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ACQUE, Archivio, WPR

Qualità On-Line delle Acque Reflue: il Sistema di Controllo “EarlyWarning” WPR (Water Pollution Rate index)

Applicazione di Soft Computing per il controllo “On-Line/Early Warning” della Qualità delle Acque Reflue  e del Trend dell’indicatore WPR, sulla base di misure on-line convenzionali (nei canali, in ingresso/uscita impianti, ecc.).

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Principio di Funzionamento: WPR (Water Pollution Rate Index) si ispira al più noto WQI (Water Quality Index), che è uno degli indici di qualità più usati, messo a punto nel 1970, da un centinaio di esperti della qualità dell’acqua, provenienti dall’EPA (Environmental Protecion Agency) e dall’NFS (National Sanitation Foundation). Infatti, con il WQI si misurano i cambiamenti della qualità dell’acqua in particolari tratti di un fiume e per paragonare la qualità delle acque anche in fiumi diversi. Su tale indice si basa anche il progetto globale di monitoraggio delle acque dei fiumi proposto dal GREEN (Global Rivers Enviroment Education Network).

WQIwaterWQI2Esempio di campionamento on-line e monito-raggio automatico delle acque in ingresso ed in uscita da impianti di depurazione. Nella figura a sinistra si evidenziano i campioni di acqua collocati in un area XY tra il rosso (bassa qualità) e il verde (buona qualità); nella figura a destra è evidenziato il confronto tra la traccia verde (acque reflue in ingresso) e la traccia azzurra (acque depurate in uscita) rispetto ad un riferimento normalizzato (linea rossa).

Componenti del Sistema WPR:

  1. Strumentazione analitica di misura on-line di parametri di qualità delle acque (pH, redox, OD, T, EC, torbidità, portata, ecc.);
  2. Centralina PLC/PC di elaborazione segnali e collegamento alla rete di Telecontrollo (SCADA);
  3. Accessori funzionali di installazione e funzionamento.

In generale, l’applicabilità dell’indice WPR si basa sul seguente approccio: per quanto riguarda le acque reflue civili o industriali, si è esteso il concetto dell’indice WQI (Water Quality Index) per le acque primarie,  tenendo conto che per queste ultime, l’attributo del Grado di Qualità non si riferisce solo al bilancio di concentrazione di sostanze più o meno indesiderate presenti (es. acque destinate all’utilizzo umano), ma anche al concetto di Idoneità all’Uso che se ne vuol fare, fermo restando la necessità di stabilire il “limite”di accettabilità rispetto al quale generare stati di allerta in tempo reale (Early Warning).

Per la caratterizzazione delle acque reflue sia grezze, che depurate, è quindi possibile utilizzare il tracciamento dei campioni on-line di acqua in termini di WPR su un piano di controllo XY (v. Fig.) nel quale sull’asse delle Y (WQI) vi è tracciata la qualità dell’acqua secondo il contenuto stimato di carico di sostanze inquinanti (SST, BOD, TDS, ecc.); lungo l’asse X (Qualità Complementare) la compatibilità ad es. rispetto alla trattabilità (se si tratta di acqua all’ingresso di un impianto di depurazione), piuttosto che sua alla immissione in un corpo idrico recettore (se si tratta di acqua depurata in uscita dall’impianto di depurazione) rispetto ai limiti normativi di riferimento. Con riferimento alla Fig. , il sistema di rilevazione della qualità delle acque proposto, riassume in un’unica traccia (verde per le acque in ingresso, azzurro per le acque in uscita) lo scostamento dal valore di riferimento (normalizzato) indicata da una linea rossa: in questo modo è possibile rilevare tempestivamente (Early Warning) situazioni perduranti di scarico anomalo.

