PREMESSE
Con deliberazione C.C. n. 53 in data 29.9.2003 il Comune di Ronciglione ha aderito alla Società Talete s.p.a. per la gestione del servizio idrico integrato dell’ATO n. 1 Lazio Nord Viterbo.
Nelle more del passaggio del servizio alla Talete spa l'Amministrazione Comunale di Ronciglione ha programmato l’indizione di una gara per l'affidamento della gestione del depuratore comunale in loc.tà Le Forche e del sollevamento in loc.tà Punta del Lago, nonché l'esecuzione di opere complementari per l'ampliamento e l'adeguamento di tale impianto, che necessita di urgenti interventi di adeguamento non più procastinabili, sulla base del progetto preliminare oggetto della presente relazione.
La Giunta Comunale ha prorogato, in attesa della predisposizione di capitolati d'oneri aggiornati e conseguenti procedure per l'affidamento dei servizi, il servizio relativo alla conduzione e gestione dell’impianto di depurazione comunale ed impianto di sollevamento attualmente affidato alla ditta Veteres srl.
DESCRIZIONE DELLO STATO DI FATTO
Il liquame in arrivo all'impianto viene convogliato dai collettori finali delle fognature, provenienti dai bacini di raccolta dell'abitato di Ronciglione, nell'opera di presa dello sfioratore e da qui in un ulteriore manufatto, dove subisce una prima grigliatura meccanizzata; il materiale grigliato, estratto successivamente, viene portato a mezzo di appositi contenitori alla discarica.
Subita la pre-grigliatura, il liquame passa alla stazione di sollevamento, in cui viene sollevato, mediante tre elettropompe centrifughe sommerse (delle quali una di riserva attiva), al livello desiderato, livello che diventa il punto di partenza di tutto il profilo idraulico di processo.
La portata totale delle due pompe di servizio è dimensionata per sollevare al massimo 1.5 Qm, che è la portata prevista da trattare; le portate eccedenti eventualmente confluenti in tempo di pioggia, saranno invece sfiorate, o dalla vasca sfioratrice in ingresso o dal by-pass di emergenza all'interno della stazione di sollevamento.
Le elettropompe sono regolate automaticamente in modo da inviare una portata uniforme all'impianto in qualsiasi condizione di carico idraulico.
Dopo il sollevamento il liquame entra nel comparto di grigliatura fine mediante una microgriglia automatica, in grado di eliminare un'elevatissima quantità di materiale sospeso, con funzionamento automatico.
Dopo aver subito la microgrigliatura, il liquame entra nella sezione di OSSIDAZIONE-NITRIFICAZIONE dove si ottiene la degradazione della sostanza organica biodegradabile presente nel liquame e l'ossidazione dell'ammoniaca a nitriti per mezzi di batteri specifici.
Dall'ossidazione i liquami passano in sedimentazione da cui si separa l'effluente chiarificato dal fango di supero e di ricircolo.
Il fango di supero viene inviato alla stabilizzazione aerobica, in modo da completare la reazione ossidativa (se questa non si fosse esaurita nella sezione OSS-NIT), da cui successivamente viene prelevato per inviarlo al trattamento di disidratazione meccanica.
I liquami dopo la sedimentazione passano alla sezione di DISINFEZIONE realizzato mediante bacino di contatto dove viene immesso ipoclorito di sodio, che garantisce una pressoché totale rimozione dei batteri presenti nelle acque.
Per il trattamento dei fanghi si è presente una disidratazione meccanica, realizzata completamente al chiuso, con nastropressa.
ANALISI DELL'IMPIANTO NELLA CONFIGURAZIONE ATTUALE
Tale impianto mostra alcune carenze strutturali dovute non solamente all'epoca di realizzazione.
A seguito dell'incarico conferito dall'Amm.ne Com.le per la verifica funzionale dell'impianto, il sottoscritto ha esaminato tutti gli atti forniti ed eseguito alcuni sopralluoghi; inoltre ha acquisito informazioni dirette da parte del Gestore.
Sulla base di tutti gli elementi raccolti, si è operata una verifica e ricalcolazione dell'impianto.
L’analisi della situazione attuale porta alle seguenti valutazioni:
Le portate effettive in ingresso all’impianto sono notevolmente superiori a quelle originariamente previste e ciò è dovuto sia al maggior numero di utenti allacciati alla rete che ad una maggiore dotazione idrica pro-capite ed infine ad un valore sensibilmente superiore del coefficiente di punta rispetto ai valori di progetto.
Tale sottodimensionamento idraulico comporta essenzialmente il raggiungimento dei corretti limiti operativi dei due sedimentatori secondari e della vasca di disinfezione.
Il vaglio rotante esistente è del tutto insufficiente a trattare l’intera portata in arrivo, che in parte viene nuovamente reimmessa nella vasca di sollevamento tramite la tubazione di troppo pieno presente nella vaschetta di carico, determinando di conseguenza uno sfioro attraverso il manufatto sclomatore.
Il sistema di aerazione esistente, del tipo radial jet, ha uno scarso rendimento dovuto sia alla modalità di formazione delle bolle d'aria che dalla diminuzione di resa derivante dall’usura, è insufficiente ad abbattere l’attuale carico organico.
Tale sistema di fornitura di aria possiede vantaggi e svantaggi rispetto a soluzioni alternative, così riassunti:
• notevole semplicità operativa e manutentiva;
• bassa rumorosità.
A fronte di ciò abbiamo:
• bassa efficienza (consumi di energia notevoli)
• eccessiva turbolenza in vasca
• possibilità di danneggiamento del fiocco di fango
• difficoltà a mantenere una costante concentrazione di ossigeno in vasca
• elevati costi di manutenzione
• difficoltà di estrazione delle macchine
• mancanza di riserva attiva.
Una validissima alternativa a tale sistema è rappresentato dalla fornitura di aria attraverso compressori che, attraverso un sistema di tubazioni, immettono aria dal fondo delle vasche tramite diffusori a disco con membrana in EPDM microforata.
I diffusori configurano un tappeto sul fondo e la dimensione delle bolle che si formano è estremamente più piccola (80-100 micron) per cui l’efficienza di trasferimento dell’ossigeno alla massa liquida è estremamente più efficiente.
Inoltre la miscelazione è più uniforme per cui si evita la formazione di zone di anossia non controllata.
