R.02A Relazione processo, dimensionamento e calcolo

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1 Via XXV Aprile, 18 - Rovato COMUNE DI FLERO PROVINCIA DI BRESCIA AMPLIAMENTO IMPIANTO DI DEPURAZIONE DELLE ACQUE REFLUE DEL COMUNE DI FLERO PROGETTO DEFINITIVO R.02A Relazione processo, dimensionamento e calcolo Rovato, settembre Il responsabile progettazione AOB2 Dott. Ing. Mauro Olivieri Il progettista Dott. Ing. Luca Bertini

2 INDICE 1.0 QUADRO NORMATIVO LIMITI ALLO SCARICO PORTATE E CARICHI INQUINANTI SEZIONI DI TRATTAMENTO ED OPERE PREVISTE SEZIONI DI TRATTAMENTO OPERE PREVISTE DIMENSIONAMENTO DELLE SEZIONI DI TRATTAMENTO MICROGRIGLIATURA INIZIALE DISSABBIATURA DIMENSIONAMENTO SEZIONE BIOLOGICA VERIFICA COMPARTO BIOLOGICO MODALITA PROGETTO PERIODO INVERNALE DEFINIZIONE DEI VOLUMI NORMALIZZATI VERIFICA COMPARTO BIOLOGICO MODALITA VERIFICA PERIODO INVERNALE VERIFICA COMPARTO BIOLOGICO MODALITA VERIFICA PERIODO ESTIVO CARATTERISTICHE ANALITICHE DEL REFLUO IN USCITA DALLA SEZIONE BIOLOGICA DIMENSIONAMENTO SEZIONE DI PRECIPITAZIONE CHIMICA DEL FOSFORO DIMENSIONAMENTO SEDIMENTAZIONE FINALE VERIFICA DELLA SEZIONE CALCOLO DELLA CONCENTRAZIONE DEI SOLIDI SOSPESI NELL EFFLUENTE E PRODUZIONE DI FANGO DI SUPERO DIMENSIONAMENTO DISINFEZIONE FINALE STABILIZZAZIONE AEROBICA DEI FANGHI DISIDRATAZIONE MECCANICA DEI FANGHI /43

3 1.0 QUADRO NORMATIVO LIMITI ALLO SCARICO Nelle tabelle seguenti sono riportati i limiti assunti nella presente progettazione in accordo con la normativa vigente, secondo quanto analizzato nella Progetto Preliminare al quale si rimanda. È stato considerato che il refluo venga scaricato in area sensibile. I livelli di depurazione da raggiungere nel medio e lungo periodo sono stati fissati in conformità ai parametri stabiliti nella legislazione vigente (D. Lgs. 152/2006, Piano di Tutela ed Uso delle Acque (PTUA) della Regione Lombardia, Regolamento Regione Lombardia n. 3/2006 Disciplina e regime autorizzativo degli scarichi di acque reflue domestiche e reti fognarie ). Nelle tabelle seguenti si riportano i limiti di emissione del D.Lgs. 152/06 e del Regolamento n 3/2006 Regione Lombardia per gli impianti di acque reflue urbane con potenzialità >10000 A.E, considerando la previsione di crescita negli anni futuri. Parametri > AE Concentrazione [mg/l] BOD 5 25 COD 125 Solidi sospesi 35 Tabella 1: D.Lgs. 152/2006 All.5 Tab. 1 Parametri AE Concentrazione [mg/l] P tot 2 N tot 15 Tabella 2: D.Lgs. 152/2006 All.5 Tab. 2 (scarico in aree sensibili) 3/43

4 Parametri Concentrazione [mg/l] P tot 10 N - ammoniacale 15 N - nitroso 0,6 N - nitrico 20 Tabella 3: D.Lgs. 152/2006 All.5 Tab. 3 Parametri > AE Concentrazione [mg/l] BOD 5 25 COD 125 Solidi sospesi 35 P tot 2 N tot 15 Tabella 4: Regolamento Regione Lombardia n 3/2006 Tab. 5 Parametri > AE Concentrazione [mg/l] P tot 2 N tot 15 Tabella 5: Regolamento Regione Lombardia n 3/2006 Tab. 6 (scarico in aree sensibili) Secondo le indicazioni fornite nelle tabelle sovrastanti si riassumono, nella seguente tabella 6, i limiti allo scarico da rispettare per l impianto di Flero a progetto per A.E. 4/43

5 Parametri AE Concentrazione [mg/l] BOD 5 25 COD 125 Solidi sospesi 35 P tot 2 N tot 15 N - nitroso 0,6 Tabella 6: Limiti a progetto del potenziamento Inoltre, in considerazione delle caratteristiche ambientali ed igienico sanitarie del ricettore e come consigliato dal D.Lgs.152/06, devono prevedersi opere tali da poter garantire oltre ai limiti sopraccitati anche un livello di: Escherichia Coli UFC/100 ml Questo limite verrà specificato in sede di autorizzazione allo scarico. 2.0 PORTATE E CARICHI INQUINANTI Come indicato nella relazione illustrativa si assume quale base per il dimensionamento la popolazione equivalente di A.E. al In funzione del numero di AE indicato precedentemente è possibile stimare la portata totale affluente all impianto di depurazione; assumendo una dotazione idrica pari a 300 l/ae*d risulta una portata giornaliera Q M pari a mc/d considerando un coefficiente di afflusso pari a 0,8. La portata media nelle ore diurne riferita al mese di massimo consumo, definita come portata di calcolo Q C, viene valutata moltiplicando Q M per il fattore K1 (funzione anche della dimensione del centro abitato) che nel caso specifico si assume pari a 1,5. 5/43

6 La portata massima, definita Q 750, è infine stata calcolata utilizzando l apporto pro capite di 750 litri per abitante equivalente al giorno, uniformemente distribuito nelle 24 ore; tale valore viene utilizzato anche per la verifica del profilo idraulico lungo le varie sezioni dell impianto. Si riassumono nella successiva tabella i parametri assunti per il dimensionamento dell impianto di depurazione anche in riferimento a quanto indicato nella relazione illustrativa. Definizione Unità di misura Valore PARAMETRI GENERALI Abitanti equivalenti di progetto N Dotazione idrica l/ab*d 300 Coefficiente di afflusso in fognatura - 0,8 Dotazione idrica netta l/ab*d 240 Coefficiente di punta K1-1,5 PARAMETRI CHIMICO FISICI E BIOLOGICI BOD g/ab*d 60 COD g/ab*d 110 SST g/ab*d 70 N tot g/ab*d 12 P tot g/ab*d 1,5 Temperatura invernale del refluo C 12 Temperatura estiva del refluo C 20 ph - 7,2 Concentrazione di biomassa in vasca KgSS/m 3 4 PARAMETRI IDRAULICI Portata media giornaliera in tempo asciutto Q M m 3 /d Portata di calcolo Q C m 3 /d Portata media giornaliera in tempo di pioggia Q 750 m 3 /d Tabella 7: Parametri di dimensionamento utilizzati a base di calcolo 6/43

