INDICE DELLE TABELLE E DELLE FIGURE

Transcript

1

2 SOMMARIO 1. PREMESSA DATI A BASE PROGETTO CALCOLO DELLE FORNITURE D ARIA AL PROCESSO BIOLOGICO Metodologie per il calcolo dei sistemi di fornitura dell aria Metodologia per il calcolo dell ossigeno da fornire Metodologia per il calcolo dell aria da fornire Metodologia per il calcolo dei diffusori porosi Calcolo delle richieste di ossigeno Calcolo della richiesta di ossigeno per la linea biologica Calcolo delle forniture di aria Calcolo portata di aria per una linea biologica Calcolo dei diffusori porosi e loro distribuzione CALCOLO DELLE FORNITURE D ARIA ALLA STABILIZZAZIONE AEROBICA DIMENSIONAMENTO DEI SISTEMI DI MISCELAZIONE Linea biologica a cicli alternati in reattore unico Vasca di accumulo INDICE DELLE TABELLE E DELLE FIGURE Tabella 3-1: Caratteristiche singolo diffusore poroso: SOTE [%] Sommergenza Battente Carico di progetto... 6 Tabella 3-2: Superficie di membrana perforata... 6 Tabella 3-3: Caratteristiche dimensionali della linea biologica a Cicli Alternati... 6 Tabella 3-4: Concentrazione OD in relazione alle diverse Temperature... 7 Tabella 3-5: Distribuzione dei diffusori porosi in vasca biologica... 9 Tabella 4-1: Dimensioni della stabilizzazione aerobica Tabella 4-2: Calcolo dell ossigeno necessario alla stabilizzazione aerobica Tabella 4-3: Calcolo della portata di aria necessaria alla stabilizzazione aerobica Tabella 4-4: Distribuzione dei diffusori/piattelli nella stabilizzazione aerobica Tabella 5-1: Elettromiscelatori per le due linee del processo a cicli alternati Tabella 5-2: Elettromiscelatore in vasca di accumulo Pag. 1 di 12

3 1. PREMESSA A.S.A. Azienda Servizi Ambientali S.p.A. nell Ottobre del 2014 ha dato incarico ad Ingegneria Ambiente S.r.l. di redigere la progettazione definitiva del Primo Stralcio Funzionale dei lavori di Ampliamento a AE dell impianto di depurazione di Rosignano Solvay. La presente relazione ha, pertanto lo scopo di: Illustrare i risultati relativi al calcolo delle forniture d aria al processo biologico (linea 2) in termini di ossigeno teorico ed aria pratica; Illustrare i risultati relativi al calcolo delle forniture d aria alla stabilizzazione aerobica in termini di ossigeno teorico ed aria pratica; Illustrare il dimensionamento dei sistemi di miscelazione che verranno installati nel processo biologico e nella vasca di accumulo. 2. DATI A BASE PROGETTO Per il calcolo delle forniture di aria necessarie a garantire un funzionamento ottimale della linea biologica 2, vengono utilizzati i dati base progetto più gravosi dello stato riformato ossia quelli riferiti al periodo estivo. Si rimanda all elaborato E-R.02 Relazione tecnica di progetto per maggior dettagli sui diversi set di dati definiti in funzione sia del periodo (estate o inverno), sia per linee di trattamento. Tabella 2-1: Dati a base progetto dello stato riformato ESTATE AE totali AE D.I. l/ae d 250 ALFA 0,8 Qmn teorica m3/d 9000 m3/h 375 Q infiltrazione m3/d 1536 m3/h 64 Qmn effettiva m3/d m3/h 439 Coeff. max afflusso al biologico 2,00 Qmax BIO teorica m3/h 750 Q infiltrazione (alla Qmax BIO) m3/h 41 Qmax BIO effettiva m3/h 791 Coeff. max afflusso in rete 5,0 Qmax PRETR m3/h 1875 Fattori di carico unitari Carichi di massa in ingresso Concentrazioni in ingresso Parametro u.m. Valore Parametro u.m. Valore Parametro u.m. Valore Pag. 2 di 12

