Scelta del processo di trattamento

Lo scopo dell’analisi di processo è quello di identificare le operazioni e i processi unitari più idonei al trattamento nonché le condizioni operative ottimali per il trattamento dello stesso.

I principali fattori di cui è necessario tener conto nell’analisi e nella scelta del processo sono diversi e ciascuno di essi risulta di per sé importante, ma alcuni richiedono una maggiore attenzione e necessitano di alcune spiegazioni. L’applicabilità del processo, precede in ordine di importanza gli altri fattori di interesse e si riflette in maniera diretta sulla competenza e sull'esperienza del progettista. Per valutare l'applicabilità di un determinato processo al trattamento di un refluo con definite caratteristiche, questi ha a disposizione, oltre evidentemente all'esperienza pregressa acquisita in applicazioni analoghe, numerosi strumenti, tra i quali i dati relativi alle efficienze di trattamento di impianti operativi, le informazioni tecniche disponibili nelle pubblicazioni scientifiche, nei manuali di gestione e progettazione, nonché i risultati di sperimentazioni condotte in scala pilota. Quando non risulta possibile dimostrare in tutto o in parte l'applicabilità di un processo a una determinata situazione sorge la necessità di eseguire studi in scala pilota allo scopo di valutare le prestazioni del processo in termini di efficienze di trattamento conseguibili e di ottenere altresì dati di progetto da utilizzare ai fini del dimensionamento del processo in piena scala.

Particolare interesse ricoprono gli aspetti connessi ai criteri di dimensionamento dei processi basati sulla cinetica di reazione e sul trasferimento di materia. Nella scelta e nel dimensionamento di un processo in base alla cinetica di reazione particolare attenzione deve essere posta alla definizione della natura delle reazioni coinvolte nel processo stesso, dei valori appropriati dei parametri cinetici nonché alla scelta della tipologia di reattore utilizzato.

La natura delle reazioni coinvolte nel processo deve risultare nota se si intende utilizzare l'approccio cinetico per il dimensionamento del sistema. La scelta delle espressioni che rappresentano la cinetica del processo in esame è generalmente basata:

1. su informazioni ricavate dalla letteratura,

2. sull'esperienza acquisita relativamente alla progettazione e alla gestione di sistemi simili

3. su dati ricavati da studi in scala pilota.

Per esempio, è di fondamentale importanza determinare se la cinetica del processo in esame risulta di ordine zero, del primo ordine, del primo ordine ritardata, del secondo ordine o del tipo a saturazione, in quanto è evidente che l'ordine della reazione/i coinvolta/e ha un effetto significativo sulla tipologia e sulla volumetria del reattore oggetto del dimensionamento. Ad esempio il confronto tra il volume di un reattore con flusso a pistone e quello di un sistema costituito da 1, 2, 4, 6, 8 e 10 reattori a miscelazione completa in serie nel caso di cinetica del primo ordine, indica che a parità di efficienza di rimozione conseguita è richiesto un volume complessivo maggiore nel caso del sistema di reattori a miscelazione completa in serie rispetto al caso del reattore con flusso a pistone. E’ stato tuttavia già notato come nel caso di cinetiche di ordine zero il volume richiesto per i due sistemi risulti identico.

La scelta dei parametri cinetici appropriati per il processo in esame risulta anch'essa basata su:

1. informazioni ricavate dalla letteratura

2. sull'esperienza acquisita relativamente alla progettazione e alla gestione di sistemi simili,

3. su dati ricavati da studi in scala pilota.

Nei casi in cui le caratteristiche dell'effluente da trattare risultano sensibili differenti oppure nei casi in cui si stanno valutando nuove applicazioni di una tecnologia esistente o nuovi processi, è consigliabile il ricorso a sperimentazioni in scala pilota. Ai fini della scelta della tipologia più appropriata per l'applicazione del trattamento di interesse, si deve tener conto di alcuni fattori quali:

1. le caratteristiche del refluo da trattare,

2. il tipo di cinetica delle reazioni che governano il processo di trattamento, 3. particolari requisiti richiesti per il processo,

4. le condizioni ambientali locali.

Nel caso dei processi biologi la scelta di un reattore con regime di flusso a miscelazione completa potrebbe essere preferita a quella di un reattore con flusso a pistone per via della sua capacità di diluizione, che risulta particolarmente utile nel caso in cui il refluo da trattare sia caratterizzato dalla presenza di specie tossiche che non vengono rimosse nei pretrattamenti; in alternativa, un regime di flusso a pistone

potrebbe essere preferito a quello a miscelazione completa nel caso in cui si intenda controllare la crescita di microrganismi filamentosi. Nella realtà la scelta della tipologia di reattore risulta condizionata anche dai costi di costruzione, manutenzione. Nei casi in cui l'applicabilità di un processo a una determinata situazione risulti incognita ma siano stati individuati alcuni benefici potenziali significativi dell'applicazione del processo, si individua la necessità di effettuare studi in scala di laboratorio o su impianto pilota. L'obiettivo degli studi su impianto in scala pilota è quello di valutare se il processo in esame risulti idoneo al trattamento di un refluo con determinate caratteristiche in determinate condizioni ambientali e altresì di ricavare i dati necessari ai fini del dimensionamento del processo in piena scala. L'importanza relativa degli aspetti da considerare dipende dalla specifica applicazione in esame e dalle motivazioni che hanno condotto all'esecuzione della sperimentazione. Per esempio, nel caso di un sistema di disinfezione con raggi ultravioletti (UV), le prove da effettuare hanno l’obiettivo di verificare le prestazioni dichiarate dal costruttore, quantificare gli effetti della composizione del refluo sul trattamento di disinfezione UV, valutare gli effetti del comportamento idraulico del sistema e del reattore sull'efficienza di disinfezione, valutare gli effetti di un trattamento preliminare di filtrazione sull'efficienza di disinfezione e indagare eventuali fenomeni di fotoriattivazione e gli impatti del trattamento.

5.6.1 Valutazione dell'affidabilità nella scelta del processo

Nella scelta e nel dimensionamento del processo l'efficienza di trattamento e l'affidabilità nel garantire gli obiettivi di trattamento imposti rappresentano fattori di fondamentale importanza. In molti casi l'autorizzazione all'esercizio impone il rispetto di valori limite di concentrazione per l'effluente mediati su intervalli di tempo indicati nella normativa di settore. D'altra parte, nonostante la variabilità delle caratteristiche dell'effluente finale, dovuta a numerosi fattori quali le variazioni dei carichi inquinanti in ingresso, le variazioni delle condizioni ambientali e altri, si impone comunque la necessità di assicurare che il sistema di trattamento sia in grado di dar luogo a un effluente con caratteristiche di qualità sempre conformi ai requisiti normativi.

Due approcci utilizzati per la scelta e il dimensionamento del processo consistono nell'adottare fattori di sicurezza opportuni o nell'effettuare un'analisi statistica dei dati di funzionamento dell'impianto allo scopo di determinare una relazione funzionale tra

la qualità dell'effluente e la sua probabilità di accadimento. Il secondo approccio, fondato su considerazioni legate all'affidabilità del processo, viene in genere preferito al primo in quanto è in grado di fornire una base affidabile per l'analisi di situazioni di incertezza e una base razionale per l'analisi delle prestazioni e dell'affidabilità del processo. L'affidabilità di un processo di trattamento può essere definita come “la probabilità che il sistema garantisca il rispetto degli obiettivi di trattamento stabiliti per periodi di tempo sufficientemente estesi”. L'affidabilità è pertanto costituita da due componenti: l'affidabilità intrinseca e l'affidabilità meccanica.