7 3.0 SEZIONI DI TRATTAMENTO ED OPERE PREVISTE Per perseguire gli obiettivi proposti mediante la realizzazione di un impianto di tipo tradizionale si deve prevedere la realizzazione di un trattamento biologico con denitrificazione e nitrificazione e con stabilizzazione aerobica separata dei fanghi. 3.1 SEZIONI DI TRATTAMENTO L impianto di depurazione a seguito dell intervento previsto assumerà le seguenti fasi e sezioni di trattamento. Per la linea di trattamento liquami: sezione di grigliatura fine; sezione di dissabbiatura; vasca di equalizzazione rilancio; vasca di trattamento biologico a fanghi attivi (denitrificazione nitrificazione); sezione di precipitazione chimica del fosforo; vasca di sedimentazione; vasca di disinfezione finale. Per la linea di trattamento fanghi: stazione di ricircolo dei fanghi; sezione di digestione aerobica; disidratazione meccanica. A completamento si realizzerà un sistema di telecontrollo tale da consentire l acquisizione e l elaborazione delle informazioni inerenti alle anomalie di funzionamento, con dispositivi di teleallarme e telecontrollo da una stazione remota. Verrà infine realizzato un nuovo locale tecnico adibito a sala quadri elettrici, sala soffianti e locale ad uso ufficio spogliatoio ove si prevede la realizzazione di un servizio igienico e di lavatoio per 7/43

8 consentire agli addetti alla gestione di effettuare le eventuali necessarie operazioni di pulizia alla persona. Quali accorgimenti per il contenimento dell impatto ambientale sono previste cabine di insonorizzazione sulle apparecchiature di produzione aria a servizio del trattamento biologico che, unitamente al sistema di trasferimento dell ossigeno con diffusori a microbolle, contribuiscono in maniera significativa alla riduzione sia della pressione sonora residua sia alla produzione di aerosol. Verrà inoltre impermeabilizzata l area di transito e sosta dei mezzi operativi interni all impianto prevedendo inoltre la raccolta e il convogliamento delle acque meteoriche raccolte dalle superfici asfaltate. Vengono infine previsti interventi atti ad armonizzare l estetica e l inserimento dell impianto nel contesto ambientale, mediante la realizzazione di aree a verde e di una barriera arborea perimetrale. 3.2 OPERE PREVISTE L intervento a progetto, rappresentato nelle tavole grafiche allegate, consiste nella realizzazione delle opere civili ed impiantistiche, come di seguito specificato: Grigliatura fine: è prevista la realizzazione in testa all impianto di una griglia autopulente del tipo a cestello rotante in cassone con luce libera di passaggio pari a 3 mm; Dissabbiatura: è prevista la realizzazione, all interno dell attuale vasca di prima pioggia, di un dissabbiatore tipo pista con annesso classificatore delle sabbie; Equalizzazione rilancio: l attuale vasca d ispessimento verrà convertita installando opportuni sistemi di miscelazione del refluo e dotandola di elettropompe per il rilancio del refluo alla sezione biologica; Trattamento biologico: il trattamento biologico adottato prevede un trattamento integrato di nitrificazione-denitrificazione, in cui, oltre alla metabolizzazione del carico organico, è operata l eliminazione dell azoto contenuto nei liquami. Si prevedono n 2 linee in parallelo di realizzazione ex-novo; Precipitazione chimica del fosforo: verrà realizzata una stazione di stoccaggio e dosaggio della soluzione coagulante (cloruro ferrico 41%) opportunamente confinata in vasca di contenimento di sicurezza; Sedimentazione: per la fase di sedimentazione dei fanghi e chiarificazione delle acque si realizza una vasca circolare dotata di carroponte recuperando e adattando l attuale bacino 8/43

9 combinato concentrico avente comparti biologici sulla corona esterna e sedimentatore centrale. Disinfezione finale: verrà realizzata una nuova vasca di contatto per il dosaggio in emergenza della soluzione disinfettante; Stabilizzazione dei fanghi: si prevede di realizzare la fase di stabilizzazione aerobica mediante recupero e adeguamento della attuale vasca di denitrificazione in aggiunta alla vasca di stabilizzazione già presente, che dovrà essere oggetto di sistemazione della struttura e elettromeccanica; essa avrà funzione anche di ispessimento; Disidratazione fanghi: si prevede di adeguare l attuale edificio ed impianto di disidratazione dei fanghi accumulati in vasca di digestione mediante centrifuga. A completamento, si prevede la realizzazione del locale quadro elettrico e locale compressori, compresa l insonorizzazione. Viene inoltre realizzato uno spogliatoio con servizio igienico dotato di doccia, WC e lavabo. L intervento prevede la realizzazione di barriera arborea, con livellamento e finitura mediante manto bituminoso delle superfici di transito e stazionamento per la fase di disidratazione, comprensiva della raccolta e invio in testa all impianto delle acque di pioggia o lavaggio. 4.0 DIMENSIONAMENTO DELLE SEZIONI DI TRATTAMENTO 4.1 MICROGRIGLIATURA INIZIALE I liquami in arrivo all impianto sono caratterizzati dalla presenza di solidi in sospensione per la cui rimozione si è prevista l installazione di una griglia autopulente, del tipo a cestello rotante, in cassone con luce libera di passaggio pari a 3 mm. L apparecchiatura verrà posizionata in sommità al nuovo manufatto di dissabbiatura. La sezione è stata dimensionata per la massima portata di progetto (562,5 m 3 /h) in modo che non si verifichino traboccamenti di liquame anche con elevate concentrazioni di solidi sospesi. Il funzionamento avverrà in automatico mediante l utilizzo di un sensore a pressione differenziale direttamente installato all interno del contenitore che, ogni qualvolta rileverà il superamento della 9/43

10 soglia di pressione/livello impostata, determinerà l avvio del ciclo di pulizia e lavaggio dell apparecchiatura. L apparecchiatura è dotata di una valvola di sezionamento che permette l esclusione della stessa e lo scarico nel canale di adduzione alla sezione di dissabbiatura in occasione delle operazioni di manutenzione straordinaria o fuori servizio prolungato della stessa. Il materiale grigliato è compattato dalla griglia viene trasportato e scaricato nel cassonetto di raccolta posizionato al livello inferiore; lo scarico dell apparecchiatura è inoltre dotato di sacco continuo in polietilene per il contenimento delle emissioni odorigene e la limitazione del rischio biologico connesso alla manipolazione dello stesso da parte degli operatori. Le principali caratteristiche dell apparecchiatura sono: DESCRIZIONE DELL APPARECCHIATURA Griglia fine costituita da un cestello rotante con coclea coassiale di asportazione, lavaggio e compattazione del grigliato, prima del suo scarico in apposito cassonetto. Le acque fluiscono all interno della gabbia cilindrica inclinata di 35 sull orizzontale e, attraverso le luci libere tra i fori, tornano nel contenitore. La gabbia filtrante che costituisce il cestello rotante, è chiusa alla sommità superiore intorno al tubo di contenimento della coclea, per evitare, in caso di improvvisi sovraccarichi idraulici e/o di grigliato, lo stramazzo di acque non grigliate. La gabbia filtrante è generalmente ferma e, solo quando il massimo intasamento determina un aumento della perdita di carico oltre i limiti impostati, compie una rotazione solidamente con la coclea coassiale, raccogliendo i solidi trattenuti e facendoli cadere nella tramoggia della coclea. I solidi, durante il trasporto con la coclea, dalla tramoggia di raccolta alla camera di pressione, vengono lavati tramite appositi ugelli, e quindi disidratati fino a raggiungere un tenore di secco del 35%. Un particolare sistema di controlavaggio a pressione durante la rotazione, garantisce inoltre la costante perfetta pulizia del cestello filtrante da qualsiasi tipo di solidi. Il contenimento di tutte le apparecchiature in cofani chiusi, il lavaggio del grigliato, e la compattazione dello stesso prima dello scarico, evitano inoltre la possibilità di spandimenti di liquami e/o cattivi odori. Vista la totale assenza di organi di sfregamento e/o attriti vari (pettini, catene, ecc.), questa griglia risulta particolarmente adatta anche all applicazione su reflui contenenti notevoli quantità di materiali abrasivi (sabbie, sassi, scorie metalliche, ecc.), mantenendo inalterate nel tempo le proprie caratteristiche di affidabilità, sia dal punto di vista dei rendimenti che degli interventi di manutenzione. Le possibilità di poter variare le misure dei vari componenti 10/43

