UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID

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1 UIVERITÁ DEGLI TUDI DI APOLI FEDERICO II cuola Politecnica e delle cienze di Base Dipartimento di ingegneria Civile, Edile ed Ambientale UIVERIDAD POLITECICA DE MADRID ETI Caminos, Canales y Puertos A.A. 2016/2017 Tesi di Laurea Analisi comparata dei criteri di dimensionamento e verifica delle principali fasi di un impianto di depurazione per acque reflue urbane Relatore Ch.mo Prof Francesco Pirozzi Ch.ma Prof Isabel del Castillo Candidato Raffaele Veneri Matricola M67/353

2 umero e tipologia delle specie inquinanti

3 presenza di sostanze xenobiotiche

4 uperfici per l allocazione degli impianti umero e tipologia delle specie inquinanti

5 difficoltà individuare zone dove ubicare gli impianti

6 uperfici per l allocazione degli impianti tandard di qualità degli effluenti depurati umero e tipologia delle specie inquinanti

7

8 REDIMETI DI RIMOZIOE VOLUMI E UPERFICI OCCUPATI

9 In affiancamento ai sistemi tradizionali sono state introdotte nuove configurazioni impiantistiche

10 ITEMA A FAGHI ATTIVI Activated sludge 0 influente 1 e EDIMETAZIOE effluente 0 DEITRIFICAZIOE 1 ITRIFICAZIOE ricircolo miscela aerata fango di ricircolo e fango di supero

11 ITEMA MBR Membrane biological reactor IMPIATO TRADIZIOALE A FAGHI ATTIVI Fase biologica Unità di filtrazione PERMEATO edimentazione secondaria La miscela aerata subisce un azione di filtrazione, La biomassa che consente è separata di migliorare dalla corrente le caratteristiche idrica nella fase di sedimentazione, dell effluente sfruttando e di assicurare l azione una della più gravità, elevata ed è in parte concentrazione ricircolata nella della fase biomassa biologica

12 IITEMA MBR Membrane biological reactor Impianto di Verziano Brescia 250,000 AE Funzionamento MBR Impianto con FA e MBR

13 ITEMA BR sequential batch reactor

14 ITEMA BR sequential batch reactors VACA BR

15 Il dimensionamento di tali sistemi è ancora oggi basato su approcci empirici Che non consentono di mettere in correlazione l efficienza depurativa con i valori di concentrazione dei substrati all interno sia dell influente che dell effluente depurato

16 Tale approccio empirico è addirittura consigliato in diversi Paesi dell unione europea, nei quali si è soliti fare riferimento a specifiche norme standardizzate

17 L obiettivo fondamentale di questo lavoro è quindi definire criteri di dimensionamento più precisi Illustrando i criteri che sono stati individuati per 3 diversi sistemi biologici: 1 Fanghi attivi convenzionale 2 MBR 3 BR

18 Volumi di controllo 1 2

19 QQ 0 RR 1 RR 2 QQ ee ωω νν DD VV DD HH DD = RR 1 RR 2 1 QQ 1 RR 1 RR 2 QQ 3 ee νν DD VV DD HH DD = RR 1 RR 2 1 QQ 3 1 QQ 4 0 RR 1 RR 2 QQ 4 ee εε ωω νν DD VV DD HH DD = RR 1 RR 2 1 QQ 4 1 RR 1 RR 2 1 QQ 1 νν VV HH = RR 1 RR 2 1 QQ ee RR 1 RR 2 1 QQ 3 1 νν VV AAAAAA = RR 1 RR 2 1 QQ 3 ee RR 1 RR 2 1 QQ 4 1 νν VV AAAAAA εε νν VV HH = RR 1 RR 2 1 QQ 4 ee RR 1 QQ HH rr RR 2 QQ HH νν DD YY DD VV DD HH DD = RR 1 RR 2 1 QQ HH DD RR 1 QQ AAAAAA rr RR 2 QQ AAAAAA = RR 1 RR 2 1 QQ AAAAAA DD RR 1 RR 2 1 QQ HH DD YY HH νν VV HH = RR 1 RR 2 1 QQ HH RR 1 RR 2 1 QQ AAAAAA DD YY AAAAAA νν VV AAAAAA = RR 1 RR 2 1 QQ AAAAAA

