Come poter ottimizzare la gestione dell impianto di trattamento delle acque grazie. strumenti di analisi e sistemi di regolazione

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1 Come poter ottimizzare la gestione dell impianto di trattamento delle acque grazie all impiego ll i i di strumenti di analisi e sistemi di regolazione Ing. Maria Serena Gironi Product Manager Process Division HACH LANGE SRL ECOMONDO, Rimini Controllo automatico di processo quale strategia per potenziare ed ottimizzare le prestazioni degli impianti di depurazione

2 Contenuti 1. Perchè è importante misurare i nutrienti in un impianto di depurazione 2. Le fasi più critiche nella gestione dell impianto di depurazione 3. Il sistema Oxyfuzzy per il risparmio energetico nel comparto di ossidazione dell impianto i biologico i 4. I sistemi W.T.O.S. HACH LANGE di regolazione e gestione ottimizzatadel processo di defosfatazione, linea fanghi e impianti ad aerazione intermittente 5. Conclusioni

3 HACH LANGE non solo strumenti ma anche supporto completo ai clienti Soluzioni a 360 per ogni esigenza di analisi delle acque in campo, laboratorio, processo e campionamento 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 Supporto completo al cliente per consulenza, soluzioni complete ed integrate per la gestione dell impianto

4 Alcuni dati sulla depurazione Impianti di depurazione nell Europa occidentale: Circa impianti di depurazione Circa progettati per una potenzialità < PE Circa con una potenzialità compresa tra e PE In ITALIA: Attivii circa impiantii di depurazione civili ili di cui la maggiorparte con potenzialità inferiore ai PE

5 L evoluzione degli impianti di depurazione

6 L evoluzione degli impianti di depurazione

7 La gestione degli impianti di depurazione Da una filosofia basata sul semplice monitoraggio dei principali parametri del processo di trattamento delle acque reflue. miglioramento qualità dell effluente rispetto di limiti legislativi sempre più restrittivi (Dlgs 152/99 e Nuovo Testo Unico Ambientale 152/2006; classificazione i aree sensibili,..).ad una filosofia in cui la gestione / regolazione / g / g / ottimizzazione costi gestionali sono diventate le principali linee guida per gestori impianti

8 Le nuove linee guida La misura dei nutrienti in continuo è importante per.. Gestione più razionale delle singole fasi del processo di trattamento delle acque reflue grazie all impiego di sistemi di verifica/controllo/regolazione Migliore comprensione dei meccanismi del processo Incremento efficienza globale dell impianto Riduzione dei costi gestionali dell impianto di depurazione Ottimizzazione della gestione dell impianto in presenza di grosse fluttuazioni nei carichi entranti Automatizzazione degli impianti scarsamente presidiati

9 Le fasi più critiche nella gestione dell impianto Fornitura dell aria nel comparto ossidativo Rimozione chimica del Fosforo Linea Fanghi

10 La fornitura dell aria nel comparto biologico Come posso ottenere un processo di ossidazione biologico stabile ed efficiente? Come posso ottimizzare la fornitura di aria ed ottenere un risparmio energetico? Come posso avere la sicurezza di rispettare in uscita i limiti di legge?

11 La fase biologica nell impianto di depurazione a fanghi attivi Il cuore di un impianto di depurazione delle acque di scarico è rappresentato dal Processo Biologico

12 La fase biologica nell impianto di depurazione a fanghi attivi Perché il controllo della fornitura di aria in un impianto a fanghi attivi è così importante? Fornitura di ossigeno = una delle principali voci di costo (~ 20 40%) 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 dienergiadovuti a una fornitura eccessiva Per adeguare il sistema alla variabilità del carico entrante assicurando: massima efficienza di trattamento stabilità dl del processo

13 La fase biologica nell impianto di depurazione a fanghi attivi Logica tradizionale: controllo con set point fisso di O 2 Tipicamente viene definito un valore fisso di Ossigeno disciolto da mantenere in vasca di ossidazione (2 3mg/l) Manualmente o sulla base di un informazione in tempo reale delle concentrazione di ossigeno realmente presente in vasca, si vanno a regolare i dispositivi di aerazione

