Regolazione del dosaggio di PAA e relative problematiche

Le acque in arrivo, da sottoporre al trattamento di disinfezione, sono caratterizzate da significative fluttuazioni di portata e da carichi inquinanti variabili nel tempo, nonostante il flusso da disinfettare sia costantemente presente. Per tale ragione risulta necessaria una attenta e continua regolazione della portata di agente disinfettante da dosare, in modo da garantire la minima variabilità nel tempo del numero di microrganismi di riferimento per unità di volume in uscita dal trattamento.

L’ottimale dosaggio di agente disinfettante risulta essere un’operazione di notevole complessità. Tale operazione può essere eseguita, essenzialmente, mediante due sistemi automatici di controllo, ai quali, inoltre, si somma la possibilità di adottare una combinazione dei due sistemi stessi:

a) _{Controllo predittivo: il dosaggio viene attuato in base ad una elaborazione dei valori} in ingresso;

b) _{Controllo in retroazione: si basa sul risultato della regolazione stessa.}

Figura 5.4 Schema del controllo predittivo (in alto) e in retroazione (in basso)

In linea di principio, il controllo predittivo consente interventi di regolazione più tempestivi e quindi una maggiore costanza del risultato, mentre il controllo in retroazione consente un miglior controllo del risultato nonostante la presenza di oscillazioni (pendolazioni) più o meno significative nell’intorno dell’obiettivo cercato. Inoltre i vantaggi presenti nei due sistemi possono essere sommati tra di loro nel momento in cui si decida di utilizzare un controllo automatico basato sulla loro combinazione.

Nel caso di controllo predittivo, nell’ambito della disinfezione per mezzo di acido peracetico, sarebbe necessario, per ottenere un controllo ottimale, conoscere in tempo

61 reale la misura della portata, della concentrazione dei microrganismi indicatori e delle ulteriori sostanze ossidabili presenti all’interno del liquame da trattare. Le principali problematiche sorgono soprattutto per la valutazione in tempo reale degli ultimi due parametri, la quale non risulterebbe sufficientemente affidabile; al contrario è possibile misurare o calcolare la portata in tempo reale con una approssimazione soddisfacente. Un controllo predittivo basato sulla sola misura della portata, tuttavia, risulta efficace nel momento in cui le concentrazioni di microrganismi entranti presentino variazioni limitate nel tempo.

Un sistema di controllo in retroazione, per poter funzionare nel modo migliore, necessiterebbe di misure in tempo reale della concentrazione di microrganismi in uscita dal processo di disinfezione; tuttavia tale parametro non è ottenibile in tempo reale. Per cui è possibile impiegare un parametro alternativo, che mostra una maggior semplicità di valutazione, vale a dire la concentrazione di PAA residuo al termine del contatto. Secondo il modello di Chick-Watson il logaritmo di riduzione (log N/N0) è proporzionale al prodotto

tra la concentrazione dell’agente disinfettante e il tempo di contatto (c

⋅

mostra che un’eventuale regolazione in retroazione basata esclusivamente sulla misura della concentrazione c risulta efficace se il tempo di contatto tc, e quindi la portata, si

mantiene costante.

Naturalmente l’utilizzo di un sistema di controllo basato sia sulle portate che sulle concentrazioni di PAA residuo potrebbe garantire risultati migliori, seppur legati ad una maggiore complessità gestionale. Tuttavia anche in questo caso il sistema risulterebbe non ottimale poiché i due parametri considerati rappresentano comunque un’alternativa a quelli effettivamente richiesti.

In aggiunta alle problematiche appena esposte non bisogna dimenticare che le misure di portata e di concentrazione di acido peracetico residuo sono affette da approssimazioni più o meno rilevanti.

