Calcolo/Verifica dei Processi di Trattamento Biologico delle Acque Reflue

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Applicazioni  di ALGORITMI di Calcolo e Simulazione in ambito Ambientale

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DAX – Guida Operativa/Trouble-Shooting per la Digestione Anaerobica

Fig2Fig1DAX

Guida Interattiva Operatore per la Gestione “Early-Warning” della Digestione Anaerobica  finalizzata alla Massimizzazione della Produzione di Biogas

Si tratta della procedura  software di “trouble-shooting DAX finalizzata a supportare gli operatori del processo di digestione anaerobica nella identificazione precoce dei problemi di funzionalità e nello sviluppo di azioni di intervento correttivo. In particolare, il sistema DAX è caratterizzato da una Base di Conoscenza Inferenziata” (Knowledge Based System), sviluppata su supporto informatico e in grado di interagire sia “off-line” con gli operatori del controllo del processo di digestione anaerobica, sia “on-line” con il sistema di monitoraggio EarlyWarning (FDA), per la individuazione precoce di possibili criticità o anomalie, nonché per la definizione diagnostica e nella scelta delle azioni correttive operative più idonee. Infatti, il processo di digestione anaerobica dei fanghi è un processo biologico che può presentare instabilità. Queste derivano dalla natura del processo stesso di degradazione, che è caratterizzato da una catena trofica di microrganismi operanti in serie. Le popolazioni batteriche in fondo alla catena, in particolare gli acetogeni (che producono acido acetico a partire da acido butirrico e propionico) ed i metanogeni acetoclasti (che producono CH4 e CO2 a partire dall’acido acetico), sono le popolazioni più sensibili alle variazioni ambientali, per cui essi possono bloccare le reazioni terminali della degradazione dei fanghi. Pertanto, una delle cause più frequenti di instabilità del processo di digestione anaerobica, è quella legata all’inibizione dei batteri metanogeni dovuta all’eccesso di acidi grassi (VFA).

Il Sistema DAX è organizzato secondo differenti tipologie di interazione “Input/Output”, nel senso che è possibile interagire con esso in maniera flessibile, sia con dati input di tipo quantitativo derivanti ad es. dal monitoraggio di “routine”, da misure dirette (temperatura, pH,ecc.), ovvero di concentrazione di Acidi Volatili, l’Alcalinità totale, la %CH4, di %CO2 e di %H2 nel biogas, ecc., sia con informazioni di tipo qualitativo derivanti ad es. da osservazioni visive di routine o occasionali, in relazione alla rilevazione di un evento anomalo.

Contenuti e Aree Tematiche del Sistema di Trouble-Shooting: i contenuti di conoscenza del Sistema DAX sono distribuiti per aree tematiche e riguardano principalmente le problematiche legate al verificarsi di:

  • Condizioni di Instabilità di processo
  • Stato Funzionale Componenti e Apparecchiature Elettromeccaniche
  • Gestione dei Transitori del Processo (ri/avviamento)

Per quanto riguarda le instabilità del processo, queste si possono riassumere come derivante da cinque possibili cause:

  1. Sovraccarico Organico (Idraulico)
  2. Sovraccarico Tossico
  3. Bassa Temperatura
  4. Shock di Temperatura
  5. Formazione di Schiume nel digestore e/o nel surnatante

