RISPARMIO ENERGETICO E IMPROVEMENT FUNZIONALE MEDIANTE L OTTIMIZZAZIONE DELLA FORNITURA DI ARIA

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1 RISPARMIO ENERGETICO E IMPROVEMENT FUNZIONALE MEDIANTE L OTTIMIZZAZIONE DELLA FORNITURA DI ARIA

2 Collaborazione di Ricerca Triennale sperimentata sull impianto a scala reale per un anno STRUMENTAZIONE DI ANALISI know-how SU PROCESSI DI DEPURAZIONE E LOGICA FUZZY AGSM: IMPIANTO CITTÀ DI VERONA SOLUZIONI DI AUTOMAZIONE E INTEGRAZIONE

3 Impianto di trattamento delle acque reflue Il cuore di un impianto di depurazione delle acque di scarico è rappresentato dal Processo Biologico

4 Le motivazioni Perché il controllo della fornitura di aria in un impianto fanghi attivi è così importante? Fornitura di ossigeno = una delle principali voci di costo (~ %) gestionali Fornitura di ossigeno = fattore determinante per l efficienza del processo (rimozione dell azoto, sedimentazione dei fanghi, stato di salute della biomassa ecc.) Perché ottimizzare la fornitura d aria? Per evitare sprechi di energia dovuti a una fornitura eccessiva Per adeguare il sistema alla variabilità del carico entrante assicurando: - massima efficienza di trattamento - stabilità del processo

5 Il controllo tradizionale NON è il controllo ottimale! Sistema tradizionale: fornitura di aria regolata in base a rilevazione ossigeno disciolto in vasca confrontato con set-point FISSO Perché non è ottimale? Non si tiene conto della resa del processo di depurazione: necessaria la misura di un ulteriore parametro (ammoniaca) Non si tiene conto della variabilità del carico: si fornisce o troppo o troppo poco ossigeno per la maggior parte del tempo I metodi di controllo utilizzati sono troppo semplificati e danno luogo a instabilità

6 Il controllo tradizionale NON è il controllo ottimale!,5 set point NH4+-N concentration,5 set point NH4+-N concentration 9 9 concentration (mg L - ),5, NH 4 + -N concentration (mg L - ) concentration (mg L - ),5, NH 4 + -N concentration (mg L - ),5 NH 4 + -N,5 NH 4 + -N time (hours) time (hours)

7 Come risolve questi problemi? Si rileva la resa istantanea del processo attraverso la misura online dell ammoniaca Si adattano le condizioni di processo alla variabilità del carico attraverso un adattamento continuo del set-point di ossigeno disciolto Si ottiene una maggiore stabilità di controllo tramite l adozione di un metodo basato su logica fuzzy

8 Sperimentazione su scala reale Impianto di depurazione della città di Verona Trattamento biologico: 4 reattori biologici (V tot =8.8 m ) Sistema fornitura aria: compressori centrifughi (portata max aria =. Nm/h), collettore principale, stacco per ogni reattore e diffusori per ogni vasca Sistema di controllo preesistente: controllo della concentrazione di ossigeno disciolto tramite controllore PID che mantiene il valore misurato vicino ad un set point impostato manualmente

9 Controllo ottimizzato,5 set point NH4+-N concentration,5 set point NH4+-N concentration 9 9 concentratione (mg L - ),5,5 NH 4 + -N NH 4 + -N concentration (mg L - ) concentration (mg L - ),5,5 NH + 4 -N NH 4 + -N concentration (mg L - ),5, time (hours) time (hours) O NH 4 Aria

10 Confronto (condizioni di alto carico),5 set point NH4+-N concentration Controllo original controller Tradizionale - high load,5 9 set point NH4+-N concentration Controllo Fuzzy fuzzy controller - high load 9 concentration (mg L - ),5, NH 4 + -N concentration (mg L - ) concentratione (mg L - ),5,5 NH 4 + -N NH 4 + -N concentration (mg L - ),5 NH 4 + -N, time (hours) time (hours) concentrazione di ammoniaca (mg N-NH 4+ /L) Indice Statistico (su mesi) Media Controllo tradizionale 6,8 Controllo fuzzy 6,6 Varianza 6,,9 concentrazione di ossigeno (mg/l) Indice Statistico (su mesi) Errore medio (rispetto set point) Controllo tradizionale,8 Controllo fuzzy, Varianza,4,9

11 Confronto (condizioni di basso carico),5 set point NH4+-N concentration original controller - low load Controllo Tradizionale 9,5 set point NH4+-N concentration Controllo Fuzzy fuzzy controller - low load 9 concentration (mg L - ),5, NH 4 + -N concentration (mg L - ) concentration (mg L - ),5,5 NH 4 + -N NH 4 + -N concentration (mg L - ),5 NH 4 + -N, time (hours) time (hours) concentrazione di ammoniaca (mg N-NH 4+ /L) Indice Statistico (su mesi) Media Controllo tradizionale, Controllo fuzzy 4, Varianza,5, concentrazione di ossigeno (mg/l) Indice Statistico (su mesi) Errore medio (rispetto set point) Controllo tradizionale,49 Controllo fuzzy, Varianza,5,

12 Controllo innovativo della fornitura di aria in impianti a fanghi attivi Il sistema è stato sperimentato e mantenuto in funzionamento per circa mesi. Vantaggi su tre fronti:. EFFICIENZA del processo biologico. STABILITA del processo biologico. RISPARMIO ENERGETICO del processo biologico

13 . Efficienza del processo biologico NO ad insufficiente erogazione di aria NO nitrificazione carente NO valore troppo elevato di ammoniaca nell effluente NO ad eccessiva fornitura di aria NO nitrificazione troppo spinta NO valore di ammoniaca in uscita inutilmente basso NO spreco energetico

