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
1970 1980 1990 2000 2010 2020 umero e tipologia delle specie inquinanti
presenza di sostanze xenobiotiche
uperfici per l allocazione degli impianti umero e tipologia delle specie inquinanti 1970 1980 1990 2000 2010 2020
difficoltà individuare zone dove ubicare gli impianti
uperfici per l allocazione degli impianti tandard di qualità degli effluenti depurati umero e tipologia delle specie inquinanti 1970 1980 1990 2000 2010 2020
REDIMETI DI RIMOZIOE VOLUMI E UPERFICI OCCUPATI
In affiancamento ai sistemi tradizionali sono state introdotte nuove configurazioni impiantistiche
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
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
IITEMA MBR Membrane biological reactor Impianto di Verziano Brescia 250,000 AE Funzionamento MBR Impianto con FA e MBR
ITEMA BR sequential batch reactor
ITEMA BR sequential batch reactors VACA BR
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
Tale approccio empirico è addirittura consigliato in diversi Paesi dell unione europea, nei quali si è soliti fare riferimento a specifiche norme standardizzate
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
Volumi di controllo 1 2
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
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Q R R V H e 1 2 1 1 = ν [ ] e e AUT Q H H Q V ν ε 0 4 0 4 = Q R R V O O AUT e 1 2 1 3 1 3 = 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 1 2 1 4 1 4 = εν ν 10. AA ee 2 BB ee CC = 0 D AUT H s Y Y Y A = ν ε εω ν ν 1 ]; [ 0 0 3 0 0 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 = [ ] 0 0 3 1 TKe TK O K Y C e AUT εω ω ω ν =
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
m 3 13000 COCETRAZIOE AZOTO TOTALE fase denitrificazione fase nitrificazione 12000 11000 11628,80181 10000 9000 10120,07454 9701,654231 8000 8195,557968 VOLUME 7000 6000 5000 6657,52221 5474,143044 4000 3000 2000 1000 1393,463784 1394,112789 1442,537553 1522,232384 1695,09161 1899,634662 0 5 10 15 20 25 mg
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
APPLICAZIOE umero di abitanti 28193 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
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 = 11560 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 = 12800 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
ITEMA MBR Membrane biological reactor fase di denitrificazione è stato previsto un ciclo di pre-denitrificazione biologica fase di nitrificazione combinata Fase con MBR
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
m 3 1200 COCETRAZIOE DI AZOTO TOTALE fase nitrificazione fase denitrificazione 1110 1100 1059,214143 1000 999,3064753 984,7268574 966,2766258 953,138365 900 800 VOLUME 700 600 500 400 300 200 100 91 97 103 111 117 125 0 5 10 15 20 25 mg
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
ITEMA BR sequential batch reactors Il ciclo è un unica vasca all interno della quale avvengono tutte le fasi
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
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 = 20000 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
COCLUIOI METODO AALITICO METODO EMPIRICO FAGHI ATTIVI MBR BR FAGHI ATTIVI MBR BR VOLUME [m 3 ] 14866 3184 16000 14326 6816 20000 UPERFICIE [m 2 ] ARIA DA IMMETTERE [m 3 /h] 3113 644 3528 3069 1274 4000 4799,90 7356 7925,54 3317,18 8272,97 8000,63
Grazie per l attenzione