In fase di esercizio, sebbene la normativa non imponga severi limiti di emissione per il parametro azoto, nelle varie forme, operando una attenta temporizzazione nel funzionamento dei compressori sarà possibile determinare una alternanza di fasi aerobiche/anossiche con abbattimento dei nitrati prodotti.
La vasca di clorazione, sebbene di volume sufficiente, ha una configurazione tale da non garantire un idoneo tempo di contatto.
Tulle le apparecchiature elettromeccaniche presenti richiedono una accurata e
L’intero impianto è sprovvisto di acqua.
Stante la assoluta necessità di un intervento di adeguamento, sulla scorta di considerazioni svolte congiuntamente con l'Amministrazione Comunale e con l'Ufficio Tecnico, sono stati individuati i seguenti obiettivi da raggiungere:
• raggiungimento, in condizioni ordinarie, dei limiti di legge per lo scarico;
• ottimizzazione, a breve termine, dei costi di intervento e gestionali;
• ottenimento di un risparmio energetico;
• miglioramento dell’affidabilità dell’impianto;
• aumento della flessibilità del ciclo di trattamento
A tal fine si ritiene necessario un intervento di adeguamento dell’impianto costituito che preveda almeno le seguenti opere:
• Potenziamento del comparto vagliatura fine;
• Rifacimento completo del sistema di aerazione del comparto ossidazione, compreso compressori;
• Adeguamento del comparto di clorazione;
• Realizzazione completa del comparto di filtrazione finale;
• Realizzazione della rete acqua potabile interna all'area depuratore;
• Realizzazione completa di un servizio igienico all'interno dell'edificio servizi esistente;
• Rifacimento completo dell'impianto elettrico e del quadro elettrico generale;
• Realizzazione di un piccolo tratto di acquedotto esterno all'area del depuratore;
• Adeguamento dei collegamenti idraulici di processo;
• Revisione di tutte le apparecchiature elettromeccaniche presenti con garanzia minima di 2 anni;
• Sistemazione della strada di accesso all'area dell'impianto ed opere varie di completamento (verniciature, ecc.)
Il presente progetto preliminare comprende tutte le opere sopra descritte.
Trattandosi di una gara che avrà luogo mediante una procedura aperta, con le modalità di cui al Decreto legislativo 12/04/2006, n. 163, con il criterio dell’offerta economicamente più vantaggiosa (art. 83 del Codice), le Imprese partecipanti potranno proporre con il progetto definitivo anche ulteriori soluzioni che meglio permettano di raggiungere gli obiettivi richiesti al fine di una corretta, affidabile ed economica gestione dell’impianto.
Per tutto il periodo di esecuzione dei lavori dovranno essere intraprese le necessarie azioni per il mantenimento in esercizio dell’impianto al fine di evitare quanto più possibile il by-pass temporaneo della portata in arrivo.
DESCRIZIONE DEL FUNZIONAMENTO - DATI DI DIMENSIONAMENTO
L'impianto è stato dimensionamento sui dati di popolazione residente attuale e di sviluppo futuro, prevedendo che le punte estive rappresentino dei dati non significativi nel complesso degli scarichi confluenti l'impianto.
• Abitanti totali equivalenti: 10.000
• Tipo di fognatura: mista
• Rapporto di diluizione: 3
• Coefficiente di punta nera: 1,5
• Dotazione idrica. 350 l x ab/g
• Coefficiente di afflusso: 80%
Carichi idraulici
Portata media nera mc/g 2.800
Portata media nera (Qmn) mc/h 117
Coefficiente di punta nera in tempo di secco Qmn x 1,5
Portata di punta nera (Qpn) mc/h 175 Coefficiente di portata massima in tempo di pioggia Qmn x 3 Portata massima (Qmax) in tempo di pioggia mc/h 350
Carichi inquinanti pro-capite
• BOD5 : 60 gr/g
• Solidi in sospensione: 90 gr/g
• Solidi sedimentabili: 60 gr/g
• Azoto totale: 12 gr/g
• Azoto ammoniacale: 8 gr/g
• Fosforo totale: 3 gr/g
Limiti di accettabilità allo scarico - TABELLA 1 All 5 Parte III D. Lgs. 152/
(si considerano anche i parametri azoto ed escherichia coli) BOD5 ≤ 25 mg/l
COD ≤ 125 mg/
SS ≤ 35 mg/l.
Azoto totale ≤ 70% del valore in ingresso Escherichia coli ≤ 5.000 UFC/100ml Cloro libero residuo ≤ 0,20 mg/l
L'impianto prevede le seguenti sezioni di trattamento:
Li
nea liquami
• Opera di presa e scolmatura
• Vagliatura meccanizzata
• Sollevamento iniziale;
• Microgrigliatura fine meccanizzata;
• Dissabbiatura - disoleazione aerata;
• Trattamento biologico di ossidazione nitrificazione/denitrificazione.
• Sedimentazione finale;
• Filtrazione;
• Disinfezione effluente;
• Pozzetto di campionamento;
• Opera di scarico a fiume.
Linea fanghi
• Pompaggio fanghi di ricircolo e supero;
• Stabilizzazione aerobica/Ispessimento fanghi;
• Disidratazione meccanica con nastro-pressa
MANUFATTO SFIORATORE
Il convogliamento di tutti i liquami viene effettuato presso la vasca di accumulo esistente, di dimensioni modeste, che svolge funzione di opera di presa e non di accumulo, in modo da eliminare tutti i problemi di sedimentazione delle materie grossolane sospese; dalla vasca si provvede a scolmare con una sezione di sfioro, (indispensabile nel caso di condotte miste nelle quali confluiscono anche le acque di pioggia) le portate in ingresso all'impianto di deputazione eccedenti la 3Qm.
VAGLIATURA
All'interno della vasca è installata una filtrococlea con luce di filtrazione di 3 mm atta a garantire una portata di 410 mc/h, idonea a trattare la massima portata in tempo di pioggia.
Tale apparecchiatura permette di convogliare il materiale grigliato e compattato entro un cassonetto raccoglitore posizionato su apposita piazzola in c.a. con griglia di raccolta e condottamento del liquame sgocciolato entro il pozzetto di sollevamento.
SOLLEVAMENTO DEI LIQUAMI
Si è verificato che le attuali elettropompe installate sono sufficienti a sollevare le portate richieste.
Ogni pompa è dotata di una propria tubazione di alimentazione, eliminando così il collettore di adduzione e le varie valvole di ritegno e sezionamento.
