UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI UDINE FACOLTÀ DI INGEGNERIA. Dottorato in Tecnologie Chimiche ed Energetiche

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI UDINE FACOLTÀ DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI SCIENZE E TECNOLOGIE CHIMICHE Dottorato in Tecnologie Chimiche ed Energetiche PICCOLI IMPIANTI DI DEPURAZIONE ACQUE REFLUE URBANE STRUMENTI DI VERIFICA DELLE EFFICIENZE DEPURATIVE E ASSETTI FUNZIONALI Presentazione 2005 D. GOI, G. Di Giorgio, C. Gregoris Dicembre 2005

2 18 febbraio 2005: approvazione D.d.l in attuazione alla L. 36/94 in FVG Riordino dei servizi idrici e industrializzazione del sistema: INTEGRAZIONE TERRITORIALE A.T.O. (Bacini minimi di utenza). INTEGRAZIONE FUNZIONALE (SERVIZIO IDRICO INTEGRATO: acquedotto-fognatura-depurazione). PROBLEMA RICOGNIZIONE DELLE INFASTRUTTURE ESISTENTI OBIETTIVO DEL LAVORO Sviluppare un possibile STANDARD DI VERIFICA dell efficienza degli impianti di depurazione, al fine di proporre un metodo sistematico e UNIFORMABILE per la ricognizione della realtà depurativa regionale richiesta dalla L. 36/94, e verificarne la conformità in base ai requisiti del D. Lgs. 152/99 e successive modifiche.

3 OBIETTIVO Valutare l effettiva applicabilità della metodologia proposta in impianti a fanghi attivi medio-piccole dimensioni. IMPIANTO ESEMPIO REALTA DEPURATIVA REGIONALE

4 FASI IN CUI SI SVILUPPA IL LAVORO Individuare situazioni in cui si rendano necessari interventi PROCESSISTICI gestionali e/o strutturali per migliorare la funzionalità degli impianti sulla base dei limiti di emissione imposti dalla normativa vigente (D. Lgs. 152/99 e D. Lgs. 258/00). 1) Studio della documentazione progettuale relativa all impianto, sopralluoghi in sito e incontri con il gestore. REALI CONDIZIONI DI FUNZIONAMENTO

5 2) Indagine sui carichi idraulici e inquinanti addotti all impianto. Analisi dei dati di campionamenti relativi a 5-10 anni di gestione. Campionamento nelle 24 ore del refluo in ingresso e in uscita dall impianto (IN OUT).

6 3) Verifica dimensionale sul carico idraulico e inquinante addotto to all impianto. CASI TIPICI Carico idraulico di esercizio sensibilmente maggiore a quello di progetto. Carico inquinante di esercizio minore del 50-60% di quello di progetto. RETI FOGNARIE MISTE 4) Verifiche di funzionalità classiche: comportamento idrodinamico dei bacini caratteristiche di sedimentabilità del fango capacità di trasferimento dell ossigeno SCHEMA DI FLUSSO VOLUMI MORTI BY-PASS DI PORTATA SALUTE BIOMASSA [SS] MAX VASCA OX MAX AL SEDIMENTATORE Q MAX Q O2 REALE FORNITA REALE NECESSITA DI O 2 BIOMASSA DELLA

7 5) Calcolo del rapporto F/M e analisi microbiologica sul fiocco di fango. CARICO DEL FANGO F M = S o θ X CONCENTRAZIONE SUBSTRATO [kg BOD 5 ] 0,13 dato di progetto 0,076 dato di gestione CONCENTRAZIONE BIOMASSA IN VASCA [kg VSS] Buona stabilizzazione fango Buona resa di nitrificazione Fango ben colonizzato e stabile Discreta efficienza depurativa

8 6) Analisi delle singole sezioni impiantistiche PRIORITA DI INTERVENTO ESEMPIO: [NO 3- ] nell effluente effluente prossimi ai limiti di emissione presenti nel D.Lgs. 152/99 RIVISITAZIONE DEL PROCESSO BIOLOGICO PER LA RIMOZIONE DELL AZOTO IN TUTTE LE SUE FORME 7) Utilizzo della modellistica di simulazione

9 OSSIDAZIONE TOTALE Sostanza organica carbonacea Materiale cellulare + prodotti finali gassosi NITRIFICAZIONE DENITRIFICAZIONE Ammoniaca Nitrati Nitrito Nitrato Azoto + prodotti finali gassosi Esempio di ricostruzione comparto biologico CALIBRAZIONE MODELLO

