOLE DISCUTERE ILLUSTRERO UN APPROCCIO IN GRADO DI PERMETTERE : Il risparmio di energia La rimozione efficace dell azoto La riduzione della produzione di fanghi Il parziale abbattimento del fosforo per via biologica

3 IL PROCESSO A CICLI ALTERNATI Cicli Alternati Pat. RN99A000018

4 TEORIA DEL PROCESSO ED APPLICAZIONI

5 SCHEMI DI PROCESSO PER LA RIMOZIONE DELL AZOTO Il SUPERATO PROCESSO A STADI SEPARATI Qma Qmn V anox Vox Sed. II Qmn Qr Qw

6 Il PROCESSO A CICLI ALTERNATI Cicli alternati in reattore unico continuo Qmn Vanox Vox Qmn Qr Qw RISPETTO ALLE CONFIGURAZIONI TRADIZIONALI: SOFFIANTI ACCESE SOLO IN FASE DI NITRIFICAZIONE ASSENZA DI RICIRCOLO DELLA MISCELA AREATA

7 CONCENTRAZIONI NEL REATTORE ( N NOxmax) K n X n t KdXd Q ( N NH4) V IN KnXn K n X n ( t td ) Concentrazione media effluente Ntot OUT =N-NH4 OUT +N-NOx OUT N-NOx max N-NH4 max Fine nitrati Tempo OFF(td) Tempo ON(tn) Fine ammoniaca t c = K n X n Kn X n Q NH V 4in ( N NOxmax ) K X d d

8 PARAMETRI DI CONTROLLO OSSIGENO DISCIOLTO (OD) POTENZIALE DI OSSIDO RIDUZIONE (ORP) MONITORAGGIO SOLO IN CONDIZIONI AEROBICHE MONITORAGGIO DEL SISTEMA IN OGNI CONDIZIONE

9 LA LOGICA DI CONTROLLO AGISCE SU DIVERSI LIVELLI DI SICUREZZA E PERTANTO SI AVVALE ANCHE DI SET-POINT BASE MISURE (OD ORP) BASE TEMPO Tempo max ORPmax ODmax Condizione di controllo ORPmin ODmin Tempo min

10 IL PROFILO OD ORP È L IMPRONTA DIGITALE DEL PROCESSO

11 I segnali del primo processo a cicli alternati: 1999 Impianto di Montelattiere (AN) 700 AE Reti Miste, un solo compressore volumetrico (P=7,5 kw) on-off ORP-OD : cicli notte giorno ORP (m v) OD (m g/l) /1/ /1/ /1/ /1/ /1/ ORP (mv) OD (mg/l)

12 DATI Gio 27/05/99 Dry weather 18 cycles ORP(mV) OD(mg/l) tempo(ore) DATI DI GIO 18/02/99 Wet weather 8 cycles ORP(mV) OD(mg/l) tempo(ore) Mass overloading 18 cycles ORP(mV) DATI DI Sab 07/08/ OD(mg/l) tempo( ore) 4 2 0

13 L ARCHITETTURA HARDWARE E SOFTWARE DELL IMPIANTO

14 CICLI ALTERNATI GOVERNANO: MIXER COMPRESSORI INVERTER RICEVENDO SEGNALI DA : SONDE OD-ORP

15 Tutta l elettromeccanica dell impianto oltre ai cicli è sottoposta a telecontrollo Il sistema è collegabile con lo SCADA aziendale SCADA Easygest WWTP RN2007A Aprile 2007

16 Chiusa di Pesio I punti di collegamento sono Beinette Un PC da qualsiasi posto SCADA

17 I cicli alternati non sono vincolati dalla Tipologia di reattore

18 Q r SED.II Q in Q out SED.II Configurazione più comune: Due linee parallele Selettore anossico Due CSTR con ricircolo per linea

19 Impianto di Viareggio AE

20 Impianto di Garessio AE

21 Impianto di Montesilvano AE Q in A monte tre vasche da 650 m3 cadauna A valle tre linee con due vasche in serie da 800 m3 cadauna Q r SED.II SED.II SED.II

