CORSO DI INGEGNERIA SANITARIA - AMBIENTALE CALCOLO DI UN IMPIANTO PER IL PRE- TRATTAMENTO DI CHIARIFLOCCULAZIONE DI UNO SCARICO INDUSTRIALE

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1 CORSO DI INGEGNERIA SANITARIA - AMBIENTALE ESERCITAZIONE (Prof. Ing. Giordano Urbini; Ing. Cristiana Morosini) CALCOLO DI UN IMPIANTO PER IL PRE- TRATTAMENTO DI CHIARIFLOCCULAZIONE DI UNO SCARICO INDUSTRIALE Si abbia uno scarico industriale (industria tessile) che debba essere sottoposto ad equalizzazione e a pre-trattamento di chiariflocculazione prima di poter essere immesso in fognatura pubblica. Si chiede di dimensionare la linea liquami (vasca di equalizzazione-omogeneizzazione e processo di chiariflocculazione) e la linea fanghi. 1. DATI DI PROGETTO - Portata giornaliera: Q d m /d; - Portata oraria istantanea: vedere grafico di Fig. 1; - Qualità dei liquami: ph: 5,5 9,5 (range); 7,5 (valor medio giornaliero); COD: mg/l (range); 820 mg/l (valor medio giornaliero); BOD 5 : mg/l (range); 280 mg/l (valor medio giornaliero); 1

2 SS : mg/l (range); - Scarico in pubblica fognatura. 420 mg/l (valor medio giornaliero); Obiettivi di depurazione: - BOD mg/l; - COD 500 mg/l; - SS 80 mg/l; - ph: 7,0 8,5. 2. DIMENSIONAMENTO Schema di processo La linea liquami è prevista articolata nel seguente modo: - grigliatura grossolana; - accumulo in vasca di equalizzazione-omogeneizzazione; - coagulazione; - flocculazione - sedimentazione. Il trattamento dei fanghi sarà effettuato con: - ispessimento; - disidratazione meccanica. 2

3 LINEA LIQUAMI Equalizzazione-Omogeneizzazione a- Calcolo del volume del bacino Come risulta dal grafico di Fig. 1, lo scarico insiste solo nel periodo diurno (dalle ore 8 alle ore 17) con andamento sensibilmente variabile. Si intende realizzare l equalizzazione-omogeneizzazione nell arco della giornata ( t 24 h/d). Sulla base di questo grafico viene ricavato il grafico di Fig. 2 rappresentante il volume progressivamente alimentato e quello progressivamente estratto nelle 24 ore giornaliere. Dal grafico risulta che: - volume complessivamente alimentato nella giornata: m (spezzata a tratto continuo); - volume complessivamente estratto (a portata costante) nella giornata: m (retta a tratto e punto); - V V 1 + V m (volume accumulato). Per calcolare il volume effettivo della vasca di equalizzazione-omogeneizzazione, dato che si rende necessaria l agitazione per favorire l intima miscelazione ed il mantenimento in sospensione dei solidi, occorre sempre considerare un franco di circa 1,0 1,5 m d acqua (variabile in dipendenza del sistema di agitazione utilizzato): V V + eq V f ove V f rappresenta il volume corrispondente al franco. Nel caso specifico, avendo calcolato V 750 m, prevedendosi ad esempio una vasca a pianta quadrata con altezza di escursione del liquido H 2,5 m, risulta: V 2 - superficie vasca: Svasca 00 m ; H - lato vasca: L S 17, m; vasca vasca

4 - V 750 m ; - volume relativo al franco (supposto di 1 m): V S 1m 00 m ; f vasca - volume effettivo della vasca di equalizzazione omogeneizzazione: V V + V m eq f Si prevede, pertanto, di installare una vasca di equalizzazione con le seguenti caratteristiche: - Volume: V eq m ; - Altezza utile massima di liquido: H u,5 m; - Superficie: S vasca 00 m 2 ; - Lato: L vasca 17, m. (Per maggiori dettagli, si rimanda all esercitazione specifica sulla equalizzazioneomogeneizzazione). b- Sistema di agitazione-aerazione Si prevede di installare un aeratore meccanico galleggiante di potenza assorbita pari a 21 KW. Risulta, a volume pieno, un input specifico di potenza pari a: 21KW W KW m 20 W m L input specifico di potenza, ovviamente, si incrementerà in condizioni di vasca parzialmente piena. Queste condizioni di input garantiscono la miscelazione completa e, quindi, l assenza di depositi di solidi in vasca. 4

5 L uso di questo sistema di aerazione garantisce anche un adeguata ossigenazione (circa 2,5 Kg O 2 /KWh) dei liquami, necessaria per evitare l insorgenza di condizioni settiche (fermentazione anaerobica). c- Calcolo della portata media equalizzata In seguito al processo di equalizzazione, in uscita dalla vasca si avrà una portata media equalizzata Q out, ovvero costante sulle 24 h/d, che è rappresentata dalla pendenza della retta a tratto e punto (volume estratto progressivamente a portata costante). Tale portata risulterà pertanto: Q out V t m 1d m 50 m d h Pre-trattamento di chiariflocculazione a- Prove di jar-test Scelta e dosaggio dei reattivi Dalle prove di jar-test di laboratorio, risultino ottimali le seguenti condizioni operative: - reattivo coagulante (cloruro ferrico FeCl ): dosaggio di 150 mg/l; - basificante (calce idrata Ca(OH) 2 ): dosaggio di 140 mg/l; - polielettrolita flocculante: dosaggio di 1 mg/l. Con tali dosaggi si suppone di conseguire i seguenti risultati di depurazione: - ph 7,5 - COD 405 mg/l (η 50,6 %) - BOD mg/l (η 42,8 %) - SS 55 mg/l (η 86,9 %) 5