10 9,00 7,00 5, COD 22,00 24,00 2,00 Tempo (h) NH 3 -N COD ingresso COD simulato COD uscita 9,00 7,00 5,00 22,00 24,00 2,00 19,00 19,00 17,00 17,00 14,00 14,00 10,00 12,00 10,00 12, Tempo (h) NH3-N simulato NH3-N uscita NH3-N ingresso Buona risposta sul COD Sovrastima della capacità di nitrificazione del sistema NO - 3-N NO3-N simulato NO3-N uscita NO3-N ingresso 12,00 14,00 17,00 19,00 22,00 24,00 2,00 5,00 7,00 9,00 Tempo (h) 10,00 NH 3-N (mg N/l) COD (mg COD /l) NO - 3-N (mg N/l)

11 Analisi di sensibilità sui parametri che influenzano maggiormente la risposta del modello Cinetici e stechiometrici Y H µ Hmax Y Amax µ Amax Coefficiente di resa per gli eterotrofi Massima velocità di crescita per gli eterotrofi Coefficiente di resa per gli autotrofi Massima velocità di crescita per gli autotrofi Operativi Q ricircolo fanghi Q aria DO (mg/l) Tempo (min)

12 NH 3 -N NH3-N registrato NH3-N mua = 0.25 NH3-N (mg N/l) ,00 12,00 14,00 17,00 19,00 22,00 24,00 2,00 5,00 7,00 9,00 NH3-N mua = 0.26 NH3-N mua = 0.27 NH3-N mua = 0.28 NH3-N mua = 0.29 NH3-N mua = 0.30 NH3-N mua = 0.31 NH3-N mua = 0.32 NH3-N mua = 0.33 NH3-N mua = 0.34 NH3-N mua Scelta dei valori che meglio approssimano la realtà Tempo (h) Buona approssimazione delle reali condizioni di funzionamento NH 3 (mg/l) ,00 12,00 14,00 17,00 19,00 22,00 NH 3 -N Tempo (h) 24,00 2,00 5,00 7,00 9,00 NH3-N uscita NH3-N simulato NO - 3-N (mg N/l) ,00 12,00 14,00 17,00 19,00 22,00 NO - 3 -N 24,00 Tempo (h) 2,00 5,00 7,00 9,00 NO3-N uscita NO3-N simulato

13 D = denitrificazione OX+N = ossidazione e nitrificazione SS = sedimentazione secondaria influente D OX + N SS effluente aria NH 3 -N NH3-N registrato NH3-N vol = 550 m3 Volume da adibire alla pre-denitrificazione? NH3-N (mg N/l) ,00 12,00 14,00 17,00 19,00 22,00 Tempo (h) 24,00 2,00 5,00 7,00 9,00 NH3-N vol = 600 m3 NH3-N vol = 650 m3 NH3-N vol = 700 m3 NH3-N vol = 750 m3

14 8) Stima dei costi di investimento e di gestione di un intervento OTTIMIZZAZIONE TRA LIVELLI DI EFFICIENZA TECNICA E COSTI DI REALIZZAZIONE E GESTIONE SOFTWARE CAPDETWORKS Valore attuale dell'impianto; costi di progettazione; costi di esercizio; costi relativi alla manutenzione programmata; costi relativi agli additivi chimici; costi relativi all energia elettrica.

15 /anno Costi energetici Parti elettromeccaniche aggiuntive OSSIDAZIONE TOTALE 1 PREDENITRIFICAZIONE

16 L applicazione di un metodo sistematico di valutazione dell efficienza degli impianti di depurazione di acque reflue urbane permetterebbe di: prendere coscienza delle problematiche inerenti la realtà depurativa regionale; introdurre un metodo per ricavare una visione d insieme al fine di delineare le possibili strategie di progettazione futura di nuovi impianti o di adeguamento di quelli esistenti. Ruolo di primaria importanza della fase di individuazione dei dati iniziali; difficoltà di applicazione delle verifiche di funzionalità avanzate in impianti di medio-piccola dimensione; ruolo della modellistica di simulazione matematica quale valido strumento decisionale per poter scegliere, sulla base delle simulazioni, la soluzione impiantistica in grado di ottimizzare i livelli di efficienza tecnica e i costi di realizzazione e gestione nel corso dell upgrading degli impianti.