Applicazioni e Nuove tecnologie nella Strumentazione Analitica e Diagnostica per laboratorio ed il processo Veronafiere, 13 ottobre 2010

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1 Applicazioni e Nuove tecnologie nella Strumentazione Analitica e Diagnostica per laboratorio ed il processo Veronafiere, 13 ottobre 2010 ANALIZZATORE DA CAMPO TITAAN PER MISURE BIOLOGICHE ONLINE: MONITORAGGIO E CONTROLLO IN TEMPO REALE NELLA GESTIONE DI IMPIANTI A FANGHI ATTIVI Dott. Simone Mariani

2 SPES Società di Progettazione Elettronica e Software

3 Ambiente SPIN System & Process Integrator Sistemi Industria Energia

4 INTRODUZIONE Campo di applicazione: Depurazione biologica a fanghi attivi Scopo: Monitoraggio e gestione dei processi biologici Caratteristiche: Campionamento ed esecuzione automatica di analisi biochimiche in Batch

5 INTRODUZIONE TITAAN Analizzatore automatico da campo Controlla periodicamente l attività batterica in impianti biologici di origine civile/industriale; Gestisce in completo automatismo le seguenti azioni: Prelievo dei campioni; Svolgimento dell analisi; Calcolo dei risultati. Archivia risultati e dati su database

6 INTRODUZIONE TITAAN Analizzatore automatico da campo MONITORAGGIO PERIODICO ATTIVITA BATTERICA Attività massima Tossicità specifica Azoto nitrificabile SEGNALAZIONE IN REAL TIME Sovraccarichi Pericolo inibizione Capacità residua ALLARMI RETROAZIONI MISURE CORRETTIVE Dosaggio chemicals Risparmio energetico Richiesta intervento

7 TITAAN (TITration Automatic ANalyser) 1) UNITA DI CALCOLO E CONTROLLO (applicazioni software) 2) COMPARTO DI ANALISI E CAMPIONAMENTO (reattore e circuiti di carico e scarico degli analiti) 3) COMPARTO DI DOSAGGIO E STOCCAGGIO REAGENTI (mediante pompe peristaltiche ed elettrovalvole) QUADRO METALLICO: 100 (L) x 50 (P) x 170 (H)

8 TITAAN (TITration Automatic ANalyser)

9 TITAAN (TITration Automatic ANalyser) Unità di Calcolo e Controllo Ospita le applicazioni software per la gestione dello strumento, l'acquisizione dei dati, la loro archiviazione su database e la connessione remota per il telecontrollo. E dotata di: sistema operativo Linux Embedded e Web Server; Hard Disk; porte seriali RS232; link USB host e device; interfaccia Ethernet.

10 TITAAN (TITration Automatic ANalyser) Tecnologia PLT_Line

11 TITAAN (TITration Automatic ANalyser) Accesso via WEB alla consolle di controllo tramite un qualsiasi PC

12 TITAAN (TITration Automatic ANalyser) Interfaccia operatore

13 TITAAN (TITration Automatic ANalyser) Comparto di analisi e campionamento Reattore per l esecuzione delle analisi; sistema di termostatazione; circuito di carico e scarico degli analiti campionati dall impianto; vasche di accumulo provviste di agitatore; sistema di aerazione per eventuale precondizionamento dei fanghi.

14 TITAAN (TITration Automatic ANalyser) Comparto di dosaggio e stoccaggio dei reagenti Il sistema di dosaggio di precisione è realizzato mediante pompe peristaltiche e microelettrovalvole a tre vie. 4linee di dosaggio dedicate ai reagenti; 4linee di dosaggio dedicate ai titolanti; tutti i liquidi sono conservati in ambiente a temperatura controllata.