14 Il controllo della fase di Ossidazione biologica Il controllo tradizionale con set point fisso di O 2 non è il controllo ottimale. NH 4 -N 50 NH4-N INLET 40 perché non si tiene in alcun conto delle mutate 30 condizioni che si possono 20 avere in ingresso e in vasca biologica h 24

15 Il controllo della fase di Ossidazione biologica Il controllo tradizionale i con set point fisso di O 2 non è ottimale.. Il 30 % del tempo, NH 4 è meno di 0.1 mg/l NH 4 -N O 2 perché in condizioni di basso carico l ammoniaca lammoniaca è inutilmente troppo bassa Aria

16 Il controllo della fase di Ossidazione biologica Un set point VARIABILE di O 2 puòportareadunnotevole risparmio energetico O 2 NH 4 Air Risparmio energetico ottenibile in fase ossidativa soprattutto in condizioni di basso carico

17 Sistema OXYFUZZY for Water per l ottimizzazione della fornitura dell aria RISPARMIO ENERGETICO E IMPROVEMENT FUNZIONALE MEDIANTE OTTIMIZZAZIONE DELLA FORNITURA DI ARIA brevetto n.mi2004a000977

18 Sistema Oxyfuzzy yper l ottimizzazione della fornitura dell aria Si rileva la resa istantanea del processo attraverso la misura on line dell ammoniaca Si adattano le condizioni di processo alla variabilità del carico attraverso unadattamento continuodel set point di ossigeno disciolto Si ottiene una maggiore stabilità di controllo tramite l adozione di un metodo basato su logica fuzzy

19 Sistema Oxyfuzzy per l ottimizzazione della fornitura dell aria 3,5 DO DO set point NH4+-N concentration 10 3,5 DO DO set point NH4+-N concentration DO concentra atione (mg L -1 ) 2,5 2 1,5 1 NH 4 + -N DO NH entration (mg L N conce ) DO concentra ation (mg L -1 ) 2,5 2 1,5 1 NH + 4 -N DO NH entration (mg L N conce ) 0, , time (hours) time (hours) 0

20 Sistema Oxyfuzzy per l ottimizzazione della fornitura dell aria 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

21 Sistema Oxyfuzzy per l ottimizzazione della fornitura dell aria STABILITA 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

22 Sistema Oxyfuzzy per l ottimizzazione della fornitura dell aria RISPARMIO ENERGETICO Perché si risparmia? Si evita la fornitura di aria in eccesso Migliore rendimento dei trasferimento di ossigeno da parte dei diffusori Stima per impianto tipo da a.e. Confronto tra set point fisso e set point regolato da Oxyfuzzy y Riduzione portata aria di circa il 25% Risparmio energetico di circa il 20%

23 Sistemi W.T.O.S. HACH LANGE di regolazione automatica ed ottimizzazione del processo di depurazione

24 Sistemi W.T.O.S. HACH LANGE di regolazione automatica ed ottimizzazione del processo di depurazione W.T.O.S. SC 1000 Sala controllo Misure in campo

25 Le soluzioni WTOS per il controllo dell impianto: Vantaggi HEALTH MONITOR Validazione dei segnali WTOS Real Time Control Calcolodeiset point ottimali di processo Rispetto dei limiti di scarico Considerevoli risparmi e riduzione costi gestionali Integrazione immediata in impianto Strumentazione di analisi Misure in continuo per informazione in tempo reale dei parametri di processo

26 Le soluzioni WTOS per il controllo dell impianto: Informazione completa sul processo

27 Le soluzioni WTOS per il controllo dell impianto: I vantaggi operativi i Ottimizzazione delprocessosenzainvestimenti senza strutturali aggiuntivi Risparmio energetico Riduzione del consumo del precipitante e polimero Integrazione immediata nell impianto Garanzia massima sicurezza operativa 27

28 WTOS P RTC per l ottimizzazione della defosfatazione Dà un informazione in tempo reale della concentrazione di PO4 P P effettivamente presente nella fase ditrattamento Consente un più razionale dosaggio dei reagenti chimici usati rispetto al dosaggio manuale e costante Comporta una ridotta produzione dei fanghi da smaltire Dà la sicurezza che la concentrazione di PO4 PP nell effluente èaldisottodeilimitilegislativi P RTC Per l ottimizzazione dll della fase di Rimozione del Fosforo