20 Q R R V H e = ν [ ] e e AUT Q H H Q V ν ε = Q R R V O O AUT e = ν [ ] e AUT e H O Q V Q V ν ν ω 3 0 = [ ] D e AUT D H D O Q V V ν ν 3 = [ ] AUT H r AUT r H D H D D D AUT AUT H H AUT H Q V Y V Y V Y Q R = ν ν ν ] [ 1 = 1 1 R 1 R 2 Q V Y AUT D AUT ν = 1 1 R 1 R 2 Q V Y H H D H ν Q R R V V H H H AUT e = εν ν 10. AA ee 2 BB ee CC = 0 D AUT H s Y Y Y A = ν ε εω ν ν 1 ]; [ TK TK O Y Y Y Y K K Y B e e D H AUT AUT s AUT ε ν ων ων ν εω ν = [ ] TKe TK O K Y C e AUT εω ω ω ν =

21 EQUAZIOI DI PROGETTO: VV = QQ HH 4 0 HH 4 ee ] εεεε 0 ee QQ 0 ee ωω [υυ VV AAAAAA QQ OO 3 ee ] νν AAAAAA νν AAAAAA VV DD = [υυ VV AAAAAA QQ OO 3 ee ] νν DD AAAAAA DD HH DD

22 m COCETRAZIOE AZOTO TOTALE fase denitrificazione fase nitrificazione , , , , VOLUME , , , , , , , , mg

23 EQUAZIOI DI PROGETTO: σσ cc = 25 1,072 12TT VV tttttt = pppppppppppppppppppp dddd ffffffffff θθ cc MMMMMMMM VV tttttt = oo 0,75 0,10 σσ cc FF tt 1 0,10 σσ cc FF tt 0,6 QQ dd ee QQ dd 3 pp 6,8 ffff 10 3 θθ cc aaaaaa HH

24 APPLICAZIOE umero di abitanti Abeq Residui Temperatura invernale Tmin 14 C Temperatura estiva Tmax 25 C Caratteristiche H2O Concentrazione media Portate Portata media nera giornaliera Qm,n 6990 m 3 /d Portata media nera oraria Qm,n 291,25 m 3 /h Portata massima 5Qm,n Qmax 1456,25 m 3 /h Portata massima per i processi biologici 2,5Qm,n Qmax, bio 728,125 m 3 /h Portata di punta 1,6 Qm,n Qp 466 m 3 /h Portata di pretrattamento Qpr 728,125 m 3 /h Qpr 0,20226 m 3 /s È stato progettato un impianto di trattamento delle acque per una comunità dell ovest della pagna appartenente ai comuni di Montijo e Puebla de la Calzada Badajoz nella comunità di Extremadura. Concentrazione media giornaliera BO5 242 mg/l 1691,58 kg/d T 182 mg/l 1255,8 kg/d TK 28,3 mg/l 195,27 kg/d PT 8,1 mg/l 55,89 kg/d

25 ITEMA A FAGHI ATTIVI APPROCCIO AALITICO APPROCCIO EMPIRICO Dimensioni impianto 2 Vasche aventi dimensioni di: Vasca nitrificazione V = 2250 m 3 h= 5 m; L = 15 m; a = 15 m Vasca denitrificazione V = m 3 h = 5 m; L = 34 m; a = 34 m Area tot = 2761 m 2 2 Vasche di sedimentazione secondaria di: V = 1056 m 3 h = 3 m; D = 15 m Area tot = 352 m 2 Portata di aria da aggiungere 4799,90 m 3 /h Quantitativo di Fe da aggiungere 45,34 kgfe/d Dimensioni impianto 2 Vasche uniche separate da un setto con rapporto volumi denitrificazione/nitrificazione pari a 0,2 V = m 3 h = 5 m; L = 80 m; a = 16 m Area tot = 2560 m 2 2 Vasche di sedimentazione secondaria di: V = 1526,04 m 3 h = 3 m; D = 18 m Area tot = 508,68 m 2 Portata di aria da aggiungere 3317,18 m 3 /h Quantitativo di Fe da aggiungere 69,45264 kg Fe/d