15 TITOLAZIONE A SET POINT Monitoraggio dell attività batterica con tecniche ph DO_Stat Bioreattore Batch con biomassa mantenuta in condizioni ambientali controllate; (temperatura costante, miscelazione completa, con o senza aerazione, ecc); Sistema di rilevazione e trasduzione della concentrazione della specie da monitorare; (Trasmessa dal sistema di acquisizione dati all una unità di controllo); Sistema di dosaggio controllato di un titolante. (Mantenimento a set point di un parametro tramite aggiunta di reagente )

16 MARTINA Titolatore respiromettro da laboratorio Tecniche a titolazione ph-do-stat attività nitrificante grado di inibizione di reflui attività nitrito-ossidante attività di biometanazione Tecniche di respirometria coefficiente di resa eterotrofa YH COD rapidamente biodegradabile (RBCOD) COD biodegradabile (BCOD) e frazionamento del BCOD stima frazione attiva eterotrofa determinazione parametri cinetici modelli IWA_ASM

17 TITOLAZIONE A SET POINT Monitoraggio dell attività batterica con tecniche ph DO_Stat Mantenimento a set point di una concentrazione chimica; Utilizzo di sensori semplici e robusti (ph, OD, ecc); Misura del rateo di dosaggio dei reagenti mmoli/lh; Elaborazione dei dati. STIMA DELLE CINETICHE DI PROCESSO

18 TITOLAZIONE A SET POINT Rimozione biologica dell Azoto Biomassa Autotrofa (condizioni Aerobiche) O 2 H + O 2 DO Stat ph Stat DENITRO

19 TEST ph DO Stat

20 TEST ph DO Stat

21 TITOLAZIONE A SET POINT I risultati delle analisi sono espressi come : AOB = Attività Batterica Ammono ossidante AOB_pH AOB_DO [mg N NH4 / l h] [mg N NH4 / gssv h] [Riferite a 20 C] t End AOB (t) dt = Azoto Nitrificabile [mg N NH4 / l] t 0

22 APPLICAZIONE TITAAN IMPIANTO HERA

23 APPLICAZIONE TITAAN IMPIANTO HERA IMPIANTO SANTERNO DI IMOLA HERA AE 2 linee Sollevamento Grigliatura fine Dissabbiatura disoleatura Predenitrificazione Nitrificazione Sedimentazione secondaria Lagunaggio Qmedia m 3 /d Qma m 3 /d Qr m 3 /d Contributi reflui extra fognari (percolato) m 3 /anno AE CODin mg/l 565 TSSin mg/l 597 TNin mg/l 43 Ptot mg/l 7 Fanghi prodotti kgss/d 2100

24 APPLICAZIONE TITAAN IMPIANTO HERA LAYOUT INSTALLAZIONE

25 APPLICAZIONE TITAAN IMPIANTO HERA MISURE ON LINE TESTATE CON TITAAN Attività nitrificante massima del fango attivo; Tossicità acuta dei reflui sul processo biologico; Contenuto di azoto nitrificabile nel fango; MISURE POTENZIALMENTE IMPLEMENTABILI Contenuto di azoto nitrificabile nell influente; Concentrazione di nitrati nel processo a fanghi attivi o nell effluente impianto; Monitoraggio in tempo reale della fine della fase di ossidazione dell ammoniaca in reattore discontinui SBR; Potenziale denitrificante dell influente; Frazionamento del COD biodegradabile.

26 APPLICAZIONE TITAAN IMPIANTO HERA ATTIVITA SVOLTE Monitoraggio in continuo delle attività nitrificanti in vasca di ossidazione; Comparazione del dato fornito dal Titaan con quello ricavato da misure in parallelo eseguite in laboratorio; Determinazione della percentuale di inibizione causata dal percolato della discarica Tre Monti di Imola, sulla rimozione dell azoto ammoniacale. S.Mariani, E.Cola, G.Tedioli, D.Nascetti Monitoraggio dell attività biologica in impianti di trattamento a fanghi attivi: un analizzatore da campo per l automazione delle tecniche ph/do stat. IA vol. XXXVIII Maggio 2009