In particolare, in condizioni di sovraccarico organico i batteri acidogeni, caratterizzati da una veloce cinetica di accrescimento, danno luogo ad una maggiore produzione di acidi volatili che non possono essere degradati altrettanto velocemente dai batteri acetogeni (OHPA – Obligate Hydrogen Producing Acetogens), pertanto si ha inevitabilmente un accumulo di acidi volatili nel sistema. Tale accumulo, se il potere tampone non è sufficiente ad evitarlo, provoca variazioni di pH e della concentrazione di acidi volatili in dissociati, tali da inibire l’attività dei metani geni. I parametri che influiscono maggiormente sul sovraccarico organico e/o idraulico sono l’età del fango (se inferiori ai 10 gg) e la percentuale di solidi nell’alimentazione (se superiore al 4%). In condizioni di sovraccarico tossico, si verifica una situazione analoga alla precedente: anche in presenza di sostanze tossiche si verifica un accumulo di acidi volatili, in quanto l’effetto di inibizione si manifesta prevalentemente sui microrganismi metanogeni più che sugli acidogeni, che continuano a metabolizzare il substrato producendo acidi volatili. I parametri che influiscono maggiormente sulle condizioni di sovraccarico tossico sono la concentrazione di N-NH4 nell’influente, la presenza di tossici organici e la scomparsa del caratteristico odore dell’idrogeno solforato. Quest’ultimo parametro può essere sintomo della presenza di elevate concentrazioni di metalli pesanti o alcalino terrosi (che sono tossici per i metano geni). Infatti, normalmente il biogas contiene piccole quantità di H2S, la sua scomparsa vuol dire che esso ha formato solfuro di metallo insolubile. I rimedi più utilizzati sono: la rimozione del tossico dallo scarico, diluizione al di sotto del livello di inibizione, formazione di complessi insolubili o di precipitati. Sia una diminuzione che uno shock di temperatura (variazioni di 1-2°C in un intervallo di tempo di 10-15 giorni) comporta un accumulo di acidi volatili, poiché i microrganismi metanogeni sono più sensibili alla temperatura rispetto agli acidogeni. Oltre alla temperatura all’interno del digestore e alle sue variazioni, l’età del fango. La formazione di schiume nel digestore è un’altra situazione abbastanza frequente, essa comporta una diminuzione del volume utile del digestore e quindi, del tempo di residenza idraulico, provocando un tipo di sovraccarico idraulico con le medesime conseguenze del sovraccarico organico.

DAX anaerobic digestion  Trouble-Shooting

Fig3

Allo stato attuale non esiste un sistema di monitoraggio sostenibile, in grado di restituire informazioni dirette sull’alcalinità ALK e sul tenore degli acidi grassi volatili VFA. Con l’applicazione DAX l’alcalinità (ALK) può però essere ricavata indirettamente mediante lo sviluppo di Sensori Virtuali Software (v. FDA), in grado di stimare parametri non direttamente misurabili (ALK, VFA) e che utilizzano comuni sensori on-line, in genere presenti negli impianti di biogas, come il pH, il potenziale redox (ORP), Temperatura (T) e la Conducibilità (EC).

 

Parametri di Stabilità del Processo DA – I principali fattori che influenzano la digestione anaerobica sono tipicamente il pH, la temperatura (shock di temperatura), le concentrazioni di nutrienti (di ammoniaca) e di sostanze tossiche organiche. Tra questi, (per l’influenza che esercita nello sviluppo del processo) può essere incluso nella tipologia e nello stato di agitazione della miscela in digestione, la formazione di schiume e la scomparsa del caratteristico odore dell’idrogeno solforato da biogas. La digestione anaerobica si svolge attraverso una catena metabolica che, partendo da composti carboniosi complessi, conduce a intermedi metabolici più semplici, fino alla produzione di acidi grassi volatili (fase acidogena), poi ridotti a metano nella fase metanigena.

La reazione di metanazione è la reazione più lenta e condiziona l’intera velocità del processo: se si mantiene l’equilibrio tra la quantità di acido acetico prodotta nella fase acidogena e la quantità metabolizzata a metano, si parla di condizioni metanigene stabili. Diversamente, l’accumulo di acido acetico non ancora metabolizzato a metano determina un rallentamento dei processi, tossicità per i batteri metanigeni, acidificazione del mezzo e, in certe condizioni, anche blocco del digestore e della produzione di biogas. Per favorire le condizioni metanigene stabili, si bilancia il rapporto tra materiale già digerito, il digestato, e materiale fresco ancora da decomporre. Il digestato funge da inoculo fornendo batteri metanigeni acclimatati e contribuisce a tamponare l’acidità dovuta alle prime reazioni di degradazione della sostanza organica. I valori di carico organico dei digestori non dovranno superare, a seconda del materiale introdotto, valori di 2-6 [kg SV/m3*d] per processi in digestori completamente miscelati. I parametri chimici di processo vengono determinati sul materiale prelevato nell’ambiente di reazione (digestore) per verificare il perdurare di condizioni metanigene stabili.

