I costi di trattamento dell ozono nelle applicazioni su acque di scarico miste civili ed industriali

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Lorenza Ferrante
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1 ing. Giacomo Scaramuzzi I costi di trattamento dell ozono nelle applicazioni su acque di scarico miste civili ed industriali Water & Wastewater

2 What is Ozone? Gas di colorazione tendente al bluetto, ma non visibile a concentrazioni < 20 wt% Dal caratteristico odore pungente (molto sensibile al nostro naso) - Soglia di percezione ~0.01ppm é un potente ossidante multifunzionale: utilizzato ad es. per disinfezione, riduzione colore, riduzione COD,. Non è un combustibile Breve vita (non può essere trasportato deve essere generato in sito): da secondi fino a 25 min in acqua da secondi fino a 12 ore in aria se ne produce in base alla domanda Soluzioni per sistemi integrati in combinazione con filtrazione, trattamento biologico etc Impianto di produzione ozono: Gas di alimentazione, generatore ozono, sistema di miscelazione gas / sezione di contatto, gestione dell off offgas, strumentazione di misura, prescrizioni di sicurezza 2

Non è un combustibile Breve vita (non può essere trasportato deve essere generato in sito): da secondi fino a 25 min in acqua da secondi fino a 12 ore in aria se ne produce in base alla domanda

3 History of Ozone Discovered in 1840s by Schoenbein First known ozone generator invented in 1850s First full scale installations for drinking water disinfection (1890s 1900s); in Europe By 1914, over 50 ozone installations for drinking water (over 50% in France) L Ozono viene utilizzato nel trattamento dell acqua da oltre 100 anni!! 3

(1890s 1900s); in Europe By 1914, over 50 ozone installations for drinking water

4 Meccanismo di disinfezione Cloro Vs Ozono DNA Acido Nucleico Il cloro deve prima diffondersi attraverso il muro cellulare per inattivare l organismol Ozonolisi, rottura del muro cellulare al contatto per inattivare l organismo Muro cellulare Struttura batterica 4

inattivare l organismol Ozonolisi, rottura del muro cellulare al

5 Panoramica costi per la disinfezione delle acque reflue Raffronto dei metodi in uso per il trattamento di disinfezione delle acque reflue in /cent per m UV Clorazione UV riutilizzo Ozono CH3CO3H Filtrazione su membrana 5

delle acque reflue in /cent per m 3 20-82 13-27 5-18 3-5 4-6

6 Caratterizzazione degli inquinanti secondo Metcalf & Eddy Solidi sospesi Di natura organica e inorganica che possono depositarsi come fanghi nei corpi idrici recettori Aumento della torbidità Solidi inorganici disciolti Composti inorganici disciolti la cui concentrazione aumenta durante il ciclo di utilizzo dell acqua stessa Metalli pesanti (Hg, Pb,, Cr, As, Cd, Zn) densità relativamente alta tossici in basse concentrazioni Sostanze organiche Biodegradabili Possono essere degradate biologicamente dagli organismi presenti in ambiente acquatico (proteine, carboidrati, grassi). L incremento dei normali processi di decomposizione biologica aerobica può determinare condizione di anossia Nutrienti Fosforo e Azoto. Elementi indispensabili per l accrescimento l della vita acquatica Provocano fenomeni di eutrofizzazione O 3 Ozono Microrganismi patogeni Tutti quegli organismi che sono causa di malattie infettive a trasmissione oro-fecale Possibile trasmissione di infezioni Sostanze organiche refrattarie (fenoli,, coloranti, pesticidi, diserbanti) Sostanze che non vengono degradate con i naturali processi biologici Sostanze prioritarie Elenco di 33 classi di sostanze adottato dalla Comunità Europea, per le quali viene bandito o limitato l uso. l Sostanze di cui si sospetta o si conosce l alta tossicità,, la cancerogenità,, la mutagenicità e la capacità di alterare il normale funzionamento del sistema endocrino 6

tossici in basse concentrazioni Sostanze organiche Biodegradabili Possono essere degradate biologicamente dagli organismi presenti in ambiente acquatico (proteine, carboidrati, grassi).

