Seminario Innovazione tecnologica del trattamento delle acque. 16 maggio 2018

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1 Seminario Innovazione tecnologica del trattamento delle acque 16 maggio

2 La linea ACQUE trattamenti biologici Dott. Cesare Cristoforetti 2

3 Inquinanti nel trattamento delle acque Normalmente considerati nelle progettazioni attuali Normalmente non considerati nelle progettazioni attuali EMERGENTI Solidi sospesi e colloidali, BOD, COD, TOC, N, P. Batteri cisti, colicisti, virus Tensioattivi. Metalli. Composti organici refrattari. Composti organici volatili. Solidi disciolti totali Farmaci. Prodotti per l igiene e cosmetici. Antibiotici Interferenti endocrini. Droghe. 3

4 ENERGIA SCHEMA DI BASE PER I SISTEMI DI DEPURAZIONE CO2 GHG VOCs REFLUI solidi, BOD, COD, N, P, patogeni, altro DEPURATORE ACQUE DEPURATE ENERGIA F A N G H I 4

5 Processi biologici Fanghi attivi con biomassa dispersa CAS Conventional Activated Sludge SBR Sequence Batch Reactor MBBR Membrane Biologic Reactor Aerazione ciclica Processi con biomassa adesa MBBR Mobile Bed Biological Reactor IFAS Integrated Fixed-film Activated Sludge ANAMMOX Processi con biomassa granulare NEREDA 5

6 Obbiettivi di miglioramento Immediati: Miglioramento delle caratteristiche dei reflui depurati Migliore controllo dei processi con analizzatori in linea Riduzione dei consumi di energia Gestione dei fanghi di supero A breve termine: Riduzione / Valorizzazione dei fanghi di supero Rimozione microinquinanti Recupero nutrienti Migliore recupero energia Riutilizzo delle acque depurate A medio termine: Trasformazione dei depuratori in bioraffinerie 6

7 Confronto tra diverse soluzioni parametro CAS SBR MBBR MBR Qualità dell effluente Raggiunge i limiti fissati Migliora i limiti fissati Migliora i limiti con filtrazione finale Flessibilità idraulica nella norma buona Pretrattamenti Ingresso di oli minerali Sedimentatore secondario griglie e dissabbiatura e disoleatura Migliora i limiti è consigliato per il riuso grigliatura fine e rimozione oli e grassi spinta media buona Rischio per biofilm e membrane richiesto Non necessario Richiesto o DAF o filtri membrane Complessità media medio alta Affidabilità media buona Costi di investimento bassi medio alti alti Costi di gestione bassi medio alti alti- medio alti Superficie richiesta alta bassa Ridotto se con DAF o filtri bassa 7

8 ENERGIA Evoluzione dei processi di depurazione CO2 GHG VOCs REFLUI solidi, BOD, COD, N, P, patogeni, altro, microinquinanti DA DEPURATORE A BIORAFFINERIA ACQUE DEPURATE A RIUSO ENERGIA B I O S O L I D I R I S O R S E 8

9 Denitrificazione-Nitrificazione classica e nuovi processi Nitrificazione 4,6 kg O 2 /kgn Volume 100 Denitrazione 3,7kgCOD/kgN Nitritazione 3,4 KgO 2 /kgn Volume 90 PN/Anammox Non serve Carbonio 1,1 kgo 2 /kgn Volume 60 9

10 Energia nei reflui urbani e sua ottimizzazione Less aeration 175 kwh/pe*a 4 kwh/m³ (1000 mg/l COD, 120 L/pe*d) Theoretical energy potential in wastewater organics 105 kwh/pe*a 2.4 kwh/m³ WWTP: 60% of COD in sewage sludge More biogas 53 kwh/pe*a 1.2 kwh/m³ Digestor: 50% of COD into biogas 42 kwh/pe*a 0.96 kwh/m³ Methane yield: 320 L CH 4 /kg COD CARISMO: CARbon IS Money Kompetenz Zentrum Berlin 17 kwh/pe*a Waste heat 17 kwh/pe*a 0.38 kwh/m³ CHP plant: 40% electrical efficiency 10

11 Smart Plants F. Fatone 11

12 MBR: Membrane Biologic Reactor Utilizza membrane di ultra filtrazione per la separazione della biomassa 13

13 In modo visivamente efficace MBR 17

14 Sviluppo del sistema MBR Aspetti attuale Prime installazioni di piccole dimensioni Molti piccoli impianti Applicazioni per reflui civili Dimensioni crescenti biomassa gsst/l età del fango >50 >20 >10 >10 nitrificazione si si si si denitrificazione no si si si rimozione fosforo no si si si controllo consumi energetici no no «ni» si 18

15 Fibra piana Pro Differenziale Pressione operativa inferiore Consumi di reagenti ridotti Contro Bassa densità Non controlavabili a portate/tmp efficaci possibile delaminazione Non riparabili Maggiori consumi di energia Membrane Fibra cava Pro Alta densità Migliore resistenza alla trazione Basso consumo energetico per aerazione Controlavaggio efficace Contro Possibile abrasione o/e delaminazione Accumulo impurità su collettori Possibili impaccamenti 19

16 Dati di progetto tipici per impianti MBR Età del fango Concentrazione fanghi Fattore alfa Rapporto f/m Minimo 10 giorni 8-10 g MLSS /l 0,4-0,5 Max 0,15 gbod/kg MLVSS/d Ricircolo fanghi >4 volte la portata giornaliera massima 20

17 y = Andamento del fattore alfa in funzione della concentrazione dei solidi x = 21