I principali parametri di processo comunemente considerati sono i seguenti:

  • Acidi grassi volatili (VFA): acidi organici prodotti nel corso della degradazione della sostanza organica. La concentrazione di VFA (Volatile Fatty Acid) è espressa come concentrazione di acido acetico nel volume di materiale [mg/l], dipende dalla quantità e qualità del materiale caricato nel digestore e dall’equilibrio tra batteri acidogeni e batteri metanigeni. Come parametro di stabilità non viene assunta la concentrazione assoluta, ma le variazioni di concentrazione: incrementi repentini di concentrazione indicano che il processo volge verso la fase acidogenica piuttosto che metanogenica. In generale, un incremento degli VFA è conseguente all’aumento del carico organico da trattare.
  • Alcalinità (Alk): rappresenta la capacità del sistema di accettare protoni ed è espressa come concentrazione di carbonato di calcio. L’alcalinità di un digestore anaerobico è determinata dalla coesistenza di ammoniaca, originata dalla degradazione proteica, e bicarbonato, derivato dalla dissoluzione dell’anidride carbonica (CO2) nel mezzo, che formano un sistema in grado di tamponare l’abbassamento del pH dovuto dall’accumulo degli acidi grassi volatili.
  • Rapporto VFA/Alk totale: la concentrazione di VFA e l’alcalinità ALK sono due parametri molto sensibili alle variazioni del sistema e il rapporto è diagnostico di condizioni di instabilità. Valori intorno a VFA/Alk £ 0,3 indicano un’operatività stabile del digestore, mentre valori superiori possono indicare l’accumulo di VFA e l’insorgere di problemi di stabilità. Il rapporto VFA/Alk ha significato diagnostico in quanto descrive la dinamica tra materiale già digerito (alcalinità rappresentata da ceneri e ammoniaca) e materiale fresco in via di degradazione (AGV). Valori di rapporto VFA/Alk totale superiori indicano spesso una sovralimentazione del digestore.
  • Concentrazione di ammoniaca NH3 (v. Par.6.1): l’ammoniaca è prodotta durante la degradazione delle proteine. Un’alta concentrazione (> 3.000 mg/l) di ammoniaca può inibire i batteri sia acidogeni, sia metanigeni. La presenza di ammoniaca è comunque importante per tamponare il sistema dentro al digestore e compensare l’accumulo di acidi grassi volatili mantenendo un pH stabile.
  • pH: il suo valore dipende dai parametri visti in precedenza: concentrazione di acidi grassi volatili (VFA), ammoniaca (NH3), alcalinità (Alk). In un digestore in fase stabile il valore di pH dovrebbe aggirarsi intorno a 6,5÷8. Cadute del valore di pH sotto 6,5 indicano un accumulo di acidi grassi volatili (spesso a causa della sovralimentazione del digestore).

Per quanto riguarda lo stato funzionale componenti e apparecchiature elettromeccaniche il Sistema di Trouble-Shooting DAX contiene una serie di informazioni correlate  “Indicatori/Osservazioni”, “Probabili Cause”, “Verifica e Monitoraggio”, “ Soluzioni”, a partire da eventi del tipo qui di seguito riportato:

  • Aumento del Rapporto Acidi Volatili/Alcalinità VA/Alk
  • Incremento della concentrazione di CO2 nel biogas
  • Il pH incomincia a diminuire mentre la CO2 aumenta fino al punto (42-45%) che non si ha più fiamma dalla torcia
  • La qualità del surnatante di ritorno dal processo è bassa e tale da causare disturbi
  • Il surnatante proveniente da entrambi i digestori primario e secondario ha un odore sulfureo
  • Presenza di schiume nel surnatante dal digestore primario (o dal digestore a singolo stadio)
  • Il fango del fondo digestore è troppo diluito o il punto di smaltimento troppo piccolo
  • La temperatura del fango è in diminuzione e non si riesce a mantenere al livello di normalità
  • La temperatura del fango è in crescita
  • La pompa di ricircolo non sta funzionando; l’impianto di riscaldamento sta funzionando
  • Le linee di alimentazione del mixer gas si stanno otturando
  • Usura del riduttore sul mixer meccanico
  • Perdita di olio dal mixer meccanico
  • Usura delle parti interne del mixer meccanico
  • Squilibrio delle parti interne a causa di accumulo di detriti sulle parti mobili del mescolatore meccanico (giranti o turbine di grande diametro ne risentirebbero di più)
  • Il movimento di rotolamento della coltre di schiuma è basso o assente
  • La coltre di schiuma è troppo spessa
  • La coltre di schiuma è troppo spessa
  • I boccagli dei mixer non si operano adeguatamente in superficie
  • Il gas fuoriesce attraverso la valvola di sicurezza (PRV) sul tetto
  • Il manometro segnala che la pressione del gas è sopra il livello di normalità
  • Il manometro segnala che la pressione del gas è sotto il livello di normalità
  • La valvola di regolazione della pressione non si apre all’aumentare della pressione
  • Fiamma di colore giallastro dalla torcia
  • Contatore di gas guasto (tipo a elica o a lobi)
  • Contatore di gas guasto (tipo a soffietto)
  • Pressione del gas più elevata del normale in condizioni ambientali di gelo
  • Pressione del gas più bassa del normale
  • Perdite dalle coperture metalliche
  • Sospetto di uscite di gas sospette dal copri ferro
  • Copertura mobile inclinata con poca o nessuna presenza di schiume lungo i bordi
  • Copertura mobile inclinata con molta presenza di schiume lungo i bordi
  • Copertura bloccata anche se i rulli e le guide sono liberi

Per quanto riguarda la gestione dei transitori del processo, il Sistema di Trouble-Shooting DAX le procedure nelle situazioni (anche di rischio) riguardanti l’avviamento del processo di digestione:

  • Riempimento
  • Riscaldamento
  • Inoculazione
  • Carico di Fango Fresco
  • Agitazione della massa
  • Gestione della Temperatura
  • Gestione del Gas Biologico
  • Gestione del Funzionamento (impianti a singolo o più stadi)
  • Gestione dei Controlli
  • Eliminazione delle croste galleggianti

Logica di Consultazione del Sistema: la logica di consultazione del Sistema DAX è estremamente flessibile e fa riferimento a 4 livelli informativi di base, in relazione a ciascuna delle possibili anomalie:

  1. Osservazione/Rilevazione di parametri
  2. Analisi Possibile Cause
  3. Verifica e Monitoraggio 
  4. Azioni Correttive

È possibile consultare il Sistema DAX partendo da uno qualsiasi dei precedenti 4 livelli e “navigare” in maniera trasversale rispetto agli altri livelli. E’ possibile ad es. rilevare direttamente dal Sistema Real-Time FDA un “EarlyWarning” di instabilità di processo legata ad un incremento di acidità volatile (VFA) e dover decidere se operare in maniera semiautomatica con il dosaggio di calce, piuttosto che con bicarbonato, o altro. È possibile altresì consultare off-line il Sistema DAX partendo dal considerare le azioni correttive che è possibile attuare, per riscontrare “quando” e ”come” (rispetto a quale anomalia e rilevazione di parametri) esse devono essere attuate.

 

DAX è un sistema di “allerta precoce” circa il non corretto funzionamento del processo di digestione anaerobica  permette di rilevare anticipatamente eventuali variazioni degli parametri/indicatori dell’andamento del processo DA, così da poter bilanciare automaticamente ad es. il carico organico del digestore.