4 Fcu COD g/ae d 120 LCOD Kg/d 5400 COD mg/l 512 Fcu Ntot g/ae d 12 LNtot Kg/d 540 Ntot mg/l 51 Fcu Ptot g/ae d 2,1 LPtot Kg/d 95 Ptot mg/l 9 Fcu TSS g/ae d 90 LTSS Kg/d 4050 TSS mg/l 384 Fcu BOD5 g/ae d 60 LBOD5 Kg/d 2700 BOD5 mg/l 256 Fcu N-NH4 g/ae d 10 LN-NH4 Kg/d 450 N-NH4 mg/l CALCOLO DELLE FORNITURE D ARIA AL PROCESSO BIOLOGICO 3.1. Metodologie per il calcolo dei sistemi di fornitura dell aria Nei seguenti paragrafi viene illustrata la metodologia utilizzata per il dimensionamento dell ossigeno e dell aria pratica da fornire al processo biologico, oltre alla metodologia per il dimensionamento dei sistemi di diffusione dell aria Metodologia per il calcolo dell ossigeno da fornire La metodologia seguita per il calcolo dell ossigeno da fornire è la seguente: 1. Calcolo dell'ossigeno teorico in condizioni di portata media nera (O2t), secondo l eq.1; 2. Calcolo dell'ossigeno teorico alla Qmn in fase aerobica (O2toaer), secondo l eq.2; 3. Calcolo dell'ossigeno teorico in condizioni di punta secca (O2tps) secondo l eq.3; 4. Calcolo dell'ossigeno teorico in punta secca da fornire in fase aerobica (O2tpsaer) secondo l eq. 4 O2t = (LBOD*E *0,5 + K d XV TVS/TS + 4,57*L nnitrif - 2,7 *L den min ) Eq. 1 dove LBOD Carico orario in BOD kg/h E Rimozione del BOD % K d Costante di decadimento endogeno h -1 X TVS/TS Concentrazione dei solidi sospesi volatili kg/m 3 V volume del processo biologico m 3 LN nitrif Carico di azoto da nitrificare Lntotin-LN-Noxin-(XV/SRT*N%TS) kg/h LN den min Minimo Carico di azoto denitrificato kg/h LN nitrif *percentuale di denitrificazione% Pag. 3 di 12

5 O2toaer = O2t *1/f a Eq. 2 dove f a frazione aerobica adimensionale O2tps = (LBOD*E *0,5*f p + K d XV TVS/TS + 4,57*L nnitrif - 2,7 *L den min *f p Eq. 3 dove f p fattore di punta O2tpsaer=O2tps *1/faps Eq. 4 dove f aps frazione di tempo in fase aerobica in punta secca Metodologia per il calcolo dell aria da fornire Ottenuti i risultati di cui sopra, dai valori di ossigeno in fase aerobica alla portata media ed alla punta secca viene calcolata la quantità di aria da fornire nelle diverse condizioni operative del processo, per effettuare diverse comparazioni i valori vengono calcolati alla temperatura minima ed alla massima di processo per ogni stagionalità. La metodologia per il calcolo dell aria da fornire è la seguente: 1. Calcolo della portata di aria pratica alla Qmn ed alla minima temperatura (Qairmn) secondo l eq. 5; 2. Calcolo della portata di aria pratica alla Qmn ed alla max temperatura (Qairmax) secondo l eq. 6; 3. Calcolo della portata di aria pratica alla punta secca alla minima temperatura (Qairps) secondo l eq.7; 4. Calcolo della portata di aria pratica alla punta secca ed alla max temperatura (Qairpsmax) secondo l eq. 7. Qairmn= O2taer/[SOTE*0,28* a] (Cs20/(bCw-C) [1/1,024 ^(T-20)] Eq. 5 dove SOTE a Efficienza di trasferimento standard dell'ossigeno alla sommergenza di progetto fattore di correzione del trasferimento di ossigeno Pag. 4 di 12 %

