Comune di Massa PROVINCIA DI MASSA CARRARA POTENZIAMENTO DELL IMPIANTO DI DEPURAZIONE IN LOCALITA LAVELLO. EFFICIENTAMENTO RESA ENERGETICA E DI PROCESSO PROGETTO ESECUTIVO REL1 Relazione tecnica generale Il Progettista Ing. Daniele Franceschini Consulenza specialistica Ing. Lucio Pezza CONTROLLO DI GESTIONE DATA PROGETTO Commessa REV N. DATA NOTE FIRMA CDC Articolo Codice POI/POT CUP CIG
Sommario Art. 1 L IMPIANTO ESISTENTE... 3 Art. 2 CARICHI INFLUENTI... 3 Art. 3 CARENZE PRINCIPALI DELL IMPIANTO E ESISTENTE... 4 Art. 4 INTERVENTI SULLA LINEA DI TRATTAMENTO SECONDARIO... 6 Art. 5 INSTALLAZIONE DI SFIORO DI PIENA IN USCITA DAI DISSABBIATORI, CON BY PASS DEI SEDIMENTATORI PRIMARI... 8 Art. 6 SISTEMAZIONE APPARECCHIATURE A SERVIZIO DEI DIGESTORI... 8 Art. 7 ADEGUAMENTO IMPIANTO DI DEPURAZIONE DEL COMUNE DI MASSA IN LOCALITÀ LAVELLO. 9 Pag. 2/10
Art. 1 L IMPIANTO ESISTENTE L impianto esistente è costituito dalla seguenti unità di trattamento: Linea liquami Pretrattamenti grigliatura grossolana e sollevamento di testa sollevamento allo scarico delle acque di pioggia eccedenti la portata ammessa al trattamento stacciatura fine, mediante due stacci rotanti tipo Hydrascreen dissabbiatura aerata Dopo i pretrattamenti, l impianto è suddiviso su due linee biologiche costituite come di seguito: linea 1: sedimentazione primaria, diametro 21.0 m, profondità 2.80 m, volume 970 mc; trattamenti secondari predenitro, 1.572 mc ossidazione nitrificazione, 1900 mc sedimentazione secondaria, due unità aventi ciascuna le seguenti caratteristiche: diametro 21.0 m, profondità periferica 2.8 m, volume 1.900 mc; linea 2: sedimentazione primaria, diametro 23.0 m, profondità 3.0 m, volume 1.245 mc trattamenti secondari predenitro, 1.572 mc ossidazione e nitrificazione, 2.110 mc sedimentazione secondaria, unità unica, diametro 29.2 m, profondità periferica 3.3 m, volume 2.200 mc Disinfezione finale (unica per le due linee), 404 mc Linea Fanghi ispessimento statico fanghi secondari, due vasche ciascuna di 129 mc due digestori anaerobici primari, ciascuno da 1.200 mc un digestore anaerobico secondario a tetto mobile da 800 mc una nastropressa Sernagiotto, larghezza nastro 2.0 m una filtropressa a piastre DM (120 piastre 120x120 cmq) Art. 2 CARICHI INFLUENTI Nell anno 2011 sono state rilevate le seguenti portate e concentrazioni in ingresso all impianto Pag. 3/10
2011 PORTATE (mc/30 dì) COD medio ingresso mg/l BOD medio ingresso mg/l NH4 medio in ingresso mg/l GENNAIO 399,150 273 n.p. 37.22 FEBBRAIO 356,860 382 n.p. 38.45 MARZO 365,970 208 n.p. 41.54 APRILE 325,940 538 150.00 46.62 MAGGIO 301,880 393 n.p. 50.72 GIUGNO 321,730 357 340.00 55.30 LUGLIO 331,040 1,061 n.p. 72.07 AGOSTO 348,420 846 730.00 82.00 SETTEMBRE 282,980 1,218 n.p. 66.27 OTTOBRE 270,480 590 n.p. 50.22 NOVEMBRE 270,350 682 n.p. 59.26 DICEMBRE 298,690 591 n.p. 46.80 MIN 270,350 208 150.00 37.22 MAX 399,150 1,218 730.00 82.00 MEDIA 322,791 595 406.67 53.87 TOT 3,873,490 Come si può notare, non c è una grande variabilità delle portate in ingresso fra mesi invernali e mesi estivi, mentre nel periodo estivo sono molto più alte le concentrazioni di COD e ammoniaca in ingresso. Art. 3 CARENZE PRINCIPALI DELL IMPIANTO E ESISTENTE Il presente progetto rappresenta uno stralcio di un più ampio intervento finalizzato a: Pag. 4/10
