CAP.6 - I serbatoi di accumulo e compenso
Come già accennato al capitolo 5, verranno confrontati tra loro due diversi possibili impianti, indicati rispettivamente con le lettere A e B.
L’impianto A è caratterizzato da un regime di funzionamento
costante, capace di recuperare una portata massima di 750 m3/h;
l’impianto B, invece, è caratterizzato da un regime di funzionamento variabile in grado di adeguare la portata recuperata all’andamento della richiesta idrica industriale e presenta una potenzialità di 1400 m3/h.
Nei paragrafi che seguono verrà valutata l’opportunità o meno di inserire dei serbatoi di compenso giornaliero a monte ed a valle delle unità di recupero di ciascun impianto.
In ogni caso, saranno predisposti degli opportuni volumi di riserva per evitare la completa interruzione dell’erogazione idrica qualora si verifichi un guasto sulla linea di recupero o sia necessario sospendere il funzionamento di qualche unità per eseguirne la manutenzione.
6.1 - La capacità di compenso
Affinché un’opera idraulica sia in grado di trasformare la legge degli afflussi in una legge di deflusso differente, è necessario che essa disponga di un opportuna capacità di compenso. Per l’impianto di recupero di Frosinone è stata prevista la realizzazione di due distinti volumi di compenso: uno a monte e l’altro a valle della linea di recupero:
1 2 3 4
1 Portata in arrivo dalla depurazione biologica 2 Portata di alimento impianto di recupero 3 Portata recuperata
4 Richiesta della rete
serbatoio di monte serbatoio di valle
RECUPERO
Fig. 6.1 – Disposizione dei serbatoi rispetto alla linea di recupero.
Il serbatoio di monte consente di trasformare le portate provenienti dalla depurazione biologica nelle portate di alimento dei trattamenti di recupero; in modo analogo il serbatoio di valle trasforma le portate recuperate in quelle richieste dalla rete.
6.1.1 - Le leggi di afflusso e deflusso
Serbatoio di valle
La legge degli afflussi al serbatoio di valle coincide con la portata recuperata (Fig. 6.1): per l’impianto A essa è costante e pari a 750 mc/h, mentre per l’impianto B vale 1400 mc/h tra le 8 e le 17, e 360 mc/h nelle restanti ore.
Impianto Fascia oraria Portata recuperata
A 0-24 750 m3/h
8-17 1400 m3/h
B 0-8 e 17-24 360 m3/h
La legge dei deflussi attraverso il serbatoio di valle è la stessa per entrambi gli impianti A e B, e coincide con la richiesta idrica della rete (Fig.- 6.1); questa non è nota con certezza tuttavia dato che la maggior parte delle aziende produce tra le ore 8 e le 17 mentre nelle restanti ore sospende o riduce al minimo le lavorazioni per consentire la manutenzione degli impianti, è possibile ipotizzare il 70% del consumo idrico sia ripartito uniformemente proprio tra le 8 e le 17, mentre il restante 30% è distribuito, ancora uniformemente, nelle restanti ore del giorno.
Il volume idrico richiesto dalla rete nel giorno di massimo consumo viene stimato sottraendo al totale dei reflui trattati tre aliquote: la media degli scarichi civili, e le medie dei volumi prelevati dall’acquedotto e dal Sacco e riversati in fognatura.
18000 ) 365 3750000 1850000 550000 ( 35000 V = − + + ≅ m3
RICHIESTA IDRICA INDUSTRIALE
0 250 500 750 1000 1250 1500 0 - 8 8 - 17 17 - 24 mc /h Fig. 6.2 – Legge oraria della richiesta idrica industriale.
Serbatoio di monte
La legge degli afflussi al serbatoio di monte è identica per entrambi gli impianti A e B, e si assume coincidente alla richiesta idrica della rete in quanto le utenze che producono la maggior parte dei reflui sono le stesse aziende da cui si origina la domanda di acque recuperate.
La legge dei deflussi attraverso il serbatoio di monte coincide, invece, con la portata di alimento dell’impianto di recupero già calcolata al paragrafo 5.4.9:
Impianto Fascia oraria Portata di alimento
A 0-24 1180 m3/h
8-17 2172 m3/h
6.1.2 - I volumi di compenso dell’impianto A
Serbatoio di monte
Il volume di compenso da assegnare al serbatoio di monte viene calcolato per via grafica sovrapponendo sullo stesso diagramma Q,T le leggi delle portate in ingresso e in uscita (paragrafo 6.1.1):
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 3 6 9 12 15 18 21 24 mc /h afflussi deflussi 2722 1180 700 700 Volume di compenso (7150 mc)
Fig.6.3 – Volume di compenso del serbatoio di monte (impianto A).
Il grafico evidenzia che i deflussi sono superiori agli afflussi nei periodi 0-8 e 17-24; pertanto l’eccesso di deflusso registrato in tali intervalli di tempo costituisce il volume di compenso (7150 mc) ed è rappresentato graficamente dall’area a tratteggio.
Il regime idraulico del serbatoio risulta suddiviso in due periodi: tra le 8 e le 17 esso va riempiendosi, mentre si va vuotando dalle 17 fino alle 8 del giorno seguente.
Serbatoio di valle
La procedura di calcolo della capacità di compenso del serbatoio di valle è analoga a quella illustrata poc’anzi; in questo caso la portata affluente è quella recuperata, mentre quella in uscita è la richiesta della rete:
0 500 1000 1500 2000 0 3 6 9 12 15 18 21 24 mc /h afflussi deflussi 1400 750 360 360 Volume di compenso (5850 mc)
Fig.6.4 – Volume di compenso del serbatoio di valle (impianto A).