11 (larghezza cestello, lunghezza coclea di asporto ecc.) consentono inoltre di adattare questo tipo di apparecchiatura a qualsiasi esigenza di installazione. Griglia fine a cestello rotante in lamiera forata, completamente chiusa sulla parte posteriore per evitare lo stramazzo delle acque, con coclea di asporto e compattazione integrata del grigliato, posta in apposito contenitore. CARATTERISTICHE TECNICHE Portata idraulica max. in acqua pulita 228 l/s; Portata max. con refluo 158 l/s; Spaziatura (lamiera forata) 3 mm; Diametro cestello filtrante 1200 mm; Inclinazione della macchina rispetto all orizzontale 35 ; Grado di compattazione del grigliato 35% SS; Lunghezza totale lungo l'asse della macchina 4400 mm; Lunghezza di ingombro 4700 mm; Larghezza di ingombro 1480 mm; Altezza di scarico (da piano d appoggio)* 2285 mm; Altezza di ingombro (da piano d appoggio) 3120 mm; Diametro coclea 273 mm; Potenza del motore elettrico 1,5 kw; Tensione di alimentazione trifase 50 Hz 400 V; Giri al minuto della coclea 8,3 n /min; Protezione del motore IP 65; La macchina (tranne il motoriduttore) è costruita interamente in acciaio inossidabile (AISI 304L) equivalente o superiore, compresa la coclea di trasporto con albero, ed è sottoposta per intero, prima dell assemblaggio, ad un idoneo trattamento di decapaggio a bagno in soluzione acida, seguito da un trattamento di passivazione in atmosfera controllata. ACCESSORI INCLUSI Barra di lavaggio con relativa elettrovalvola Burkett da 1 ¼ per il cestello rotante e attacco rapido per l acqua tecnica di controlavaggio; 11/43

12 Dispositivo automatico per il lavaggio della zona di compattazione con relativa elettrovalvola Burkett da 1 ; Sistema di insaccamento automatico del grigliato tramite sacco continuo mod. Longopac, modello Longopac lunghezza complessiva 70 m (altezza di ingombo ca. 350mm); Sistema di rimozione stracci con lama-taglia-stracci; Contenitore in acciaio inossidabile trattato come l intera macchina, con flangia e cartella DN 400 per l'afflusso dei liquami e flangia e cartella DN 500 per il deflusso DIN 2576; Scarico delle acque provenienti dalla zona compattazione entro il canale; Quadro elettrico di comando, protezione IP55, in acciaio verniciato a polvere, colore RAL, contenente tutti i componenti indispensabili al funzionamento automatico di ciascuna macchina, PLC Siemens, visualizzazione interfaccia macchina utente polifunzionale Siemens: interruttore di livello differenziale (purga d aria), teleruttori, limitatore di coppia Siemens, tasti di marcia e arresto, inversione ed arresto, interruttore generale, sicurezze magnetotermiche, morsettiera comprendente contatti privi di potenziale per la segnalazione a distanza dello stato di funzionamento. Il tutto sarà eseguito nel rispetto delle norme CEI - IEC e secondo la regola dell'arte; Scatole di comando locale in esecuzione IP65 per l azionamento della singole griglie in funzione manuale, che comprende: interruttore a chiave per l abilitazione all esercizio, selettore AVANTI 0 INDIETRO, tasto a fungo STOP EMERGENZA. Quest accessorio è indispensabile qualora si preveda l installazione del quadro di comando in posizione remota; Dispositivo "I.R.G.A." per la pulizia della griglia ed il lavaggio del grigliato dalle sostanze organiche / fecali. Esso sarà costituito da tre stadi: barra longitudinale forata per il lavaggio grossolano; barriera di lavaggio per il lavaggio fine; microlavaggio tramite tre ugelli spruzzatori disposti all inizio del tubo di trasporto ed orientati secondo diverse direzioni. Il sistema di lavaggio è corredato di elettrovalvole il cui comando è integrato nel quadro di comando della macchina; Tramoggia di scarico materiale grigliato come da elaborati grafici. SERVIZI DA FORNIRE Energia elettrica: 1,5 kw; Acqua di rete: 3,3 l/s a 5 bar con utenza attiva 12/43

13 4.2 DISSABBIATURA Per la separazione delle sabbie verrà adottato un dissabbiatore dinamico a vortice; in queste unità la velocità del flusso, che normalmente determina la sedimentazione delle parti a più elevato peso specifico, è praticamente indipendente dalla portata essendo il moto di sedimentazione indotto da una pala rotante a velocità opportuna. La vasca ha una sezione circolare con fondo a tramoggia; il liquame viene alimentato tangenzialmente al fine d ottimizzare lo sviluppo di un moto circolare che determina la sedimentazione delle particelle pesanti. Le sabbie, che sedimentano sul fondo della tramoggia, vengono periodicamente lavate mediante un getto d acqua in pressione e, successivamente, estratte mediante un idroestrattore. Il materiale estratto (miscela acqua sabbia) viene trasferito dall idroestrattore all interno di un classificatore delle sabbie che determina la separazione finale delle sabbie dalla miscela ed il contestuale trasporto nel cassonetto di raccolta. L unità di dissabbiatura è stata dimensionata per la massima portata alimentabile all impianto ovvero di 562,5 m 3 /h. La sezione di dissabbiatura è dotata di panconi di sezionamento per l intercettazione del refluo al fine di bypassare la sezione in caso d interventi manutentivi straordinari. La sezione di dissabbiatura presenta le seguenti caratteristiche: Diametro vasca: mm; Diametro idroestrattore: DN80 Portata d aria idroestrattore 80 Nm 3 /h, prevalenza 5 m; Portata miscela sabbia-acqua estratta: 7 l/s; Portata classificatore delle sabbie: 10 l/s. 13/43

14 4.3 DIMENSIONAMENTO SEZIONE BIOLOGICA Nella tabella successiva vengono riassunti i dati di progetto assunti quale base di calcolo per lo sviluppo del dimensionamento della sezione biologica. Dati sezione biologica U.M. Valore Abitanti Equivalenti N Dotazione idrica l/ab*g 300 Coefficiente d afflusso - 0,8 Tipo di fognatura - Separata Portata media giornaliera (Q M ) m 3 /d Portata media oraria (Q 24 ) m 3 /h 180 BOD 5 gr/ab*d 60 COD gr/ab*d 110 TKN gr/ab*d 12 P tot gr/ab*d 1,5 SST gr/ab*d 70 T (invernale) C 12 T (estiva) C 20 ph - 7,2 MLSS (concentrazione biomassa in vasca) Kg SS/m 3 4,0 Concentrazione ossigeno in vasca mg/l 2,0 Portata di ricircolo dei fanghi (Q r ) m 3 /h 270 Concentrazione di progetto N-NH + 4 allo scarico mg/l 3,0 Concentrazione di progetto N-NO 3 allo scarico mg/l 6,0 Tabella 8: Parametri di dimensionamento utilizzati a base di calcolo per la sezione biologica Il dimensionamento della sezione biologica verrà sviluppato mediante l ausilio di un apposito modello matematico basato su equazioni allo stato stazionario che definiscono il rendimento delle varie fasi di trattamento del processo biologico mediante un algoritmo di conoscenza di tipo euristico (Knowledge based) che attribuisce un valore, tramite apposito indicatore, al grado di funzionamento del processo stesso. 14/43