Risparmio energetico; Recupero energia dal biogas. L impianto tuttavia, ha urgente bisogno anche di altri interventi, oltre che di un generale revamping delle strutture e delle pertinenze. Infatti, elencando pressappoco in ordine di priorità, si evidenziano le seguenti esigenze: a) Potenziamento dei trattamenti ossidativi secondari e, in particolare, del sistema di aerazione del sistema a fanghi attivi; b) Sistemazione delle apparecchiature di servizio ai digestori (gruppo di miscelazione e riscaldamento fanghi); c) Sistemazione dei pretrattamenti: dissabbiatori a canale (sostituzione carriponte raschia fango), stazione di arrivo, grigliatura grossolana e sollevamento di testa; d) Potenziamento del sistema di disidratazione fanghi e copertura dell area di stazionamento cassoni; e) Messa a norma degli impianti elettrici. Il presente progetto, per motivi di capienza finanziaria, prende in esame solo il primi due di tali problemi: il potenziamento e la razionalizzazione del sistema di ossidazione sistemazione apparecchiature a servizio dei digestori. Affrontando tali problematiche, oltre a meglio garantire le esigenze di processo, si assicura anche un notevole risparmio energetico, che è l obiettivo principale del progetto generale. Infatti, il sistema attuale (turbine di aerazione superficiale, coadiuvate da flow-jet) oltre ad essere fortemente energivoro, non riesce più ad assicurare l ossigeno necessario alla nitrificazione, con il risultato che, molto spesso, viene superato il limite di 15 ppm, per lo ione ammonio in uscita. Il potenziamento dell ossidazione, per altro, non comprende anche l aumento del volume del reattore biologico, pur essendo quest ultimo appena sufficiente per i carichi di progetto. Infatti il volume del reattore biologico disponibile per utente, non variato dal presente progetto, è il seguente: Volumetria estiva disponibile: 7.000 mc Utenti serviti: 86.700 Volumetria disponibile per utente servito: 80 lt/ae Si tratta certamente di una volumetria estremamente ridotta (i parametri di letteratura vanno da 100 a 150 lt per utente servito) ma, tuttavia, ancora sufficiente alle alte temperature estive. Come dimostrato dai calcoli di processo, nell ipotesi di una temperatura della miscela aerata di 25 C (che si ritiene molto ragionevole) l impianto è ancora in grado di garantire sia la nitrificazione dell ammoniaca (purché ci sia ossigeno a sufficienza) che la denitrificazione dei nitrati. Occorre infine sottolineare che nelle verifiche di progetto, così come nel calcolo della volumetria disponibile per utente, non si è tenuto in nessun conto la presenza della sedimentazione primaria per quanto riguarda la riduzione del COD in ingresso al biologico. Quanto sopra per diversi motivi: 1. Perché le sedimentazioni primarie sono piuttosto sottodimensionate; 2. Perché comunque non hanno alcun effetto sulla riduzione dei composti azotati, il cui abbattimento costituisce il principale fattore limitante della potenzialità complessiva dell impianto; 3. Per garantirsi un margine di sicurezza. Tuttavia si è tenuto conto della sedimentazione primaria riducendo la concentrazione degli SST in ingresso al biologico dal valore di 578 ppm in ingresso all impianto, a 150 ppm riportato nelle tabelle di verifica del reattore biologico (abbattimento del 75% dei solidi sospesi totali). Tale dato influenza la quantità di fango di supero prodotto (a minori concentrazioni di SST in ingresso al biologico corrispondono minori quantità di fango di supero prodotto) e quindi, indirettamente, aumenta la potenzialità del reattore biologico in quanto, a parità di volumetrie e di concentrazione del MLSS, aumenta l età del fango. Pag. 5/10
Per quanto riguarda gli impianti elettrici, le nuove utenze di progetto saranno servite da una linea autonoma, staccata direttamente dalla cabina di trasformazione, in modo da avere un impianto elettrico nuovo per le nuove utenze, nettamente distinto dall impianto elettrico esistente, per la cui messa norma sarà necessario attendere altri finanziamenti. Infine, sono state incluse nel presente stralcio le opere necessarie allo sfioro delle acque in eccesso a valle dei pretrattamenti. Infatti, l insufficienza della tubazione di carico dei sedimentatori primari provoca, attualmente, in occasione delle piogge, il sistematico allagamento delle aree d impianto, il che non è