Per quanto riguarda la valutazione della portata, nell’ambito della sperimentazione oggetto di studio, ciascuna stazione di dosaggio è stata dotata di un sistema di misura; tuttavia tale sistema è differente per gli impianti relativi ai corsi d’acqua e per gli impianti riguardanti le idrovore:

5 Monitoraggio e analisi delle modalità di dosaggio

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− Negli impianti di disinfezione dei tre corsi d’acqua, Fosso dell’Abate, Fosso Fiumetto e Fosso Motrone, il sistema di misura della portata consiste in un dispositivo di misura della velocità media della corrente defluente ad effetto Doppler e di un sensore di livello radar. La portata, quindi, viene calcolata come prodotto della sezione liquida, ottenuta a partire dal livello misurato, e la velocità media del fosso. Di questi due parametri la velocità media rappresenta il più critico. Infatti, nonostante l’utilizzo di strumentazioni tecnologicamente avanzate che permettono la valutazione della velocità media attraverso integrazione numerica di valori puntuali di velocità all’interno della sezione, il valore della portata calcolato rappresenta comunque un’approssimazione, che acquista affidabilità solo per valori sufficientemente elevati di velocità.

− Negli impianti addetti al dosaggio di PAA all’interno delle vasche delle idrovore, sia di Villa Luporini che di Via Fratti, il sistema precedentemente descritto non è impiegabile, poiché la vasca viene alimentata da più canali e condotte. Pertanto si ricorre ad un sistema di stima della portata affluente alla vasca che consiste nel misurare in continuo il livello della vasca e calcolare la portata come il rapporto tra il volume invasato in un intervallo di tempo, calcolato mediante una scala livelli- sezioni orizzontali, e l’intervallo di tempo stesso. Questo sistema risulta piuttosto approssimato a causa delle difficoltà di implementazione della curva livelli-sezioni orizzontali, soprattutto se il volume invasato si estende anche ai canali ed alle condotte a causa di un possibile rigurgito.

La misura dell’acido peracetico residuo è anch’essa alquanto complessa; questa può essere effettuata con metodo elettrochimico o con metodo colorimetrico. Il secondo metodo risulta essere più preciso e meno soggetto ad interferenze ma presenta maggiore complessità ed è spesso riservato al laboratorio. Tuttavia la disponibilità di analizzatori automatici basati sul metodo colorimetrico garantisce la migliore qualità di misura in tempo reale di PAA residuo. Va fatto notare che tale misura risulta precisa e affidabile solo se il valore da rilevare non è troppo basso, in modo da non essere affetto da disturbi ambientali prodotti da altre sostanze eventualmente presenti nell’acqua da analizzare. Poiché per la disinfezione sono previste concentrazioni basse di acido peracetico, potrebbero, quindi, riscontrarsi problematiche legate alla misurazione di PAA residuo.

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5.3.1 Considerazioni sulla scelta del sistema di controllo adottato

Il dosaggio, come esposto in precedenza, può essere effettuato in base ad entrambi i parametri, la portata e la concentrazione di PAA residuo, tramite l’utilizzo di un sistema di telecontrollo gestibile da remoto. La parte iniziale della sperimentazione è stata caratterizzata dall’impiego del solo controllo predittivo basato sulla misura della portata; infatti la misura dell’acido peracetico residuo è stata usata esclusivamente come parametro di verifica.

La scelta di tale sistema di controllo è legata principalmente al fatto che, tra i due parametri rilevati, la misura della portata risulta più precisa ed affidabile, sia per le idrovore che per gli alvei. Infatti il valore di PAA residuo da misurare, oltre ad essere molto basso a causa dei bassi dosaggi adottati (valori di 0,5 ppm rappresentano la soglia di rilevabilità anche per misuratori colorimetrici), viene rilevato in punti di prelievo spesso critici, poiché risulta complesso garantire una miscelazione perfetta e di conseguenza il valore di PAA residuo misurato varia in funzione del punto di prelievo stesso.

In aggiunta il sistema di controllo predittivo risulta essere meno soggetto a pendolazioni, cosa che invece accade nei sistemi di controllo in retroazione. Pertanto, se le variazioni del parametro in ingresso sono principalmente determinate da variazioni di portata, causate nella maggior parte dei casi da eventi meteorici rilevanti, la regolazione risulta plausibilmente migliore. A sostegno di quanto appena esposto è possibile riportare che nell’ambito del trattamento delle acque di superi di piena, il quale si avvicina sufficientemente alla sperimentazione oggetto di studio, il controllo adottato è prevalentemente predittivo sulla portata.