 

(richiedi informazioni: g.mappa@anovastudi.com)

 

Trattamenti/Tecnologie e Software per la Riduzione dei Fanghi (richiedi info)

biosolids1Minimizzazione della produzione dei fanghi: tecnologie innovative disponibili e valutazione di fattibilità.

  • Analisi Pro/Contro delle Tecnologie Convenzionali/Innovative disponibili

  • SWT-TRF: Software per il Calcolo/Verifica Linea Trattamento Fanghi 

 

1- Trattamenti Convenzionali

2- ISPRA09-Fanghi

3- Tecnologie Riduzione Fanghi

4- TRF – Tesi Matteo_Canato

Soluzioni e prospettive per la valorizzazione o lo smaltimento dei fanghi di depurazione

 

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:

SWT-FNT: Modello di Calcolo/Verifica dei Pre-Trattamenti di Ossidazione Chimica FENTON per il Miglioramento della Biodegradabilità dei Liquami.

FNT-COD-MBAS FENTON-COD-MBAS

Modello di Calcolo/Verifica Pre-Trattamento di Ossidazione Chimica FENTON per il Miglioramento della Biodegradabilità (BOD/COD), l’abbattimento del COD e dei Tensioattivi Anionici (MBAS) dai Liquami Industriali.

Il processo FENTON è un trattamento di Ossidazione Chimica Avanzata (AOP) basato sull’utilizzo di un reattivo costituito da perossido di idrogeno (H2O2) e sali di ferro (FeSO4) in ambiente acido, che trova applicazione da diversi anni nel trattamento degli scarichi industriali con un’elevata (o molto elevata) concentrazione di COD, tensioattivi e contenenti una varietà di componenti tossici come ad esempio benzene, toluene, PCD, ecc..

Henry J. Fenton nel 1894, notò per la prima volta che l’H2O2, in presenza di sali di ferro, si dissociava dando radicali idrossilici, e applicò questa tecnica per ossidare l’acido tartarico. Nel secolo seguente, le reazioni correlate a questa tecnica sono diventate di grande interesse per la loro rilevanza nella chimica biologica, nella sintesi, nella chimica delle acque, e nel trattamento di rifiuti pericolosi. Soprattutto in questi ultimi decenni è stata riconosciuta l’importanza del radicale (OH·) nelle reazioni nell’ambiente naturale, nei sistemi biologici e nei sistemi chimici.

Gli argomenti trattati nel Workbook che accompagna il software SWT-FTN sono i seguenti:

  1. Generalità sul Processo FENTON
  2. Descrizione del Processo
  3. FENTON come Pretrattamento a monte del processo biologico
  4. Campi di Applicazione Tipici del FENTON
  5. Modelli Cinetici di Reazione FENTON e Dosaggi dei Reagenti
  6. Dosaggi dei Reagenti (H2O2+FeSO4)
  7. Il Modello di Calcolo WWT-FENTON
  8. Efficienza di Rimozione del COD e dei Tensioattivi MBAS
  9. Guida all’Uso del Software di Calcolo SWT-FNT

Vedere anche:

FENTON: Sistema Automatico di Controllo della “Compatibilità” dei Reflui Industriali e Speciali per il Trattamento Depurativo Biologico

Per info:

SWT-MBR: Modello di Calcolo/Verifica/Simulazione di Processi di Depurazione Nitro-Denitro con MBR (i) – BioReattori a Membrane Immerse

MBR MBRinterfRep

Reattori Nitro-Denitro a Membrane immerse: Modello Software di Calcolo, Verifica e Simulazione: + Caratterizzazione COD e Qualità Effluente; Capacità Depurativa Residua; + Risparmio Energia Aerazione con ODmin; + Report di Stampa Calcoli di Processo