15 Il dimensionamento è stato effettuato mediante il programma specialistico di calcolo SwaterPRO che risulta particolarmente idoneo alla progettazione ed alla verifica delle condizioni di processo in impianti a fanghi attivi a biomassa sospesa. La logica utilizzata per il dimensionamento delle sezioni è la seguente: Definizione dei carichi in ingresso; Simulazione mediante software in modalità progetto nelle condizioni invernali (12 C): in questa fase, il programma di calcolo, fissati i carichi e le condizioni al contorno determina i volumi minimi necessari per il raggiungimento degli obbiettivi depurativi richiesti ovvero determina la volumetria del comparto di denitrificazione, quello di nitrificazione ossidazione ed il rapporto di ricircolo della miscela aerata. Definizione dei volumi normalizzati delle vasche biologiche ottenuti dalla prima simulazione: il processista definisce un valore tendenzialmente superiore a quanto ottenuto dalla simulazione di calcolo sia per ottenere valori omogenei in termini di lunghezza, larghezza e profondità sia, qualora lo ritenga necessario, per porre un congruo fattore di sicurezza; Simulazione mediante software in modalità verifica in condizioni invernali (12 C): in questa fase, introdotti nel programma di calcolo i volumi definiti dal processista e le condizioni al contorno, vengono calcolate le concentrazioni degli inquinanti attese in uscita alla sezione biologica; Simulazione mediante software in modalità verifica in condizioni estive (20 C): la presente fase rispecchia sostanzialmente la precedente con l eccezione che la simulazione è condotta alla temperatura estiva VERIFICA COMPARTO BIOLOGICO MODALITA PROGETTO PERIODO INVERNALE In input al programma di calcolo vengono forniti i valori relativi ai seguenti parametri: Numero di abitanti equivalenti, Nab; Dotazione idrica pro-capite, DI; 15/43

16 Coefficiente di afflusso in fogna, φ; Portata industriale (se presente), Q industriale ; Portata di pioggia (se definita), Q pioggia ; Carichi inquinanti specifici per abitante equivalente [g/ab d], BOD 5, SST, TKN, NH + 4, P, MBAS, oli-grassi. Calcolo delle portate in ingresso all impianto Automaticamente il software calcola le seguenti portate: Portata media giornaliera (Q M ): Qmed(24) [m 3 /h] = N ab φ DI/ Q industriale /10 Portata minima notturna: Qmin(48) [m 3 /h] = 24 Qmed(24)/48 = 0.5 Qmed(24) Portata di punta diurna: Qmax(14) [m 3 /h] = 24 Qmed(24)/14 = 1.7 Qmed(24) Portata media diurna: Qmed(18) [m 3 /h] = 24 Qmed(24)/18 = 1.3 Qmed(24) Portata totale giornaliera (Q M ): Q24h [m 3 /d] = Qmed(24) 24 Calcolo dei carichi inquinanti in ingresso all impianto La valutazione delle concentrazioni degli inquinanti presenti nell effluente grezzo in ingresso viene effettuata sulla base dei carichi specifici fissati per ciascuno di essi: Carico organico: BOD 5 [mg/l] = N ab BOD 5 [g/ab d] /24 Qmed(24) Carico di solidi sospesi: SST [mg/l] = N ab SST [g/ab d] /24 Qmed(24) 16/43

17 Carico di azoto: TKN [mg/l] = N ab TKN [g/ab d] /24 Qmed(24) Carico di fosforo: P [mg/l] = N ab P [g/ab d] /24 Qmed(24)... Nella sottostante tabella vengono riportati i valori dei parametri indagati, distinguendo tra quelli inseriti in input e quelli restituiti in output dal software: Impianto: Flero Modalità: Progetto Data: 09/2014 INPUT OUTPUT N ab [N] Qmed(24) [m 3 /h] 180 DI [l/ab d] 300 Qmin(48) [m 3 /h] 90 φ [-] 0,8 Qmax(14) [m 3 /h] 306 Q industriale [m 3 /d] - Qmed(18) [m 3 /h] 234 Q pioggia [m 3 /h] - Q24h [m 3 /d] BOD 5 [g/ab d] 60 BOD 5 [mg/l] 250 SST [g/ab d] 70 SST [mg/l] 291,7 TKN[g/ab d] 12 TKN [mg/l] 50 NH + 4 [g/ab d] 8,4 NH + 4 [mg/l] 35 P [g/ab d] 1,5 P [mg/l] 6,3 BOD 5 [kg/d] SST [kg/d] COD [mg/l] 458 (COD/BOD)in [-] 1,83 Tabella 9: Risultati di calcolo software 17/43

18 Rimozione dei nutrienti Lo schema impiantistico adottato prevede la presenza di una predenitrificazione e lo svolgimento della fase di nitrificazione all'interno della vasca d ossidazione. La corrente idrica affluente assicura la disponibilità di substrato organico necessario al processo di denitrificazione operato da una biomassa eterotrofa in condizioni anossiche; i nitrati sono formati nella successiva fase di nitrificazione a seguito dell'ossidazione dell'azoto ammoniacale ed organico in ingresso che vengono ricircolati a monte sia con il fango di ricircolo del bacino di sedimentazione secondaria sia con la miscela aerata. Nella fase di nitrificazione si verifica, altresì, l'ossidazione biologica del substrato organico. In input al programma di calcolo vengono forniti i valori relativi ai seguenti parametri: Valore minimo del BOD in ingresso, BOD min ; Valore massimo del BOD in ingresso, BOD max ; Concentrazione di fango in vasca, MLSS; Ossigeno disciolto, DO ox ; Portata di ricircolo dei fanghi provenienti dalla sedimentazione secondaria, Q r ; Temperatura influente, T; ph influente, ph ; + Concentrazione di azoto ammoniacale voluto in uscita, N-NH 4 Concentrazione di azoto nitroso voluto in uscita, N-NO 3 out. out; Vengono inoltre ereditati dalle fasi precedenti i valori relativi ai parametri di seguito elencati: 18/43

19 Portata media giornaliera, Q med (24); Concentrazione di BOD 5 in ingresso, BOD 5 in ; Concentrazione di fosforo in ingresso, P in ; Concentrazione di COD in ingresso, COD in. Dimensionamento del volume di nitrificazione Mediante un bilancio effettuato tra le sezioni d ingresso e d uscita del bacino di nitrificazione è possibile valutare la quantità di azoto ammoniacale che deve essere ossidata (Nox), riducendo la quantità alimentata alla fase biologica (Ni) di un aliquota pari alla somma di quella che viene allontanata con lo scarico (Nu) e di quella utilizzata dai batteri eterotrofi per il fabbisogno di sintesi (Nsint). La quantità Nsint può essere assunta pari al 5% del BOD rimosso in aerazione, tenendo conto che il rapporto C:N:P, nelle reazioni di sintesi, risulta essere 100:5:1. Dunque risulta: N ox [Kg/d] = 24 Qmed(24) (TKN i - TKN u )/ N sint dove: Qmed(24) = portata liquame influente [m³/h]; Nox = azoto ammoniacale ed organico ( TKNelim) che deve essere ossidato [Kg/d]; TKNi = azoto ammoniacale ed organico in ingresso alla fase biologica [mg/l]; TKNu = azoto ammoniacale ed organico in uscita dalla fase biologica [mg/l]; Nsint = azoto ammoniacale ed organico sintetizzato [Kg/d]. La biomassa necessaria ad ottenere il voluto livello di nitrificazione risulta pari a: X [Kg] = N ox / (f vn T ) dove: X = biomassa che deve essere garantita nel reattore di nitrificazione [Kg]; f = frazione di batteri nitrificanti sulla biomassa totale [adimensionale]; vn T = velocità di nitrificazione alla generica temperatura T [KgTKN/KgSS d]. 19/43

