7.2 Trattamenti Biologici
7.2.2 Reattore aerobico (ossidazione/nitrificazione)
Il canale di ricircolo, avente larghezza di 1,50, m accoglie anche la portata influente prove-niente dai pretrattamenti che si miscela ai fanghi di ricircolo prima di ripartirsi nelle 3 linee anossiche.
I reattori di denitrificazione sono dotati di mixer per assicurare uguali condizioni di concentra-zione in vasca e sono comunicanti con i rispettivi comparti di ossidaconcentra-zione posti a valle me-diante luci aperte nel setto divisorio tra comparto anossico e comparto aerato (n° 2 due luci per vasca).
7.2.2 Reattore aerobico (ossidazione/nitrificazione)
Nei tre comparti del reattore aerobico avviene l’ossidazione della sostanza organica e dell’azoto ammoniacale presenti nel liquame. Rispetto allo schema a fanghi attivi tradizionale, la concentrazione di biomassa nel reattore MBR è notevolmente più elevato, passando da un valore di 4 kg/mc ad un valore di 8 kg/mc.
I comparti aerobici hanno un volume di 1200 mc ciascuno, per un volume complessivo in os-sidazione di 3612 mc. Le vasche sono equipaggiate con una rete di distribuzione dell’aria di processo a bolle fini. Ogni reattore aerobico sarà attrezzato con misuratori dell’ossigeno di-sciolto che serviranno a tenere sotto controllo la quantità di ossigeno trasferita nel refluo.
La fornitura dell’aria di processo è effettuata mediante un sistema di soffianti alloggiate nel locale apparecchiature limitrofo al comparto membrane.
Dalle vasche di ossidazione i liquami sfiorano nel canale di alimentazione delle celle a mem-brana.
Gli elaborati di riferimento del comparto Denitro/Nitro sono i seguenti: 7.4.1/7.4.4 7.2.3 Filtrazione a membrane (ultrafiltrazione)
L’ultrafiltrazione è un processo di filtrazione tangenziale che consente di separare e concentra-re solidi sospesi e particelle ad alto peso molecolaconcentra-re da diversi effluenti o fluidi. La scelta di membrane a fibra cava fluttuante permette di conseguire costi di investimento e di gestione più bassi rispetto alle altre tipologie di membrane grazie ad oneri di produzione contenuti, grande densità di superficie filtrante per unità di volume e più ridotti consumi energetici.
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 49 di 93
Il sistema prescelto prevede l’alloggiamento delle membrane di ultrafiltrazione in comparti funzionanti in parallelo e separati dal comparto biologico per ottenere condizioni di funzio-namento stabili e flessibili. (Vedasi elabb. 7.4.4/7.4.7)
La scelta di collocare le membrane in un comparto separato dalla vasca di nitrificazione-ossidazione deriva dai numerosi vantaggi che tale soluzione impiantistica comporta, illustrati nelle figure seguenti.
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 50 di 93
Al fine di rispettare i restrittivi limiti previsti dal D.Lgs 152/99 e s.m.i. per i solidi sospesi, so-no previste 4 celle a membrane ove soso-no installati n°11 rack di membrane a fibre cave flut-tuanti, responsabili della ultrafiltrazione.
È stata prevista cautelativamente la possibilità di incrementare la superficie filtrante lasciando lo spazio libero per l’installazione di 3 rack aggiuntivi per cella, cosa che equivarrebbe ad ave-re una 5° cella a membrane e permette così di incave-rementale all’occorave-renza la potenzialità dell’impianto.
Le 4 celle di filtrazione restano sezionabili, in modo da consentire di effettuare le operazioni di lavaggio e di manutenzione in maniera indipendente.
Il volume di una cella a membrane è di 57 mc per un volume complessivo di 228 mc del com-parto di filtrazione.
Vista in pianta della cella
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 51 di 93
Le celle saranno alimentate a gravità mediante apposite luci realizzate nella parte bassa delle pareti che separano le celle dal canale di alimentazione.
Il mixed liquor entra nelle celle in modo uniforme alla base della cella, il flusso ascensionale uniforme previene la polarizzazione dei solidi sulla superficie delle membrane. L’effetto risul-tante è che tutte le membrane sono soggette alla stessa concentrazione di MLSS. Si ottengono, così, anche intervalli più lunghi tra una pulizia e l’altra, minor consumo di reagenti per la puli-zia e maggiore efficienza delle membrane.
La portata pulita passa attraverso la superficie filtrante delle membrane, mentre i solidi restano trattenuti nella cella.