Con l‘introduzione, nell‘ultimo decennio, di limiti normativi sempre più restrittivi per lo scarico dei reflui trattati (D. Lgs. 152/2006) o il loro riutilizzo per scopi irrigui e industriali (D. Lgs. 185/2003), si è reso necessario operare interventi di up-grade o di adeguamento degli impianti di depurazione esistenti e l‘utilizzo di tecnologie innovative in grado di assicurare maggiori efficienze depurative. Sono molti infatti, gli impianti di depurazione esistenti che necessitano di un potenziamento per rientrare nei nuovi limiti allo scarico o perché sovraccaricati o per entrambe le cause. Soprattutto dove lo spazio disponibile è limitato, la scelta va orientata verso tecnologie che permettano di ottenere elevate rese depurative con ingombri limitati, come nel caso delle tecnologie dei Bioreattori a membrana MBR (Membrane Biological Reactor): si tratta di sistemi costituiti in sintesi, dall’accoppiamento di un sistema biologico a fanghi attivi con un sistema di filtrazione su membrana, per la separazione della biomassa. L’alta efficacia filtrante delle membrane permette il mantenimento di concentrazioni di fanghi notevolmente superiori ai valori possibili nei sistemi tradizionali, accrescendo quindi la capacità depurativa del sistema con l’aumento dell’età del fango e conseguente riduzione della quantità di fango da smaltire. Altresì consente il rispetto dei limiti batteriologici senza dover ricorrere ai trattamenti di disinfezione.

In generale, l’impianto MBR è particolarmente indicato quando:

  • è richiesta un’elevata qualità dell’effluente (es. scarico in aree sensibili),
  • è necessario un basso contenuto di SST,
  • s’intende riutilizzare l’acqua depurata (ad esempio per scopi irrigui),
  • vi è la disponibilità di uno spazio ridotto.

Il sistema MBR può essere facilmente integrato in uno schema di impianto tradizionale in sostituzione della fase di sedimentazione e disinfezione. Il ciclo standard di trattamento si svolge attraverso vari comparti quali: sedimentazione primaria, aerazione, filtrazione liquami. Il funzionamento automatizzato delle varie apparecchiature elettromeccaniche è gestito da un pannello di controllo locale.

Gli MBR trovano oggi sempre maggior applicazione nel trattamento di reflui civili e industriali, grazie anche alla progressiva riduzione dei costi delle membrane, ma la progettazione di impianti a scala reale resta piuttosto empirica, a causa della complessità nell’interpretazione delle interazioni tra la biomassa e le membrane filtranti.  Ciò si traduce inevitabilmente in maggiori costi d’investimento ed operativi rispetto agli impianti convenzionali a fanghi attivi, principalmente a causa della necessità di provvedere al contenimento del fouling delle membrane.

I vantaggi della tecnologia MBR rispetto ai tradizionali sistemi a fanghi attivi si possono così sintetizzare:

  1. migliore qualità dell’effluente finale, dato che la membrana agisce come una barriera per solidi sospesi e microrganismi, eliminando la necessità di ulteriore filtrazione e della disinfezione dell’effluente finale;
  2. poter raggiungere e mantenere nei reattori concentrazioni di biomassa molto più alte (fino a 20 g/L) rispetto a quelle normalmente possibili con i trattamenti convenzionali. Ciò riduce in maniera sostanziale il volume del reattore biologico e migliora l’efficienza del trattamento, dato che una maggiore concentrazione di biomassa e un SRT (Solids Retention Time) più alto determina una degradazione più rapida e completa dei nutrienti e dei substrati organici;
  3. gestire il processo biologico in maniera totalmente indipendente dalle fluttuazioni di carico idraulico entro il massimo flusso ammesso dalla membrana;
  4. età del fango più alta implica una minore produzione di biomassa, dato che la crescita dei microrganismi è inversamente proporzionale all’età del fango (produzione di fango nell’ordine di 0,04-0,1 kg per ogni kg COD rimosso) mentre lo stesso parametro per il processo dei fanghi attivi tradizionale varia nell’intervallo 0,6-1,0 kgSS/kgCOD;
  5. minori impegni di superficie per il trattamento dei reflui, data la possibilità di sviluppare in altezza l’unità biologica e l’eliminazione del sedimentatore secondario, normalmente di notevoli dimensioni;
  6. separazione dei solidi su membrana non influenza da eccesso di batteri filamentosi (bulking), fenomeni di risalita dei fanghi (bulking) e altri problemi di sedimentabilità.

