II COSTRUZIONE, SUPERVISIONE E TELECONTROLLO DI IMPIANTI DI TRATTAMENTO FISICO-CHIMICO DEI REFLUI BASATI SULL IMPIEGO DEL REATIVO DI FENTON

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1 II COSTRUZIONE, SUPERVISIONE E TELECONTROLLO DI IMPIANTI DI TRATTAMENTO FISICO-CHIMICO DEI REFLUI BASATI SULL IMPIEGO DEL REATIVO DI FENTON Francesco Montemagno 1) Responsabile tecnico ecodepura s.r.l. Indirizzo ( 1) : Ecodepura s.r.l.-via Pessino, Casalzuigno-Varese-Tel Fax ecodep@tread.it RIASSUNTO Il trattamento delle acque industriali con il processo FENTON, anche se più caro (a causa di costi operativi più elevati) rispetto al processo chimico-fisico convenzionale, in molti casi porta notevoli vantaggi e può inoltre essere utilizzato per migliorare impianti già esistenti. Fra i molti vantaggi, possono essere menzionati i seguenti: flessibilità operativa, necessità di poco spazio, chiara identificazione dei costi operativi, applicabilità agli scarichi caratterizzati da composizione variabile e differente portata, semplice criterio di funzionamento. La seguente nota riporta l analisi dell efficienza operativa del processo in differenti impianti industriali e presenta i vantaggi organizzativi e qualitativi connessi all adozione di sistemi di controllo e supervisione del processo di depurazione. PAROLE CHIAVE: processo Fenton, scarichi industriali, controllo, supervisione, telecontrollo. INTRODUZIONE Il processo che vede nel reattivo di FENTON (una reazione fra perossido di idrogeno e cloruro o solfato ferroso in ambiente acido) il nucleo centrale del trattamento trova applicazione da diversi anni nel trattamento degli scarichi industriali con un elevata (o molto elevata) concentrazione di COD e contenenti una varietà di componenti tossici come ad esempio benzene, toluene, PCB ecc. E stata analizzata l efficienza operativa di questo processo per il trattamento delle acque di scarico industriali su impianti molto differenti fra loro in termini di quantità, qualità e origine dei reflui da trattare. GLI IMPIANTI FENTON Le acque di scarico provenienti da aziende che producono prodotti detergenti, tintorie e industrie tessili, concerie, lanifici, industrie chimiche e metalmeccaniche, ecc., spesso mostrano all interno dello stesso impianto, caratteristiche estremamente variabili e forte discontinuità nelle portate. L analisi effettuata ha permesso di sottolineare che il trattamento degli scarichi liquidi industriali per mezzo del reattivo di FENTON, anche se presenta un costo di esercizio più elevato rispetto ad un comune processo chimico-fisico, è in molti casi un mezzo per migliorare la funzionalità di impianti già esistenti ed offrire inoltre importanti vantaggi quali: - rendimenti elevati; - flessibilità di lavoro; - semplice applicabilità agli scarichi industriali eterogenei in composizione e concentrazione; - spazio ridotto. Fra i processi di ossidazione chimica l utilizzo del perossido di idrogeno (H2O2) ha trovato larga diffusione nel corso di questi ultimi anni; un processo particolare di ossidazione chimica per mezzo di radicali ossidrilici (OH ) originatisi dallo stesso perossido in reazione con metalli prende il nome di Reazione di Fenton. Il reattivo di Fenton che si crea in questo modo è composto da perossido di idrogeno e sali di ferro (solfato ferroso o cloruro) attivi in una fase acida (ph<3). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 Le reazioni di ossidazione prodotte dal reattivo di Fenton sono le seguenti: H2O2 + Fe++ Fe OH + OH Il radicale ossidrilico (OH ) che viene prodotto, radicalizza il substrato organico (RH) presente, e lo distrugge come segue: OH + RH R + H2O In una fase media di omogeneizzazione il radicale libero (R ) reagisce con l ossigeno disciolto come nella seguente reazione: R + O2 ROO ROO + RH ROOH + R ROOH + Fe++ RO + OH + Fe+++ RO + RH ROH + R Lo schema mostra la creazione dei prodotti della reazione in un più alto stato di ossidazione e il radicale ossidrilico OH (che reagisce in una soluzione acquosa con la maggior parte delle molecole aromatiche e alfatiche) produce la rottura della connessione C-C e la degradazione delle sostanze inquinanti (tensioattivi, soluzioni fenoliche, colore e così via). Le reazioni, sulla quale viene effettuata la stechiometria, ha origine in una fase molto acida (ph= 2,7/3), a temperatura ambiente e con tempo di contatto di circa un ora. DESCRIZIONE DELL IMPIANTO Lo schema di processo, comune a tutti i tipi di impianti, che usa il reattivo di Fenton è sintetizzato in due fasi principali: - la fase di ossidazione nella quale avviene la distruzione del substrato organico; - la fase di sedimentazione nella quale i fanghi sono separati