20 Risulta dunque necessaria la valutazione di vn T, la velocità di nitrificazione, e di f, la frazione di batteri nitrificanti sulla biomassa totale (autotrofa ed eterotrofa) presente nel bacino, parametri calcolati, per i liquami urbani, secondo le seguenti formule: vn T [KgTKN/KgSS d] = 24 vn 20 [TKN u /(K TKN +TKN u )] [DO/(KO+DOox) δ n (T-20) [ (7.2 - ph)] dove: vn 20 = velocità di nitrificazione, in assenza di fattori limitanti, alla temperatura di riferimento di 20 C; mediamente pari a 0,075 [KgTKN/KgSS h]; DOox = concentrazione di ossigeno disciolto mantenuta in vasca pari a 2 mg/l; K TKN = costante di semisaturazione relativa all'ammoniaca, pari a 0,5 mg/l; KO = costante di semisaturazione relativa all'ossigeno disciolto, pari a 1,0 mg/l; T = temperatura di esercizio [ C]; δn= coefficiente di correzione relativo alla temperatura, pari a 1,12 [adimensionale]. f = [1 + (BOD i - BOD u )/(TKN i - TKN u ) (Y/Yn)] - 1 dove: BODi = concentr. equivalente di carico organico in ingresso alla fase di nitrificazione [mg/l]; BODu = concentr. equivalente di carico organico in uscita alla fase di nitrificazione [mg/l]; TKNi = concentr. azoto organico ed ammoniacale in ingresso alla fase di nitrificazione [mg/l]; TKNu = concentr. di azoto organico ed ammoniacale in uscita alla fase di nitrificazione [mg/l]; Y/Yn = rapporto dei coefficienti di crescita cellulare dei batteri totali e di quelli nitrificanti [adimensionale], valore che può essere assunto pari a 3,7 (Y = 0,88 g SS/g TKN; Yn = 0,24 g SS/g TKN). I dati ottenuti permettono la valutazione del volume del bacino di nitrificazione, secondo la formula: V NIT [m³]=1000 X/MLSS=1000 TKN elim /(MLSS f vn T ) 20/43

21 Dimensionamento del volume di denitrificazione La quantità di nitrati da ridurre è pari alla somma dei nitrati in ingresso alla fase di denitrificazione e dell'ammoniaca ossidata, cui vanno sottratti i nitrati voluti allo scarico: N rid [Kg/d] = NN i + N ox - NN u dove: N rid = nitrati N-NO 3 che devono essere ridotti [Kg/d]; NN i = nitrati N-NO 3_i presenti nel liquame in ingresso [Kg/d]; N ox = azoto organico ed ammoniacale TKN i da ossidare [Kg/d]; NN u = nitrati N-NO 3_u ammessi allo scarico [Kg/d]. La biomassa necessaria ad ottenere il voluto livello di denitrificazione risulta perciò: X d [Kg]= N rid / vd T dove: X d = biomassa che deve essere garantita nel reattore di denitrificazione [Kg]; N rid = nitrati N-NO 3 che devono essere ridotti [Kg/d]; vd T = velocità di denitrificazione alla generica temperatura T [KgN-NO 3 /KgSS d]. La velocità di denitrificazione può essere calcolata secondo la formula seguente: vd T [KgN-NO 3 /KgSS d] = 24 vd 20 [N-NO 3_u /(Kn + N-NO 3_u )] [S/(K S + S)] δ d (T - 20) dove: vd T = velocità di denitrificazione alla generica temperatura T [KgN-NO 3 /KgSS d]; vd 20 = velocità di denitrificazione, in assenza di fattori limitanti, alla temperatura di riferimento di 20 C; mediamente pari a 0,003 KgN-NO3/KgSS h; N-NO 3_u = concentrazione dell'azoto nitrico in uscita alla fase di denitrificazione [mg/l]; 21/43

22 S = concentrazione del substrato carbonioso biodegradabile [mg/l]; K n = costante di semisaturazione relativa ai nitrati, pari a 0,1 mg/l; K S = costante di semisaturazione relativa al substrato carbonioso, pari a 0,1 mg/l; T = temperatura di esercizio [ C]; δ d = coefficiente di correzione relativo alla temperatura, pari a 1,12 [adimensionale]. Il volume del bacino di denitrificazione è dato quindi dalla seguente espressione: V DEN [m³] = 1000 X d / MLSS = 1000 (N-NO 3elim )/(MLSS vd T ) Risultanze dell elaborazione Nella sottostante tabella vengono riportati i valori dei parametri indicati precedentemente, distinguendo tra quelli inseriti in input e quelli restituiti in output, nonché gli indicatori multiparametrici in grado di valutare globalmente se la progettazione della sezione in esame risulta equilibrata o condizionata. 22/43

23 Impianto: Flero Modalità: Progetto Data: 09/2014 INPUT OUTPUT BODin [mg/l] 250 V OX-NITR [m³] 1.781,1 BODmin [mg/l] 200 V DEN [m³] 1.107,3 BODmax [mg/l] 300 BOD 5out [mg/l] 16,3 DOox [mg/l] 2 Abb. BOD 5 [%] 93,5 MLSS [mg/l] Abb. MBAS [%] - Qr [m³/h] 270 d-tkn [Kg/d] 152,6 T [ C] 12 d-no 3 [Kg/d] 126,6 ph 7,2 Fc-ox [KgBOD/KgSS d] 0,152 N-NH + 4 out [mg/l] 3 Fc-eff [KgBOD/KgSS d] 0,093 N-NO 3 out [mg/l] 6 Fcv [KgBOD/m 3 d] 0,37 TRox [h] 9,89 R totale [-] 4,89 R mix-aerato [-] 3,39 INDICATORI DI EFFICIENZA E DI PROCESSO IP_mix 0,5 Conncentrazione del fango regolare IP_ DO 0,75 Ossigenazione regolare CODin/TKNin [-] 10 Età del fango [d] 12,76 SFgujer [-] 4,47 Tabella 10: Risultati di calcolo software 23/43

24 4.3.2 DEFINIZIONE DEI VOLUMI NORMALIZZATI Dalle risultanze della simulazione condotta al paragrafo ed evidenziate nella tabella 10 risulta che, per conseguire gli obbiettivi depurativi richiesti, sono necessari i seguenti parametri operativi: Volume minimo comparto di denitrificazione: 1.107,3 m 3 ; Volume minimo comparto nitrificazione ossidazione: 1.781,1 m 3 ; Portata minima di ricircolo della miscela aerata pari a 3,39 x Q med (24) ovvero 610,2 m 3 /h; Le scelte progettuale sono volte ad ottimizzare il processo ed i consumi energetici pertanto si assume quale battente utile in vasca il valore di 5,8 metri; pertanto, in considerazione delle premesse, si assumono i seguenti valori normalizzati: Predenitrificazione: n 2 sezioni in parallelo da 690,2 m 3 ciascuna (larghezza 11,9 m, lunghezza 10 m, battente idrico 5,8 m); Nitrificazione/ossidazione: n 2 sezioni in parallelo da 897,3 m 3 ciascuna (larghezza 11,9 m, lunghezza 13 m, battente idrico 5,8 m); Portata di ricircolo miscela aerata: 4 x Q med (24) ovvero 720 m 3 /h complessivamente da suddividere sulle due linee in parallelo VERIFICA COMPARTO BIOLOGICO MODALITA VERIFICA PERIODO INVERNALE In input al programma di calcolo, come per la fase di progetto, vengono forniti i valori relativi ai seguenti parametri: Numero di abitanti equivalenti, Nab; Dotazione idrica pro-capite, DI; Coefficiente di afflusso in fogna, φ; Portata industriale, Qindustriale; Portata di pioggia, Qpioggia; Carichi inquinanti specifici per abitante equivalente [g/ab d], BOD5, SST, TKN, NH + 4, P. 24/43