22 Impianto di Carbonera AE Q in 4300 m3 Compressori n 2 * 80 kw VASCA BIOLOGICA Q r SED.II SED.II

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25 Impianto di Faver TN AE Reattore anulare tipo plug-flow Q r SED.II Q in Reattori anulari 2 Volume 500 m3 cad. Idraulica 6 CSRT con R Idraulica anox 2 - CSTR

26 I cicli alternati, si adattano anche a. VOLUMETRIE LIMITATE DI REAZIONE

27 Il processo a Cicli Alternati: ESEMPI di Volumetrie Specifiche A.E. base COD Volume Biologico (m 3 ) Volumetria Specifica (litri/a.e.) Impianto A Impianto B Impianto C Impianto D Impianto E Impianto F Impianto G Impianto H Impianto I Impianto L Impianto M Impianto N Impianto O Impianto P Impianto Q Impianto R Impianto S Impianto T Impianto U

28 I VANTAGGI DEL PROCESSO A CICLI ALTERNATI Il risparmio di energia La rimozione efficace dell azoto La riduzione della produzione di fanghi Il parziale abbattimento del fosforo per via biologica

29 RISPARMIO ENERGETICO

30 I presupposti del risparmio energetico il processo non richiede il ricircolo delle miscele aerate il controllo della durata della fase aerobica riduce la fornitura di aria alle sole esigenze della nitrificazione Il controllo della fase di denitrificazione ottimizza il consumo di ossigeno dei nitrati L uso dell ossigeno dei nitrati avviene con maggiori prestazioni in quanto non esistono limitazioni di tempo di reazione dovute agli elevati ricircoli

31 Alcune delle esperienze di Ingegneria Ambiente srl

32 I cicli alternati nell impianto di Viareggio Reti parzialmente miste Dimensione AE Linea Cicli AE Linea Cicli MBR dal 2004 Volumetria -specifica l/ae

33 Andamento tipo delle condizioni operative nella vasca a cicli alternati 26/10/2001 Potenza installata: 60 kw aerobiosi, 20 kw anossia Aerobiosi 66 % Anossia 34 % ASSINVE1 ASSINVE2 RX MARE OX MARE

34 Viareggio periodo umido 26/11/01 Aerazione 50% Anossia 50% 50 ASSINVE1 ASSINVE2 0 00/01/ /07/ /02/ /08/ /03/ /09/ /04/ /10/ RX MARE

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36 CONSUMI ENERGETICI Prima dell applicazione dei cicli Kwh/d 1100 KWh/m 3 0,092 Dopo l applicazione dei cicli Kwh/d 700 KWh/m 3 0,058 energetico Kwh/d 400 Risparmio % PROCESSO DENITRO-NITRO Anox % Aer % 21 PROCESSO CICLI ALTERNATI Anox % Aer % RISPARMI ENERGETICI GRAZIE AL MIGLIOR UTILIZZO DELL OSSIGENO LEGATO AI NITRATI DURANTE LA FASE ANOSSICA DI OSSIDAZIONE DEI COMPOSTI ORGANICI.

37 FAI DELLA PAGANELLA AE 5200 FAVER AE 4500 SPIAZZO RENDENA AE Fai della Paganella Faver

38 TRENTO SOIS Impianti di depurazione di Faver, Fai della Paganella, Spiazzo Faver 4500 AE Fai della Paganella 5200 AE Spiazzo 10000AE Alta Bassa Alta Bassa INFLUENTE Q (m 3 /d) Volume bioreattore (m 3 ) 2x500 2x390 2x495 BIOREATTORE Geometria Anulare Rettangolare Rettangolare Tipologia 3 CSTR 2 CSTR 2 CSTR

39 Impianto - Fai della Paganella EE 31% Kwh ago set ott nov dic gen feb mar apr mag giu lug ago06-lug ago07-lug

40 Impianto - Spiazzo EE - 16% Kwh ago set ott nov dic gen feb mar apr mag giu lug ago06-lug ago07-lug

41 Impianto - Faver EE 0% ma. LCOD + 300% Kwh ago set ott nov dic gen feb mar apr mag giu lug ago06-lug ago07-lug

42 ANALISI DEI CONSUMI ENERGETICI FAI DELLA PAGANELLA SPIAZZO FAVER ANNO 2007 Ctot Cbio % Ctot Cbio % Ctot Cbio % kwh/d kwh/d kwh/d kwh/d kwh/d kwh/d GENNAIO FEBBRAIO MARZO APRILE MAGGIO GIUGNO LUGLIO AGOSTO SETTEMBRE OTTOBRE NOVEMBRE DICEMBRE