29 WTOS P RTC: il modulo per il Fosforo PLC SCADA SC1000 parametrizzazione WTOS P-RTC Portata (input) PHOSPHAXsc Analizzatore on line di PO4 P on situ Pompa di dosaggio (output) HACH LANGE

30 WTOS P RTC: il modulo per il Fosforo Controllo del processo & massima sicurezza operativa Riduzione nel consumo del precipitante Installazione immediata nell impianto 50% 50 l/h 25 l/h Prima con WTOS

31 WTOS N/DN per l ottimizzazione degli Impianti ad aerazione intermittente Qual è la durata ottimale della fase di Nitrificazione per avere un processo aerobico stabile ed efficiente? Qual è la durata ottimale della fase di Denitrificazione? Come posso avere la sicurezza di rispettare in uscita I limiti di legge per NH 4 NN e N tot? Nitrificazione Denitrificazione

32 WTOS N/DN RTC per gli impianti a cicli alternati Alternanza delle fasi di aerazione / anossia sulla base delle misure in continuo di NH4 N enox N enonsu base temporale Informazione in tempo reale delle fasi di processo Rispetto dei limiti di legge per NH 4 NeN tot Strategia di controllo con / senza O 2 Nitrificazione Denitrificazione

33 WTOS N/DN RTC per gli impianti a cicli alternati PLC SCADA SC1000 Parametrizzazione WTOS N/DN-RTC Analizzatori Portata Sensori di analisi per NH4 N & NOx N N Belüftung Soffianti HACH LANGE 33

34 WTOS N/DN RTC per i cicli alternati Installazione immediata nell impianto esistente Controllo del processo e massima sicurezza operativa (rispetto limiti effluente) Riduzione N tot Risparmio energetico (10 25%) N tot Energia aerazione Energia aerazione N tot Pi Prima con WTOS prima con WTOS

35 WTOS N/DN RTC: riduzione N tot NH4 N, O2 10,0 9,0 Nitrat Industrielle Kläranlage WTOS N/DN RTC NO3 N 140 8, , ,0 5,0 80 4,0 Ammonium 60 3,0 40 2,0 1,0 20 0, Belüftung [ AN/AUS] AMMONIUM [mg/l] O2 [mg/l] NITRAT [mg/l] 0

36 [mg/l] NO 3 -N 3 O 2 Cicli alternati: Profilo tipico Issues Risparmio in particular energetico in low con load WTOS situations WTOS- Target per NO 3 -N WTOS- Target per NH 4 -N NO 3 -N: No Denitro a causa di eccesso di O 2 N Ntot 9 [mg/l] NO 3 -N: Alta concentrazione, non 8 necessaria con NO 3-N WTOS O 2 : aerazione eccessiva O 2 : Controllo tempo fisso kwh NH 4 -N: Nitrificazione NH 4 -N: a< 1 mg/l? Very low concentration Richiesta energia con 1 1 NH 4 -N WTOS : : : : : : : O 2 NH 4 -N Weiter mit Klick WTOS N/DN RTC

37 La linea Fanghi Digestore Anaeroico Ispessitore Disidratazione Fango essiccato Il processo di trattamento dei fanghi consiste in successive operazioni di ispessimento e disidratazione che hanno lo scopo di ridurre il contenuto di acqua presente nel fango proveniente dalla fase di sedimentazione primaria e secondaria il fango disidratato viene solitamente inviato alla fase di digestione anaerobica che trasforma la materia organica del fango in metano utilizzabile per produzione di elettricità mentre il prodotto finale stabilizzato dal trattamento nel digestore viene stoccato Trasporto e Sollevamento Ingresso Impianto Pretrattamenti Grigliatura Dissabbiatura a u a Sedimentazione primaria Trattamento biologico a fanghi attivi Sedimentazione secondaria Disinfezione e scarico effluente Il deposito e il conseguente necessario smaltimento del fango prodotto rappresenta una dei principali costi operativi di un impianto

