Ottimizzazione dei sistemi di aerazione

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1 04 Aprile, 2012 Ottimizzazione dei sistemi di aerazione MARCO LEONCAVALLO

2 Dove occorre aerare? aerazione 2

3 Importanza dell aerazione Fondamentale per garantire il processo depurativo, la vasca di aerazione e la successiva sedimentazione finale sono il cuore dell impianto. Uno dei fattori chiave per evitare problemi sulla Sedimentabilità dei fanghi (bulking). Solitamente garantisce da sola anche la Miscelazione e l assenza di depositi in vasca. Energetica: da sola consuma la maggior parte dell energia elettrica dell impianto di depurazione. 3

4 Importanza nei consumi elettrici % Energy Cons. In WWTP 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Impianto A.E. ~ 220 kw in aerazione meccanica > efficienza in aerazione del 30 % kwh/y risparmio > /Y e ~ 400 T CO2 in meno. 4

5 Come si valuta l efficienza Parametro per giudicare l efficienza di un sistema di aerazione: kgo 2 / kwh I kwh sono quelli assorbiti ai morsetti dal sistema di aerazione. I kgo 2 forniti dal sistema possono essere riferiti a: - Condizioni reali (A.O.R.) - Condizioni standard (S.O.R.) condizioni ripetibili S.A.E. 5

6 S.O.R. =! Std Test diversi S.O.R. diversi Standard ASTM-ASCE 2-91, riferito ad acqua pulita a 20 C, posizionamento sonde a livelli prefissati, prova fino al raggiungimento della max solubilità. EN (1999) riferito ad acqua pulita a 10 C, posizionamento a livelli più vantaggiosi delle sonde, permette la prova fino a una certa % della max solubilità stimata (più rapido, meno preciso) e ammette tolleranze sui risultati. =? Esiste una differenza nei risultati e nei risultati considerati accettabili tra i due standard, tra il 0 % e il 15 %. Le garanzie secondo ASCE sono mediamente più cautelative, ovvero avremo un SOR maggiore e quindi anche un AOR fornito superiore. 6

7 Tipologie e scelta di sistemi di aerazione 7

8 Sistemi di aerazione Aeratori Meccanici Superficiali Sommersi (ev. + Soffianti) Sistemi di diffusione A bolle Fini A bolle Grosse + Soffianti 8

9 Fattori da considerare nella scelta di un aeratore 1. Efficienza e suo mantenimento nel tempo consumi 2. Affidabilità e necessità di manutenzione straordinaria 3. Frequenza di manutenzione programmata e complessità (legata al numero di linee impianto) 4. Complessità impiantistica e investimento iniziale costo (legata a dimensioni impianto) 5. Capacità di regolazione consumi 9

10 Aeratori meccanici, generalità Generalmente hanno rese in condizioni standard inferiori rispetto ai sistemi di diffusione a bolle fini. Hanno il vantaggio della possibile estrazione o riparazione diretta in vasca (aeratori superficiali). Hanno minori possibilità di regolazione rispetto a sistemi di diffusione. Macchine in funzionamento continuo: usura e guasti sono sempre possibili. Occorre sempre considerare l aspetto di miscelazione della vasca e adattabilità dell aeratore alla stessa. 10

11 Sistemi di diffusione, generalità I sistemi a bolle fini hanno alte rese in condizioni standard superiori rispetto agli aeratori meccanici ed in generale rispetto a qualsiasi altro sistema di aerazione. Sono generalmente fissi sul fondo vasca. Hanno ampie possibilità di regolazione dell aria, permettono anche on/off (SBR). Sono possibili problemi di incrostazioni e deterioramento (molto ridotti rispetto al passato). Ben adattabili alla maggior parte delle vasche con fondo piano, a flussi a pistone ecc. 11

12 Efficienza di diversi sistemi di aerazione (kgo 2 /kwh) in condizioni Standard e Reali Diff. disco / piastra bolle fini Diffusori tubolari η Aeratori meccanici kgo 2 /kwh (S.A.E.) kgo 2 /kwh kgo 2 /kwh kgo 2 /kwh kgo 2 /kwh (S.A.E.) kgo 2 /kwh 12