In generale, l’applicabilità del concetto di “indice WPR” si basa sullo sviluppo dei seguenti principi:

  • I principio: acque appartenenti ad una “classe nota” (acque civili depurate): per la valutazione dell’intera gamma di parametri di qualità delle acque, si considera che tra i parametri di qualità delle acque naturali o pseudo-naturali esista un sottoinsieme di valori tali che, se sono fuori limite alcuni di essi, lo sono anche altri.
  • II principio: “indice di qualità” delle acque WQI applicabile alla classe di riferimento: si utilizza l’NSF-WQI (Water Quality Index), sviluppato negli Stati Uniti nel 1970 dalla Fondazione Nazionale della Sanità (NSF) per le acque naturali, apportando alcune correzioni attraverso l’introduzione di un Indice di Qualità Complementare che tiene conto di eventuali valori anomali dei parametri fondamentali, quali, ad esempio, il pH e la percentuale di ossigeno disciolto in condizioni di saturazione. In tal modo si è definito un Indice Bidimensionale di Qualità con carattere di oggettività. Per le acque reflue viene utilizzato il WPR (Water Pollution Rate index), indice derivato da un’appropriata base di conoscenza e che permette una misura on-line multi-clustering.
  • III principio: “individuabilità di un livello di qualità minima di riferimento”: attraverso i primi due principi è possibile individuare un insieme di riferimento rispetto al quale confrontare lo scostamento della qualità dell’acqua in ingresso e lo scostamento della qualità dell’acqua in uscita rispetto ad un valore minimo accettabile. In particolare lo scostamento dell’acqua in uscita è valutato rispetto ai limiti di legge.

La scala normalizzata utilizzata per il WQI (nel WPR) per la valutazione della qualità dell’acqua, va da 0 a 100, dove acqua di qualità max assumerà valore 100.

L’indice può essere valutato mediante rilevazione on-line di 9 parametri (otto chimici e uno batteriologico): BOD5, DO, pH, Temperatura (T), TDS, Torbidità, Azoto Totale (TN), Fosforo Totale (TP) and Coliformi Fecali (FC). Vista l’eterogeneità dei modi di esprimere i dati e la diversità delle unità di misura è impossibile un confronto tra questi e risulta altresì difficoltoso valutare l’importanza da attribuire ad ogni singolo parametro. Viene effettuata così una procedura di Normalizzazione che consiste nel trasformare i dati rilevati in valori confrontabili (Valore Q). Una volta calcolato l’indice WPR per l’acqua in uscita dall’impianto di depurazione verrà effettuato un confronto con i limiti di legge.

Operatività Target del Sistema WPR: sulla base delle misure on-line dei parametri analitici (di tipo elettrochimico, nefelometrico, ISE, ecc.) disponibili sul mercato a costi sostenibili, il Sistema WPR elabora l’indice bidimensionale  qualità, tracciando il trend su piano XY quotato (v.Fig.). In particolare, l’applicazione di WPR per le acque reflue grezze richiede in generale, l’utilizzo di misure on-line di potenziale redox (ORP), pH, temperatura dell’acqua, torbidità, livello nel collettore e/o portata idraulica), eventualmente (anche se più costosi) misure on-line di ammoniaca e nitrati (sensori ISE):

  • Monitoraggio delle Acque Reflue Grezze (in ingresso all’impianto di depurazione):

    WPR_in = Fuzzy [ORP, pH, T, EC, NTU, LV, Q]

L’applicazione di WPR per le acque reflue depurate richiede in generale, l’utilizzo di misure on-line di potenziale redox (ORP), torbidità, portata idraulica, eventualmente misure on-line di ammoniaca e nitrati (sensori ISE):

  • Monitoraggio delle Acque Reflue Depurate (in uscita dall’impianto di depurazione):

     WPR_out = Fuzzy [ORP, NTU, Q]

Le funzioni operative principali del Sistema WPR sono:

  • restituzione grafica e numerica dei valori degli indici di qualità delle acque;
  • confronto continuo tra gli indici di qualità e i limiti di riferimento;
  • segnalazione stati di pre-allarme (Early Warning) e allarme per superamento continuato dei limiti di riferimento;
  • archiviazione e gestione dei dati storici;
  • guida/Trouble Shooting  sul sistema WPR.

ASWR-Fuzzy-Logic-Water-Quality-Index-and-Importance-of-Water-Quality-Parame.pdf_2189

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Per Info:

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Informazioni su Giovanni Mappa

Ingegnere tecnologo/ricercatore senior, operante nell’ambito delle applicazioni reali dell’Ingegneria della Conoscenza finalizzate al Monitoraggio e Controllo dei Processi Ambientali/Energetici - Formatore KWI "Knowledge Working Interdisciplinare/Innovativo".

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