Si ottiene in tal modo una maggiore efficienza idraulica ed una notevole maggiore affidabilità di impianto, oltre a minori oneri di gestione.
Si è considerato opportuno distribuire la capacità massima di sollevamento su più unità che interverranno successivamente, in relazione all'intensità dell'afflusso dei liquami, fino al funzionamento contemporaneo in concomitanza con la portata massima.
Il funzionamento delle pompe è regolato da indicatori di livello a galleggiante;
l'inserimento delle pompe sarà alternato in modo tale che tutte le macchine lavorino approssimativamente per lo stesso numero di ore.
Nella verifica del dimensionamento delle opere civili costituenti la stazione di sollevamento si è controllato che il volume di invaso utile sia tale da garantire un numero massimo di 8-10 avviamenti ora.
Le caratteristiche delle elettropompe sono le seguenti:
unità installate 3
portata unitaria 180 mc/h
prevalenza 7 ml
potenza unitaria 5.9 Kw
GRIGLIATURA AUTOMATICA
A valle della stazione di sollevamento iniziale i liquami subiscono un primo trattamento costituito da una grigliatura fine ottenuta mediante l'esistente sgrigliatore automatico autopulente.
La sezione di grigliatura fine esistente permette di trattare una portata massima pari a 230 mc/h con una spaziatura fra le barre di mm 2,5.
L'utilizzo di tale apparecchiatura esistente viene proposto sia come macchinario di riserva, in caso di manutenzione straordinaria della filtrococlea, ovvero in esercizio continuo per migliorare l'efficienza di rimozione dei corpi solidi.
Si rende necessaria l’installazione di una seconda apparecchiatura, di analoga tecnologia, avente una portata minima di 400 mc/h.
La cassetta di alimentazione è dotata di troppo pieno per permettere lo sfioro della portata eccedente le capacità della macchina in tempo di pioggia.
La griglia utilizzata è dei tipo a filtro cilindrico, nel quale l'acqua da trattare entra nella vasca di alimentazione, appositamente studiata per rallentare e distribuire il flusso, ed attraversa all'esterno la superficie del cilindro che ruota lentamente, (5-10 g./min).
Le particelle solide vengono pertanto trattenute sulla superficie del cilindro e vengono quindi rimosse dalla lama scolmatrice.
L'acqua filtrata per uscire attraversa una seconda volta il cilindro, nella parte inferiore dall'interno verso l'esterno.
La massa d'acqua filtrata, che acquisisce velocità nella caduta libera attraverso il cilindro esercita una efficace azione di controlavaggio delle luci di filtrazione.
L'azione di controlavaggio impedisce inoltre la formazione di mucillagini all'interno del cilindro.
A valle del comparto di grigliatura fine una canala adduce i liquami verso la successiva sezione di pretrattamento costituta dal dissabbiatore - disoleatore.
Opportune paratoie permetteranno il by-pass di tale sezione; ciò potrebbe rendersi necessario in condizioni di manutenzione straordinaria per interventi da eseguirsi sulla stessa vasca di dissabbiatura o sulla successiva vasca di ossidazione.
Dissabbiatura e disoleatura
I liquami vengono sottoposti al processo di dissabbiatura e disoleatura al fine di provocare la separazione tanto delle particelle di sabbia, e altri inerti di caratteristiche
simili, quanto degli olii e grassi presenti nei liquami derivanti questi sia dalle attività produttive sia dai reflui domestici.
La separazione avviene sfruttando le rispettive differenze di densità rispetto al liquame; determinando, all'interno del bacino di dissabbiatura, mediante insufflazione di aria, flussi di circolazione orizzontali e verticali che spingono in superficie gli olii e grassi (flottazione) e operano una separazione selettiva degli inerti pesanti (sedimentazione). I solidi di origine organica non vengono rimossi e passano alle successive sezioni di trattamento.
La fase di dissabbiatura disoleazione è stata dimensionata con un volume complessivo di 40 mc che garantisce un tempo di ritenzione alla portata massima futura non inferiore a 8 minuti primi.
Il rendimento verrà previsto su particelle delle dimensioni dell'ordine di 0,2 mm. e densità di 2.650 Kg/mc in modo da garantire una buona rimozione di tutte le particelle di dimensioni superiori; inoltre la vasca assolverà la funzione di eliminare le sostanze oleose che affioreranno alla superficie del bacino mediante un particolare tubo forato (oil-skimmer) dotato di volantino di manovra su colonnino di comando.
Il dissabbiatore sarà del tipo aerato mediante insufflazione di aria con diffusori a tubo poroso, con estrazione delle sabbie mediante air-lift, in modo da conferirlo all'interno di uno specifico classificatore, in grado di separare il materiale dal liquame mediante coclea entro un apposito cassonetto per essere smaltito, mentre il liquame verrà condottato entro il sollevamento.
Il quantitativo specifico di aria insufflata è pari a:
- 1,5 mc di aria a mc di vasca per la dissabbiatura
- 5 mc/mq di superficie per la disoleatura.
Pertanto avremo le seguenti necessità:
DISSABBIATURA 1,5 mc / h / mc di vasca * 40 mc = 60 mc/h.
DISOLEATURA 5mc/h/mq*11mq=55 mc/h.
Considerando quindi che è necessario avere una disponibilità di circa 20 mc/h per l'estrazione con air-lift la quantità complessiva necessaria di aria risulta essere di 80
mc/h dove applicando un coefficiente di sicurezza del 20%, che tiene conto delle condizioni di torbidità dell'acqua, e delle perdite di trasferimento e delle variazioni di pressione avremo una potenzialità di circa:
Richiesta di aria: 80x1,20 = 96 mc/h.
La generazione dell'aria compressa necessaria per i dispositivi di insufflazione del dissabbiatore avviene per mezzo del compressore volumetrico sito entro cabina insonorizzata all'interno dell'apposito vano ricavato in adiacenza alla vasca di stabilizzazione.
Da detto compressore si origina la tubazione principale di adduzione aria realizzata in acciaio al carbonio zincato a caldo chiusa ad anello dal quale si diramano i tronconi destinati al normale funzionamento dell'impianto che alimenta i diffusori porosi del dissabbiatore, ed il secondo, funzionante saltuariamente, destinato all'alimentazione dell'air-lift.