13 Efficienza = sistemi a bolle fini 13

14 Ottimizzazione dei sistemi a bolle fini 14

15 La missione è Incrementare quanto più possibile il S.A.E. kgo 2 (S.O.R.) / kwh 15 -

16 Cosa influenza il S.A.E. Diversi fattori concorrono al risultato di ottenere e di mantenere un elevato S.A.E.: 1. S.O.T.E.% ( Q aria necessaria per S.O.R. richiesto) 2. D.W.P. e mantenimento nel tempo delle caratteristiche elastiche delle membrane ( pressione) 3. Altre perdite di carico nel sistema ( pressione) 4. Tipo di soffianti, regolazione e efficienza nel campo di impiego ( range effettivo, kwh per Q/dP richiesta) 16

17 1. SOTE % si incrementa con... Sommergenza Bolle piccole ( ) Alta densità di diffusori in vasca Distribuzione omogenea di AD in vasca Membrane di ultima generazione 17

18 1. Sommergenza e SOTE % S.O.T.E. cresce con sommergenza, > T r bolle (ma > dp); è quasi lineare per battenti non troppo alti, poi decresce. One Particular Grid Arrangement & Air Flow 70 SOTE (%) // Top of Drop Leg Pressure (kpag) ,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 Water Depth (m) SOTE Top of Drop Leg Pressure 18

19 1. SOTE e Bolle piccole (area specifica di contatto) Bolle grosse φ = 10 mm 600 m 2 /m Bolle fini bolle/m 3 bolle/m 3 φ = 1 mm 6000 m 2 /m 3 Ottenibili mediante: - > Area Diffusione e < Qd (=> < DWP) ; - fori più piccoli (=> > DWP) ; - membrane meno elastiche (=> > DWP). Le bolle rilasciate cambiano rapidamente dimensione nei primi 30 cm di risalita 19

20 1. SOTE e AD: Tempo di Ritenzione e velocità di risalita v ~0,23 m/s => 17 s v ~0,4-1,0m/s => 5 s 4 m Bolla singola Bolle multiple (aumento V risalita) 20

21 1. Densità di diffusori sul pavimento vasca, AT/AD Effetto della copertura a tutto fondo controbilancia l effetto di accelerazione delle bolle Riduce la V di risalita Migliora la Oxygen Transfer Efficiency 21

22 Alta densità di diffusione... Alte rese! Con diffusori a disco Silver Series II Sanitaire Ancora maggiore con diffusori Gold Series Sanitaire

23 2. Definizione: D.W.P. e 3. pressione di esercizio dp Il sistema di aerazione lavora insufflando aria ad una pressione di esercizio determinata da: - Sommergenza membrane (FISSA) - Dynamic Wet Pressure di attraversamento della membrana - Perdite nelle tubazioni / nella rete / valvole di regolazione [KPa] o [mh 2 O] 23

24 2. Efficienza e D.W.P. La D.W.P. può essere alta a causa di fori di minori dimensioni (bolle piccole e maggiore S.O.T.E.%) e/o per membrana con minore elasticità o maggiore spessore. Diffusori con S.O.T.E. % migliore (con che standard?) ma con D.W.P. elevate spesso non sono vantaggiosi in termini di S.A.E. Particolarmente importante è l andamento della D.W.P. nel tempo, dopo invecchiamento e fouling sul diffusore. 24

25 2. D.W.P. nel tempo Ogni diffusore è soggetto a aumento della D.W.P. nel tempo per: Perdita di elasticità (allungamento o restringimento permanente) Fouling interno (filtrazione aria classe G3, G4) Fouling esterno (biologico, chimico) sono più soggetti i diffusori con membrane rigide o semi-rigide (dischi porosi, piastre) che già da nuovi hanno D.W.P. maggiori. Le più recenti mescole EPDM sono molto più stabili fisicamente e chimicamente, con vita media allungata, ed effetti di perdita di elasticità dimezzati. Le membrane elastiche tendono ad pulirsi variando le condizioni di alimentazione (Qd), le membrane rigide hanno bisogno di procedure particolari e di lavaggi frequenti. 25