L’efficienza della filtrazione è uno degli obiettivi primari del sistema di depurazione. Durante questa fase si svolgono le seguenti funzioni:
- le pompe connesse alle testate di aspirazione creano un effetto di suzione sulle mem-brane, facendo passare il filtrato (mixed liquor privato di solidi e microrganismi) attra-verso la parete esterna delle stesse attra-verso la cavità interna (senso di filtrazione dall’esterno verso l’interno);
- la miscela di aria e mixed liquor è alimentata alla base di ogni singolo modulo, garan-tendo ottimali condizioni di turbolenza e prevenendo l’accumulo di solidi;
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 52 di 93
- il mixed liquor in eccesso stramazza in un canale di ricircolo che termina nella vasca di deossigenazione in cui sono installate le pompe per il rilancio della biomassa al com-parto biologico.
Da ciascuna cella vengono estratti in definitiva i seguenti flussi:
x la portata di ricircolo, atta ad assicurare nei comparti di denitrificazione e nitrifica-zione sia la concentranitrifica-zione di solidi sospesi ( biomassa) prevista in progetto, sia una ottimale concentrazione di nitrati nella vasca di denitrificazione.
x il permeato che viene raccolto in apposita vasca di accumulo, in attesa di essere impiegato per i controlavaggi delle griglie dei pretrattamenti e i lavaggi periodici delle membrane.
x il fango di supero che sarà inviato tramite una coppia di pompe di drenaggio alla linea fanghi.
Le vasche in cui saranno installate le membrane saranno alimentate con una portata d’aria dal basso delle fibre per favorire lo scuotimento (air scouring) delle fibre utile a ritardare più pos-sibile il loro sporcamento e l’intasamento. L’aria sarà fornita da apposite soffianti ubicate nel locale delle apparecchiature adiacente al comparto MBR. In tale locale saranno alloggiate le pompe del permeato, del drenaggio, tutte le soffianti a servizio del biologico e le stazioni per il dosaggio dei chemicals.
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 53 di 93
Apparecchiatura ultrafiltrazione a membrane per MBR
Un modulo di membrane a fibre cave
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 54 di 93
7.2.4 Sistema di funzionamento ed automazione del gruppo di filtrazione a membrane (MBR)
Il gruppo di filtrazione a membrane è asservito ad un sistema di controllo e gestione dell’unità di filtrazione e costituito dai seguenti componenti principali:
- armadio di contenimento quadro in acciaio verniciato;
- PLC completo di tutte le schede I/O necessarie per la gestione di tutti i segnali richiesti per il funzionamento dell’unità di filtrazione (pompe, soffianti, strumenti, valvole pneumatiche e/o motorizzate, ecc.);
- scheda di comunicazione per interconnessione con il sistema di supervisione generale dell’impianto di trattamento reflui;
- interfaccia operatore a bordo macchina costituita da “touch screen”, da installare sulla porta dell’armadio di contenimento quadro;
- modem per il monitoraggio da remoto del sistema e per la trasmissione delle stringhe di allarme;
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 55 di 93
- software applicativo per la gestione, il controllo dell’unità di filtrazione e per la visua-lizzazione delle pagine grafiche (sinottici, trend operativi storici, tabelle di impostazio-ne parametri operativi e allarmi) all’interfaccia operatore a bordo macchina. In partico-lare il software permette la registrazione e visualizzazione dei trend dei principali parametri utili a monitorare il corretto funzionamento del sistema. Tra questi:
x Portata di filtrato delle singole celle x Temperatura del filtrato
x Torbidità del filtrato
x TMP (Trans Membrane Pressure) delle singole celle x Flussi trans membrane
x Permeabilità dei moduli
Funzionamento del sistema MBR
Il sistema proposto prevede l’alloggiamento delle membrane di ultrafiltrazione in comparti ap-positi, separati dal comparto biologico, per ottenere condizioni di funzionamento stabili e fles-sibili.
Il mixed liquor entra nei reattori a membrana, per gravità, in modo uniforme alla base della cella, dove il sistema tipo MEMPULSE, determina la miscelazione uniforme dei due fluidi.
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 56 di 93
Il flusso ascensionale uniforme previene la polarizzazione dei solidi sulla superficie delle membrane. L’effetto risultante è che tutte le membrane sono soggette alla stessa concentrazio-ne di MLSS.
Si ottengono così intervalli più lunghi tra una pulizia e l’altra, minor consumo di reagenti e maggiore efficienza delle membrane.
La portata passa attraverso la parete delle membrane, mentre i solidi sono trattenuti nel sistema di trattamento biologico. Una filtrazione efficiente è uno degli obiettivi primari del sistema.
