impianto di depurazione:

La gestione dei fanghi in un impianto di depurazione: un processo chiave da tenere sotto controllo Ing. Maria Serena Gironi Product Manager Process Division HACH LANGE SRL mariaserena.gironi@hach-lange.it Convegno Le nuove tecniche di trattamento e di gestione dei fanghi di depurazione in relazione agli orientamenti della disciplina sulle acque e sui rifiuti Sala OroBlu - ECOMONDO, Rimini, 10.11.2011

L impianto di depurazione I fanghi di depurazione rappresentano l elemento chiave per il funzionamento di un impianto biologico a fanghi attivi ma rappresentano al contempo una voce di spesa da parte del gestore dell impianto poiché devono essere trattati e smaltiti

Processo biologico & Linea Fanghi La misura in continuo della concentrazione dei solidi sospesi: - in vasca di ossidazione i garantisce le migliori i condizioni i i dei fanghi attivi i per il processo biologico; - nella linea fanghi ottimizza i consumi energetici e il consumo di polielettrolita legati alle varie fasi di disidratazioneid i

Processo biologico e Linea Fanghi Scarico acque reflue civili ed industriali Digestore Anaeroico Ispessitore Disidratazione Fango essiccato Trasporto e Sollevamento Ingresso Impianto Pretrattamenti Grigliatura Dissabbiatura Disoleatura Sedimentazione primaria Trattamento biologico a fanghi attivi Sedimentazione secondaria Disinfezione e scarico effluente

Processo biologico e Linea Fanghi Scarico acque reflue civili ed industriali Digestore Anaeroico Ispessitore Disidratazione Fango essiccato Il processo di trattamento dei fanghi prodotti 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 poi 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 Pretrattamenti Sedimentazione Trattamento Sedimentazione Sollevamento Grigliatura primaria rappresenta una dei principali costi operativi biologico di una impianto secondaria Ingresso Impianto fanghi attivi Dissabbiatura Il deposito e il conseguente necessario smaltimento del fango prodotto Disinfezione e scarico effluente

Il trattamento e lo smaltimento dei fanghi Cost on Sludge Disposal Costi gestionali dell impianto di depurazione Infrastruttura Trattamento Fanghi Trattamenti meccanici Aerazione Costi trattamento fanghi Sludge Disposal 31% Energy 15% Filtrazione (DWA, 2004) Other 13% Labour Maintenance a 27% 14% Sludge Disposal in Germany Costi smaltimento fanghi Incineration 35% Other 6% Argriculture 30% 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%

Ottimizzazione della gestione dei Fanghi Controllo del Fango primario 7 6 5 Sensori per la misura in continuo del Livello Fanghi con tecnologia ad ultrasuoni ight [m] sludge he 4 3 2 1 Variazioni dell altezza Livello Fanghi 0 13. Jun 14. Jun 14. Jun 15. Jun 15. Jun 16. Jun 16. Jun 17. Jun 17. Jun Date sludge height La misura in continuo del Livello fanghi nei sedimentatori primari garantisce: - che un adeguata concentrazione di fango primario venga inviata al successivo trattamento di ispessimento; i - che venga richiesta una minore energia di pompaggio del fango estratto; - che la pompa di estrazione venga fermata quando la concentrazione di solidi va sotto un certo valore

Ottimizzazione della gestione dei fanghi Controllo del Fango primario La misura in continuo della concentrazione di Solidi Sospesi nel fango primario garantisce: - Che il processo di estrazione del fango primario sia regolata ed ottimizzata sulla base della concentrazione di solidi sospesi nel fango stesso - Che la composizione costante del fango inviato all ispessimento richieda una minore energia nel digestore ed una riduzione del polielettrolita usato nella successiva fase di disidratazione TS-Gehalt in g/l 80 70 Estrazione fango primario (manual) TSS [g/l] 60 50 40 30 20 10 0 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Zeit