43 RIDUZIONE DEI CONSUMI ENERGETICI SPECIFICI Consumi Specifici kwh/m 3 kwh/aed Faver Pre AC AC Fai della Paganella Spiazzo Rendena Pre AC AC Pre AC AC

44 MEZZOCORONA - Consumi Energetici Consumi Totali Pre CA CA Consumi Specifici (kwh/dae) apr-08 mag-08 giu-08 lug-08 lug-08 ago-08 set-08 ott-08 Tempo

45 EFFICENZA DI RIMOZIONE DELL AZOTO

46 LA PROBLEMATICA Limiti effluentireflui urbani Potenzialità impianto in A.E > Area sensibile Fosforo totale (P mg/l) Azoto totale (N mg/l)

47 LA PROBLEMATICA N effluente con processi convenzionali per la rimozione dell azoto (DN) AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE E Ntot (%) Ntot eff (mg/l) E% Ntot eff *APAT Guida per l adeguamento, il miglioramento e la razionalizzazione del servizio di depurazione delle acque di scarico urbane Settembre 2005

48 Il processo a Cicli Alternati: la rimozione dell azoto Confronto *APAT Guida per l adeguamento, il miglioramento e la razionalizzazione del servizio di depurazione delle acque di scarico urbane CA DN Settembre % 70 CA DN* AE 2200 AE 6400 AE AE 2500 AE AE AE AE PIATTAFORMA AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE AE E Ntot (%) a 7b EFFICIENZA DI RIMOZIONE DELL AZOTO TOTALE

49 Le prestazioni nella rimozione dell azoto dei cicli alternati 1. Montelattiere 2. Viareggio 3. Faver (Limite Ntot < 15 mg/l) 4. Fai (Limite Ntot< 10 mg/l) 5. Spiazzo (Limite Ntot < 10 mg/l) 6. Garessio (Limite Ntot < 10 mg/l)

50 1 - Montelattiere percentile N-NH4 (mgn/l) N-NO3 (mgn/l) N-NH4 out mg/l N-NO3 out mg/l N-NH4in mgn/l mgn/l gen-99 apr-99 giu-99 set-99 dic-99 mar-00 giu-00 set-00 dic-00 mar-01

51 2 - Viareggio - La qualità dell effluente effluente TSS Ph Conduci bilità COD N- NH4 TKN N- NO2 N- NO3 Ntot Ptot Cl SO4 Esch. Coli mg/l ms/cm mg/l mg N/l mg N/l mg N/l mg N/l mg/l mg/l mgcl/l mgso 4/l UFC/1 00 ml I 0,9 7, ,9 1,8 0,1 2,3 4,5 1, ,1 II 1,1 7, ,2 2,6 0,2 3,2 6,1 2, ,8 III 1,2 7, ,2 4 0,4 3,2 7,6 2, ,1 IV 0,8 7, ,7 1,7 0,2 3,4 5,2 2, ,2 V 0,3 7, ,2 2,8 0,3 6,3 9,2 1, ,8 DM 185/ , * * valore puntuale massimo Riutilizzo secondo il DM 185/03

52 CARATTERIZZAZIONE DELL INFLUENTE ED EFFICIENZE DI RIMOZIONE FAI DELLA PAGANELLA PRESTAZIONI PRIMA E DOPO L APPLICAZIONE DEI CICLI ALTERNATI PRESTAZIONI PRIMA E DOPO L APPLICAZIONE DEI CICLI ALTERNATI 50 TKN in Ntot out 20 TKN in (mg/l) Ntot out (mg/l) 0 gen-07 feb-07 mar-07 apr-07 mag-07 giu-07 lug-07 ago-07 set-07 ott-07 nov-07 dic-07 0 Nell ottica dello scarico in aree sensibili, l impianto con la tecnologia CA garantisce ottime prestazioni nella rimozione dell azoto totale, la conformità al limite di legge allo scarico di Ntot < 10 mg/l. CICLI ALTERNATI