Durante questa fase si svolgono le seguenti funzioni:
- le pompe connesse alle testate di aspirazione creano un effetto di suzione sulle mem-brane, facendo passare il filtrato (mixed liquor privato di solidi e microrganismi) attra-verso la parete esterna delle stesse attra-verso la cavità interna (senso di filtrazione dall’esterno verso l’interno);
- la miscela di aria e mixed liquor è alimentata alla base di ogni singolo modulo, garan-tendo ottimali condizioni di turbolenza e prevenendo l’accumulo di solidi;
- il mixed liquor in eccesso è rinviato per gravità (overflow) in un canale di ricircolo in cui sono installate le pompe per il rilancio al comparto biologico.
I flussi entrano ed escono automaticamente dai comparti MBR a membrane secondo le esigen-ze operative: il funzionamento del sistema a membrane è automatico.
Il PLC attiva le procedure di funzionamento standard, come la messa in marcia/arresto dei comparti a membrane, il “rilassamento” (relaxation).
Per altre operazioni, quali l’avviamento, l’isolamento dei comparti a membrane, l’arresto e la pulizia chimica, il funzionamento è completamente automatico, previo consenso dell’operatore.
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 57 di 93
Le operazioni di filtrazione vengono gestite in maniera automatica così come le procedure di pulizia delle membrane che vengono performate direttamente in sito (CIP = CLEAN IN PLA-CE) e gestite dal sistema di controllo: il tutto avviene senza estrazione delle stesse e senza do-ver fermare l’impianto (dimensionato in maniera tale che, durante la pulizia di una cella, l’altra cella sia in grado di trattare la portata media in ingresso). La pulizia inoltre viene effet-tuata in modo automatico richiedendo una minima supervisione del personale operativo. Tutte le sequenze sono automatizzate e perfettamente gestibili tramite software dedicato con pagine grafiche “user friendly”.
Il PLC permette agli operatori dell’impianto di controllare anche manualmente gli elementi del sistema. Ogni parte motorizzata dell’equipaggiamento (es. pompe, soffiatori) può essere azio-nata in modalità manuale o automatica:
Il PLC include inoltre dei contatori che forniscono i valori cumulati dei parametri misurati, e le ore di funzionamento di ogni motore (pompe, soffiatori e compressori).
Tutti i segnali analogici sono monitorati da PLC. Se il segnale esce dal range di lavoro un al-larme sarà innescato identificando il trasmettitore da cui proviene.
Il PLC è configurato in base a due livelli di allarme:
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 58 di 93
- Categoria 1 – SHUTDOWN: Questi messaggi segnalano condizioni di allarme con alta priorità, e posizionano automaticamente l’unità in condizione SHUTDOWN. Le condi-zioni che hanno fatto scattare l’allarme devono essere analizzate ed eliminate, per ri-muovere la condizione e resettare l’allarme prima che l’unità ritorni a filtrare.
- Categoria 2 – WARNING: Questi messaggi non hanno priorità alta come quelli della categoria 1 e l’unità continua ad operare. Comunque, è consigliabile investigare sulle condizioni che hanno fatto scattare l’allarme il più presto possibile per evitare che si degeneri in categoria 1.
Quando viene generato un nuovo allarme sull’unità, l’indicatore luminoso di allarme sul pan-nello di controllo lampeggia e viene attivato un segnale acustico. Quando viene premuto il pulsante di reset allarme sull’HMI, la luce rimane accesa e costante (senza lampeggiare), se le condizioni di allarme sono ancora presenti, e questo indica che un allarme è ancora attivo ma è stato tacitato. Se le condizioni di allarme non sono più presenti quando è operato il reset, l’allarme è rimosso e l’indicatore spento.
Automazione delle procedure di pulizia
Caratteristica peculiare del sistema proposto è che tutte le operazioni di pulizia e manuten-zione ordinaria vengono effettuate senza estrarre le membrane dalla cella ed in modo to-talmente automatico.
Le operazioni di pulizia, di seguito esplicitate, consistono in:
- Relaxation;
- Pulizia periodica (maintenance clean);
- Lavaggio chimico CIP (Clean In Place).
Relaxation
La relaxation consiste nel periodico arresto delle pompe di filtrazione, per consentire il distac-co dei solidi depositati sulla superficie delle fibre, agevolato dalla distac-continua immissione di aria e mixed liquor all’interno della cella.
Questa operazione è gestita in modo automatico dal sistema di controllo.