Sistemi di Regolazione automatica Controllo fango primario Time based ----> Standard Settlement time elapsed ----> <---- Standard Desludging time elapsed <---- PST SL Controller TSS & time based ----> Standard Settlement time elapsed ----> After Min Desludging is elapsed: <---- TSS < min for 0,5 min <---- <---- Max Desludging time elapsed <---- TSS Sedime entation SL & time based After Min Sedimentation is elapsed: ----> SL > high for 5 min ----> ----> Max Settlement time elapsed ----> <---- Standard Desludging time elapsed <---- SL based After Min Sedimentation is elapsed: ----> SL > high for 5 min ----> ----> Max Settlement time elapsed ----> After Min Desludging is elapsed: <---- SL < low for 0,5 min <---- <---- Maximum Desludging time elapsed <---- dging Deslu SL and TSS based After Min Sedimentation is elapsed: ----> SL > high for 5 min ----> ----> Max Settlement time elapsed ----> After Min Desludging is elapsed: <---- TSS < min for 0,5 min <---- <---- Max Settlement time elapsed <----

Ottimizzazione della gestione dei fanghi La rimozione chimica del Fosforo Pre- Precipitazione Precipitazione Simultanea Post- Precipitazione M+ M+ M+ M+ M+ PST FST Filtro contatto tt ana anox aerobica Flocculatore

Ottimizzazione della gestione dei fanghi La rimozione chimica del Fosforo I costi legati agli agenti chimici usati per la precipitazione del fosforo e quelli legati allo smaltimento dei fanghi prodotti rappresentano i fattori chiave: FM: consumo agenti precipitanti P tot,0 : fosforo totale FM = P tot,0 ß (1-ηBio-P) f ste precipitato TS = P tot,0 ß (1-ηBio-P) f ste f ts ηbio-p: efficienza della rimozione f ste : fattore stechiometrico TS: quantità dei fanghi prodotti f ts : fattore stechiometrico β : mol Me/ mol Ptot

Sistemi di Misura, Controllo e Regolazione La rimozione chimica del Fosforo Il Controller: Dà un informazione i in tempo reale della concentrazione di PO4- P effettivamente presente nella fase di trattamento Analizzatore Fosforo Centralina gestione segnale Controller P-RTC: CALCOLO SET POINT OTTIMALE DOSAGGIO PRECIPITANTE SULLA BASE DI PO4-P Misura Portata Consente un più razionale dosaggio dei reagenti chimici usati rispetto al dosaggio manuale e costante Comporta unaridotta produzione dei fanghi da smaltire Pompa di dosaggio AMERICAN SIGMA BÜHLER MONTEC CONTRONIC HACH LANGE POLYMETRON RADIOMETER ANALYTICAL

Ottimizzazione della gestione dei fanghi Vasca di ossidazione TS L informazione in tempo reale dei solidi sospesi nella vasca di ossidazione: - assicura che in vasca sia presente un adeguata quantità di biomassa; - consente di aumentare al massimo l efficienza del processo biologico; - garantisce un risparmio di energia nella fase di aerazione AMERICAN SIGMA BÜHLER MONTEC CONTRONIC HACH LANGE POLYMETRON RADIOMETER ANALYTICAL 13

Ottimizzazione della gestione dei fanghi Vasca Ossidazione: regolazione dell età età del fango A temperature più elevate è possibile Minore è l età del fango, minore è la un minore SRT quantità di Ossigeno per nitrificazione [d] 14 SRT aerobico [kg O 2 /kg BOD] 1,30 Richiesta O 2 12 10 8 6 Minimoi 4 per Nitrificazione 2 0 8 10 12 14 16 18 20 22 Temperatura [ C] 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 SRT [g] > 20 % AMERICAN SIGMA BÜHLER MONTEC CONTRONIC HACH LANGE POLYMETRON RADIOMETER ANALYTICAL 14

Ottimizzazione della gestione dei fanghi L età del fango Q Set point [kg/day] Controller t TS, required SF 3,4 1,103 = 1 (V /V D (15 T ) BB ) [ d] Volumen AER TS Temp TS Ottimizzazione SRT (età del fango) per ottenere efficienza del processo e RISPARMIO ENERGETICO V D Volume Denitrification V BB Volume aeration tank SF Safety factor for Nitrification T Temperature t TS, required Required SRT AMERICAN SIGMA BÜHLER MONTEC CONTRONIC HACH LANGE POLYMETRON RADIOMETER ANALYTICAL