26 ITEMA MBR Membrane biological reactor fase di denitrificazione è stato previsto un ciclo di pre-denitrificazione biologica fase di nitrificazione combinata Fase con MBR

27 EQUAZIOI DI PROGETTO Metodo analitico VV = QQ YY ee ff dd kk ee QQQQ ee FFFF QQYY nn OO 3 QQQQQQQQQQQQ iiiiiiii μμ nn 1 kk ee μμ nnnn ee KK 0 OO 2 KK eeee μμ nn nn VV DD = FFFF VV QQμμ nn 1 kk ee FFFF YY ee μμ nn μμ dd OO 3 Metodo empirico VV tt = 0 0,75 0,10 σσ cc FF tt 1 0,10 σσ cc FF tt 0,6 QQ dd ee QQ dd 3,PP 6,8 ffff 10 3 θθ cc aaaaaa HH

28 m COCETRAZIOE DI AZOTO TOTALE fase nitrificazione fase denitrificazione , , , , , VOLUME mg

29 ITEMA MBR METODO AALITICO METODO EMPIRICO Dimensioni impianto 2 Vasche aventi dimensioni di: Vasca nitrificazione V=360m 3 h=5m; L=6m; a=6m Vasca denitrificazione V=2560m 3 h=5m; L=16m; a=16m Area tot=512m 2 2 Vasca dove inserire le membrane V=264m 3 h=4m; L=11m; a=3m Area tot=132 m 2 Portata di aria da aggiungere processi bio 1148m 3 /h Portata di aria da aggiungere lavaggio MBR 6211m 3 /h Quantitativo di Fe da aggiungere 45,34kgFe/d Dimensioni impianto 2 Vasche uniche separate da un setto con rapporto volumi denitrificazione/nitrificazione pari a 0,2 V=6600m 3 h=5m; L=55m; a=12m Area tot=1220m 2 2 Vasca dove inserire le membrane V=216m 3 h=4m; L=9; a=3m Area tot=108m 2 Portata di aria da aggiungere processi bio 4022,97 m 3 /h Portata di aria da aggiungere lavaggio MBR 4250m 3 /h Quantitativo di Fe da aggiungere 69,45264kgFe/d

30 ITEMA BR sequential batch reactors Il ciclo è un unica vasca all interno della quale avvengono tutte le fasi

31 EQUAZIOI DI PROGETTO: Metodo analitico VV tttttt = QQ h TT cc 1 KK nn ee KK oo DDDD TT cc YY 0 μμ nnnn ee DDDD KK ee TTTT Metodo empirico VV tttttt = 0 0,75 0,10 σσ cc FF tt 1 0,10 σσ cc FF 0,6 QQ dd 0 QQ dd 3 pp 6,8 ffff 10 3 tt tt cc QQ nn aaaaaa HH mmmmmm nn

32 ITEMA BR METODO AALITICO METODO EMPIRICO Dimensioni impianto 2 Vasche aventi dimensioni di: Vasche uniche V =16000 m 3 h= 5 m; l= 40 m Area tot= 3200 m 2 Portata di aria da aggiungere processi 7925,54 m 3 /h Quantitativo di Fe da aggiungere 45,34 kg Fe/d Dimensioni impianto 2 Vasche aventi dimensioni di: Vasche uniche V = m 3 h = 5 m; L= 100 m ; a = 20 m Area tot = 4000 m 2 Portata di aria da aggiungere processi 8006,63 m 3 /h Quantitativo di Fe da aggiungere 69,45264 kg Fe/d

33 COCLUIOI METODO AALITICO METODO EMPIRICO FAGHI ATTIVI MBR BR FAGHI ATTIVI MBR BR VOLUME [m 3 ] UPERFICIE [m 2 ] ARIA DA IMMETTERE [m 3 /h] , , , , ,63

34 Grazie per l attenzione