26 2. Sostituzione membrane = massima efficienza Specialmente sui vecchi impianti, la sostituzione delle membrane, in particolare con modelli più recenti, è molto vantaggiosa: - Membrane con un SOTE % migliore ( % nuove vs. precedenti); - Membrane nuove, portando al valore iniziale la DWP. Risparmio annuo stimato sostituendo membrane usate da 5 anni con nuove membrane ad alta efficienza Sanitaire "Silver Series II" ,00 Il tempo di ritorno dell investimento è spesso inferiore a 1 anno! Risparmio annuo stimato , , ,00 0,16 per kwh 0,14 per kwh 0,12 per kwh 0,10 per kwh 0,08 per kwh 100, Numero dei diffusori installati 26

27 3. Perdite di carico Ogni sistema di diffusione e piping di trasporto aria ha perdite di carico, distribuite e localizzate: importante non sottodimensionare le tubazioni delle reti (D110!) e del piping. 27

28 4. Soffianti e S.A.E. Aumentando il S.O.T.E., riducendo D.W.P. e perdite di sistema Abbiamo ottimizzato il consumo d aria, ovvero: la Q aria richiesta (SOTE%) la Pressione richiesta alla fonte di produzione (DWP, dp ) Come ridurre ancora i kwh per produrre l aria necessaria? Scegliendo soffianti adatte ed efficienti nel campo d impiego. Integrando le due parti in un unico sistema. 28

29 4. Tipologie di soffianti possibili 29

30 30 4. Scegliere l ottimale sistema di aerazione, di produzione aria compressa e di controllo

31 Sistema di telecontrollo e interfaccia soffiante sistema di aerazione processo (es. per due vasche) Blower control Aeration control F M Tank 1 Tank 2 F M CAN P Modbus, COM port 4 DO DO ComBox-S COM port 1 Ethernet port COM port 3 Remote AQV Local AQV WWTP Central SCADA OR Panel PC ALARM DISTRIBUTION (SMS) 31

32 Welcome to the gold standard in aeration Sanitaire Gold Series membrane diffusers

33 SANITAIRE GOLD SERIES Rese elevate! Sono possibili S.A.E. fino a 7 kgo2/kwh. Le rese salgono per: - la maggiore superficie di diffusione possibile - la bassa portata specifica (Nm 3 /h per m 2 ) - il mantenimento di DWP su valori bassi In realtà a parità di superficie le rese sono simili ai diffusori a disco. 33

34 Dati tecnici Lunghezza tot. diffusore Peso tot. Area Diffusione m 2 Portata Min - Max 700 mm 5.6 kg mm 8.4 kg mm 10 kg Campo funzionale Campo GS Campo Silver 2 Campo Silver LP AT/AD Flusso Specifico Nm 3 /h/m

35 Efficienza energetica attraverso installazioni ad alta densità

36 Semplicità di installazione e affidabilità. Sistema modulare, necessita di poche calate. Simile alle reti a disco con cui condivide staffe di supporto regolabili, giunti, attacchi, ecc. E dotato di sistema di spurgo della condensa per ogni rete. Intercambiabilità, permette di essere riutilizzato e combinato con reti a disco Sanitaire. Viene fornito completamente pre-assemblato (next) Intercambiabilità Tubazione di grande diametro Unità completa Supporti regolabili e collaudati Sistema di tubazioni e giunti collaudato 36 6/7/

37 37 Tutte le parti pre-assemblate

38 Test e prove indipendenti dimostrano fino al 22% di miglioramento nell efficienza vs. dischi Grazie a: - maggiore superficie di diffusione SOTE% > - bassa portata specifica - mantenimento di DWP su valori bassi DWP contenuta 38

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