Sistema di funzionamento ed automazione del gruppo di filtrazione a

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;

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- 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.

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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.

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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:

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- 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:

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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.

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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.

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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.