25 Si omettono i calcoli delle portate e dei carichi inquinanti essendo uguali a quanto indicato nei precedenti paragrafi. Rimozione dei nutrienti Per la verifica della sezione di trattamento in esame vengono forniti in input i valori relativi ai seguenti parametri: Valore minimo del BOD in ingresso, BODmin; Valore massimo del BOD in ingresso, BODmax; Concentrazione di fango in vasca, MLSS; Ossigeno disciolto, DOox; Portata di ricircolo dei fanghi provenienti dalla sedimentazione secondaria, Qr; Portata di liquame influente, Qmed; Valore del BOD in ingresso alla fase biologica, BODin dn; Temperatura influente, T; ph influente, ph ; Volume del bacino di ossidazione nitrificazione, VOX-NITR (1.794,6 m 3 ); Volume del bacino di denitrificazione, VDEN (1.380,4 m 3 ); Fattore di ricircolo della miscela aerata, Rmix aerato (R = 4); Concentrazione di COD in ingresso, CODin; Calcolo della concentrazione dei composti azotati in uscita dal bacino di nitrificazione Per la valutazione della concentrazione dei composti azotati in uscita dal bacino di nitrificazione si parte dall espressione del volume del bacino di nitrificazione, il quale risulta dall equazione seguente: V NIT [m³] = 1000 TKN elim /(MLSS f vn T ) [1] dove: TKN elim = TKN abbattuto [Kg/d]; MLSS = concentrazione dei solidi sospesi totali in vasca [mg/l]; 25/43

26 f = frazione di batteri nitrificanti sulla biomassa totale [adimensionale]; vn T = velocità di nitrificazione alla generica temperatura T [KgTKN/KgSS d]. La frazione dei batteri nitrificanti e la velocità di nitrificazione, che compaiono nell equazione [1], risultano rispettivamente dalle seguenti formule: f = [1 + (BOD i - BOD u )/(TKN i - TKN u ) (Y/Yn)] 1 [2] dove: BODi = concentr. equivalente di carico organico in ingresso alla fase di nitrificazione [mg/l]; BODu = concentr. equivalente di carico organico in uscita alla fase di nitrificazione [mg/l]; TKNi = concentr. azoto organico ed ammoniacale in ingresso alla fase di nitrificazione [mg/l]; TKNu = concentr. di azoto organico ed ammoniacale in uscita alla fase di nitrificazione [mg/l]; Y/Yn = rapporto dei coefficienti di crescita cellulare dei batteri totali e di quelli nitrificanti [adimensionale], valore che può essere assunto pari a 3,7 (Y = 0,88 g SS/g TKN; Yn = 0,24 g SS/g TKN). vn T [KgTKN/KgSS d]=24 vn 20 [TKN u /(K TKN +TKN u )] [3] [DOox/(KO+DOox) δ n (T-20) [ (7.2 - ph)] dove: vn 20 = velocità di nitrificazione, in assenza di fattori limitanti, alla temperatura di riferimento di 20 C; mediamente pari a 0,075 [KgTKN/KgSS h]; DOox = concentrazione di ossigeno disciolto mantenuta in vasca pari a 2,0 mg/l; K TKN = costante di semisaturazione relativa all'ammoniaca, pari a 0,5 mg/l; KO = costante di semisaturazione relativa all'ossigeno disciolto, pari a 1,0 mg/l; T = temperatura di esercizio [ C]; δn= coefficiente di correzione relativo alla temperatura, pari a 1,12 [adimensionale]. Sostituendo le equazioni [2] e [3] nell equazione [1], quest ultima diviene: 26/43

27 V NIT [m³] = A {[(TKN i - TKN u ) BOD] [(TKN i -TKN u )+3.7 BOD]}/ {[TKN u / (0.5+ TKN u )] (TKN i - TKN u )} Avendo definito A come: A = Qmed(24)/{MLSS [DOox/(1+DOox)] 1.12 (T-20) [ (7.2 - ph)]} Si ottiene un equazione di terzo grado, nell incognita TKN U : TKN U 3 + ψ TKN U 2 + ξ TKN U + η = 0 in cui: ψ = (V NITR /A) + 0,5 3,7 BOD - 2 TKNi + 0,05 BOD ξ = TKNi 2 + 3,65 TKNi BOD+0,5 0,05 BOD 0,5 3,7 BOD 3,7 0,05 BOD 2 - V NITR TKNi/A η = 0,5 (TKNi 2 +3,65 TKNi BOD 3, BOD 2 ) Delle tre soluzioni, assume significato fisico quella avente espressione: TKN U = {- ψ +[(ψ+x1) 2 + 4η/X1 ] 1/2 }/2 in cui: X1 = (cosα/ω) - ψ/3 α = arccos [ (p/q) (- 6,75/p) 1/2 ] Ω = (-0,75/p) ½ q = 2 ψ 3 /27 - ψ ξ/3+η p = -ψ 2 /3+ξ 27/43

28 Calcolo della concentrazione di nitrati in uscita dal bacino di nitrificazione Variare il fattore di ricircolo interno della miscela aerata o variare il volume di denitrificazione, comporta un diverso effetto sulla concentrazione dei nitrati in uscita dal bacino di nitrificazione; l algoritmo per il calcolo di N-NO 3u dovrà quindi risultare dalla combinazione dei due effetti. In particolare, la concentrazione di nitrati in uscita dal bacino di ossidazione-nitrificazione che deriva dalla considerazione di R mix_aer risulta dall espressione: N-NO 3u(Rmix_aer) [mg/l] = (TKN i -TKN u BOD 5 ) /(R mix_aer +R int +1) [4] dove: BOD 5 = BOD 5 abbattuto [mg/l]; R mix_aer = rapporto di ricircolo interno della miscela aerata [adimensionale]; R int = rapporto di ricircolo interno dei fanghi dal sedimentatore secondario [adimensionale]. Per la determinazione della concentrazione di nitrati in uscita che deriva dalla considerazione di V DEN si è, invece, partiti dall equazione per la determinazione del volume del bacino di denitrificazione: V DEN [m³] = 1000 (N-NO 3elim )/(MLSS vd T ) [5] Considerando le espressioni di ciascuno dei parametri che compaiono nell equazione [5], operando le opportune sostituzioni e compiendo idonei passaggi si giunge alla seguente equazione di secondo grado: N-NO 3u(Vden) 2 + C N-NO 3u(Vden) + D = 0 Avendo definito i coefficienti: A = MLSS 0, [BOD 5 /(0,1+ BOD 5 )] 1,12 (T-20) ; B = 24 (TKNi-TKNu- 0,05 BOD 5 ); C = (-B+2,4 Qmed+V DEN A)/(24 Qmed); D = -0,1 B/(24 Qmed). 28/43