DIMENSIONAMENTO DIFFUSORI
Dovendo fornire 72 mc/h. di aria ad una profondità di circa 2500 mm, considerando una portata di erogazione massima di 15 Nmc/h per metro di ciascun ossigenatore si prevede di installarne
N° Ossigenatori = 72/15 = 4.8 mt.
E considerando degli elementi di mt. 1,5 ciascuno avremo:
4800 mm. diviso 1500 = 3,2
che arrotonderemo a 4 elementi in modo da farli lavorare ciascuno con la portata di 12 Nmc/mlxh. che è ottimale per ridurre le perdite di carico.
TRATTAMENTO BIOLOGICO OSSIDAZIONE/NITRIFICAZIONE - DENITRIFICAZIONE
Il trattamento integrato costituisce la fase biologica convenzionale, necessaria essenzialmente alla rimozione dell'inquinamento carbonaceo (BOD), quando sia necessario, oltre al controllo di tale valore, raggiunge i requisiti di legge anche per le concentrazioni di AZOTO ammoniacale e nitrico.
Il processo, invece concepito nella schematizzazione normale, consiste in due stadi di trattamento biologico caratterizzati da:
Nitrificazione
Il comparto viene mantenuto in condizioni AEROBICHE mediante i normali sistemi di aerazione; in esso ha luogo la nitrificazione dell'azoto ammoniacale ad azoto nitrico e la rimozione dell'inquinamento organico fino alla quota bioresistente.
Nel dimensionamento dello stadio di nitrificazione si devono tenere in attenta considerazione i parametri legati alla temperatura di processo, all'ossigeno libero disciolto e al valore dei pH che influenzano marcatamente la cinetica di rimozione.
Per quanto attiene alla temperatura il limite minimo a cui il processo non è tecnicamente realizzabile è per i valori inferiori agli 8 °C.
L'ossigeno libero deve essere mantenuto a valori di 1,5 - 2 mg/l 02: la reazione di nitrificazione comporta un consumo di 7,1 mg/l di alcalinità per ogni mg/I di NH4-N nitrificato compensato, in parte, dalla produzione di circa 4 mg/l di alcalinità nella denitrificazione; il pH deve essere corretto se nonostante l'effetto contrastante delle due reazioni il valore finale non è compreso nel campo 6,5-8,5.
Parametri cinetici
Per la nitrificazione vengono assunti i seguenti parametri cinetici:
Velocità di nitrificazione a 20 °C VN 20°C = 80 gr TKN / Kg SS N x h Coefficiente e correlazione alla temperatura di processo
VnT = VN 20°C x TKNe / (KTKN + TKNe) x O.D. / (Ko + O.D.) x Q(T-20) dove:
Vnt velocità di nitrificazione alla generica temperatura T
VN20°C velocità massima di nitrificazione alla temperatura di 20°C TKNe concentrazione di azoto organico ed ammoniacale in vasca di nitrificazione
O.D. concentrazione di semisaturazione relativa all'ammoniaca Ko costante di semisaturazione relativa all'ossigeno disciolto T temperatura di esercizio
Q coefficiente di correzione relativo alla temperatura
Trovata la velocità di nitrificazione, il relativo volume risulta dalla seguente relazione:
Vn= (Q(TKNo-TKNc)-(0,05(BODo-BODc))/VNtxSSxf dove:
Q portata di calcolo (mc/h.)
BODo e BODc concentrazione del BOD in ingresso ed uscita (Kg BOD5/mc) SS concentrazione dei fango nel bacino di nitrificazione (KgSS/mc)
f percentuale di batteri nitrificanti sulla biomassa totale dato dalla:
f=1+ ((BODo - BODe)/(TKNo - TKNe)xY/Yn))-1 dove:
BODo e BODe rappresentano la concentrazione di BOD rispettivamente in ingresso ed in uscita
dalla fase biologica
TKNo e TKNe rappresentano le concentrazioni di azoto ammoniacale in ingresso ed in uscita dalla fase biologica
Y/Yn è il rapporto tra le costanti di crescita dei batteri eterotrofi e di quelli autotrofi nitrificanti
In funzione del volume di ossidazione-nitrificazione ottenuto gli altri parametri risultano:
CARICO VOLUMETRICO Cv =Kg BOD5/Vn x g
CARICO DEL FANGO Cf =CV(kgBOD5)/ SS(KG. SS x g)
La richiesta teorica di ossigeno in condizioni di esercizio è legata a tre esigenze fondamentali:
• sintesi cellulare
• respirazione endogena di microrganismi
• nitrificazione dell'azoto ammoniacale
Questi valori si riassumono nella formula di Eckenfelder:
AOR = a x BOD5e + b x KgSSdie + c x Azoto Nitrificato
dove i coefficienti a e b detti coefficienti respirometrici sono stati oggetto di numerose esperienze, dalle quali sono state derivate le curve su cui si sono ricavati i valori di progetto, che trovano conferma anche nella letteratura classica in materia.
La richiesta effettiva di 02 dovrà essere calcolata tenendo conto dei fattori correttivi che esprimano lo scostamento dalle condizioni standard.
La relazione che consente di passare dalle condizioni di esercizio (AOR) alle condizioni standard, (SOR) è la seguente:
SOR =AOR/(LxB(Csi - Ce)x1,204 (T-20)/9.2)
SOR e AOR danno il fabbisogno di ossigeno in condizioni standard e rispettivamente operative.
T Temperatura del liquame
L e B sono coefficienti correttivi che tengono conto delle caratteristiche del liquame L= 0,8 B= 1
Csl esprime la concentrazione di ossigeno a saturazione per la temperatura e la pressione di esercizio
Ce è la concentrazione di ossigeno nelle condizioni operative del processo (2 mg/l)
Per garantire una buona nitrificazione dovrà inoltre essere verificata una età del fango minima in nitrificazione superiore ai 6 giorni e un carico di fango inferiore a 0,2 Kg BOD5/KgSSg.
Dimensionamento
Ossidazione - Nitrificazione
I liquami effluenti dal comparto di dissabbiatura - disoleazione vengono avviati mediante una canaletta di ripartizione a due bocche di stramazzo a luce libera, regolabile mediante apposite paratie di stramazzo a comando manuale per l'alimentazione bilanciata ai due comparti di ossidazione -nitrificazione, di identiche dimensioni, dove una rete di diffusori alimentati da compressori volumetrici provvedono ad insufflare l'aria necessaria al processo di depurazione biologica. Le vasche saranno dotate di una bocca di efflusso dalla quale i liquami sversano in un pozzo di raccolta da cui parte la tubazione di alimentazione dei successivi comparti di sedimentazione.