Il serbatoio di valle dovrà avere una volume di compenso di 5850 m3;
esso viene invasato tra la mezzanotte e le 8 e tra le 17 e le 24 per essere poi consumato dalla rete nelle ore lavorative del giorno successivo.
6.1.3 - I volumi di compenso per l’impianto B
L’impianto B non richiede alcuna capacità di compenso né a monte né a valle delle unità di recupero in quanto le portate provenienti dalla depurazione biologica sono maggiori di quelle necessarie ad alimentare i trattamenti terziari e quelle recuperate seguono l’andamento della richiesta idrica industriale.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 3 6 9 12 15 18 21 24 mc /h afflussi deflussi 2722 2172 700 560 700 560 Volume di compenso 0 mc
Fig. 6.5 – Volume di compenso del serbatoio di monte (impianto B).
0 500 1000 1500 2000 0 3 6 9 12 15 18 21 24 mc /h afflussi deflussi 1400 Volume di compenso 0 mc 360 360
6.2 - La capacità di riserva
Al volume di riserva è affidato il compito di soddisfare la richiesta idrica della rete quando il funzionamento dell’impianto di recupero è momentaneamente interrotto a causa di un guasto o per consentire la manutenzione di una delle unità di trattamento. Le ipotesi poste alla base del calcolo della capacità di riserva dei serbatoi sono due:
a) che l’interruzione del servizio si verifichi solo su una delle due linee di cui è costituito l’impianto;
b) che l’interruzione del servizio abbia una durata massima di 8 ore, corrispondente al tempo entro cui è ragionevole ritenere che il guasto sia stato riparato o che le operazioni di manutenzione siano ultimate.
In virtù delle ipotesi fatte, il volume di riserva relativo agli impianti A e B vale rispettivamente: 3000 2 8 750 Vris = ⋅ = m3 (impianto A) 5600 2 8 1400 Vris = ⋅ = m3 (impianto B)
6.3 - La capacità antincendio
Non si ritiene necessario assegnare ai serbatoi alcuna capacità antincendio in quanto tutti gli stabilimenti produttivi, specie quelli che lavorano materie infiammabili, hanno già predisposto dei propri volumi idrici destinati esclusivamente allo spegnimento di fiamme libere.
6.4 - Riepilogo delle caratteristiche dei serbatoi
Serbatoi di monte
Compenso (m3) Riserva (m3) Totale (m3)
Impianto A 5850 0 5850
Impianto B 0 0 0
Tab. 6.1 – Riepilogo dei volumi di invaso a monte dell’impianto di recupero.
L’invaso di monte dell’impianto A verrà realizzato in terra e reso impermeabile posizionando su tutta la superficie interna della vasca una geomembrana in polietilene rinforzato (HDPE) con funzione di tenuta mentre sulla parte superiore degli argini sarà posato un materiale di aggrappo ricoperto da uno strato di terreno per consentire lo sviluppo di vegetazione spontanea che mitighi l’impatto visivo dell’opera. Questa soluzione consente di contenere i costi di
costruzione a soli 11 €/m3 ed è resa possibile dal fatto che le acque
invasate sono ancora a tutti gli effetti dei reflui per i quali non sussiste
alcun rischio di contaminazione.
Serbatoi di valle
Compenso (m3) Riserva (m3) Totale (m3)
Impianto A 7150 3000 8150
Impianto B 0 5600 5600
Tab. 6.2 – Riepilogo dei volumi di invaso a valle dell’’impianto di recupero.
I serbatoi di valle saranno realizzati in cemento armato perché destinati ad accogliere le acque rese idonee al riuso per le quali si vuole evitare ogni forma di ricontaminazione chimica o biologica.
6.5 – Comportamento stagionale dei serbatoi
La capacità di compenso ed il regime di funzionamento idraulico dei serbatoi descritti nei paragrafi precedenti, sono stati calcolati in riferimento al giorno di massimo consumo idrico da parte della rete; tuttavia i consumi industriali non si mantengono costanti nel tempo ma sono soggetti a delle fluttuazioni di tipo stagionale e generalmente presentano un minimo nel periodo estivo (luglio-agosto) quando la produzione rallenta per consentire le ferie degli addetti.
In questo periodo l’impianto di recupero sfrutta solo parte della propria potenzialità ed il regime di vuotamento/riempimento dei serbatoi rimane simile a quello visto in precedenza in quanto alla riduzione della domanda idrica industriale corrisponde un’analoga riduzione dei volumi scaricati ed avviati alla depurazione; l’unica differenza è che la capacità di compenso utilizzata non è più la massima disponibile ma solo parte di essa.
Si consideri, ad esempio, il caso in cui la richiesta giornaliera
della rete si riduca del 50% (9000 m3) rispetto alla massima; le leggi
di afflusso e deflusso relative al serbatoio di valle dell’impianto A saranno:
fascia oraria afflussi Deflussi
0-8 375 m3/h 180 m3 /h 8-17 375 m3 /h 700 m3/h 17-24 375 m3 /h 180 m3/h
Il volume di compenso utilizzato è pari all’area tratteggiata in figura:
0 250 500 750 1000 0 3 6 9 12 15 18 21 mc /h afflussi deflussi 700 375 180 180 Volume di compenso (2925 mc)
e vale V =(700 −375)⋅9 = 2925 m3 che risulta inferiore alla
massima capacità di invaso del serbatoio. Un comportamento del tutto analogo si registra anche per il serbatoio di monte.