dall acqua trattata. Questo processo viene realizzato in un impianto nel quale i componenti principali sono: - una vasca di omogeneizzazione preliminare - una vasca di reazione (ossidazione) - una vasca di neutralizzazione - na vasca di flocculazione - un sedimentatore finale Il ciclo operativo del trattamento comporta (dopo l omogeneizzazione) l aggiunta di perossido di idrogeno e sali ferrosi nell acqua di scarico all interno della vasca di ossidazione; il dosaggio di entrambi i reagenti è mantenuto costante, a una portata fissa, stabilita in funzione del valore del COD dell acqua. La reazione di ossidazione avviene a ph acido (fra 2.7/ 3), mantenuto dosando acido solforico. Dopo il trattamento di ossidazione l acqua è neutralizzata con latte di calce fino al raggiungimento di un ph 8.5/9. Poi, dopo aver aggiunto del polielettrolita, l acqua confluisce nel sedimentatore, dove viene separata dal fango e quindi può essere scaricata in fognatura; in alternativa l acqua può passare ad un secondo stadio di trattamento (impianto biologico, filtri a carboni attivi ecc.). Nella maggior parte dei casi il ciclo di trattamento è continuo; in alcune situazioni, dovute ai volumi ridotti di acqua di scarico da trattare, il processo può essere discontinuo, talvolta opera solo una o due volte alla settimana. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Le industrie che possono utilizzare la Reazione di Fenton sono le seguenti: tintorie lanifici concerie industrie metalmeccaniche industrie chimiche CONTROLLO DEL PROCESSO La conduzione di un impianto di depurazione che utilizza la Reazione di Fenton, necessita di alcune attenzioni particolari, che si possono qui di seguito riassumere: a- Taratura dei phmetri E molto importante effettuare con una certa frequenza (ogni 15/30 giorni al massimo) la taratura dei phmetri (soprattutto di quello che controlla la reazione a ph acido). b- Controllo della reazione di ossidazione Si effettua con delle apposite cartine che rivelano all istante se c è un eccesso di acqua ossigenata (test Quantofix Peroxide 100) o di ferro bivalente (Iron test Merckoquant). Il controllo della reazione è molto importante in fase di avviamento dell impianto, perché consente di impostare correttamente i dosaggi di acqua ossigenata e del cloruro (o solfato) ferroso. La reazione è ottimale quando le cartine rivelano un leggero eccesso di acqua ossigenata (circa 3 mg/l). Se l acqua ossigenata è in eccesso i fanghi, benché ossidati, tendono a venire a galla nel sedimentatore. Se invece c è un eccesso di ferro bivalente, i fanghi tendono ad assumere una clorazione verde scuro; in questo caso il ph della neutralizzazione va aumentato di un punto (9/9.50 invece che 8/8.5). CONTROLLO, SUPERVISIONE E TELECONTROLLO DELL IMPIANTO DI TRATTAMENTO E BONIFICA ACQUE DI SCARICO Nel corso degli anni s.d.i. automazione industriale ha realizzato per il Consorzio Conciatori di Fucecchio (FI) un sistema distribuito di controllo e supervisione per gli impianti di trattamento e bonifica delle acque di scarico del consorzio medesimo. L adozione del sistema di controllo e supervisione del processo di depurazione ha apportato vantaggi sia di tipo organizzativo che qualitativo, con i conseguenti riscontri in termini economici, di affidabilità e di sicurezza nella conduzione dell impianto. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Sorveglianza e conduzione dell impianto Il sistema gestisce automaticamente i malfunzionamenti impiantistici e consente di avvisare istantaneamente gli operatori, anche a distanza, tramite il servizio reperibili. Riduzione delle quantità delle operazione manuali affidate agli operatori ottenendo in tal modo una gestione più precisa dell impianto e la riduzione dei tempi di intervento nell esecuzione delle procedure impiantistiche. Ottimizzazione dei dosaggi e del rendimento dell impianto Miglioramento del rendimento dell impianto sia dal punto di vista qualitativo che di quello del consumo dei reagenti chimici in quanto il miglioramento delle regolazioni ha consentito una gestione più puntale ed affidabile delle fasi di dosaggio. La rilevazione più accurata dei dati impiantistici e l interfaccia con il laboratorio chimico consente un analisi statistica del funzionamento dell impianto migliore e meno onerosa soprattutto nella fase di raccolta gestione dati. Reporting dei dati di interesse ambientale Una postazione è dedicata alla raccolta dei dati impiantistici che l Agenzia Regionale per la Protezione Ambientale della Toscana (ARPAT) preleva periodicamente per monitorare l impatto ambientale delle attività del consorzio Le fasi del processo di depurazione gestite dal sistema di automazione