53 SPIAZZO RENDENA feb-07 mar-07 apr-07 mag-07 giu-07 lug-07 ago-07 set-07 ott-07 nov dic-07 gen-07 TKN in (mg/l) Ntot out (mg/l) TKN in Ntot out CICLI ALTERNATI

54 CARATTERIZZAZIONE DELL INFLUENTE ED EFFICIENZE DI RIMOZIONE FAVER PRESTAZIONI PRIMA E DOPO L APPLICAZIONE DEI CICLI ALTERNATI TKN in (mg/l) gen-07 feb-07 mar-07 apr-07 TKN in mag-07 giu-07 lug-07 Ntot out ago-07 set-07 ott-07 nov-07 dic Ntot out (mg/l) CICLI ALTERNATI Le concentrazioni di azoto in ingresso sono molto elevate: (TKN > 200 mg/l) La conformità garantibile con il processo CA è Ntot<15 mg/l.

55 IMPIANTO DI MEZZOCORONA AE Stabilizzazione Biologico Pretrattamenti Biodischi Disidratazione Sedimentatori secondari

56 Caratterizzazione Effluente: Ntot Pre CA Pre CA Ntot CA CA (mg/l) (mg/l) /05/06 10/10/06 09/03/07 06/08/07 03/01/08 01/06/08 29/10/08 28/03/09 01/01/08 30/05/08 27/10/08 Tempo (d) Tempo TKNin Ntot Pre CA Ntot CA Ntot out

57 Caratterizzazione Effluente: N-NH4 Pre CA N-NH4 CA (mg/l) 9 6 T>15 C T ( C) /01/08 30/05/08 27/10/08 Tempo N-NH4 Pre CA N-NH4 CA Temperatura

58 Caratterizzazione Effluente: N-NOx Pre CA N-NOx CA (mg/l) /01/08 30/05/08 27/10/08 Tempo N-NO3 Pre CA N-NO2 Pre CA N-NO3 CA N-NO2 CA

59 Chiusa di Pesio Beinette

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61 18 16 SISTEMA CONVENZIONALE CICLI ALTERNATI Nout (mg/l) giu-02 dic-02 lug-03 gen-04 ago-04 mar-05 set-05 apr-06 ott-06 mag- 07 nov-07

62 RIDUZIONE DELLA PRODUZIONE DI FANGO

63 CICLI ALTERNATI IN LINEA ACQUE riduzione della produzione di fango

64 RIDUZIONE DELLA PRODUZIONE DI FANGHI Faver Fango tal quale CA Fanghi smaltiti invariati tonn COD CA incremento t COD del 180% tonnellate Periodo di Confronto Maggio-Dicembre 2006 e 2007 Periodo di riferimento Fanghi tal quali Fanghi t t TS t Maggio Dicembre COD Maggio Dicembre

65 RIDUZIONE DELLA PRODUZIONE DI FANGHI Spiazzo Rendena Fango tal quale CA t COD in CA Riduzione del 23% dei fanghi smaltiti Aumento del COD del 41% tonnellate Periodo di Confronto Maggio-Dicembre 2006 e 2007 Periodo di riferimento Fanghi tal quali Fanghi t t TS t COD Maggio Dicembre Maggio Dicembre

66 LA RIDUZIONE DEI FANGHI Cicli alternati linea fanghi Cicli Alternati linea fanghi - MC2007 A

67 Impianto di depurazione civile di Castelbellino (AN)

68 Caratteristiche impianto: Potenzialità progetto AE Q mn m 3 /d 2073 LCODm Kg/d 863 Potenzialità di fatto AE 7190 Linea acque Schema di flusso: stato di fatto Linea fanghi Schema di flusso: sperimentazione

69 Parametri di controllo: Yobs Yobs: COEFFICIENTE di RESA GLOBALE DOMINIO di CONTROLLO Qin Vasca Biologica 1190 m 3 Qout Qr Vasca Trattamento 763 m 3 Qw Disidratazione QD

70 Parametri di controllo: Yobs Fase Yobs KgVSS/KgCOD I 0,115 II 0,109 DATO MEDIO 0,112 KgVSS/KgCOD

71 Parametri di controllo: Yobs Ipotesi applicative del processo Coefficiente di resa globale Condizione Potenzialità di Progetto Yobs Ipotesi AE KgVSS/KgCOD Reale ,112 FUGHE SECCHE REALI Applicativa ,079 FUGHE SECCHE MEDIE=17,5 mg/l Applicativa ,040 FUGHE SECCHE MAX= 35 mg/l Valore di confronto più reale: non considera le fughe secche fino a 17,5 mg/l