Per il dimensionamento, assumendo in via prudenziale un abbattimento di BOD5nei comparti di pretrattamento del 10%, pari a circa 67 Kg.BOD5/g, il volume del bacino di ossidazione è stato calcolato assumendo in ingresso un carico di 540 Kg/g di BOD5, equivalente ad una concentrazione di circa 193 ppm.
Dovendo ottenere un valore allo scarico di 25 ppm, il rendimento depurativo dovrà essere superiore all'87%.
La capacità di nitrificazione della vasca è stata assunta pari a circa 9,6 Kg/g NH4-N, pari ad una velocità di nitrificazione, (valutata a temperatura invernale) di 14,3 gr N/Kg SSNxh.
Assumendo in vasca di ossidazione una concentrazione di biomassa pari a 5 Kg/mc di MLSS, la velocità di nitrificazione pari a 0,014 KgTKN/KgSSNxh e la biomassa nitrificante pari al 5% del totale si ottiene un volume di circa 782 mc.
Il volume effettivo delle due vasche è pari a 968 mc.
Il carico del fango è valutato in 0,12 KgBOD5/KgSS risultando
CARICO VOLUMETRICO Cv =Kg BOD5/Vn x g = 540/968= 0,56 KgBOD5/mc.g CARICO DEL FANGO Cf =CV(kgBOD5)/ SS(KG. SS x g)=0,56/5= 0,11 KgBOD5/KgSS
A questo volume corrisponde un tempo di permanenza idraulico alla Qm di circa 8,3 ore.
Il carico idraulico corrispondente alla portata media in ingresso di 117 mc/h risulta:
Ci = Qm/V =117/968 = 0,12 m/h ampiamente nella norma progettuale.
Per il calcolo del fango di supero, si deve tener conto sia della parte biodegradabile che di quella dovuta al materiale inerte, il cui apporto è dovuto alla mancanza di decantazione primaria.
La produzione di fanghi biologici di supero (su base secca) risultanti dal processo biologico di ossidazione, in corrispondenza ad un carico del fango di
Fc= 0,11 kgBOD5/kgSS*d
viene valutato di norma tenendo conto di un coefficiente di produzione specifica pari a 0,60 kgSS/kgBOD5.
Poichè il BOD totale eliminato nel processo biologico di denitrificazione- ossidazione-nitrificazione risulta pari a :
BOD5 elim. = 470 kg/d
la produzione massima di fango di supero biologico su base secca viene di conseguenza valutata pari a :
0,70 * 470 = 329 kgSS/d
Ammettendo che con l’effluente sfuggano 20 mg/l verranno smaltiti circa 273 kgSS/d.
I dati progettuali generali dell'impianto risultano come da tabella allegata.
SEZIONE DI OSSIDAZIONE-NITRIFICAZIONE
Concentr. O2 disciolto mg/l 2
Temperatura esercizio estate °C 20
Temperatura esercizio inverno °C 10
Velocità di nitrificazione a 20°C grN/KgSSN*h 70
Concentraz. Ntot in vasca mg/l 10
Cost. semisaturazione O2 disc. mg/l 1 Cost. semisaturazione Namm. disc. mg/l 0.5
Coeff. correzione temp. 1.12
Veloc. di Nitrif. a Temperatura grN/KgSSN*h 14.31
BOD5 in ingresso KgBOD5/g 600
BOD5 eliminato pretrattamenti KgBOD5/g 60 BOD5 entrante in ossidazione KgBOD5/g 540 Concentraz. BOD5 Tab.1 D.Lgs. 152/06 mg/l 25 BOD5 abbattuto in ossidazione KgBOD5/g 470
BOD5 in uscita KgBOD5/g 70
Rendimento abbattimento BOD5 % 87
Azoto totale in ingresso KgN/g 120
Concentraz. N tot. in ingresso mg/l 43
Abbattimento N tot. richiesto 70%
Costanti di crescita batteri nitrificanti 3.7
Frazione batteri nitrificanti 0,042
Azoto assimilato per sintesi biologica Kg/g 23,5
Azoto ammissibile allo scarico Kg/g 36
Azoto giornaliero da nitrificare Kg/g 60,5 Coeff. di punta azoto da nitrificare 1,1 Azoto amm. orario da nitrificare Kg/h 2,77
Concentrazione dei fanghi in vasca KgSS/mc 5,00
Volume utile di Ossidazione mc 968
Carico volumetrico KgBOD5/mc*g 0,56
Carico di fango KgBOD5/KgSS*g0,11
Tempo di residenza in vasca a Qm: h 8,3
L'età del fango risulta:
E= 968*5/329=14,7 gg
Tale valore non è sufficiente a garantire la stabilizzazione simultanea dei fanghi prodotti, essendo l'età minima richiesta nel periodo invernale pari a 25 gg, per cui il fango di supero dovrà essere stabilizzato in vasca separata.
RICIRCOLO FANGHI
Per mantenere in vasca di ossidazione la concentrazione prevista, supposta nei fanghi estratti dalla sedimentazione finale una concentrazione di 10,0 Kg/mc il rapporto di ricircolo dovrà essere:
R=SSa/(SSr - SSa)= 5 Kg/mc/(10 Kg/mc - 5 Kg/mc) = 1
La portata di ricircolo adottata sarà prudenzialmente del 100% sulla Qm
Essendo la portata in arrivo pari a 117 mc/h ripartita su due linee, avremo una portata di ricircolo pari a 58,5 mc/h.
Le pompe esistenti sono state dimensionate per 60 mc/h, quindi risultano idonee.
