OSCAR DEPURAZIONE INTELLIGENTE DELLE ACQUE REFLUE. Optimal Solutions for Cost Abatement in nutrients Removal

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1 OSCAR DEPURAZIONE INTELLIGENTE DELLE ACQUE REFLUE Optimal Solutions for Cost Abatement in nutrients Removal

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3 OPTIMAL SOLUTIONS FOR COST ABATEMENT IN NUTRIENTS REMOVAL I processi convenzionali di rimozione dell'azoto dalle acque reflue civili ed industriali si sviluppano tipicamente attraverso una prima fase di ossidazione (nitrificazione, NH 4+ NO2- NO3-) e una seconda fase di riduzione (denitrificazione NO3- + carbonio organico N 2). La configurazione classica di processo di nitrificazione/denitrificazione è quella MLE (Modified Ludzack-Ettinger), meglio nota come pre-denitrificazione/nitrificazione con ricircolo di miscela aerata; in questo schema di flusso, il liquame influente viene alimentato al comparto anossico di denitrificazione assieme al flusso di fango di ricircolo proveniente dal sedimentatore secondario ed al flusso di fango proveniente direttamente dal comparto aerobico di nitrificazione/ossidazione. La configurazione MLE consente di sfruttare al massimo il carico di sostanza organica rapidamente biodegradabile presente nel refluo in ingresso (RBCOD, Readily Biodegradabile COD), evitando quindi il dosaggio di carbonio esterno per la denitrificazione. Tuttavia lo schema MLE risulta penalizzato da una notevole rigidità in fase di gestione, soprattutto a causa di alcuni fattori quali (i) la scarsa capacità di adattamento rispetto alle variazioni giornaliere e settimanali dei carichi inquinanti in ingresso, (ii) la presenza di un ricircolo di miscela aerata che può arrivare a 4-6 volte la portata influente, (iii) i maggiori consumi energetici.

4 Negli schemi di processo tradizionali le logiche di aerazione del comparto di nitrificazione sono spesso molto semplificate, prevedendo automatismi elementari volti esclusivamente a preservare l'integrità delle apparecchiature elettromeccaniche: questo approccio è tuttavia in forte contrasto con una logica di controllo dinamico del processo biologico. La gestione non ottimizzata dei dispositivi di aerazione accresce il rischio di superamenti del limite allo scarico per una o più forme azotate, rendendo il processo poco flessibile rispetto alle naturali variazioni dei carichi inquinanti in ingresso. Il software di automazione e supervisione OSCAR (Optimal Solutions for Cost Abatement in nutrients Removal) è stato sviluppato dalla E.T.C. Engineering srl di Trento e permette di effettuare la denitrificazione e la nitrificazione nella stessa vasca, operando un'alternanza su scala temporale di fasi aerobiche e fasi anossiche. Questo sistema consente di far fronte in maniera automatica e molto efficace alle variazioni di carico di azoto influente. Quando il carico è elevato, l'aerazione è attiva per più tempo, consentendo di mantenere bassa la concentrazione di ammoniaca in vasca; viceversa, quando il carico è modesto le fasi di aerazione si fanno più distanziate e brevi, incrementando notevolmente l'efficienza di abbattimento dell'azoto totale in uscita e favorendo un consistente risparmio di energia elettrica.

5 VANTAGGI ELEVATA EFFICACIA NELLA RIMOZIONE DELL AZOTO La suddivisione delle fasi di aerazione ed anossia non è legata a vincoli fisici (volume anossico e volume aerobico), al contrario delle dimensioni geometriche delle vasche di denitrificazione e nitrificazione tipica degli impianti con pre-denitrificazione. La frazione di tempo in condizioni anossiche viene ottimizzata durante la gestione in base alle effettive condizioni di carico in ingresso e alla qualità del refluo richiesta allo scarico. INCREMENTO DELLA FLESSIBILITÀ DELL IMPIANTO La gestione del processo in base alle variazioni quali-quantitative del liquame influente ed alle caratteristiche dell effluente permette un ottimizzazione in tempo reale del processo. Ciò conferisce maggiore flessibilità all'impianto, in grado di adattarsi dinamicamente alle esigenze del gestore. RIDUZIONE DEI CONSUMI ENERGETICI DELL IMPIANTO Il prolungamento delle fasi anossiche durante i periodi a basso carico determina la riduzione dei consumi per l'ossigenazione, l'assenza di ricircoli della miscela aerata comporta un'ulteriore riduzione del consumo di energia elettrica al contempo. RIDUZIONE DELLA PRODUZIONE DI FANGHI SECONDARI La biomassa eterotrofa, sottoposta alternativamente a condizioni aerate ed anossiche, riduce la sua resa cellulare osservata (5-10%) anche in presenza di substrato. PARZIALE DEFOSFATAZIONE BIOLOGICA L'alternanza di fasi anossiche e aerobiche opera una selezione dei microrganismi presenti nei fanghi attivi, creando condizioni favorevoli allo sviluppo di batteri fosforo-accumulanti (PAO, Phosphate Accumulating Organisms), con incremento della percentuale di abbattimento biologico del fosforo.