La fase di relaxation è caratterizzata dal seguente funzionamento:
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
Frequenza tipica Relaxation: 1 relaxation ogni 12 minuti di filtrazione Durata tipica Relaxation: 1 minuto inter-rompendo quindi il flusso di filtrato attraverso le membrane. Aerazione e pompe di
La pompa del filtrato è controllata da variato-re di fvariato-requenza e genera la filtrazione ed il passaggio di acqua filtrata attraverso le mem-brane dall’esterno verso l’interno
Tabella 8. Sequenza dell’operazione di Relaxation Pulizia periodica (Maintenance clean)
La pulizia denominata “Maintenance Clean” è utilizzata per ridurre la frequenza della pulizia chimica CIP. La procedura non richiede di mettere fuori servizio la cella per lunghi periodi di tempo ed è molto più efficace della stessa relaxation per rimuovere le particelle dalla superfi-cie delle membrane.
Come per la relaxation la pulizia periodica viene attivata e gestita in modo automatico dal sistema di controllo.
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 60 di 93
La maintenance clean ha anche il vantaggio di consentire allo stesso tempo la disinfezione della tubazione lato filtrato e prevenire quindi ogni eventuale ricrescita batterica.
Tale ciclo di pulizia viene normalmente eseguito una volta ogni una/due settimane per ogni cella; le principali fasi sono di seguito elencate:
1. Controlavaggio con soluzione a base di ipoclorito attraverso le membrane, con pompa filtrato in funzione, a rotazione invertita;
2. Tempo di contatto (soak);
3. Ripetizione step 1&2;
4. Ritorno al normale funzionamento (filtrazione).
Reagenti chimici utilizzati: ipoclorito di sodio.
Lavaggio chimico (Clean In Place)
Nel medio-lungo periodo di funzionamento delle celle la pressione di transmembrana del si-stema incrementa gradualmente fino a raggiungere un valore raggiunto il quale le pompe del filtrato non sono più in grado di mantenere la portata richiesta.
La relaxation e la maintenance clean aiutano a mantenere molto lenta la velocità di incremento della pressione di trans-membrana.
Raggiunto in ogni caso un valore pre-settato è possibile ripristinarne l’iniziale funzionalità tramite l’utilizzo di reagenti chimici.
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 61 di 93
Si attua quindi il lavaggio in vasca CIP (CIP = clean in place), che può essere eseguito in au-tomatico o in manuale con ipoclorito di sodio e acido citrico.
Le situazioni che influenzano il momento per il lavaggio sono:
x La pressione di trans-membrana all’interno della vasca: la massima pressione consiglia-ta è di 60 kPa, ma è sempre preferibile pulire le membrane prima che si raggiunga questo valore.
x Il valore di pressione di trans-membrana dei moduli dell’altro comparto a membrane:
quando sussiste una capacità di trattamento adeguata nell’altro comparto MBR, l’operatore può programmare gli interventi di pulizia nei periodi di bassa portata.
x La portata influente all’impianto: la procedura di pulizia deve essere avviata in condi-zioni di bassa portata di alimentazione (Q24).
x Temperatura acqua: più la soluzione di lavaggio è calda più il lavaggio è efficiente e di minore durata.
La durata di un lavaggio CIP, la cui procedura è descritta nella figura sotto, è di qualche ora.
I principali vantaggi di una procedura di lavaggio completamente automatizzata e in vasca so-no:
- Il sistema NON richiede l’estrazione delle membrane, neppure per il lavaggio chimico CIP.
- L’operatore NON è quindi a contatto con le membrane né con le soluzioni chimiche di la-vaggio.
- Grazie alla configurazione modulare il processo NON è mai interrotto.
7.2.5 Sistema di ricircolo fanghi di processo
La portata di ricircolo (il cui rapporto rispetto alla Qcè di R=3) verrà sollevata mediante pompe ad elica (vantaggiose nel caso di grandi portate da sollevare e bassa prevalenza) dalla vasca di deossigenazione fanghi fino al canale di ricircolo dove sarà misurata mediante canale venturi e miscelata più a valle alla portata in arrivo dai pretrattamenti, prima della ripartizione verso i comparti anossici.
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 62 di 93
La vasca di deossigenazione ha la funzione abbassare la concentrazione di ossigeno disciolto prima dell’immissione nel comparto di denitrificazione a livelli tali da non compromettere l’efficienza del processo di denitrificazione che avviene in condizione anossiche. La vasca ha un volume di 184,5 mc.
I fanghi saranno tenuti in leggera agitazione da un mixer opportunamente ubicato all’interno della vasca di deossigenazione al fine di evitare indesiderate sedimentazioni di solidi sospesi.
