8. L’ EFFETTO DEGLI INTERVENTI PROPOSTI SULLA FUNZIONALITA’ DELL’IMPIANTO DI DEPURAZIONE
8.1 Scenario 1 A/1 B : riutilizzo dell’acqua dei flottatori per gli spruzzi di tele e feltri
8.1.1 Descrizione ed adeguamenti
L’ ipotesi di chiusura prevede il parziale riutilizzo dell’acqua in entrata ai flottatori della MC3 e MC4 per gli spruzzi di tele e feltri (fig. 37, 38 e 39).
Tutte le canne di lavaggio della MC3 e MC4 utilizzano attualmente acqua calda proveniente dai raffreddamenti con portata costante, senza cioè variare la portata d’acqua in base alla velocità o alla grammatura della carta prodotta. Per entrambe le macchine si noterà che a produzioni più alte si avrà una minore perdita d’acqua dal ciclo, valore che dipende però anche dal tipo di impasto e dal tipo di prodotti chimici utilizzati.
Figura 39: spruzzi feltri
Le tabelle 10 e 11 di seguito riportate riassumono il consumo di acqua teorico delle macchine continue durante il normale esercizio. I rilevamenti fatti dalla TNO , ci danno i valori reali della portata totale per i lavaggi di tele e feltri che sono inferiori ai valori teorici forniti dalle case costruttrici delle canne.
Tabella 10: Consumi spruzzi MC3
Una possibile soluzione per diminuire il consumo d’acqua fresca per i lavaggi di tele e feltri sarebbe quello di variare la portata d’acqua in base alla velocità della macchina. Per fare ciò basterebbe sensibilizzare i conduttori di macchina: infatti tutte le canne sono dotata di rubinetti tramite i quali è possibile regolare la portata d’acqua. Si lascerà ai conduttori di macchina il compito di regolare la portata in modo che la spina bagni quel poco che serve il cilindretto, oppure in caso di velocità molto basse di chiudere completamente le canne se notiamo che la lubrificazione è inutile. Si potrà così ovviare almeno in parte al problema dell’alta perdita d’acqua con le basse produzioni .
Come già detto, l’acqua che potrebbe soddisfare i consumi per gli spruzzi a bassa ed alta pressione delle tele di formazione e dei feltri è quella di processo, proveniente dai vaschini prima dell’ ingresso ai flottatori, opportunamente trattata tramite filtrazione.
Analizzando gli schemi di processo dati dalla TNO si nota che le acque che si mescolano nel vaschino della MC4 sono molto simili tra di loro per consistenza e questo rende inutile separarle alla ricerca di una frazione più scarica da trattare. Analogo discorso può essere fatto per il vaschino della MC3.
Quindi uno schema proposto per mettere in atto quanto descritto è quello della tavola 4.
Teoricamente lo scenario 1A prevede l’inserimento di un chiarificatore a sedimentazione come primo trattamento dell’acqua in arrivo dal sottomacchina della MC3 e MC4 riducendo le portata in ingresso ai flottatori a circa 120 m3/h.
Analizzando i costi per l’inserimento di un nuovo manufatto all’interno dello stabilimento ed i benefici ottenuti da tale investimento possiamo dire che sarebbe più facile e meno oneroso trattare la portata destinata agli spruzzi per tele e feltri con un flottatore.
La variazioni apportata allo scenario 1 A con l’utilizzo di entrambi i flottatori e senza il sedimentatore a chiarificazione fa si che tale scenario coincida con 1B.
L’unica differenza è che nel caso 1B ogni flottatore continua a lavorare con i carichi idraulici attuali senza nessuna variazione e la presa dell’acqua da destinare ai lavaggi di tele e feltri viene prevista sulla condotta in ingresso all’impianto di trattamento effluenti.
Nella ipotesi di chiusura 1A immetto 50 m3/h in un flottatore per
alimentare gli spruzzi delle macchine e 130 m3/h nell’altro. Per
di depressurizzazione posta in uscita dal circuito di saturazione aria un sistema di dissoluzione turbo che permette un risparmio di energia pari al 40% (recuperando con il tempo il costo delle variazioni apportate all’impianto).
Visto che gli spruzzi ad alta e bassa pressione richiedono buone caratteristiche dell’acqua (soprattutto per quanto riguarda il contenuto di solidi sospesi) per essere utilizzata, la TNO ha previsto di inserire a valle del trattamento grossolano un filtro senza però specificarne il tipo.
8.1.1.1 Filtro a Tamburo
Analizzando i sistemi di filtrazione già utilizzati per chiarificare e filtrare l’acqua destinata agli spruzzi di macchina prevedo di inserire un filtro a tamburo della serie GAMMAFILTER (figura 40) prodotto dalla O.M.C. COLLAREDA Srl.
La sua costruzione robusta e compatta , completamente in acciaio inox, lo rende adatto ad essere installato all’esterno o all’interno dello stabilimento, anche in spazi ristretti. Sostanzialmente è composto di due parti, la struttura esterna ed il tamburo filtrante, questo ultimo equipaggiato con una tela porosa in poliestere termoretrattile. Il Gammafilter offre,
rispetto ai filtri di concezione tradizionale, una superficie di filtrazione molto elevata, grazie al profilo a V delle tele.