FABBISOGNO DI OSSIGENO
La qualità di ossigeno necessaria alla sintesi cellulare, alla respirazione endogena e alla parziale nitrificazione è data dalla formula di Eckenfelder:
AOR = a x BOD5 e + b x MLSS + c x Azoto Nitrificato dove:
a = 0,5 Kg 02/Kg BOD5abb
b= Coefficiente di respirazione endogena pari a 0,1 in estate e 0,045 in inverno KgO2/KgSS in vasca
c = 4,6 Kg 02/Kg NH4-N Ox
I quantitativi di ossigeno da fornire alle condizioni operative risultano pertanto:
In condizioni estive
a: respirazione attiva Kg 02/g 235
b: respirazione endogena Kg 02/g 484
e: nitrificazione Kg 02/g 278
TOTALE Kg 02/g 997
In condizioni invernali
a: respirazione attiva Kg 02/g 235
b: respirazione endogena Kg 02/g 218
c: nitrificazione Kg 02/g 278
TOTALE Kg 02/g 730
Considerando quindi un coefficiente di punta orario di 1,3 per il BOD e 1,1 per l'azoto, avremo:
Pertanto avremo un valore di punta pari a:
- estate 46,6 KgO2/h
- inverno 35,5 Kg.02/h.
dove considerando un fattore di correzione per portare la richiesta di ossigeno calcolata a condizioni ideali di acqua pulita a condizioni reali di funzionamento mediante un coefficiente moltiplicativo di
SOR = ( 20)
2 . 9
1 *1,024 1
−Ce T−
aCs
dove:
a Fattore di trasferimento (rapporto tra la capacità di ossigenazione relativa alla miscela areata e la capacità di miscelazione relativa all'acqua pulita).
Csl Concentrazione di ossigeno disciolto nella miscela areata alla temperatura T.
Ce Concentrazione effettiva di esercizio di ossigeno disciolto nella miscela areata.
9,2 Concentrazione ossigeno a saturazione in acqua pulita alla T di 20°C e pressione 760 mm. di Hg.
T Temperatura di esercizio.
Pertanto avendo : Csl =(T 10°C)= 11,3 Csl = (T20°C) = 9,2 a=0,9
SOR= 1,40 in condizioni estive SOR= 1,55 in condizioni invernali
avremo un fabbisogno di ossigeno espresso dalla seguente tabella.
Fabbisogno 02 in condiz. operative
valore medio estate KgO2/g 1396
valore punta estate KgO2/h 65,2
valore medio orario estate KgO2/h 58,2
valore medio inverno KgO2/g 1131
valore punta inverno KgO2/h 55,0
valore medio orario inverno KgO2/h 47,1
si adotterà quindi un valore di punta atto a garantire come fabbisogno orario medio la portata di 65,2 Kg 02/h .
Essendo il contenuto di ossigeno per Nm³ di aria insufflata kgO2/Nm³ pari al 28% ed il rendimento di dissoluzione dell'ossigeno in acqua pulita alla profondità di installazione, con una portata media per diffusore di 4 Nm³/h, pari a 12%, la portata di aria necessaria sarà pari a circa 2.000 Nmc/h.
L'ossigenazione e mescolamento della vasca verrà garantito da sistema costituito da un compressore a lobi e da ossigenatori circolari a membrana di profondità installati a tappeto in grado di fornire una portata di 2-6 Nmc/h x m di diff.
Durante il periodo di pausa degli aeratori si instaureranno in vasca delle condizioni di anaerobiosi per cui si otterrà una parziale denitrificazione del liquame.
Abbattimento del fosforo
Per quanto concerne le concentrazioni di fosforo residue, va evidenziato che il processo integrato di rimozione del carbonio e dell'azoto, comporta consumi di fosforo, per il metabolismo batterico, molto superiori a quelli riscontrabili nei trattamenti biologici convenzionali.
Si è infatti sperimentalmente riscontrato che, prevalentemente ad opera dei batteri eterotrofi denitrificanti, quando il fango è posto in condizioni anossiche rilascia il fosforo adsorbito; nella fase successiva, in cui il fango è riaerato in presenza dì substrato nutritivo, si assiste ad un "sovraconsumo" del fosforo (definito in letteratura
"LUXURY UPTAKE" ) che viene assimilato dal fango sotto forma di granuli di ortofosfato.
La capacità di rimozione di fosforo del processo integrato è stata riscontrata, in numerose installazioni, a valori anche superiori al 70% (in un trattamento biologico convenzionale raramente supera il 20%); pertanto sia grazie alla oramai naturale riduzione dei quantitativi di fosforo nei detersivi sia perché nel presente impianto si è voluto dedicare a questo specifico compito la sezione di fitodepurazione, anche se per il momento stralciata, non viene previsto nessun trattamento chimico fisico specifico.
SEDIMENTAZIONE FINALE
I liquami ossidati vengono quindi convogliati in due vasche di sedimentazione costituite da un manufatto a pianta circolare ove viene accentuato il processo di precipitazione dei fanghi mediante l'installazione di un apposito ponte circolare a trazione periferica realizzato in acciaio al carbonio zincato a caldo.
Il sedimentatore è completato da una lama continua in acciaio inox dotata di profilo di stramazzo Thomson, disposta per tutta la circonferenza che rappresenta la canaletta di evacuazione, che consente la regolarità dello stramazzo anche al variare dei livello della vasca e da una cassetta di raccolta schiume posta in corrispondenza di un apposito pozzetto di raccolta dal quale vengono poi inviati in una stazione di rilancio fino alla vasca di stabilizzazione.
La sedimentazione finale, per la separazione del fango di ricircolo dall'effluente depurato è dimensionata per trattare una portata media di 100 mc/h ed una portata massima pari a 300 mc/h.
La verifica è effettuata sulla base del carico idraulico superficiale (Ci), del carico dei Solidi Sospesi (Css) e del Tempo di detenzione idraulica, (Td).
Il calcolo sulla base del carico idraulico superficiale e del carico superficiale dei Solidi Sospesi, dà un valore minimo di riferimento al di sopra del quale il sedimentatore è verificato.
I valori di riferimento sono:
Ci max carico superficiale max. ammissibile 0,6 mc./mq*h alla q24 1,6 mc./mq*h alla qmax.
Css carico superficiale dei S.S. 6 Kg.SS/mq*h alla q24
Il dimensionamento sulla base del tempo di detenzione idraulica, porta alla scelta di un volume utile minimo del sedimentatore, al di sopra del quale il tempo di ritenzione idraulica è superiore ad un valore minimo ammissibile di:
V > qe x Tmin.
Per l'estrazione delle sostanze galleggianti si provvede mediante canaletta tipo SCUM-BOX regolabile in altezza di sfioro, in lamiera di acciaio zincata, collegata mediante tubazione flessibile al pozzetto di accumulo esterno.
Le schiume perverranno in un pozzetto ove è alloggiata una elettropompa sommersa per il convogliamento delle stesse entro la vasca di stabilizzazione ed il successivo allontanamento con i fanghi di supero; esse pertanto verranno prontamente allontanate per impedire, in caso di reimmissione entro la vasca di aerazione, il proliferarsi di specie batteriche indesiderabili in caso di instaurarsi di fenomeni degenerativi del fango.