29 Delle due soluzioni quella avente significato fisico ha la seguente espressione: N-NO 3u(Vden) = [- C +(C 2-4 D) 1/2 ]/2 [6] Il valore di N-NO 3u risulta dalla combinazione delle equazioni [4] e [6], ovvero dalla seguente relazione: N-NO 3u [mg/l] = (N-NO 3u(Rmix_aer) K Rmix_aer+N-NO 3u(Vden) K Vden )/( K Rmix_aer+ K Vden ) in cui: K Rmix_aer = 1- Rmix_aer/(k+ Rmix_aer); KVden= 1- K Rmix_aer.. Valutazione della richiesta d ossigeno Per mantenere condizioni aerobiche all'interno delle vasche d ossidazione nitrificazione è necessario soddisfare la richiesta biologica d ossigeno e scegliere un opportuno sistema di aerazione. La richiesta d ossigeno in condizioni d esercizio è calcolata mediante la seguente espressione: F O.D. = [k p a Q 24 (S 0 Se)] + [b (V OX + V DEN ) x] + [k p c Q 24 (TKN 0 TKN e 0,05 (S 0 S e ))] [d (Q R1 + Q R2 ) (NO 3 -Ne)] dove F O.D. = fabbisogno di ossigeno alle condizioni di esercizio [kgo2/d] K p = coefficiente per il calcolo della portata di punta = 1,3 a = coefficiente di respirazione assimilativa = 0,5 kgo2/kgbodabbattuto b = coefficiente di respirazione endogena = 0,1 kgo2/kgss d a 20 C; tale parametro varia in funzione della temperatura del refluo secondo la seguente espressione b = b20 1,084 (T-20) 29/43

30 T = temperatura del refluo [ C] c = coefficiente di respirazione per la nitrificazione = 4,6 kgo2/kgtkn d = coefficiente di recupero dell ossigeno dai nitrati = 2,86 kgo2/kgno3-n per gli altri valori/espressioni si faccia riferimento alla tabella 1 Per ottenere le caratteristiche dimensionali dei dispositivi di areazione è necessario che il fabbisogno d ossigeno in condizioni d esercizio (FO.D.) sia convertito nel corrispondente fabbisogno d ossigeno in condizioni standard (FO.D.(ST)). La conversione avviene mediante l utilizzo della seguente espressione: F O.D.(ST) = F O.D. /[α/c I SL (β C SL -C E ) 1,024 T-20 ] dove F O.D. = fabbisogno di ossigeno alle condizioni di esercizio [kgo2/d] F O.D.(ST) = fabbisogno di ossigeno alle condizioni standard [kgo2/d] T = temperatura del mixed liquor [ C] α = rapporto tra i coefficienti di trasferimento dell ossigeno in condizioni di esercizio e quello alle condizioni standard; è funzione di moltissimi parametri, tra cui le caratteristiche del sistema di aerazione, la temperatura di esercizio, la geometria della vasca, la presenza di tensioattivi, oli e solidi sospesi nel mixed liquor; nel caso in esame verrà assunto pari a 0,7 β = rapporto tra la concentrazione di ossigeno a saturazione per il liquido da aerare e quello per acqua pulita nelle stesse condizioni di pressione e temperatura. Dipende dalla salinità e nel caso in esame verrà assunto pari a 0,98 C I SL = esprime la concentrazione d ossigeno a saturazione in acqua pulita alla temperatura di 20 C e pressione pari a 1 atm (condizioni standard) ed è pari a 9,07 mg/l; C SL = esprime la concentrazione d ossigeno a saturazione per la temperatura e la pressione d esercizio ed è pari a 10,76 mg/l per T = 12 C e 9,07 mg/l per T = 20 C; C E = esprime la concentrazione di ossigeno nelle condizioni operative di processo ed è pari a 2,0 mg/l. 30/43

31 Infine, per ottenere la portata d aria da insufflare all interno delle vasche, si dovrà considerare il rendimento (η) di diffusione dei diffusori che risulta funzione del battente idrostatico, della percentuale d ossigeno presente in aria, della densità/numero di diffusori installati nonché della tipologia di diffusori selezionati. La relazione utilizzata per il calcolo della portata è la seguente: Q / ) = FO. D h st η 0, aria ( Nm dove: FO.D.st= fabbisogno di ossigeno alle condizioni standard (kg/d) η = rendimento di trasferimento dell ossigeno (relativo al sistema di diffusione dell aria) 0,3 rappresenta il contenuto di ossigeno in un Normal metro cubo di aria (300 g O2/Nm3) 24 rappresenta il numero di ore presente in una giornata Come indicato precedentemente il rendimento (η) è connesso anche alla tipologia di diffusore scelto pertanto, avendo come obbiettivo la minimizzazione del consumo elettrico, si propone l utilizzo di diffusori a microbolle ad ampia superficie ad elevata resa di trasferimento che, nel caso in questione, si assume pari al 36%. Nella sottostante tabella vengono riportati i valori dei parametri indicati precedentemente, distinguendo tra quelli inseriti in input e quelli restituiti in output, nonché gli indicatori multiparametrici in grado di valutare globalmente se la progettazione della sezione in esame risulta equilibrata o condizionata : 31/43

32 Impianto: Flero Modalità: Verifica Data: 09/2014 INPUT OUTPUT BODin [mg/l] 250 N-NO 3 out [mg/l] 6,4 BODmin [mg/l] 200 N-NH + 4 out [mg/l] 2,9 BODmax [mg/l] 300 BOD 5out [mg/l] 15,6 MLSS [mg/l] 4000 Abb. BOD 5 [%] 93,7 DOox [mg/l] 2 Abb. MBAS [%] 77,1 Qr [m³/h] 270 F O.D. [Kg/d] Q med [m³/h] 180 F O.D.(ST) [Kg/d] BOD 5 in dn [mg/l] 250 Q ARIA [Nm 3 /h] T [ C] 12 d-tkn [Kg/d] 152,8 ph 7,2 d-no 3 [Kg/d] 148,4 V OX-NITR [m 3 ] 1.794,6 Fc-ox [KgBOD/KgSS d] 0,15 V DEN [m 3 ] 1.380,4 Fc-eff [KgBOD/KgSS d] 0,085 R mix aerato [-] 4 Fcv [KgBOD/m 3 d] 0,34 TRox [h] 9,97 R totale [-] 5,5 CODin/TKNin[-] 10 Età del fango [d] 14,24 Tabella 11: Risultati di calcolo software in condizioni invernali (12 C) modalità verifica 32/43

33 Immagine 1: Finestra di calcolo del software inerente i parametri biologici in condizioni invernali (12 C) modalità verifica VERIFICA COMPARTO BIOLOGICO MODALITA VERIFICA PERIODO ESTIVO Per brevità descrittiva si omettono le metodologie di calcolo essendo uguali a quanto indicato nel paragrafo con la sola eccezione che la verifica è stata effettuata per una temperatura del refluo pari a 20 C. Nella sottostante tabella vengono riportati direttamente i risultati dell elaborazione per il comparto biologico in condizioni estive: 33/43