27 Ora di esecuzione della modalità APPLICAZIONE TITAAN IMPIANTO HERA MODALITÀ OPERATIVE Schedulatore giornaliero Diverse tipologie di programmi Tipologia di modalità da eseguire

28 APPLICAZIONE TITAAN IMPIANTO HERA Risultati AOB_DO 20 C Aprile Ottobre

29 APPLICAZIONE TITAAN IMPIANTO HERA MEDIE SETTIMANALI DO_Stat

30 APPLICAZIONE TITAAN IMPIANTO HERA MARCATO ABBASSAMENTO DELL ATTIVITA. PREVISIONE DI UN POSSIBILE INCREMENTO DELL AZOTO AMMONIACALE EFFLUENTE

31 PROTOCOLLO DI VALIDAZIONE Come previsto negli accordi tra Hera e SPES, è stata condotta una comparazione tra i dati forniti dal Titaan e le misurazioni eseguite in laboratorio HERA (Forlì) sullo stesso campione in analisi. SVOLGIMENTO ANALISI DI LABORATORIO Su ogni campione entro le 24h sono stati determinate le concentrazioni di Azoto Ammoniacale, Azoto Nitrico, Azoto Nitroso. velocità di scomparsa di NH 4+ ; formazione di NO 2 ed NO 3

32 PROTOCOLLO DI VALIDAZIONE La SIMILITUDINE stima eseguita dal MEDIA TITAAN DOPO è stata n.15 giudicata TEST DI soddisfacente VALIDAZIONE: se: AOB AOB AOB AOB _ TITAAN _ TITAAN _ ANALISI _ ANALISI = 102 % 85% 115%

33 TEST DI INIBIZIONE OBIETTIVI DELLA MODALITA ANALITICA QUANTIFICARE L INCIDENZA DEL PERCOLATO SULL ATTIVITÀ NITRIFICANTE MASSIMA DEL FANGO DARE UN SUPPORTO ALLA GESTIONE DI IMPIANTO STIMARE LA CAPACITA RESIDUA DI TRATTAMENTO

34 TEST DI INIBIZIONE CONDIZIONI DI PROVA

35 TEST DI INIBIZIONE RISULATATI OTTENUTI

36 24/09 29/ TEST DI INIBIZIONE MONITORAGGIO TEST DI INIBIZIONE 09/09 14/09 19/09 04/09 30/08 Inibizione %

37 APPLICAZIONE TITAAN IMPIANTO HERA MANUTENZIONI ORDINARIE Le manutenzioni ordinarie hanno avuto una cadenza mensile. Gli interventi hanno riguardato principalmente: Pulizia e calibrazione dei sensori elettrochimici; Calibrazione elettrovalvole di dosaggio; Pulizia del reattore. REAGENTI IMPIEGATI PER LE ANALISI Acqua Ossigenata 0,2M Idrossido di Sodio 0,2M Ammonio Cloruro Alliltiourea 1g N NH4/L 1g/L

38 APPLICAZIONE TITAAN IMPIANTO HERA PERCENTUALI DI FUNZIONAMENTO Totale test = % Test eseguiti con successo 6% No setpoint ph 3% No setpoint DO 2% No alimentazione rete 2% Problemi tecnici

39 APPLICAZIONE RESPIROMETRICA

40 TITAAN (TITration Automatic ANalyser) E un dispositivo che tramite l analisi in Bach riesce a determinare, in maniera automatica ed in continuo,grandezze chimico fisiche che descrivono lo stato dei processi di rimozione biologica. Supporto alla gestione degli impianti; Monitoraggio rimozione azoto; Gestione degli extraflussi; Segnalazione allarmi; Interfaccia verso sensori e macchine elettriche; Implementazione di routine automatiche per la gestione di macchine elettriche.

41 GRAZIE PER L ATTENZIONE Per informazioni: simone.mariani@spesonline.com