7 Dove agisce l ozono Solidi sospesi Solidi inorganici disciolti Metalli pesanti Sostanze organiche Biodegradabili Nutrienti O 3 Ozono Sostanze organiche refrattarie Sostanze prioritarie Microrganismi patogeni 7

Biodegradabili Nutrienti O 3 Ozono Sostanze

8 Le applicazioni in un impianto di depurazione con trattamento terziario Trattamento preliminare primario Ozone Ossidazione gas esausti Trattamento biologico terziario i.e screening, grit chamber i.e. primary sedimentation activated sludge secondary treatment sedimentation i.e. decoloration, disinfection, COD removal, PO 4 -removal Air Sludge River or Reuse Ozone Detossificazione Ozone Riduzione fanghi Trattamento fanghi Ozone - Rimozione dei microinquinanti - Disinfezione - Decolorazione Smaltimento fanghi - Rimozione COD 8

e. decoloration, disinfection, COD removal, PO 4 -removal Air Sludge River or Reuse Ozone Detossificazione Ozone Riduzione fanghi

9 Costi indicativi (Euro/kgO 3 ) di produzione ozono 9

10 Scenario costi d investimento 10

11 Costi di produzione ozono.dipendono dai costi dell energia energia elettrica e dall ossigeno (se utilizzato) Ossigeno: Aria: Le aree evidenziate sono tipiche degli scenari europei Scopo di fornitura LOX: Circuito chiuso di raffreddamento Generazione ozono (@ 148 g/nm³; Tcw=15 C) Sistema di miscelazione Distruzione ozono residuo Strumentazione di misura Scopo di fornitura ARIA: Sezione di preparazione aria Circuito chiuso di raffreddamento Generazione ozono (@ 30 g/nm³; Tcw=15 C) Sistema di miscelazione Distruzione ozono residuo Strumentazione di misura 11

scenari europei Scopo di fornitura LOX: Circuito chiuso di raffreddamento Generazione ozono (@ 148 g/nm³; Tcw=15 C) Sistema di miscelazione

12 Calcolo dei costi di trattamento O 3 12

13 Impianto di depurazione in Lombardia Raccoglie i reflui municipali di diversi nuclei abitati e di alcuni gruppi industriali nel campo del tessile, colori, carta, meccanica ed alimentare. L impianto è stato dimensionato per trattare AE con una portata media intorno a 2.000mc/h. Caratterizzazione refluo: Colore; Schiume Carica batterica fuori dai limiti legislativi. 13

L impianto è stato dimensionato per trattare 250.000 AE con una portata media intorno a 2.

14 Impianto di depurazione in Lombardia Si rendeva assolutamente necessario il potenziamento dell impianto con un nuovo step di trattamento terziario consistente di una filtrazione ed ozonizzazione finale. I parametri d ingresso d al trattamento terziario erano i seguenti: Potenzialità = circa A.E Portata = mc/h COD = mg/l BOD5 = mg/l Solidi sospesi = mg/l Tensioattivi totali = 0,6 3,6 mg/l colore = rosa pallido violaceo E. COLI = UFC/100ml 14

I parametri d ingresso d al trattamento terziario erano i seguenti: Potenzialità = circa 250.000 A.E Portata = 2.500 3.

15 Impianto di depurazione in Lombardia Risultati raggiunti: - Completa decolorazione - Disinfezione < 10 3 CFU / 100 ml - Formazione delle schiume ridotta Qualità del refluo Bassa concentrazione media concentrazione Tensioattivi totali in ingresso COD in Dose O3 0,5 1,5 mg/l mg/l 10 mg/l 1,5 2,5 mg/l mg/l 15 mg/l alta concentrazione 2,5 3,3 mg/l mg/l 20 mg/l Risultato sulla decolorazione Decolorazione completa Decolorazione completa Decolorazione completa 15

ingresso COD in Dose O3 0,5 1,5 mg/l 40 80 mg/l 10 mg/l 1,5 2,5 mg/l 80 115 mg/l 15 mg/l alta concentrazione 2,5 3,3