34 Impianto: Flero Modalità: Verifica Data: 09/2014 INPUT OUTPUT BODin [mg/l] 250 N-NO 3 out [mg/l] 6,9 BODmin [mg/l] 200 N-NH + 4 out [mg/l] 0,3 BODmax [mg/l] 300 BOD 5out [mg/l] 10,4 MLSS [mg/l] 4000 Abb. BOD 5 [%] 95,9 DOox [mg/l] 2 Abb. MBAS [%] - Qr [m³/h] 270 F O.D. [Kg/d] Q med [m³/h] 180 F O.D.(ST) [Kg/d] BOD 5 in dn [mg/l] 250 Q ARIA [Nm 3 /h] T [ C] 20 d-tkn [Kg/d] 163 ph 7,2 d-no 3 [Kg/d] 162,8 V OX-NITR [m 3 ] 1.794,6 Fc-ox [KgBOD/KgSS d] 0,15 V DEN [m 3 ] 1.380,4 Fc-eff [KgBOD/KgSS d] 0,085 R mix aerato [-] 4 Fcv [KgBOD/m 3 d] 0,34 TRox [h] 9,97 R totale [-] 5,5 CODin/TKNin[-] 10 Età del fango [d] 15,64 Tabella 12: Risultati di calcolo software in condizioni estive (20 C) modalità verifica 34/43

35 Immagine 2: Finestra di calcolo del software inerente i parametri biologici in condizioni estive (20 C) modalità verifica CARATTERISTICHE ANALITICHE DEL REFLUO IN USCITA DALLA SEZIONE BIOLOGICA Nella sottostante tabella vengono riportati i valori analitici delle caratteristiche dell effluente in uscita dal trattamento biologico ottenuti dalle precedenti simulazioni sia in condizioni invernali che estive: INVERNO (12 C) ESTATE (20 C) BOD 5 [mg/l] 15,64 BOD 5 [mg/l] 10,35 N-NO 3 [mg/l] 6,43 N-NO 3 [mg/l] 6,86 N-NH + 4 [mg/l] 2,92 N-NH + 4 [mg/l] 0,28 P [mg/l] 3,35 P [mg/l] 3,29 Tabella 13: Caratteristiche analitiche del refluo in uscita dalla sezione biologica 35/43

36 Si osservi che tutti i parametri biologici sono ampiamente entro i limiti normativi ad eccezione della concentrazione di fosforo, pertanto, come anticipato precedentemente, dovrà essere realizzata una sezione d abbattimento chimico del fosforo mediante il dosaggio di sali di ferro. 4.4 DIMENSIONAMENTO SEZIONE DI PRECIPITAZIONE CHIMICA DEL FOSFORO La sola degradazione biologica del fosforo non permette di ottemperare ai limiti di normativa che indicano una concentrazione allo scarico del medesimo pari a 2 mg/l; a tal proposito si prevede il dosaggio nel comparto biologico di un apposito reagente chimico. Il dosaggio della soluzione di cloruro ferrico avverrà in linea nel pozzetto di alimentazione della sezione di sedimentazione finale; il dosaggio sarà proporzionale al valore di fosforo residuo riscontrato allo scarico. La rimozione del fosforo per via chimica viene ottenuta per precipitazione a mezzo di ioni metallici. Il fosforo è presente nel liquame essenzialmente sotto forma di ortofosfato (PO 3-4 ). Ipotizzando d utilizzare quale ione metallico il ferro, aggiunto sotto forma di FeCl 3 (cloruro ferrico), la reazione stechiometrica di abbattimento dei fosfati risulta: PO Fe 3+ = FePO 4 Dalla reazione si evince che per ogni unità di P si deve utilizzare una unità di Fe. Poiché il peso atomico di P è 31 ed il peso atomico di Fe è 55,8 risulta stecchiometricmente che per abbattere 31 kg di P si necessita di 55,8 kg di Fe e quindi per 1 kg di P si necessita di 1,8 kg di Fe. Considerato inoltre che 1 gr di Fe corrisponde a 2,9 gr di FeCl 3, per ogni grammo di P da abbattere si dovranno dosare 5 gr di FeCl 3. Il cloruro ferrico commercialmente viene fornito in soluzione al 41% in peso pertanto per ogni mg/l di P da abbattere dovranno essere dosati 13 mg/l di soluzione commerciale; ipotizzando infine un sovradosaggio connesso al rendimento di precipitazione pari a 50% il dosaggio effettivo diviene 19,5 mg/l. 36/43

37 Con uno scarico medio di m 3 /d di acque reflue, prevedendo di dover abbattere 2,35 (1) mg/l di P, il dosaggio di FeCl 3 risulta quindi pari a circa 45,82 mg/l ovvero 198 kg/d corrispondenti a circa 140 l/d di soluzione. Per l impianto si prevede un serbatoio di stoccaggio per il cloruro ferrico avente una capacità di 10 m 3 e n 2 pompe dosatrice (1+1R) da 11 l/h con relativi accessori e tubazioni. La produzione di fango chimico viene valutata in ragione di 7 KgSS/KgP abbattuto e pertanto risulta pari a 71 KgSS/d. 4.5 DIMENSIONAMENTO SEDIMENTAZIONE FINALE Il bacino di sedimentazione secondaria è il componente dell impianto che provvede alla decantazione della miscela di acqua e fiocchi di fango biologico proveniente dal bacino di ossidazione nitrificazione con conseguente separazione dell acqua chiarificata dai fiocchi e l ispessimento del fango attivo da ricircolare. Il nuovo bacino di sedimentazione verrà realizzato mediante la riconversione dell attuale bacino combinato esistente (ossidazione-nitrificazione nella corano esterna e sedimentazione nella sezione centrale); mediante tale riconversione il manufatto presenterà le seguenti caratteristiche geometriche: Area: 553 mq; Volume: mc; Altezza utile corona circolare: 2,9 m VERIFICA DELLA SEZIONE La verifica della sezione è stata effettuata mediante la valutazione dei seguenti parametri: Carico idraulico superficiale (C i ) calcolato in corrispondenza della portata di calcolo (Q C ); (1) Valore ottenuto quale differenza tra la concentrazione di P in uscita dalla fase biologica (3,35 mg/l) ed il valore assunto quale concentrazione desiderata allo scarico (1 mg/l). 37/43

38 Flusso solido limite (F l ) che rappresenta il massimo carico di solidi sospesi che possono attraversare l unità di superficie; Verifica dei suddetti parametri in corrispondenza della portata di pioggia intesa come massima portata ammessa alla sezione biologico Q 750. A fronte delle premesse ed utilizzando un coefficiente di calcolo pari a 1,5 risulta: Portata media giornaliera in tempo secco: Q med (24) = Q M = 180 m 3 /h; Portata di calcolo: Q C = 270 m 3 /h; Portata massima ammessa alla sezione biologica: Q 750 = 562,5 m 3 /h; Portata di ricircolo: Q r = 270 m 3 /h. Si riportano nella sottostante tabella i risultati dei calcoli effettuati: Impianto: Flero Data: 09/2014 INPUT OUTPUT Q med (24) [m 3 /h] 180 VERIFICA SU Q C C c 1,5 Ci = Q C /A [m/h] 0,49 Q C [m 3 /h] 270 Fl = [MLSS*(Q C + Q r )]/ A [kgss*m 2 /h] 3,9 Q 750 [m 3 /h] 562,5 VERIFICA SU Q 750 Q r [m 3 /h] 270 Ci = Q 750 /A [m/h] 1,02 A [m 2 ] 553 Fl = [MLSS*(Q Q r )]/ A [kgss*m 2 /h] 6,02 V [m 3 ] H [m] 2,9 MLSS [kg/m 3 ] 4,0 Tabella 14: Tabella di calcolo della sezione di sedimentazione I valori ottenuti rientrano ampliamente nei parametri di verifica della letteratura di settore. 38/43