La scelta del sistema di controllo, nonostante le considerazioni precedenti abbiano favorito l’adozione del controllo predittivo per la parte iniziale della sperimentazione, ha virato verso un controllo in retroazione sul PAA residuo in un secondo momento, a seguito della accertata inefficacia del dosaggio iniziale e della successiva adozione di dosaggi superiori alla soglia di rilevabilità dello strumento; ciò è stato ritenuto necessario ed opportuno per il proseguimento della sperimentazione.

6 Studio delle modalità di dosaggio nelle idrovore

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6 Studio delle modalità di dosaggio nelle idrovore

La prima fase della sperimentazione ha riguardato lo studio delle due idrovore, quella di Villa Luporini e quella di Via Fratti, al fine di ottenere dati completi, affidabili e rappresentativi. Pertanto, prima di procedere alla seconda fase, che riguarda l’ampliamento dell’utilizzo di PAA nei tre fossi, è stata necessaria la messa a punto del sistema di dosaggio di acido peracetico all’interno della vasca di aspirazione delle suddette idrovore.

La pratica progettuale e i numerosi studi presenti in letteratura relativi alla disinfezione dei reflui trattati negli impianti di depurazione e dei superi di piena hanno permesso di individuare valori di dosaggio di primo tentativo da adottare durante la parte iniziale della sperimentazione. Generalmente, come principale riferimento, viene considerata una concentrazione di PAA pari a 5 mg/l per un tempo di contatto di 30 minuti, corrispondenti ad un log (N/N0)= 2,5.

Va fatto notare che nella sperimentazione in oggetto il tempo di contatto necessario viene garantito all’interno delle vasche delle idrovore. Questa caratteristica permette di associare la disinfezione nell’ambito delle idrovore stesse al trattamento di disinfezione dei superi di piena, considerando l’equivalenza tra la vasca di aspirazione e la vasca di contatto utilizzata nella disinfezione dei superi di piena.

Di conseguenza, è possibile assumere, come valore di riferimento per il tempo di contatto, il tempo intercorrente tra due avviamenti successivi delle pompe idrovore, nonostante queste entrino in funzione ad intervalli variabili in base a molteplici condizioni, come la presenza di precipitazioni o periodi caratterizzati da notevole siccità. Tuttavia tale assunzione risulta essere, comunque, approssimata; ciò è dato dal fatto che le acque che defluiscono nella vasca subito dopo il suo svuotamento dovuto all’attivazione delle pompe permangono nella stessa fino all’avviamento successivo (intervallo di tempo massimo), mentre le acque che defluiscono successivamente permangono nella vasca per un tempo progressivamente inferiore, fino a quelle defluite poco prima del successivo avviamento, che permangono per un tempo molto breve.

65 Nonostante le considerazioni appena svolte, nelle quali si giustifica la possibilità di adottare il valore di 5 mg/l come primo riferimento, come valore iniziale è stata scelta prudentemente una concentrazione pari a 1 mg/l. Inoltre tale valore è stato utilizzato come concentrazione di dosaggio e non come valore di PAA residuo, al fine di tutelare al massimo l’ecosistema acquatico del Fosso dell’Abate, il quale riceve direttamente le acque sollevate dalle pompe idrovore.

A partire da queste valutazioni è stato proposto, in concomitanza con una verifica di congruità relativa alla quantità di agente disinfettante effettivamente dosato dal sistema automatico nelle fasi iniziali della sperimentazione, un algoritmo che permette di regolare in continuo il dosaggio di PAA in funzione della portata liquida in arrivo, al fine di ottenere la concentrazione voluta, assunta pari ad 1 mg/l. Si rimarca, quindi, l’adozione di un sistema di controllo predittivo basato sulla portata, almeno per quanto riguarda questa fase di studio; infatti, per raggiungere l’obiettivo voluto, ogni stazione di dosaggio è stata dotata di un sistema di misura della portata affluente, asservito ad un sistema di telecontrollo in grado di regolare in continuo la portata di dosaggio di acido peracetico in funzione della portata liquida stessa.