6 Produzione e qualità del fango Si suppone che, dalle prove di jar-test di laboratorio ed in seguito a decantazione in cono Imhoff, sia risultata la seguente produzione di fango: Fango prodotto 0 ml/l di liquame Si suppone di misurare la seguente concentrazione di secco (SS) e secco volatile (SSV) nel fango: Concentrazione SS 2% Frazione SSV/SS 0,58 I contributi alla produzione di fango sono dati da: - Precipitato di idrossido ferrico, nella misura ponderale di 100 mg/l di liquame (calcolo stechiometrico basato sul rapporto tra i pesi molecolari di FeCl - P.M. 161 e di Fe(OH) - P.M. 107); - Solidi Sospesi rimossi, nella misura di 65 mg/l di liquame; - Calce non reagita e precipitati vari come carbonato di calcio, fosfato di calcio, idrossiapatite e idrossidi di metalli. b- Calcolo produzione di fango Sulla base dei risultati delle prove di jar-test, si calcola la seguente produzione giornaliera di fango: Portata giornaliera di fango m /d 0,00 m fango/m liquame 6 m fango/d Produzione giornaliera di SS 6 m /d 20 Kg SS/m 720 Kg SS/d c- Calcolo della vasca di coagulazione Per il calcolo del volume si assume un tempo di ritenzione T r di 60 secondi circa. Il volume della vasca di coagulazione sarà perciò pari a: 6

7 m 1h V coag. Qout Tr sec. 0,8 m h.600 sec. Si assume una vasca di coagulazione avente volume di 1 m. Per la miscelazione rapida si adotta un agitatore ad elica veloce di potenza specifica assorbita pari a 50 W/m. Pertanto si prevede di installare un agitatore con potenza assorbita di 50 W. d-calcolo della vasca di flocculazione Per il calcolo del volume si assume un tempo di ritenzione T r di 5 minuti. Il volume della vasca di flocculazione sarà perciò pari a: m 1h V floc. Qout Tr 50 5 min. 4,16 m h 60 min. Si assume una vasca di flocculazione avente volume di 5 m. Per l agitazione si adotta un agitatore lento a pale di potenza specifica assorbita pari a 10 W/m. Pertanto si prevede di installare un agitatore con potenza assorbita di 50 W. e-calcolo del sedimentatore Si assume un CIS di 1 m/h alla Q out. Si calcola una superficie complessiva di sedimentazione di: S 50 (m /h) / 1 (m/h) 50 m 2 Si prevede di installare un decantatore circolare di diametro D 8 m. Si fissa un altezza utile d acqua di m. Risulta, conseguentemente, un volume di decantazione pari a: V 50 m 2 m 150 m 7

8 Si verifica il seguente tempo di ritenzione T r alla Q out : T r 150 (m ) / 50 (m /h) h La verifica risulta positiva in quanto il tempo di ritenzione deve essere superiore a circa 1,5 2,0 h. 8

9 LINEA FANGHI Ispessimento Si sceglie il valore di FS 100 Kg SS / m 2 d. Si ha: Carico di solidi in alimentazione Carico in Q in Conc. in 6 m /d 20 Kg SS/m 720 Kg SS/d Calcolo di superficie e diametro dell ispessitore Carico FS 720 Kg SS d 100 Kg SS m d in S 2 7,2 m 2 Si prevede di installare N1 ispessitore di diametro D m. Si decide di realizzare un ispessitore commerciale meccanizzato (rastrelliera interna) del diametro D m. Calcolo del volume Si fissa un altezza utile d acqua H m. Risulta, conseguentemente: V 21,6 m. Si verifica il tempo di ritenzione Tr: Volume 21,6 m Tr Portata 6 m d 1d 24 h 14,4 h Si suppone di realizzare in uscita una concentrazione di secco del 5% ( 50 Kg SS/m ). Calcolo della portata effluente 9

10 Q Carico Conc. 720 Kg SS d 50 Kg SS m in eff. out 14,4 m d Disidratazione meccanica Si prevede di installare N1 centrifuga a tamburo, operante 5 h/d, per l ottenimento di una concentrazione di secco pari al 25% circa: Q Qeff. 14,4 m d 5 h d 5 h d centrifuga 2,88 m h Si sceglie di installare una macchina avente capacità di m /h. E previsto il condizionamento del fango con polielettrolita. 10

11 Liquame grezzo G EQ-OMO COAG FLOC SED Alla pubblica fognatura ISP DISID. Allo smaltimento SCHEMA DI PRE-TRATTAMENTO PREVISTO. 11

12 Fig. 1 Andamento della portata oraria istantanea relativa allo scarico giornaliero di un industria tessile-tintoria. 12

13 Fig. 2 Grafico del volume: - progressivamente alimentato (spezzata a tratto continuo) nell arco di 1d - progressivamente estratto a portata costante (retta a tratto e punto) nell arco di 1d relativo allo scarico di un industria tessile-tintoria. 1