Gli svantaggi della tecnologia MBR rispetto al trattamento biologico tradizionale sono costituiti da:

  1. maggiori costi di investimento e più elevati consumi energetici a causa soprattutto della necessità di aerazione delle membrane (per la configurazione submerged) e di riciclo del ritenuto (per la configurazione side-stream). La differenza risulta molto meno significativa a parità di qualità dell’effluente finale, cioè se si confronta il processo MBR con un trattamento tradizionale secondario e terziario (entrambi gli stadi vengono di fatto sostituiti dal sistema MBR);
  2. necessità di grigliare il refluo in ingresso con microstacci di dimensioni 1-2 mm per evitare intasamenti delle membrane da parte di materiale fibroso, capelli, ecc.;
  3. marcata diminuzione del fattore di scambio dell’ossigeno tra fase gassosa e fase liquida a causa della elevata concentrazione di solidi in vasca. Se si considera che il sistema di aerazione utilizzato per la pulizia delle membrane sommerse fornisce bolle d’aria grossolane, la cui efficienza di trasferimento è bassissima, risulta evidente che il consumo energetico viene ulteriormente incrementato;
  4. conoscenze relative ridotte sulla vita della membrana (7-10 anni), e quindi dei costi derivanti dalla sostituzione periodica della stessa;
  5. perdita di efficienza della membrana con il tempo di filtrazione con incremento della resistenza a causa dei fenomeni di fouling. Ciò rende necessaria una periodica pulizia delle membrane, anche mediante impiego di reattivi chimici, con conseguente aumento dei costi operativi e di gestione. Altri problemi possono derivare dal fouling biologico, ovvero crescita batterica incontrollata sulla superficie filtrante, che non solo riduce momentaneamente le prestazioni della membrana, ma contribuisce col tempo anche alla sua degradazione.

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Per INFO sul software di Calcolo SWT-MBR compilare il seguente modulo o inviare una emal a info@anovastudi.com

 

 

SWT APPs: Nuove Applicazioni del Modello SWater per il Calcolo/Verifica/Simulazione dei Processi di Trattamento delle Acque Reflue

SWTappIl 2015 inizia per l’applicativo software SWATER (Pro/Mix) come un anno di rinnovamento e differenziazione, finalizzato a soddisfare sempre più le esigenze specifiche di calcolo dei professionisti della depurazione delle acque reflue; ciò si traduce in: 

  1. maggiore specificità applicativa e orientamento alle nuove soluzioni tecnologiche per il trattamento  delle acque reflue di tipo civile e industriale;
  2. chiarezza delle procedure di calcolo, simulazione e automazione dei report di stampa per far fronte alle necessità di documentazione tecnica (partecipazione a gare d’appalto, verifica di fattibilità per la gestione, ecc.);
  3. possibilità di personalizzare i modelli e gli algoritmi di calcolo per meglio seguire le richieste dei capitolati tecnici, ovvero per meglio adattarsi alle esigenze di ciascun professionista della depurazione acque.

Nella vastissima casistica di impianti di trattamento e di tecnologie di depurazione delle acque reflue (civili e industriali), un unico strumento software di calcolo che operi contemporaneamente su molteplici fasi di trattamenti/tecnologie non è più sostenibile dal punto di vista del rapporto investimenti/risultati. Ciò è legato all’evoluzione che si sta verificando negli ultimi tempi nel settore della depurazione delle acque, ma soprattutto al fatto che il tempo utile richiesto all’utente per l’apprendimento, unitamente al maggior costo di acquisto della licenza d’uso, porta ad allontanare l’obiettivo dell’ottenimento rapido di risultati operativi (v. report di calcolo e simulazione), rispetto alle opportunità di mercato (gare d’appalto progetto/gestione), che sono in genere, contingenti e quasi mai ripetitive negli schemi e nelle tecnologie. Questa è la ragione principale per cui si è deciso di “frantumare” SWATER in una serie di applicazioni software (APP) specifiche per ciascuno dei trattamenti e delle tecnologie più rilevanti, consentendo un aggiornamento continuo ed una espansione di casistiche potenzialmente illimitate.