6 Cw saturazione in acqua pulita alla Pressione e cond di esercizio mg/l b fattore di correzione della conc. di saturazione per salinità e tensione superficiale Cs20 saturazione dell'acqua pulita a 20 C ed 1 atm mg/l C Concentrazione dell'od alle condizioni del processo mg/l 0,28 Quantità di ossigeno per unità di aria kgo2/ m 3 T Temperatura minima C Qairmnmax=O2taer/[SOTE*0,28* a*f] (Cs20/(bCw-C) [1/1,024 ^(T-20)] Eq. 6 dove T Temperatura massima C Qairps =O2tpsaer/[SOTE*0,28* a*f] (Cs20/(bCw-C) [1/1,024 ^(T-20)] Qairpsmax=O2tp/[SOTE*0,28* a*f] (Cs20/(bCw-C) [1/1,024 ^(T-20)] Eq.7 Eq.8 Ovviamente la portata di aria da fornire corrisponde a quella maggiore tra quelle calcolate dalle eq Metodologia per il calcolo dei diffusori porosi La portata di aria massima da fornire viene normalmente stabilita alla portata influente di acqua reflua in punta secca ed alla massima temperatura di processo. Sulla base di tale portata massima di aria e della portata di aria specifica (Nm 3 /h per diffusore o Sm 3 /h per diffusore) scelta per la tipologia di diffusore poroso, si calcola il numero totale di diffusori. Nello stato di progetto la linea biologica 2 dovrà disporre di N.3 calate, in cui la distribuzione dei diffusori porosi seguirà un andamento decrescente lungo lo sviluppo longitudinale del reattore; in particolare la prima calata sosterrà il 120% dei diffusori calcolati come un terzo dei totali, la seconda il 100% mentre la terza 80%. La densità dei diffusori nella zona di interesse viene scelta sulla base delle indicazioni di richiesta di ossigeno che derivano dalla simulazione matematica del processo Calcolo delle richieste di ossigeno Calcolo della richiesta di ossigeno per la linea biologica 2 CALCOLO DELL OSSIGENO TEORICO IN CONDIZIONI DI PORTATA MEDIA NERA IN FASE AEROBICA O2t=( LBOD*E *0,5+ Kd XV Kg/h 137 Pag. 5 di 12

7 TVS/TS+4,57*Lnnitrif-2,7 *Lden min) /fa Carico orario in BOD5 LBOD5r Kg/h 52.9 LBOD Kg/h 77.8 Rimozione del BOD E 0.98 Kd costante di decadimento endogeno h X MLVSS Kg/m3 5 V m Carico di azoto da nitrificare Lntotin-LN-Noxin-(XV/SRT*N%TS) Kg/h 7.5 Carico di azoto denitrificato Lndenitrificato minimo Kg/h 5.6 percentuale di denitrificazione % 75 frazione aerobica fa 0.59 Calcolo dell ossigeno teorico in punta secca da fornire in fase aerobica O2tpsaer=( LBOD*E *0,5*fp+ Kd XV TVS/TS+(4,57*Lnnitrif-2,7 *Lden min) *fp *1/faps Kg/h frazione di tempo in fase aerobica in punta secca faps Calcolo delle forniture di aria Per il calcolo delle forniture d aria sono stati scelti i seguenti diffusori porosi, ciascuno con le caratteristiche di seguito riportate: Tabella 3-1: Caratteristiche singolo diffusore poroso: SOTE [%] Sommergenza Battente Carico di progetto SOTE Sommergenza Battente Istallazione Carico % m m m dal fondo m3/(h m2) o m3/h diffusore Sanitaire da Nopon PIK Tabella 3-2: Superficie di membrana perforata Diametro membrana Superficie membrana Sanitaire da mm m2 Nopon PIK mm m2 Tabella 3-3: Caratteristiche dimensionali della linea biologica 2 a Cicli Alternati Numero di linee n 1 Lunghezza m 26 Larghezza m 13 Battente m 5.80 Superficie per linea m2 338 Volume utile per linea m MLVSS Kg/m3 5 SRT d 15 Pag. 6 di 12