e controllo sono le seguenti Sollevamento iniziale Ossidazione solfuri Dosaggio cloruro ferroso e polielettrolita al primario Estrazione fango di supero Alimentazione fenton Ricetta chimica e fenton Ispessitori dei Automazione dei due sistemi di pompaggio e filtraggio dalla fognatura industriale al circuito di depurazione, con scambio fra i due sistemi in caso di malfunzionamento. Il sistema regola l afflusso nelle vasche, in funzione dell orario e del giorno della settimana, effettua la regolazione di tutto il processo chimico, incluso il lavaggio vasche. All uscita dell omogeneizzazione il liquame è passato al sedimentatore primario, effettuando un dosaggio di cloruro ferroso e polielettrolita in funzione della portata dei liquami e alla concentrazione dei reagenti, in base e quanto richiesto in apposite ricette. I fanghi biologici che sono eccedenti alle necessità di impianto vengono spillati del flusso dei fanghi biologici, il volume e la frequenza di estrazione vengono indicate dall operatore tramite una ricetta. Regolazione del flusso dei liquami dalla vasca di ossidazione biologica al sedimentatore biologico: la regolazione viene effettuata in base ai livelli delle vasche ed alla qualità dei liquami attraverso parametri configurabili. I liquami provenienti dal sedimentatore biologico vengono trattati con due logiche di reazione chimica e Fenton ; l operatore seleziona la reazione ed indica tramite apposite ricette i dosaggi da effettuare, le soglie ed i set-point da utilizzare in funzione dell ora e del giorno. Il sistema consente inoltre la selezione dei silos e delle pompe di estrazione, la gestione degli eventuali malfunzionamenti, il controllo del caricamento dei silos e l elaborazione dei consumi dei reagenti. I fanghi prodotti dai sedimentatori alimentano, una alla volta, tre ispessitori; ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 fanghi Pompe di sollevamento esterne dopo un periodo di riposo, utile affinchè i fanghi sedimentino meglio, le pompe li estraggono per stoccarli nel serbatoio di condizionamento. L operatore imposta il numero di ispessitori utilizzati, le sequenza e durata delle fasi di caricamento, riposo e estrazione. Il sistema consente di controllare i livelli ed il funzionamento delle pompe delle stazioni di sollevamento poste all esterno dell impianto e connesse tramite telefono GSM. ARCHITETTURA DEL SISTEMA DI SUPERVISIONE E CONTROLLO REPERIBILI MMI Remoto MMI Remoto MMI 1 SALA QUADRI Modem ARPAT SALA MASTER MMI 2 + CONFIG SALA LABORATORIO MMI 3 SALA DIRETTORE MMI 4 Rete Commutata HARD COPY MMI Remoti Chiamata Reperibili Router SCADA DUALE HUB LAN ETHERNET DI SUPERVISIONE STAMPANTE EVENTI FIBRA OTTICA HARD COPY SALA PRESSE MMI 5 E.W.D.S. LAN ETHERNET DI CAMPO - FIBRA OTTICA HUB HUB Rete GSM RTU mstar RTU mstar STAR/Duale - 1 STAR/Duale - 2 STAR/Singola - 3 Sala quadri Ossigeno Denitrificazione STAR/Duale - 4 Fenton CONFIGURAZIONE DEL SISTEMA: 1 unità di acquisizione dati dalle periferiche e loro elaborazione (SCADA DUALE) basata su PC con back-up caldo, S.O. Windows- NT. 5 postazioni operatore basate su PC, di cui una completa del package software di configurazione on-line dell intero sistema 2 postazioni operatore remote in dotazione al personale reperibile. 1 postazione per trasmissione dati ambientali ad ARPAT. 3 stampanti on-line dedicate alle funzioni di libro giornale, stampa tabulati, stampa hard-copy. 4 controllori programmabili multifunzione STAR OHF, di cui 3 in configurazione duale, dedicati alle funzioni di acquisizione da campo, regolazione ed automazione degli impianti. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 2 controllori remoti µstar per lo scambio di informazioni con siti remoti, connesse al sistema centrale attraverso la rete telefonica cellulare GSM. FUNZIONI REALIZZATE: Supervisione e controllo dell intero impianto di depurazione delle acque di scarico del consorzio. Automazione di particolari zone d impianto: sistema Fenton e vasche di Ossigenazione, sistema di Denitrificazione e parti comuni. Telecontrollo via rete GSM di siti remoti. Il sistema è dotato della funzione di gestione (chiamata) del personale reperibile con possibilità di connessione al sistema centrale, da parte di quest ultimo, attraverso opportuni MMI remoti. PUNTI CONTROLLATI: 752 Ingressi digitali 192 Uscite Digitali 120 Ingressi Analogici 32 Uscite Analogiche 1000 Punti Calcolati BIBLIOGRAFIA 1. s.d.i automazione industriale - via Edison, Trezzano s/n (MI) - Tel Fax ; Lungarno Guadalongo, Pisa -Tel Fax mkt@sdiautomazione.it 2. Ecodepura s.r.l.-via Pessino, Casalzuigno-Varese-Tel Fax ecodep@tread.it ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6