6 Il sistema di automazione OSCAR è un controller completo di hardware e software in grado di implementare logiche per la riduzione dei consumi energetici, della produzione di fango di supero e del dosaggio di reagenti chimici in impianti di depurazione per il trattamento di acque reflue, attraverso il quale è possibile monitorare in tempo reale i co- 3 3 sti specifici per unità di volume trattato (kwh/m e kg reagente/m ). ADSL GPRS GSM 3G LAN-ETH SUPERVISIONE REMOTA E TELE ASSISTENZA QUADRO STRUMENTALE OSCAR SUPERVISIONE LOCALE OSCAR FUNZIONAMENTO CAMPO QUADRO DI POTENZA

7 UN CONTROLLER, PIÙ APPLICAZIONI AERAZIONE INTERMITTENTE DEFOSFATAZIONE CHIMICA AUTOMAZIONE DELLA LINEA FANGHI OSCAR offre più pacchetti di automazione industriale implementati su un unico SCADA. Il modulo OSCAR - Aerazione intermittente per il processo di nitrificazione/denitrificazione in vasca unica si basa su un approccio moderno, che considera misure dirette di azoto ammoniacale (ed eventualmente nitrico) e di ossigeno disciolto in vasca, conseguendo l'abbassamento dell'azoto totale effluente sempre nel rispetto di eventuali limiti normativi sull'azoto ammoniacale e, allo stesso tempo, la riduzione dei consumi energetici per effetto del funzionamento più razionale delle soffianti. Il punto di forza di OSCAR - Aerazione intermittente risiede nella misura diretta dell'azoto ammoniacale e non di parametri indiretti che risentono della presenza di altre forme ioniche non coinvolte nei processi di nitrificazione e denitrificazione come, ad esempio, il potenziale di ossido-riduzione,. Tutto ciò si traduce in una maggiore flessibilità del ciclo depurativo, grazie al controllo diretto della quantità di ammoniaca nell'effluente; un aspetto tanto più rilevante in situazioni in cui sia prioritario garantire il rispetto dei limiti normativi per l'azoto totale e l'azoto ammoniacale (ad esempio D.Lgs. 185/03 sul riuso e numerose normative Regionali e Provinciali). Il pacchetto OSCAR - Defosfatazione chimica rileva i dati di concentrazione di ortofosfato in ingresso e/o uscita dal comparto biologico per ottimizzare il dosaggio di reagenti chimici utilizzati per la precipitazione del fosforo. A seconda del caso specifico, il sistema può prevedere controlli di tipo feed-forward o feed-back, integrando opportunamente le misure di portata e di concentrazione.

8 La soluzione OSCAR - Automazione linea fanghi prevede l'installazione di analizzatori per la misura on-line della concentrazione di solidi sospesi totali, ossigeno disciolto e spessore del letto di fango in uno o più comparti della linea fanghi (pre e post-ispessitore, stabilizzazione aerobica, digestione anaerobica) in funzione della complessità dell'impianto. In questo modo, l'operatore riesce ad impostare il valore di età del fango desiderato in linea acque, regolando l'estrazione dei fanghi di supero in modo facile e molto più flessibile rispetto alla tipica gestione manuale. wakabatown - Fotolia.com GLI IMPIANTI NON SONO TUTTI UGUALI RENDIMENTI L applicazione dell intero pacchetto OSCAR può portare al raggiungimento dei seguenti rendimenti: riduzione dei consumi energetici in linea acque fino al 40-50% riduzione dei consumi di reattivi chimici per la defosfatazione fino al 50-70% rendimenti di rimozione dell'azoto fino all'85-90% riduzione della produzione di fango di supero in linea acque fino al 10% Le verifiche preliminari per l installazione del controller OSCAR, eseguite dallo staff di E.T.C. Engineering srl e in collaborazione con il gestore, permettono di: quantificare la capacità depurativa residua del sistema verificare l'adeguatezza dei comparti di sedimentazione secondaria valutare l'idoneità dei sistemi di trasferimento dell'ossigeno (soffianti, miscelatori, diffusori) all'applicazione del pacchetto e proporre eventuali soluzioni migliorative analizzare i sistemi di controllo di processo già presenti ed i quadri di interfaccia disponibili, al fine di minimizzare i costi di installazione.

9 Le competenze tecnologico-scientifiche di E.T.C. Engineering srl sono in grado di quantificare in via preliminare i benefici indotti dall'installazione del controller OSCAR, mediante l'uso di modelli matematici implementati su piattaforma WEST. I modelli ASM (Activated Sludge Model) dell'international Water Association, opportunamente calibrati con l'ausilio di tecniche respirometriche, test idrodinamici con traccianti o modellazione CFD, permettono di stimare con precisione le efficienze di rimozione raggiungibili ed il risparmio nei costi di gestione, simulando scenari di intervento differenti e determinando i tempi di ritorno dell'investimento. E.T.C. Engineering srl fornisce inoltre supporto tecnico nella gestione sia durante l'avviamento che nei mesi successivi con interventi sul posto di esperti di processo e programmazione o mediante tele-controllo.

10 REFERENZE Il controller OSCAR è stato installato ed attivato presso i seguenti impianti: Baselga di Piné (Trento) AE Aerazione intermittente e Automazione linea fanghi Ragoli (Trento) AE Aerazione intermittente, Automazione linea fanghi e Defosfatazione chimica Villa Agnedo (Trento) AE Aerazione intermittente, Automazione linea fanghi e Defosfatazione chimica Riva Arena (Trento) AE Aerazione intermittente, Automazione linea fanghi e Defosfatazione chimica Mantova AE Aerazione intermittente

11 antiksu - Fotolia.com

12 Optimal Solutions for Cost Abatement in nutrients Removal E.T.C. Engineering srl via Praga Trento (TN) T/F info@etc-eng.it