Per i dati tecnici complessivi si rimanda alla tabella allegata.
CALCOLO E VERIFICA SEDIMENTAZIONE FINALE
Portata giornaliera mc/g 2800
Portata media oraria mc/h 117
Portata punta nera mc/h 175
Portata di pioggia mc/h 350
Volume utile mc 560
Numero sedimentatori n° 2
Volume di ogni sedimentatore mc 280
Diametro m 12
Superficie mq 114
Superficie totale mq 228
Circonferenza m 37
Altezza livello liquido m 2,40
Tempo di ritenzione
a Qmed h 4,8
a Qpn h 3,2
a Qmax h 1,6
Velocità ascensionale
a Qmed mc/mq * h 0,51
a Qpn mc/mq * h 0,77
a Qmax mc/mq * h 1,53
Carico idraulico sullo stramazzo
a Qmed mc/m * h 1,58
a Qpn mc/m * h 2,36
a Qmax mc/m * h 4,73
Carico superficiale dei solidi sospesi
a Qmed Kg.SS/mq*h 5,13
LINEA FANGHI
POMPAGGIO FANGHI DI RICIRCOLO E SUPERO
Fanghi di ricircolo
I fanghi estratti dal fondo del sedimentatore sono convogliati mediante una tubazione in acciaio catramato al pozzetto di raccolta realizzato in fregio al sedimentatore stesso.
All'interno di detto pozzetto trovano alloggiamento due elettropompe di tipo sommergibile (1+1Riserva) che assolvono alla azione di ricircolo dei fanghi biologici in testa alla sezione di aerazione ed al pompaggio del quantitativo giornaliero di supero alla vasca di stabilizzazione aerobica. Le due pompe, per omogeneità di installazione ed interscambiabilità reciproca sono previste dello stesso tipo e dimensionate sulla base nella necessità di ricircolo.
Per la determinazione del valore di ricircolo si utilizzerà la formula:
R = q24x Ca / ( Cr – Ca) Dove:
Ca – concentrazione fanghi in vasca di ossidazione assunta pari a 5 KgSS/mc Cr – concentrazione fanghi nel ricircolo assunta pari a 10 KgSS/mc
da cui ricaviamo che la portata di ricircolo è pari alla portata influente; nei periodi di massima portata, si potrà utilizzare la seconda pompa come integrazione al ricircolo.
La fornitura elettromeccanica dalla sezione di ricircolo comprenderà l'installazione di 2 elettropompe sommergibili l'una di riserva all'altra, comprensive ciascuna di pompa ad asse verticale con girante in ghisa ad ampia sezione di passaggio.
Fanghi di supero
La sostanza organica (non completamente degradata) in accumulo nel sistema, che deve essere allontanata affinché la concentrazione dei fanghi nella miscela aerata non aumenti oltre i valori imposti in fase di progetto, (si ipotizza un valore compreso tra i 4 ed i 6 KgSS/mc), viene definita fango di supero.
La verifica della sua quantità è un dato di difficile valutazione a priori su un impianto di deputazione, in quanto spesso la quantità ottimale sarà valutata dal Gestore dopo una serie di valutazioni e correzioni sul rendimento operativo dell'impianto.
STABILIZZAZIONE AEROBICA E STOCCAGGIO FANGHI
La stabilizzazione aerobica è un trattamento cui vengono sottoposti i fanghi al fine di ottenere un fango stabile, cioè scarsamente putrescibile, non più maleodorante, in modo da poter essere smaltito senza particolari problemi di natura ambientale.
La stabilizzazione può avvenire per via biologica, (Digestione Anaerobica o Aerobica), chimica e termica.
Negli impianti di depurazione di piccole dimensioni si ricorre esclusivamente alla stabilizzazione mediante processi di tipo biologico.
I fanghi di supero, prelevati in precedenza dal pozzetto dì ricircolo e supero mediante l'apposita elettropompa descritta nei precedenti paragrafi, vengono stabilizzati in una vasca aperta ove un eccesso di ossigeno provvederà all'esaurimento dell'azione di demolizione biologica attuata dai batteri presenti nel liquame.
L'eccesso di ossigeno verrà ottenuto mediante insufflazione di aria emessa da dei tubi diffusori disposti a tappeto sul fondo della vasca medesima ed alimentati da apposita apparecchiatura.
Per la realizzazione di tale sezione verrà sfruttata l'esistente vasca di pre- denitrificazione, mediante realizzazione di un setto divisorio in c.a. tale da produrre il volume utile determinato come segue.
DIMENSIONAMENTO
Il digestore aerobico viene dimensionato sulla base del tenore di sostanza volatile nel fango fresco, che nel nostro caso si assume come valore minimo il rapporto 0,70, in quanto per valori inferiori il processo può fare a meno della Digestione Aerobica.
Affinchè la digestione abbia il rendimento richiesto bisogna verificare che i fanghi permangono nel digestore per un tempo sufficiente a garantire la completa stabilizzazione.
Il passaggio dalla concentrazione iniziale del fango di supero, (0,8%) a quella operativa (2,0%), in vasca di stabilizzazione sarà ottenuto mediante ispessimento e sfioro del surnatante nella vasca stessa.
Il volume è pertanto determinato da un tempo di permanenza del fango in essa, espresso a sua volta come differenza fra il tempo necessario a conseguire una digestione tecnica con riduzione del 50% della quantità totale dei SSV, assunto prudenzialmente in 25 giorni complessivi, e l'età del fango al trattamento biologico.
Fissando la concentrazione del fango nella vasca in un valore prossimo al 2 % la quantità di fango giornaliero da estrarre, dopo la riduzione dei SSV equivale a:
SSuscita = SST - SSVrid. = 380 - 106 = 274 KgSST/g dove:
SSVrid = SSVtot x [70%SST x 40%(rend. Abb.)]= 106 KgSSV/g La vasca di stabilizzazione avrà pertanto un volume di:
V = (Et - Eoxi)* SST estratti / % SS in vasca V = (25 - 13) * 12/20= 164 mc
Si adotterà un valore di progetto pari a 170 mc.