72 Confronto dei Coefficienti di Resa KgVSS/KgCOD KgVSS/KgCOD PROCESSO BIOLOGICO CON CICLI ALTERNATI LINEA FANGHI Yobs= 0,079 KgVSS/KgCOD RIDUZIONE 64%-80% rispetto BIOLOGICO CLASSICO + DIGESTIONE ANAEROBICA

73 EFFICENZA DI RIMOZIONE DEL FOSFORO

74 IL PROCESSO AVANZATO A CICLI ALTERNATI: LA RIDUZIONE DEI REAGENTI PER LA RIMOZIONE DEL P SPIAZZO Anno Ptot ingresso Ptot uscita Reagente di precipitazione MEDIO ISTANTANEO MEDIO n campioni base Al policloruro (Al2O3 18%) mg/l mg/l mg/l n Kg/anno ,1 4,1 1, ,4 4,5 1, ,8 4,7 0, Cicli Alternati applicati da Maggio 2007

75 Gli impianti in piena scala a cicli alternati in reattore unico

76 Oggi Progettati 70 impianti di diversa taglia Penetrazione di mercato: 2,5 milioni di AE Prossimi due anni contrattualizzati adeguamenti di 28 impianti Potenzialità globale di ulteriori AE Il più recente processo CA in linea fanghi conta oggi quattro esperienze

77 Lista impianti attualmente operanti con la tecnologia dei "Cicli Alternati in Reattore Unico" e con il sistema di controllo EasyGestWWTP N. Impianto Potenzialit à AE Anno CA in linea acque 1 Santa Maria Nuova x 2 Viareggio - Linea MBR * x 3 Garessio x 4 Falconara 5 Jesi piattaforma REF 2007 x piattaforma REF 2007 x 6 Fai della Paganella x 7 Faver x 8 Spiazzo x 9 Mezzocorona x 10 Grottazzolina x CA in linea fanghi

78 Segue Lista impianti attualmente operanti con la tecnologia dei "Cicli Alternati in Reattore Unico" e con il sistema di controllo EasyGestWWTP 11 Lanciano x 12 Castrezzato x 13 SEA Ambiente S.r.l.(AN) piattaforma REF 2009 x 14 Tresigallo x 15 Beinette x 16 Aiello del Friuli x 17 Serra dei Conti x 18 Montelattiere x 19 Morro d'alba x *Viareggio forma CA

79 Lista impianti che partiranno nel 2010/2011con la tecnologia dei "Cicli Alternati in Reattore Unico" e con il sistema di controllo EasyGestWWTP N. Impianto Potenzialità Anno CA AE 1 Udine x 2 San Girogio di Nogaro x 3 Termoli x 4 Comacchio x 5 Bosco Mesola x 6 Grottammare x 7 San Benedetto del Tronto x 8 Venarotta x 9 Appignano del Tronto x 10 Roccafluvione x CA in LINEA FANGHI

80 Segue 11 Offida x 12 Rovereto x 13 Trento Sud x 14 Lavis x 15 Mezzocorona x 16 Trento Nord x 17 Arco x x 18 Cavareno x x 19 Cles x 20 Malé x 21 Molina di Ledro x 22 Pieve di Bono x 23 Pieve di Ledro x 24 Riva San Nicolò x 25 Santa Massenza x 26 Storo x 27 Taio x 28 Campitello di Fassa x 29 Canal San Bovo x 30 Castello Tesino x

81 Segue 31 Folgaria x 32 Imer x 33 Moena x 34 Molina di Fiemme x 35 Pozza di Fassa x x 36 Tesero x x 37 Castello di Fiemme x 38 Abano Terme x 39 Tecnoparco x 40 SEA Ambiente Piattaforma REF 2013 x 41 Arielli x 42 Carbonera x x 46 Dronero x 47 Porcari x 48 Trenzano x x 49 Paratico x 50 Cuneo Centrale x 51 Castions di Strada x