16 La gestione impianto controllo dosaggio L operatore utilizza l impianto ozono impostando un dosaggio variabile: 5 7 mg/l tra Domenica e Martedì 8 12 mg/l dal Mercoledì al Sabato 16

17 La fornitura ITT - 2 generatori ozono WEDECO EFFIZON HP SMO 800 (2 x 14 kg O3/h) - Quadro Main PLC, incluso distribuzione potenza - Sistema di miscelazione gas con diffusori, valvole distribuzione gas e misuratori di portata - Circuito di raffreddamento con scambiatore a piastre e pompa di alimentazione int/ext - Distruttore ozono termocatalitico COD 260, montato su skid,, incluso soffiante, misura concentrazione off-gas, demister, - Strumentazione di misura - Sistema di recupero ossigeno 17

raffreddamento con scambiatore a piastre e pompa di alimentazione int/ext - Distruttore ozono termocatalitico COD 260,

18 2 generatori SMA / SMO 18

19 Ozone Gas Mixing Head Space in Contactor Diffuser Arrangement 19

20 Flow meters/ Control valves Fine Bubble Diffusers 20

21 La gestione impianto dati analitici di produzione costi specifici energetici O2 /kg 0,110 en. el. /kwh 0,115 portata refluo massima oraria (per n mesi/anno ) m 3 /h numero ore di funzionamento alla data condizione ore / anno portata refluo media oraria (per 12-n mesi/anno ) m 3 /h numero ore di funzionamento alla data condizione ore / anno portata refluo media annuale m3/anno taglia impianto 28kg/h dosaggio ozono in esercizio g/m 3 10,00 2 unità concentrazione in esercizio co 3 g/nm % wt 7 produzione ozono in condizioni di portata di punta Kg/h 22,00 produzione ozono in condizioni di portata media Kg/h 10,00 produzione ozono totale annua KgO3/anno

22 La gestione impianto consumi energetici costi di esercizio temperatura acqua di raffreddamento Tcw C 25 consumo di potenza specifico KWh/KgO 3 7,9 generatore ozono kw 152,16 sistema di miscelazione kw 0,00 sezione di raffreddamento kw 14,00 distruttore ozono residuo kw 6,00 consumi altri accessori kw 2,00 consumo di potenza nominale kw 174,16 consumo ossigeno m 3 /h 188,8 consumo energetico annuale KWh/anno ,00 consumo gas annuale m3/anno ,65 costo annuale energia elettrica /anno ,92 costo annuale gas /anno ,43 costo annuale operativo /anno ,35 22

23 La gestione impianto dati analitici di produzione totale costi di esercizio /anno ,35 quota annuale di manutenzione /anno 7.500,00 quota annuale di esercizio /anno ,35 costo operativo di produzione ozono / kg O 3 2,498 costo operativo per metro cubo di acqua trattata /m 3 0,025 23

24 Sistema di recupero ossigeno SIAD / ITT WEDECO Il sistema di recupero dell ossigeno esausto permette un riutilizzo completo del gas nel trattamento biologico esistente. Ad oggi il Cliente finale ha lo stesso consumo di ossigeno che sosteneva precedentemente l avvio l dell impianto ozono. oxygen inlet coming COD WEDECO QI QASH O3 FI.. QIRC. LSH oxygen inlet coming from existing SIAD pipeline PIRCAHL TISAH M M safety valve: opening at >150mm w.c. DN200 air blower modulating O2 valve (20mm<P<50mm) M vent gas valve manually adjusted DN80 water flow water flow water flow BIOLOGICAL UNOX SYSTEM DRUM FILTRATION SYSTEM OZONE CONTACT BASIN 24

25 Il costo di produzione con ossigeno a costo zero totale costi di esercizio /anno ,92 quota annuale di manutenzione /anno 7.500,00 quota annuale di esercizio /anno ,92 costo operativo di produzione ozono / kg O 3 1,084 costo operativo per metro cubo di acqua trattata /m 3 0,011 25

26 Per maggiori informazioni e domande ing. Giacomo Scaramuzzi ITT Water & Wastewater Italia Srl Reparto Treatment - WEDECO Via Tridente 22, BARI Tel Fax giacomo.scaramuzzi@itt.com 26

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