14 . Stabilità del processo biologico Adattamento alle condizioni variabili del carico in ingresso Stabilità a lungo termine scala giornaliera fluttuazioni della concentrazione di ammoniaca Stabilità a breve termine scala dei minuti fluttuazioni della concentrazione di ossigeno disciolto attorno al set point

15 . Risparmio Energetico Perché si risparmia? Si evita fornitura di aria in eccesso Miglior rendimento di trasferimento di ossigeno da parte dei diffusori Stima per impianto tipo da. a.e. Confronto fra set point fisso e set point regolato da Oxyfuzzy Riduzione portata di aria di circa il 5% Risparmio energetico di circa il %

16 Struttura del sistema

17 Componenti del sistema. Strumentazione di analisi: Sonde per Ossigeno Disciolto - Misuratore di Azoto Ammoniacale (HACH LANGE). SCADA con Fuzzy logic engine integrati (SDI Automazione Industriale). Acquisizione e regolazione I/O con sistema STAR (SDI Automazione Industriale)

18 Una tecnologia all avanguardia. Risposta alle esigenze di risparmio energetico. Logica Fuzzy - ingloba know-how di esperti. Sensori innovativi 4. Strumentazione digitale 5. Possibilità di teleassistenza

19 Su misura per l impianto. Adattabile a diverse esigenze di processo: check up dell impianto. Adattabile a diversi schemi impiantistici. Requisiti minimi dell impianto (da verificare caso per caso) 4. Personalizzazione da parte dell utente dei valori desiderati di ammoniaca e ossigeno 5. System integration

20 Una soluzione sicura. Affidabilità del sistema Componenti affidabili Soluzione per ambienti severi. Affidabilità della logica di controllo Livelli di sicurezza personalizzabili Gestione emergenze

21 Un investimento vantaggioso. Eliminazione degli sprechi energetici. Cambio della logica di gestione. Ritorno dell investimento nel giro di -5 anni

22 I partner : Università di Brescia Gruppo di Ingegneria Sanitaria-Ambientale facente capo ai Proff. Carlo Collivignarelli e Giorgio Bertanza Esperienza ventennale nella ricerca e sviluppo di soluzioni innovative per impianti di trattamento delle acque Coordinamento di giornate di studio e produzione di manuali tecnici Gruppo di Lavoro di Ingegneria Sanitaria-Ambientale: n_amb/ Progetto congiunto con il Dipartimento di Elettronica per l Automazione (Prof. Pietro Baroni)

23 I partner : SDI Automazione Industriale Produttore e Fornitore di sistemi SCADA e DCS per impianti industriali (Termoelettrici, Idroelettrici, Depuratori, DEMI, ITAR, ). Produttore e Fornitore di sistemi di Telecontrollo per reti di pubblica utilità (acqua, gas, energia, ). System Integrator Alcune Referenze: Gruppo ENI, ENEL, RFI, EDISON,.. Municipalizzate:AEM,ACEA,AGSM,ASM,BAS,AGS, Privati: Cartiere Burgo, Cons. Conc. Fucecchio,

24 SDI : Prodotti, Sistemi, Servizi per l automazione industriale PROTTI R&D Produzione Progettazione hw e sw SISTEMI Ingegneria Integrazione di apparati Costruzione Configurazione Installazione Assistenza avviamento SERVIZI Progettazione Manutenzione Assistenza Corsi

25 SDI : fornitura sistemi integrati di supervisione controllo ed automazione Supervisione Controllo Telecontrollo Regolazione Automazione Archiviazione dati storici su RDBMS Ottimizzazione e simulazione WEB Server Utilizzando il sistema expert s.d.i. automazione fornisce sistemi completi di automazione e controllo, inoltre sviluppa progetti di integrazione e revamping di sistemi esistenti.

26 I partner : HACH LANGE Gli specialisti nelle analisi delle acque reflue, potabili ed industriali Soluzioni integrate per ogni esigenza di analisi delle acque Competenza ed esperienza nelle applicazioni relative ad acque reflue, acque potabili e nelle acque per il processo industriale Centri di ricerca e sviluppo distribuiti in tutto il mondo assicurano un costante flusso di innovazione Assistenza completa per tutta la linea di strumentazione Un unico competente fornitore per consulenza, vendita, assistenza, formazione e manutenzione

27 I partner : HACH LANGE Integra prodotti e applicazioni Prodotti Un portafoglio prodotti unico e completo per misure in campo, lab, processo/online strumenti e reagenti Applicazioni Acque reflue civili e industriali Acque potabili Misura di portata Monitoraggio ambientale Applicazioni di processo industriale

28 I partner : HACH LANGE Per ogni esigenza analitica LABORATORIO/CAMPO Reagenti Fotometri Colorimetri Titolatori Test ottici - COD, TOC, AOX, BOD -O, ph, conducibilità - Torbidità - Nutrienti -Cloro - Metalli - Più di 8 parametri - Microbiologia - Accessori PROCESSO/ONLINE Controller Sonde Analizzatori Reagenti CAMPIONATORI - Portatili - Fissi -O, ph, conducibilità - Torbidità - Fanghi e solidi sospesi - Nutrienti - TOC, SAC - Cloro, ozono - Portata -Kit di installazione/accessor - Livello, pressione, portata in acque reflue

29 I partner : HACH LANGE Un unico fornitore HACH LANGE è leader mondiale nell offrire soluzioni analitiche e gestionali per le acque: in campo, in laboratorio e da processo HACH LANGE è l unica azienda in grado di fornire soluzioni integrate per tutti i parametri che caratterizzano la qualità delle acque HACH LANGE vuol dire servizio internazionale di consulenza, vendita, assistenza, formazione, manutenzione e riparazione, con sedi principali negli Stati Uniti, in Europa e Asia