ulteriormente ammissibile. Art. 4 INTERVENTI SULLA LINEA DI TRATTAMENTO SECONDARIO Come sopra accennato, ambedue le linee di trattamento secondario prevedono la possibilità di alimentazione della vasca di denitrificazione solo per pompaggio, mediante apposita stazione di sollevamento a valle della sedimentazione primaria. Le acque reflue a valle della sedimentazione primaria, infatti, possono accedere: a) a gravità, alla vasca di ossidazione; b) mediante pompaggio, alla denitrificazione. La denitrificazione, inoltre, è alimentata anche dalla miscela aerata presente in ossidazione, mediante apposite pompe di rilancio. Questo sistema, che costringe a sollevare più volte acque e fanghi in trattamento, secondo le previsioni del presente progetto viene sostanzialmente variato con il seguente criterio: La vasca di denitro viene trasformata in vasca di ossidazione, che sarà possibile alimentare sia a gravità che per pompaggio (vedi nel seguito), in parallelo all altra vasca di ossidazione, alimentata esclusivamente a gravità; Si farà fronte all assenza di una vasca dedicata specificatamente alla denitrificazione ricorrendo al processo di aerazione alternata, in cui si producono fasi alterne di anossia e ossidazione all interno della stessa vasca; Si realizzeranno una nuova entrata e una nuova via d uscita dalla vasca di denitro, a livello più basso dello sfioro attuale, in modo da rendere possibile il circuito idraulico a gravità anche attraverso le vasche di ex denitro che, ovviamente, in queste condizioni, dovranno operare con un battente idrico inferiore, e quindi con una perdita di volume utile di circa 500 mc per vasca contro un volume utile unitario di 1572 mc, a vasca piena; Sia le vasche di ex-denitro che quelle di ossidazione vengono attrezzate con una rete di distribuzione aria a bolle fini e compressori volumetrici asserviti ad inverter; Vengono realizzate nuove stazioni di rilancio fanghi secondari che saranno attrezzate mediante il riuso delle pompe di rilancio della miscela aerata dall ossidazione alla denitro, non più necessario. Di norma nel periodo invernale sarà possibile operare con il circuito di alimentazione a gravità delle vasche ex-denitro. In queste condizioni, la volumetria complessiva del reattore biologico sarà: primo lotto: a) ex-predenitro, Volume: 1.025 mc; b) Ossidazione nitrificazione: 1900 mc; secondo lotto: a) Predenitro, volume: 1.025 mc; b) Ossidazione e nitrificazione: 2.110 mc; Per un volume totale di 6.060 mc, pari a 110 lt per utente servito. Pag. 6/10
Quando necessario (certamente nel periodo estivo) è possibile aumentare la volumetria utile delle vasche di ex-denitro fino a 1.575 mc, con un aumento della volumetria complessiva di circa 1000 mc. Dai calcoli di processo allegati, risulta che la richiesta di ossigeno del reattore biologico (AOR) nelle condizioni di punta estiva è di 4.912 kg al giorno per linea. Richiesta complessiva: 9.824 kg/g. Adottando un coefficiente di trasformazione da AOR a SOR pari a 1.75 (certamente cautelativo, perché operando a basse concentrazioni di ossigeno, rispetto allo standard di 2.0 ppm la capacità di trasferimento dell ossigeno aumenta) la quantità di ossigeno da fornire diventa 17.192 kg/g. Prevedendo una resa di trasferimento ossigeno pari a 0.25, la quantità di aria da fornire alla punta estiva risulta pari a 10.233 mc/h. Tuttavia occorre tenere conto che, operando in condizioni di aerazione alternata, tale quantità di aria va fornita in un numero ridotto di ore. Pertanto, il sistema di produzione e distribuzione dell aria è stato dimensionato per una portata di 17.500 mc/h. Sono previste, infatti: n 4 soffianti da 2.500 mc/h, prevalenza 6.5 m (ex vasche di denitro) n 3 soffianti da 2.500 mc/h, prevalenza 4.5 m (vasche di ossidazione) n 2 soffianti di riserva come quelle a più bassa prevalenza (escluse