8 Si adottano inoltre le seguenti concentrazioni di ossigeno disciolto alle diverse temperature: Tabella 3-4: Concentrazione OD in relazione alle diverse Temperature saturazione dell'ossigeno disciolto Temperatura ( C) OD (mg/l) salinità (g/l) pressione (mmhg) Nel seguito si indicano le forniture di aria nelle diverse ipotesi di lavoro Calcolo portata di aria per la linea biologica 2 Calcolo della portata di aria pratica alla Qmn ed a 15 C Qairmn15= O2taer/[SOTE*0,28* a*f] (Cs20/(bCw-C) [1/1,024 ^(T- 20)] Efficienza di trasferimento standard dell'ossigeno alla sommergenza di progetto alfa saturazione in acqua pulita alla Pressione e cond di esercizio beta saturazione dell'acqua pulita a 20 C ed 1 atm Concentrazione dell'od alle condizioni del processo Pag. 7 di 12 Tipo Sanitaire da 9" Tipo PIK300 m3/h SOTE % fattore di correzione del trasferimento di ossigeno a Cw mg/l fattore di correzione della conc di saturazione di OD per salinità e tensione superficiale b Cs20 mg/l C mg/l 2 2 Temperatura C Calcolo della portata di aria pratica alla Qmn ed alla max temperatura Efficienza di trasferimento standard dell'ossigeno alla sommergenza di progetto alfa saturazione in acqua pulita alla Pressione e cond di esercizio Qairmnmax=O2taer/[SOTE*0,28* a*f] (Cs20/(bCw-C) [1/1,024 ^(T- 20)] m3/h SOTE % fattore di correzione del trasferimento di ossigeno a Cw mg/l

9 beta saturazione dell'acqua pulita a 20 C ed 1 atm Concentrazione dell'od alle condizioni del processo fattore di correzione della salinità e della tensione superficiale b Cs20 mg/l C mg/l 2 2 Temperatura massima C Calcolo della portata di aria pratica alla punta secca a 15 C Efficienza di trasferimento standard dell'ossigeno alla sommergenza di progetto alfa saturazione in acqua pulita alla Pressione e cond di esercizio beta saturazione dell'acqua pulita a 20 C Concentrazione dell'od alle condizioni del processo Qairps15=O2tpsaer/[SOTE*0,28* a*f] (Cs20/(bCw-C) [1/1,024 ^(T-20)] m3/h SOTE % fattore di correzione del trasferimento di ossigeno a Cw mg/l fattore di correzione della salinità e della tensione superficiale b Cs20 mg/l mg/l 2 2 Temperatura C Calcolo della portata di aria pratica alla punta secca ed alla max temperatura Efficienza di trasferimento standard dell'ossigeno alla sommergenza di progetto alfa saturazione in acqua pulita alla Pressione e cond di esercizio beta saturazione dell'acqua pulita a 20 C Concentrazione dell'od alle condizioni de processo Qairpsmax=O2tp/[SOTE*0,28* a*f] (Cs20/(bCw-C) [1/1,024 ^(T-20)] m3/h SOTE % fattore di correzione del trasferimento di ossigeno a Cw mg/l fattore di correzione della salinità e della tensione superficiale b Cs20 mg/l mg/l 2 2 Temperatura massima C Pag. 8 di 12

10 Calcolo dei diffusori porosi e loro distribuzione Nel seguito viene offerta una comparazione delle diverse richieste di diffusori porosi nelle condizioni operative di progetto valido per la linea biologica 2. Tipo Tipo Sanitaire da 9" Tipo PIK300 PORTATA D'ARIA PER LINEA BIOLOGICA ALLA Qps e Tmax Nm3/h Sm3/h Portata specifica alla punta secca a max temperatura - progetto 6 7 Portata massima diffusore Numero diffusori Densità di distribuzione dei diffusori m2 membrana singolo diffusore diffusore N /m2 N /m2 Membrana perforata singolo diffusore Densità massima consigliata Portata specifica alla Qps alla max temperatura Portata specifica alla Qps a 15 C Portata specifica alla Qmn e massima temperatura Portata specifica alla Qmn a 15 C Portata minima consigliata m2 membrana singolo 48.4 m2 membrana per vasca 14.3 % 14.3 % N /m2 N /m m2 membrana per vasca La distribuzione dei diffusori porosi seguirà un andamento decrescente lungo lo sviluppo longitudinale del reattore; in particolare la prima calata sosterrà il 120% dei diffusori calcolati come un terzo del totale, la seconda calata il 100% mentre la terza l 80%. La densità dei diffusori nella zona di interesse viene scelta sulla base delle indicazioni di richiesta di ossigeno che derivano dalla simulazione matematica del processo. Tabella 3-5: Distribuzione dei diffusori porosi in vasca biologica Tipo Sanitaire da 9" Tipo PIK300 % N. N/m2 N. N/m2 Numero diffusori I calata , ,86 Numero diffusori II calata , ,39 Numero diffusori III calata , ,91 TOTALE Pag. 9 di 12

