Sistemi per il contenimento dei consumi energetici e della carbon footprint negli impianti di trattamento delle acque reflue

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1 Sistemi per il contenimento dei consumi energetici e della carbon footprint negli impianti di trattamento delle acque reflue Riccardo Gori Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Università di Firenze Conferenza finale progetto LIFE BIOCLOC LIFE12 ENV/IT/ Prato, 23 Febbraio 2017

2 Introduzione Gli impianti di depurazione delle acque reflue consumano energia e sono responsabili di emissioni dirette ed indirette di gas serra (GHGs). Gas serra prodotti ed emessi direttamente ed indirettamente (a causa della produzione di energia) dagli impianti di trattamento delle acque reflue: - CO 2 - Protossido di azoto (N 2 O) con GWP di Metano (CH 4 ) con GWP di 25 Le emissioni di GHGs ed il consumo di energia degli impianti di depurazione, chiaramente legati tra loro, dipendono da molte variabili, fra le quali giocano un ruolo di primo piano: - età del fango (SRT); - tipologia del processo di stabilizzazione dei fanghi; - efficienza del sistema di trasferimento dell ossigeno; - temperatura nel reattore biologico.

3 CFP e efp analisi emissioni dirette emissioni indirette CO 2,eq Trattamenti preliminari e primari Denitrificazione* Fango primario Fanghi Ossidazione/ nitrificazione* Fango secondario Sedimentazione secondaria Sito di smaltimento Disidratazione DAer o DAna Biogas Recupero energia/ calore

4 CFP e efp analisi Ottimizzazione consumi energetici Ottimizzazione dei costi operativi Ottimizzazione delle emissioni di gas serra In generale la condizione di ottimo nei 3 casi non coincide

5 Esempi di ripartizione dei consumi energetici

6 Esempi di ripartizione dei consumi energetici

7 Esempi di ripartizione dei consumi energetici

8 Trasferimento dell ossigeno L efficientamento energetico del sistema di aerazione è la principale azione che può essere intrapresa per ottimizzare l impianto da un punto di vista del consumo energetico Rateo di trasferimento dell ossigeno (kgo 2 /h) OTR k a( C C) dv L S V Coefficie te di trasferime to Forza motric e

9 Trasferimento dell ossigeno Efficienza di trasferimento dell ossigeno I risultati sono devono essere riferiti a condizioni standard: SOTE [%]

10 Trasferimento dell ossigeno Translating standard conditions to process conditions It usually requires the use of several site-specific empirical parameters, such as: ( kla) processwat er SOTE ( k a) SOTE L cleanwater Where αsote is the oxygen transfer efficiency in process water at standard conditions except for the effect of contaminants on the mass transfer coefficient. For fine-bubble systems designer use often α=0.6

11 Trasferimento dell ossigeno Relazione tra alfa e carico organico Air Flow Rate (1000 m 3 /h) Alpha CCOD (mg/l) 0.20

12 Trasferimento dell ossigeno SPORCO PULITO Photo courtesy of SYB Leu

13 Bilancio di massa dell ossigeno in fase gassosa Il metodo off-gas Il metodo off-gas è una tecnica per il monitoraggio dell efficienza di trasferimento dell ossigeno in condizioni di processo di sistemi di aerazione ad aria diffusa (Redmon et al., 1983). Ossigeno trasferito in fase liquida = Ossigeno rimosso dalla fase gassosa 1. Cappa 5. Analizzatore 3. Sonda ossigeno 2.Connessione 4. Ossimetro

14 Il metodo off-gas S T R U M E N T A Z I O N E 1. Sistema di raccolta off-gas 2. Tubo di collegamento 3. Sonda LDO 4. Ossimetro 5. Analizzatore off-gas

15 Il metodo off-gas 1. La misura viene effettuata su una serie di punti individuati in base alla geometria della vasca e del sistema di aerazione 2. In ogni posizione si misura, alternativamente il contenuto di ossiogeno in aria (Reference) e nell off-gas 3. Oltre alla misura del contenuto di ossigeno nell off-gas si rilevano altri parametri (ad esempio la portata di off-gas e la concentrazione di ossigeno disciolto) necessari alle successive elaborazioni

16 Il progetto AERE La strumentazione sviluppata è stata collaudata mediante numerose prove su 8 impianti in gestione ai partner del progetto con differenti caratteristiche in termini di: Potenzialità dell impianto; Tipologia di aeratori; Caratteristiche del refluo; Condizioni operative; Strumentazione e controllo Gestione della portata d aria

17 Il progetto AERE IMPIANTI TESTATI: IMPIANTO A TIPOLOGIA POTENZIALITA Nominale [a.e.] PORTATA TRATTATA [m 3 /d] TIPOLOGIA AERATORI Dischi microforati a membrana PROFONDITA [m] Densità [m 2 diff/m 2 vasca] B FANGHI ATTIVI MBR Pannelli a membrana C D Digestione aerobica FANGHI ATTIVI CICLI TEMPORIZZATI nitro-denitro Aeratore sommerso pressurizzato Pannelli a membrana 4 / E Dischi microforati a membrana F G H FANGHI ATTIVI CICLI TEMPORIZZATI nitro-denitro Diffusori a candela Dischi microforati a membrana Dischi microforati a membrana

18 Il progetto AERE IMPIANTI TESTATI: IMPIANTO TIPOLOGIA Gestione della portata d aria* A B C D E FANGHI ATTIVI MBR Digestione aerobica FANGHI ATTIVI CICLI TEMPORIZZATI nitro-denitro In funzione del valore di NH4 in uscita e del DO in vasca Cicli fissi ON/OFF con regolazione automatica in funzione del DO in fase aerobica Tensioattivi* [mg/l] SST* [g/l] / 3.5 / 6.8 Nessuna regolazione / 15.6 Temporizzato ON/OFF (cicli alternati) Temporizzato ON/OFF F G H FANGHI ATTIVI CICLI TEMPORIZZATI nitro-denitro Regolazione manuale in funzione del DO Cicli fissi ON/OFF con regolazione automatica in funzione del DO in fase aerobica Nessuna regolazione * Valori riferiti ai giorni delle prove

19 Claudio Lubello University of Florence Riccardo Gori University of Florence