dal presente progetto per problemi di capienza) Il circuito di distribuzione dell aria è stato integrato in modo che, in caso di necessità, le soffianti di maggiore prevalenza possano fornire aria anche alla rete a più bassa pressione. Mentre invece, per ovvii motivi, non sarebbe possibile il contrario. Le reti di distribuzione aria sono così dimensionate: n 380 piattelli porosi per le due vasche ex-denitro (volume unitario 1570 mc) in grado di erogare fino a 12 mc/h per piattello. Portata massima erogabile per vasca 4.560 mc/h n 512 piattelli porosi per ciascuna delle due vasche esistenti di ossidazione (circa 2.000 mc), in grado di erogare fino a 6.144 mc/h per ciascuna vasca. Portata massima complessiva erogabile: 21.408 mc/h. Complessivamente, non può dirsi che la rete di distribuzione aria sia stata dimensionata con larghi margini di possibilità di erogare maggiori portate. Con tutte le soffianti in funzione, la portata unitaria per piattello poroso risulta pari a 9.8 mc/h per piattello. Tale dato è la diretta conseguenza del carico ancora elevato cui è sottoposto il reattore biologico: 110 lt di volumetria disponibile per utente servito. Occorre sempre considerare, tuttavia, che i carichi di cui sopra sono riferiti al carico medio mensile dei mesi estivi (luglio e agosto) moltiplicati per un coefficiente pari a 1.2. In pratica, si ritiene che i carichi di punta cui si è fatto riferimento per il dimensionamento della rete aria non saranno raggiunti per più di 20 giorni all anno. Come si vede dalle verifiche di processo allegate, invece, la richiesta di ossigeno nelle condizioni di funzionamento invernali è circa la metà di quella estiva e, quindi, parallelamente, c è una proporzionale riduzione dell utilizzo sia della batteria di compressori che della rete di distribuzione aria. La densità di piattelli porosi per le vasche costituenti il reattore biologico, secondo le previsioni di progetto, risulta: Vasche ex-denitro: 1.8 piattelli a mq Vasche di ossidazione: 1.0 piattelli a mq Pag. 7/10
La densità effettiva è comunque, praticamente doppia di quella sopra indicata, perché a causa dei raccordi inclinati fra soletta di fondo e pareti verticali non è possibile disporre piattelli porosi su tutta la superficie in pianta della vasca. Per quanto riguarda i trattamenti secondari, è stata inoltre prevista la ricostruzione ex-novo delle stazioni di rilancio fanghi secondari, una per ognuna delle due linee di trattamento. In tali stazioni verranno installate le pompe esistenti attualmente utilizzate per il rilancio del mixed liquor nitrificato in denitrificazione, non più necessarie essendo prevista l adozione del processo ad aerazione alternata. Per la realizzazione delle linee idrauliche secondo i nuovi circuiti di funzionamento sono state sfruttate al massimo le linee esistenti; tanto che, a parte gli interventi per l inserimento di organi di controllo e manovra sulle vecchie linee, le sole linee da costruire ex novo sono: la linea di distribuzione aria (insistente nella versione attuale) la linea di by-pass e sfioro delle portate di piena (inesistente nella versione attuale) le linee di rilancio fanghi di supero nella nuova configurazione. Art. 5 INSTALLAZIONE DI SFIORO DI PIENA IN USCITA DAI DISSABBIATORI, CON BY PASS DEI SEDIMENTATORI PRIMARI Come sopra accennato, il circuito attuale del liquame in ingresso prevede che dopo la sedimentazione primaria le acque accedano: a una vasca per il sollevamento in denitrificazione, da trasformare in ossidazione; a gravità, direttamente alla vasca di ossidazione, secondo il circuito idraulico originario dell impianto. In tempo di pioggia, l aumento della portata e, quindi, delle perdite di carico lungo la tubazione di alimentazione del sedimentatore primario, provoca un aumento del livello idrico nel pozzetto di uscita dalla