Il Modello di Calcolo/Verifica SWATER  (by ANOVA,1999) utilizzato dalla stragrande maggioranza degli studi tecnici di progettazione di impianti di depurazione delle acque, ovvero da società di costruzione e gestione degli impianti in Italia (e non solo), si trasforma in specifiche applicazioni software (SWT APPs) per le esigenze di calcolo, di simulazione e di verifica di processo, tra le quali:

  • SWT-CAS (Conventional Activated Sludge) – Modello di Calcolo/Verifica Processi di Depurazione Acque Nitro-Denitro convenzionali (Den-OxNit-SS) con Report di Stampa Calcoli di Processo.
  • SWT-MBR (Membrane BioReactor) – Modello di Calcolo/Verifica BioReattori Nitro-Denitro a Membrane Immerse (Den-OxNit-MB) con Report di Stampa Calcoli di Processo.
  • SWT-ALT (Intermittently Aerated Process) – Modello di Calcolo/Verifica Processi di Depurazione Acque Nitro-Denitro a Cicli Intermittenti di Aerazione in bacino unico, con Report di Stampa Calcoli di Processo.
  • SWT-SBR (Sequencing Batch Reactor)  Modello di Calcolo/Verifica Processo Sequenziale Batch di Depurazione Acque Nitro-Denitro ad alimentazione discontinua, con Report di Stampa Calcoli di Processo.
  • SWT-IFS (MBBR/IFAS Moving Bed Biofilm Reactor) – Modello di Calcolo/Verifica (Up-Grading) di Processi di Depurazione Acque Nitro-Denitro con tecnologia MBBR/IFAS, con Report di Stampa Calcoli di Processo.
  • SWT-CHF (Chemical-Physical Treatments) – Modello di Calcolo/Verifica Processi di PreTrattamento Chimico-Fisico, con Report di Stampa Calcoli di Processo.
  • SWT-FNT (FENTON Chemical-Oxidation ) – Modello di Calcolo/Verifica Processi di Pre-Ossidazione Chimica FENTON, con Report di Stampa Calcoli di Processo.

RepCiascuna applicazione SWT è un modello (ASM1,ASM2, KMA) supportato da funzionalità di calcolo e grafiche, finalizzato alla verifica/dimensionamento e simulazione del processo depurativo in esame, nelle varie possibili condizioni o dati di funzionamento. Inoltre, è possibile ottenere report di stampa “in chiaro”, ovvero con gli algoritmi di calcolo con i relativi dati di input/output evidenziati nel contesto in esame, come in una relazione di calcolo di processo.

N.B.: oltre alla flessibilità dei parametri di calcolo già prevista negli applicativi SWT, è possibile richiedere versioni personalizzate (formule, grafica, ecc.) con un piccolo contributo aggiuntivo.

N.B.: per i Professionisti che occasionalmente si occupano di depurazione acque o per chi vuol sperimentare strumenti di supporto alla progettazione o gestione degli impianti, è possibile inoltre, richiedere versioni SWT  con licenza a tempo (a scadenza) o con licenza a numero prefissato di utilizzi,  con un sensibile risparmio sul prezzo di acquisto.

Sono già disponibili gli applicativi SWT (Workbook + software) per i trattamenti di depurazione biologica Nitro-Denitro del tipo CAS, MBR, ALT, e SBR.

CASMBRALTSBRLibroFNT-COD-MBAS

Per INFO: email: info@anovastudi.com – tel.: +39.348.3366137

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