18 Membrane piane KUBOTA 26

19 REATTORE MBR CON MODULI PER MEMBRANE PIANE 27

20 La fibra cava ZeeWeed Membrana: sezione della fibra Membrana Acqua filtrata Reattore Miscela acqua solidi sospesi 28

21 Unità di filtrazione Modulo membrane facilmente inseribile in telai di supporto dette Cassette I Moduli ZeeWeed Reinforced Membrane e cassettes sono costruiti con ottimi materilai ed in modo robusto per operare nelle condizioni gravose previste per i reattori MBR 29

22 Installazione di un modulo 30

23 Membrane a fibra cava Memcor 31

24 Membrane a fibra cava Puron 33

25 Evoluzione del pacco membrane Puron 34

26 Fibercast combinazione di moduli piani e fibra cava (Waterspin) La Membrana Il modulo La cassetta 35

27 Manutenzione di un modulo 37

28 Durata delle membrane Alcuni impianti sono in esercizio anche da 12 anni con tassi di sostituzione medi inferiori al 3%. La durata dipende da: composizione del refluo, pretrattamenti, strategie di pulizia chimica e configurazione delle membrane. 38

29 MABR Membrane Areated Biofilm Reactor Combina l utilizzo delle membrane per il trasferimento dell ossigeno mediante diffusione con le capacità di depurazione dei biofilm Consente nitrificazione e denitrificazione simultanee Migliora l efficienza di trasferimento dell ossigeno. 39

30 Biofilm sulla membrana 40

31 Comparazione MABR Biofilm Biofilm classico Biofilm su membrana La reazione avviene sulla superficie Competizione tra eterotrofi e autotrofi Denitrificazione limitata dalla disponibilità di Carbonio La reazione avviene all interno del biofilm È favorita la crescita degli nitrificanti sulla superficie della membrana e dei denitrificanti sulla superficie esterna 42

32 Reattore MABR OxiMem 45

33 MBAR schemi, membrane e moduli 46

34 Biomasse adese MBBR - IFAS MBBR Mobile Bed Biological Reactor IFAS Integrated Fixed-film Activated Sludge 47

35 Caratteristiche materiali di riempimento Materiali: HDPE- PE etc.. Dimensioni: diverse Superficie specifica: da 150 a e fino a m 2 /m 3 Peso specifico: 1,05-0,95 kg/l. Volume occupato effettivo: 10-15% del volume in mucchio. Coefficiente di riempimento del reattore % 49

36 Evoluzione dei materiali di riempimento 180 m 2 /m 3 > m 2 /m 3 (nominale) Floobed 2000 Diametro 25 mm; spessore 1.1 mm 51

37 Applicazione di riempimenti per il processo Anammox 54

38 Anammox Short-cut in N-removal Less Oxygen Less Energy demand No Organic Carbon Biogas 55

39 Nei processi MBBR puri la biomassa è adesa ai supporti e la sua concentrazione in uscita dal reattore dipende dal fango di supero e permette l utilizzo di flottatori, sedimentatori a pacchi lamellari con microsabbia o di filtri a disco. Queste soluzioni rendono l impianto molto compatto. MBBR 57

40 Schemi di processo e spazi G. Favali Veolia 58

41 Griglie di separazione tra i reattori 59

42 MBR Distribuzione aria Griglie di separazione tra i reattori 60

43 Aerazione ciclica Processo continuo in reattori biologici a fanghi attivi con rimozione dei nutrienti, in particolare l azoto. PREDENITRIFICAZIONE CLASSICO L AERAZIONE CICLICA prevede sequenze di fasi: - ossidazione con immissione di aria - anossia con sola miscelazione AERAZIONE CICLICA 61

44 Predenitrificazione e aerazione intermittente Può essere utilizzata per la realizzazione di nuovi impianti e per il miglioramento delle prestazioni di depuratori esistenti, in tal caso con il riutilizzo dei reattori già presenti e con il miglioramento della qualità allo scarico e delle prestazioni di rimozione dei nutrienti, in particolare per l azoto. Più efficiente dal punto di vista energetico: Gestione soffianti ottimale (denitrificazione = soffianti spente) «Assenza» ricircolo miscela aerata Più flessibile: Modifica automatica della proporzione fra nitrificazione e denitrificazione in funzione del carico Migliore qualità dell effluente (Azoto totale) VANTAGGI PRE-DENITRIFICAZIONE Più diffusa e sperimentata Meno strumentazione 62

45 Logiche di controllo Modalità gestionali: Parametri indiretti Ossigeno -REDOX Timer PARAMETRI DIRETTI Concentrazione ammoniaca (preferito) Concentrazione nitrato 63

46 Aerazione ciclica concentrazioni di N-NO 3- ; NH 4+ ; O 2 Rosso NO3- Verde NH4+ Azzurro O2 66

47 Fanghi granulari 67

48 Garmerwolde WWTP 45 % of load to Nereda 70

49 Nereda First Full Scale Epe 71

50 Vantaggi della tecnologia con fanghi granulari 75% less space, 30% less energy and less construction materials 25 % less investment costs 72

51 Granuli e Biofilm 74

52 Ridurre i consumi di energia Ridurre l energia per la nitrificazione controllo dell ossigeno e diffusori, biomassa granulare Trasformazione da COD a metano primo stadio : Concentrazione del COD Rimozione dell azzoto con processi Anammox Oggi Anammox è una tecnica sperimentata per la rimozione di azoto dalla limpida dei digestori anaerobici Installations up to 11 ton N/day. 75