dissabbiatura e carico per la sedimentazione primaria, con sversamento di liquami sui piazzali. Il presente progetto prevede, pertanto, l installazione in tali pozzetti d uscita di sfioratori verticali a calice, con tubazione di allontanamento e scarico delle portate in eccesso. Tramite saracinesche di regolazione e venturimetro sulla tubazione di scarico sarà possibile regolare la portata che si vorrà inviare allo scarico dopo i pretrattamenti, in tempo di pioggia. Art. 6 SISTEMAZIONE APPARECCHIATURE A SERVIZIO DEI DIGESTORI Il presente progetto prevede infine: Interventi di riabilitazione edilizia per l esistente edificio tecnologico a servizio dei digestori; La completa sostituzione del circuito riscaldamento fanghi: caldaia, scambiatore, pompe di circolazione; La riattivazione del sistema di miscelazione digestori mediante insufflazione del gas biologico sul fondo dei digestori mediante smontaggio, invio alla casa costruttrice (MAPRO international) che revisionerà le apparecchiature (filtro a cartuccia in ingresso, compressore biogas, valvole Barksdale di sicurezza tagliafiamma e pressione massima in mandata ) fornendo nuova garanzia ATEX. Le somme relative a tali lavorazioni sono state inserite fra quelle a disposizione. Pag. 8/10
Art. 7 ADEGUAMENTO IMPIANTO DI DEPURAZIONE DEL COMUNE DI MASSA IN LOCALITÀ LAVELLO 1. Elenco apparecchiature ed altri prezzi a forfait di progetto ITEM N Macchina Pot. unitaria inst. kw 103 2 Reti diffusori porosi a bolle fini nelle ex vasche di denitro, ciascuna composta da 380 piattelli porosi con membrana in epdm, portata ammessa: 5-12 mc/h 104 4 Reti diffusori porosi a bolle fini nelle esistenti vasche di ossidazione, ciascuna composta da 256 piattelli porosi con membrana in epdm, portata ammessa: 5-12 mc/h 105 2+2R Soffianti volumetriche insonorizzate per ex vasche di denitro, portata 2500 mc/h, pressione differenziale 6500 mm 106 3 Soffianti volumetriche insonorizzate per vasche di ossidazione e nitrificazione, portata 2500 mc/h, pressione differenziale 4500 mm 107 2 Paratoie in acciaio inox AISI 304, a tenuta su quattro lati, dimensioni luce di passaggio 800 mm x 800 mm, altezza piano di servizio su baricentro luce di passaggio: 6500 mm, manovra manuale a volantino 109 4+2R Pompe sommerse ricircolo fango attivo, con piede d accoppiamento: Portata 140 mc/h, prevalenza 4.50 m (Si riutilizzano le pompe esistenti di rilancio della miscela aerata dalle ossidazioni alle denitrificazioni) Flygt CP 3152 110 2+2R Pompe sommerse rinvio fango di supero, con piede d accoppiamento: Portata 48 mc/h, prevalenza 6.0 m 75 55 8.8 2.52 2. Elenco strumentazione di processo ITEM N Strumentazione 1001 3 Misuratori registratori di portata in pressione a effetto Doppler, DN 400 mm 1002 4 Misuratori registratori in continuo di Ossigeno disciolto e temperatura da installare nelle quattro vasche di ossidazione, le due esistenti e le due ex-denitro da trasformare in ossidazione Pag. 9/10
3. Elenco apparecchiature per Riabilitazione Digestori Impianto in località Lavello del Comune di Massa ITEM Numero Descrizione sintetica Potenza unitaria inst. KW 1001 1 Stazione preparazione e dosaggio poli 0.22+2x0.18+2x0.25 1002 1 Pre-ispessitore dinamico fanghi secondari 0.37+0.75 1007 1 Caldaia con bruciatore a biogas e gasolio Potenzialità 160.000 kcal/h 1008 1 Scambiatore di calore acqua fanghi, potenzialità 160.000 kcal/h, Delta T fanghi 4 C, Delta T acqua 20 C 1009 2 Pompe circolazione fanghi nel circuito di riscaldamento, Portata 40 mc/h, prevalenza 15.0 m 1010 2 Pompe circolazione acqua nel circuito di riscaldamento, Portata 15 mc/h, prevalenza 6.0 m 1011 1 Valvola miscelatrice a tre vie, per regolazione automatica temperatura, asservita a termostato 1012 1 Misuratore di portata biogas, Portata orientativa del biogas 20-30 mc/h, pressione ambiente 7.5 0.5 Pag. 10/10