7.2.6 Sistema di automazione
I flussi che entrano ed escono dalle celle a membrane sono automatizzati secondo le esigenze operative dal PLC che attiva le procedure di funzionamento standard, come la messa in mar-cia/arresto dei comparti a membrane e il “rilassamento” (relaxation).
Anche le altre operazioni, quali l’avviamento, l’isolamento dei comparti a membrane, l’arresto e la pulizia chimica, seguono un funzionamento completamente automatizzato.
Le operazioni di filtrazione vengono gestite in maniera automatica così come le procedure di pulizia delle membrane che vengono performate direttamente in sito (CIP = CLEAN IN PLA-CE) e gestite dal sistema di controllo: il tutto avviene senza estrazione delle stesse e senza dover fermare l’impianto (dimensionato in maniera tale che, durante la pulizia di una cella, l’altra cel-la sia in grado di trattare cel-la portata media in ingresso). La pulizia inoltre viene effettuata in mo-do automatico richiedenmo-do una minima supervisione del personale operativo. Tutte le sequenze sono automatizzate e perfettamente gestibili tramite software dedicato con pagine grafiche.
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 63 di 93
P&I del comparto a membrane
Il PLC permette agli operatori dell’impianto di controllare anche manualmente gli elementi del sistema. Ogni parte motorizzata dell’equipaggiamento (es. pompe, soffiatori) può essere azio-nata in modalità manuale o automatica.
Il PLC include inoltre dei contatori che forniscono i valori cumulati dei parametri misurati e le ore di funzionamento di ogni motore (pompe, soffiatori e compressori).
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 64 di 93
Tutti i segnali analogici sono monitorati da PLC. Se il segnale esce dal range di lavoro un al-larme sarà innescato identificando il trasmettitore da cui proviene.
7.2.7 Vasca di accumulo del permeato
Il permeato estratto mediante il processo di ultrafiltrazione viene accumulato in una vasca di-mensionata per far fronte ai fabbisogni di acqua per la pulizia delle celle, per la pulizia delle apparecchiature dell’impianto che prevedono controlavaggi (classificatore sabbie, griglie, stacciatura, decanter fanghi) e per la pulizia dei piazzali esterni. (vedasi elab. 7.5)
La vasca di accumulo ha una capacità di 403 mc. Da qui l’acqua depurata passa mediante sfio-ro nei comparti a valle per la misura e il campionamento finale prima del rilascio nel corpo idrico ricettore, come prescritto dalla autorità autorizzante gli scarichi (ARRA).
La ultrafiltrazione separa anche la carica patogena dal permeato che per questo non ha bisogno di disinfezione.
7.3 Disinfezione di emergenza
Sebbene l’adozione del bioreattore a membrane, grazie alla porosità delle stesse consenta di trattenere virus, batteri e patogeni, si è mantenuta l’adozione della disinfezione finale per ge-stire le emergenze (portate di by-pass del biologico). (vedasi elab. 7.6)
Per la disinfezione si prevede il dosaggio di acido peracetico (uno dei cinque possibili agenti disinfettanti indicati dall’EPA) i cui vantaggi sono: assenza di qualsiasi tipo di residuo persi-stente e di sottoprodotti, nessuna influenza del pH, modesti tempi di contatto nonchè elevata efficienza viricida e battericida. Si è prevista una pompa dosatrice con un idoneo serbatoio di stoccaggio adiacente alla vasca di disinfezione.
Nel caso in cui si presenti la necessità di ricorrere alla trattamento di emergenza, attraverso un sistema di paratoie, i flussi entrano nel circuito della disinfezione e in uscita vengono sottopo-sti al campionamento automatico e alla misurata della portata prima di giungere al manufatto di rilascio.
La vasca di disinfezione ha un volume di 190 mc.
Relazione illustrativa Delta Ingegneria Srl
-Pag. 65 di 93
7.4 Manufatto di rilascio
Un apposito manufatto sarà realizzato per il rilascio dei reflui depurati a valle dell’impianto di depurazione, nell’alveo del fiume Naro, a quota compatibile (17,30 m) con i livelli di esonda-zione del fiume risultanti dallo studio idrologico per i diversi tempi di ritorno considerati. (ve-dasi elab. 7.7)
7.5 Linea fanghi
La linea fanghi rispetto alla linea acque risulta di più semplice sia dal punto di vista impianti-stico che costruttivo.
La linea fanghi rispetto alla linea acque risulta di più semplice sia dal punto di vista impianti-stico che costruttivo.