Ottimizzazione della Linea Fanghi Scarico acque reflue civili ed industriali Ispessitore Digestore Anaerobico Disidratazione Fango essiccato I benefici dell analisi in continuo si evidenziano in particolar modo nella sezione di ispessimento, concentrazione e digestione per garantire sempre un apporto di fango sufficientemente concentrato: l'invio alle fasi successive di trattamento deve essere realizzato solo nel momento in cui il fango ha raggiunto una determinata concentrazione allo scopo evitare spreco di energia e volumi nella linea stessa Esempio: l invio del fango con la giusta concentrazione di solidi sospesi al digestore anaerobico è essenziale per ottimizzare il funzionamento dello stesso: i costi energetici per il mantenimento della temperatura crescono inutilmente quando Trasporto e Pretrattamenti si invia un fango troppo Sedimentazione diluito al processo; Trattamento Sedimentazione Sollevamento Esempio: i fanghi Grigliatura inviati alla fase di concentrazione primaria devono biologico esserea caratterizzati secondaria un certo valore Disinfezione di g/l alloe Ingresso scopo Impianto di sfruttare al massimo le prestazioni e le rese delle centrifughe; fanghi attivi scarico Dissabbiatura effluente Esempio: il consumo del polielettrolita additivato, per il trattamento con filtro presse e nastro presse, può essere razionalizzato

Ottimizzazione della Linea Fanghi Dewatering / Disidratazione Centrifughe - Concentrazione TSS uscita: 25. 35% - Consumo polimero: 4 8 kg / TS - Consumo energia: 1,8 2,2 kwh/m 3 Nastro presse - Concentrazione TSS uscita: 30. 45% - Consumo polimero: 4 5 kg / TS - Consumo energia: 1,2 kwh/m 3

Ottimizzazione della Linea Fanghi Controllo Dosaggio Polimero nella fase di Dewatering Q TS Ispessitore TS centrifuga concentrato t La misura della concentrazione dei solidi sospesi garantisce un informazione in tempo reale del carico entrante alle centrifughe flocculante

Ottimizzazione della Linea Fanghi Ottimizzazione del controllo Dosaggio Polimero - Dewatering Q TS Post Ispessimento TSS centrifuga TSS Dosaggio flocculante flocculante concentrato La misura della concentrazione dei solidi sospesi garantisce un informazione in tempo reale del carico entrante alle centrifughe Una misura della concentrazione di solidi sospesi a valle della centrifuga fornisce, con logica feedback, l informazione del rendimento del processo stesso

Ottimizzazione della Linea Fanghi Ottimizzazione del controllo Dosaggio Polimero - Dewatering Esempio: Impianto di depurazione in Germania Potenzialità Impianto: 130.000 AE Produzione di fango: 1200 m 3 / settimana con 2,5% sost.solida secca 30 t / settimana; 1560 t / anno Smaltimento fanghi: 52 / m 3 (agricoltura) Costo polimero: 4.1 / kg OTTIMIZZAZIONE Prima Dopo Consumo polimero: 11 kg / t SS 7.5 kg / t SS Concentrazione sost.secca: 32% 34 % Costo polimero: 70.365 47.910 Fango prodotto: 4.875 m 3 4.588 m 3 Smaltimento fanghi: 253.500 238.576 Savings Polimero: 22.386 / anno Smaltimento fango:14.924 / anno Tot: 37.310 / anno kg/k kg TSS 12 senza controllo con controllo 11 10 9 8 7 Consumo Polimero % TR 37 Senza controllo 36 con controllo 35 34 33 32 31 30 Concentrazione SS

Ottimizzazione della Linea Fanghi La misura dei Solidi Sospesi Fondamentale per assicurare l ottimizzazione del processo è avere a disposizione strumentazione di analisi da processo AFFIDABILE e caratterizzata da una bassa manutenzione Misura dei Solidi Sospesi Totali in continuo senza interferenza dal colore Lettura nefelometrica IR luce diffusa, a doppio raggio di lettura Possibilità di montaggio ad immersione e/o ad inserzione in by pass Ampi range di misura (fino a 500 g/l TSS) Con tergicristallo per autopulizia Nessuna calibrazione necessaria Nessun campionamento, lettura direttamente in vasca o ad inserzione in tubazione

Ottimizzazione della Linea Fanghi La misura dei Solidi Sospesi Installazione ad inserzione su tubazione Installazione ad immersione Estrazione sotto processo Con elevate concentrazione fanghi

Grazie per l attenzione!