38 La linea Fanghi Costi gestionali dell impianto di depurazione Aerazione Trattamenti meccanici Infrastruttura tt Trattamento Fanghi Filtrazione Sludge Disposal in Germany Smaltimento fanghi Incineration 35% Other 6% (DWA, 2004) Argriculture 30% Costi trattamento fanghi Sludge Disposal 31% Energy 15% Other 13% Labour Maintenance a 27% 14% I possibili risparmi che si possono ottenere nella fase di Ispessimento / Disidratazione in termini di costi di smaltimento sono legati alla quantità di fango prodotto: pertanto la produzione dei fanghi deve essere ottimizzata Rif. GERMANIA Landfilll 3% Landscaping 26%

39 Ispessimento e Disidratazione Alcune considerazioni generali Il fango da trattarett contiene fino al 99,6 % di acqua L ispessimento e la Elevati volumi richiesti richiedono elevati investimenti disidratazione hanno la funzione di ridurre Fango primario: appr % umidità i volumi del fango e la Fango di supero: appr % umidità % di tenore in acqua Fango digerito: appr % umidità del fango

40 Ispessimento e Disidratazione Vantaggi di un controllo e regolazione automatica Aumento della capacità di trattamento della macchina Processo di trattamento più efficace (fango più concentrato) Funzionamento stabile sulla base del reale carico anzichè del volume Dosaggio più razionale del flocculante Trattamento di disidratazione più efficace Riduzione dosaggio flocculante Riduzione costi di smaltimento flocculante

41 WTOS ST RTC per il trattamento di ispessimento Configurazione 1: Controllo portata ingresso ispessitore sulla base del carico entrante Ispessitore statico Digestore Q TSS + Q TSS Filtrate Filtrato TSS = costante Ispessitore a tamburo FHM Polimero

42 WTOS ST RTC per il trattamento di ispessimento Configurazione 2: Controllo dosaggio del polimero sulla base del carico entrante Ispessitore statico Digestore Q Poly. Q TSS costante TSS Filtrate Filtrato TSS + Ispessitore a tamburo Q Poly. FHM Polimero

43 WTOS SD RTC per il trattamento di Disidratazione Digestore Configurazione 1: Controllo portata ingresso centrifuga sulla base del carico entrante Ispessitore statico Q TSS + Q TSS Centrate Centrato TSS = costante Centrifuga Fango disidratato FHM Polimero

44 WTOS SD RTC per il trattamento di Disidratazione Digestore Configurazione 2: Controllo dosaggio polimero sulla base del carico entrante Ispessitore statico Q Poly. costante TSS Centrate Centrato Q TSS TSS + Centrifuga Fango disidratato Q Poly. FHM Polimero

45 WTOS ST RTC & SD RTC Esempio applicazione Potenzialità Impianto: Produzione di fango: Smaltimento fanghi: Costo polimero: AE 1200 m 3 / settimana con 2,5% sost.solida secca 30 t / settimana; 1560 t / anno 52 / m 3 (agricoltura) 4.1 / kg OTTIMIZZAZIONE con WTOS Prima Dopo Consumo polimero: 11 kg / t SS 75kg 7.5 / t SS Concentrazione sost.secca: 32% 34 % Costo polimero: Fango prodotto: m m 3 Smaltimento fanghi: RISPARMIO Polimero: / anno Smaltimento fango: / anno Tot: / anno senza controllo con controllo Consumo Polimero 37 Senza controllo 36 con controllo 35 Concentrazione SS kg/kg TSS % TR

46 Le soluzioni W.T.O.S.. per la gestione ottimizzata dell impianto di depurazione SC 1000 controller con Target ottimizzazione P-modulo N/DN-modulo N-modulo SRT-modulo SD-modulo ST-modulo Elevata sicurezza operativa Valori effluente stabili Risparmio energetico Risparmio precipitante chimico Riduzione del fango prodotto Risparmio nel consumo del polimero usato per ispessimento e disidratazione della linea fanghi Massimizzazione della concentrazione del fango ispessito / disidratato

47 Grazie per l attenzione HACH LANGE SRL Via Rossini, 1/A Lainate (MI) Tel lange.it h hl it