Determinato il volume occorrente si procede alla verifica del fattore di carico volumetrico dei Solidi Sospesi; essendo il quantitativo di fango di supero estratto è pari a 274 KgSS/g avremo un carico di volume di:
FCss = 274/170 = 1,6 KgSS/mcxg
che risulta un valore idoneo a garantire una buona stabilizzazione anche in caso di bassa temperatura.
L'ossigenazione e mescolamento della vasca verrà garantito da sistema costituito da un compressore a lobi (comune alla dissabbiatura) e da ossigenatori tubolari di profondità installati a tappeto.
Adottando un valore di 0.12 KgO2/KgSSV*g otterremo:
fabbisogno ossigeno = 0.12 (266-106)*12= 230 KgO2/g
adottando lo stesso coefficiente precedentemente determinato per passare dalle condizioni standard a quelle operative
(invernali) pari a 1.4, otterremo:
230 x 1.4 = 322 KgO2/g
Per garantire una buona miscelazione in vasca occorrerà fornire una densità di potenza almeno pari a 40 Watt/mc per cui avremo, considerando una resa dell'80%
del macchinario:
P= 170 x 40 / (0.8 x 1000) = 8.4 Kw
L'aria verrà fornita da diffusori tubolari in grado di fornire una portata di 12 Nmc/h x m di diff.
Essi avranno una resa di 9 gr O2/mc* m per cui, essendo la profondità di sommersione pari a 3.8 m, avremo:
0.009 x 3.8 x 12 = 0.41 KgO2/diff
imponendo un tempo di funzionamento di 20 ore, per avere una sosta necessaria all'ispessimento, otterremo:
322/20 = 16.1 KgO2/h quindi
16.1/0.41 = 39 diffusori, arrotondato a 40
Riportando la portata in condizioni standard e non normalizzate, (mediante coefficienti di riduzione in funzione della pressione e della temperatura) mediante la:
Q= 273,15
1 15 ,
*273 ) 1 (
* 1013
1 t
pv
G p +
−
dove Gl = Portata aspirata in Nmc/h.
pl = Pressione assoluta di aspirazione pv = Pressione parziale
tl = Temperatura di aspirazione
si ottiene un coefficiente moltiplicativo di 1,25 che da così una portata standard di:
480 x 1,25 = 600 Nmc/h.
al quale occorre aggiungere l'aria necessaria alla dissabbiatura e air-lift, per cui:
Aria totale = 600 + 80 = 680 Nmc/h
Con una prevalenza manometrica di 4500 mm.
FILTRAZIONE FINALE
Per migliorare la qualità dell’acqua di scarico si prevede l’installazione di un filtro a tamburo in acciaio inox con tele filtranti.
L’ acqua contenente le particelle solide in sospensione entra all’interno del tamburo filtrante.
Per effetto della pressione idrostatica data dalla differenza dei livelli interni ed esterni al tamburo, l’acqua attraversa la tela filtrante sulla quale si depositano le particelle (impurità) contenute nell’acqua.
In questo modo si occludono le maglie della tela, aumenta la resistenza al passaggio ed all’interno del tamburo il livello dell’acqua si alza gradualmente.
Raggiunta una determinata differenza fra i livelli della parte interna ed esterna del tamburo filtrante, il sistema di comando innesta automaticamente la rotazione del tamburo mettendo contemporaneamente in funzione il lavaggio della tela.
Questa operazione ristabilisce le originarie capacità filtranti della membrana rimuovendo le impurità dalla parte interna del tamburo.
Tramite un raccoglitore posizionato nella parte superiore del tamburo, vengono estratte queste impurità, che saranno inviate in testa all’impianto di depurazione per gravità o tramite pompa, a seconda del modo di installazione del filtro stesso.
Ruotando il tamburo di circa 180° viene sommersa la parte dello stesso con la tela filtrante lavata e le impurità attaccate vengono scaricate nel raccoglitore.
La resistenza allo scorrimento dell’acqua diminuisce, si abbassa la differenza dei livelli interno e esterno del tamburo filtrante, il sistema di comando ferma la rotazione del tamburo e il lavaggio della membrana.
Il tempo d’arresto del filtro dipende dalla portata dell’acqua inquinata e dalla quantità di impurità contenute e può durare anche diversi minuti.
In questo modo il consumo di energia elettrica viene notevolmente ridotto, si aumenta la densità del fango rimosso e viene prolungata la durata del filtro.
In caso di quantità notevoli di sostanze inquinanti, il sistema regolatore mantiene il funzionamento del filtro costante e senza interruzione.
Questa situazione viene comunque segnalata e nel caso questo fenomeno si verifichi per tempi lunghi è necessario ridurre l’entrata dell’acqua inquinata oppure provvedere alla sostituzione delle tele filtranti.
CLORAZIONE
La vasca esistente offre un volume non idoneo ad esplicare il corretto tempo di contatto dell’agente disinfettante.
Volume della vasca 50,60 mc
Tempo medio di contatto 26 min
Tempo minimo di contatto 9 min
Si prevede di migliorarne l’efficienza mediante creazione entro la vasca di un comparto di arrivo con installazione di elettroagitatore con pale a profilo Sabre e realizzazione di setti e deflettori per regolarizzarne l’idrodinamica.
Verrà installato un gruppo automatico di dosaggio ipoclorito con pompa comandata da sonda di regolazione del redox.
DISIDRATAZIONE DEI FANGHI
La disidratazione è un trattamento di tipo fisico cui vengono sottoposti i fanghi per incrementare il contenuto solido con una sostanziale rimozione della frazione liquida.
La funzione è quella di ottenere un fango praticamente solido e palabile al fine di ridurre i costi di trasporto verso lo smaltimento.
Per diminuire l'impegno di mano d'opera e permettere all'operatore di operare in condizioni igieniche accettabili, oltre che per ottenere una maggiore efficienza vengono evitate soluzioni che prevedono la disidratazione naturale in letti di essiccamento o in sacchi filtranti.
Nell'attuale configurazione già esiste una apposita sezione di disidratazione meccanizzata con nastropressa, correttamente dimensionata, per cui non si ritiene opportuno proporre alcun intervento in tale comparto. 1 fanghi stabilizzati ed ispessiti vengono quindi disidratati per il loro successivo smaltimento.
La stazione è dimensionata per trattare un flusso massimo di 3-5 mc/h di fango ispessito con funzionamento discontinuo per quattro ore su 3 giorni settimanali, in virtù della modesta portata in arrivo di fanghi.
IL PROGETTISTA