11 4. CALCOLO DELLE FORNITURE D ARIA ALLA STABILIZZAZIONE AEROBICA Di seguito quindi si procede con il dimensionamento dell aria necessaria a garantire un adeguata fornitura alla stabilizzazione aerobica di volume pari a 1659 m 3. La Tabella seguente mostra innanzitutto le principali dimensioni dell unità operativa. Tabella 4-1: Dimensioni della stabilizzazione aerobica VASCA DI STABILIZZAZIONE AEROBICA numero di bacini n 1 lunghezza m 22 larghezza m 13 battente m 5.8 superficie m2 286 Volume totale m La Tabella 4-2 riassume la quantità di ossigeno massima da fornire in kgo2/d mentre la Tabella 4-3 la relativa portata di aria in m 3 /d. Tabella 4-2: Calcolo dell ossigeno necessario alla stabilizzazione aerobica Voce UdM Valore Richiesta di ossigeno specifica KgO2/Kg TVSr 2.15 Carico di TVS rimossi KgTVS/d Ossigeno massimo da fornire KgO2/d 1654 Tabella 4-3: Calcolo della portata di aria necessaria alla stabilizzazione aerobica Portata d'aria da fornire con insufflatori porosi per linea Nm3/h 1704 Percentuale di dissoluzione dell'aria in rapporto alla sommergenza SOTE % 34 C 20 Nel seguito viene offerta una comparazione delle diverse richieste di diffusori (e pannelli) porosi nelle condizioni operative di progetto. Tabella 4-4: Distribuzione dei diffusori/piattelli nella stabilizzazione aerobica DIFFUSORI A MICROBOLLE DISCO 9"Ф260 tipo SANITAIRE Portata specifica di lavoro per diffusore Nm3/h diffusore 3.0 m2 membrana per vasca 19.5 Numero totale diffusori necessari N. 568 Pag. 10 di 12

12 DIFFUSORI A MICROBOLLE DISCO PIK300 Ф303 tipo NOPON Portata specifica di lavoro per diffusore Sm3/h diffusore 5.3 m2 membrana per vasca 19.5 Numero totale diffusori necessari N. 321 La distribuzione dei diffusori avverrà su un'unica rete e su un'unica calata. 5. DIMENSIONAMENTO DEI SISTEMI DI MISCELAZIONE Si riporta di seguito il riassunto dei calcoli effettuati per il dimensionamento dei sistemi di miscelazione all interno della linea biologica 2 e della vasca di accumulo Linea biologica a cicli alternati in reattore unico La linea biologica verrà dotata di N.2 elettromiscelatori sommersi per garantire la sospensione delle biomasse in condizioni anossiche-denitrificazione del processo a cicli alternati. Di seguito il dimensionamento delle macchine prevedendo una potenza specifica di miscelazione pari a 5.6 W/m 3. Tabella 5-1: Elettromiscelatori per le due linee del processo a cicli alternati Voce UdM Valore Linee N. 1 Lunghezza singola m 26 Larghezza singola m 13 Battente m 5.8 Superficie m Volume m Potenza specifica W/m Potenza globale all'asse kw 11.0 Elettromiscelatori totali per ogni linea N. 2 Potenza all'asse singolo elettromiscelatore per linea kw Vasca di accumulo Al suo interno si prevede l installazione di un miscelatore idoneamente dimensionato. Di seguito il dimensionamento prevedendo una potenza specifica di miscelazione pari a 10 W/m 3. Tabella 5-2: Elettromiscelatore in vasca di accumulo Voce UdM Valore Larghezza m 13 Lunghezza m 4 Battente m 5.8 Volume utile m Portata di Supero m 3 /d 287 Elettromiscelatore n. 1 Pag. 11 di 12

13 Densità di superficie - potenza specifica per la miscelazione W/m 3 10 Potenza globale all'asse kw 3.0 Pag. 12 di 12