Figura 40: Gammafilter
Il suo funzionamento è abbastanza semplice: l’acqua da trattare è immessa nella camera di alimentazione, posizionata nella parte frontale della macchina, e da qui è convogliata all’interno del tamburo di filtrazione (figura 41).
Le sostanze in sospensione contenute nell’acqua, si depositano sul lato interno del tamburo, che ruotando costantemente e in modo lento attorno al proprio asse, forma un pannello il cui spessore aumenta
gradatamente a mano a mano che il tamburo si immerge nell’acqua. Tale pannello accentua ulteriormente il rendimento del Gammafilter facendo auto-filtrazione.
Figura 41: Particolare del tamburo
La differenza di livello che si viene a creare tra interno ed esterno del tamburo, consente il deflusso per gravità dell’acqua filtrata verso gli scarichi laterali della macchina.
La pulizia delle tele avviene in modo continuo per mezzo degli ugelli spruzzatori montati su due tubi di lunghezza pari al tamburo e posizionati sulla sommità dello stesso; la prima serie di spruzzi stacca il pannello di solidi, facendolo cadere in una tramoggia interna la quale è inclinata in modo da convogliare i solidi separati fuori dalla macchina e quindi alla successiva destinazione. La seconda serie di spruzzi ha il compito di pulire ulteriormente le tele e l’acqua utilizzata ricade all’interno del tamburo. Da notare che per il lavaggio delle tele il Gammafilter utilizza la propria acqua già filtrata (mediante una pompa centrifuga installata a bordo macchina e fornita dalla O.M.C.) e solo una piccola quantità fuoriesce con i solidi. Gli ugelli spruzzatori sono previsti con un sistema automatico di pulizia costituito da spazzole interne comandate a tempo da un riduttore e gestite da PLC.
Il Gammafilter è dotato di un sistema automatico di controllo del livello all’interno della macchina, il quale consente di variare la velocità di rotazione del tamburo in funzione della qualità riferita ai solidi sospesi e/o la quantità dell’acqua da trattare. Risulta dunque essere una macchina sufficientemente elastica in grado di far fronte a diverse situazioni operative.
In particolare nel caso in cui il filtro dovesse ricevere una peggiore qualità dell’acqua in seguito ad un cattivo funzionamento del flottatore
posto a monte il sistema è dotato di opportuni automatismi in modo da far fronte alla situazione.
Un loop costituito da trasmettitore di livello e regolatore che va ad agire sul convertitore di frequenza previsto nel comando del motore di azionamento del tamburo, garantisce il corretto funzionamento dell’impianto anche in situazioni critiche, senza mai dover fermare la macchina per i controlavaggi. Infatti, il peggioramento della qualità dell’acqua determina una tendenza delle tele ad intasarsi e di conseguenza il livello dell’acqua in camera di alimentazione aumenta; il trasmettitore di livello installato nella camera di alimentazione avverte questa variazione e manda un segnale al regolatore installato nel quadro elettrico, il quale a sua volta comanda un aumento della velocità del motore del tamburo in modo da far fronte alla situazione di emergenza creatasi. Generalmente si prevede anche un allarme in modo che l’operatore possa venire a conoscenza che nei flottatori si sta verificando qualcosa di anomalo.
Dati per l’applicazione specifica
* Alimentazione idraulica : 60 m³/h
* Consistenza dei solidi sospesi sedimentabili
contenuti nell’acqua da filtrare : 40-60
ppm
* Acqua filtrata : Inferiore a 10 ppm di solidi sospesi sedimentabili Dati dimensionali GAMMAFILTER MOD. SR 3.2 W * Area di filtrazione : 10 m²
* Numero dei settori di filtrazione : 6 nr.
* Lunghezza massima : 3020 mm
* Altezza massima : 1590 mm
* Larghezza massima : 1450 mm
* Tele filtranti termo-retrattili : Apertura 30
micron
* Peso max. a pieno carico : 7.6 Ton
8.1.1.2 Corpo
Il corpo della macchina è diviso in due camere, una per l’alimentazione e una per il filtrato. La camera di alimentazione è equipaggiata con un troppopieno posizionato nella parte interna ed installato ad un’altezza di 5 cm inferiore a quella del collettore di raccolta delle impurità separate dall’acqua. Le vaschette di scarico per il filtrato chiarito e per quello torbido vengono montate mediante bullonatura
all’esterno della camera dell’acqua chiarita. Sulle stesse sono previsti degli stramazzi regolabili.
8.1.1.3 Connessioni
L’alimentazione è situata nella parte aperta anteriore del tamburo. Le uscite delle acque chiare e torbide sono situate nelle zone laterali. Lo scarico del materiale separato dall’acqua è situato sul lato anteriore della macchina.
8.1.1.4 Tamburo
Il tamburo è una costruzione solida e saldata realizzata in acciaio inossidabile. E’ sostenuto da quattro ruote libere poste all’interno della vasca, dove sono montati dei cuscinetti in acciaio inox con tenute idrauliche speciali, le quali impediscono le infiltrazioni di acqua negli stessi.
8.1.1.5 Settori di filtrazione
I settori di filtrazione sono costruiti completamente in acciaio inossidabile. Sono ricoperti da un tessuto di polietilene termoretrattile, in cui le dimensioni dei fori variano dai 20 ai 400 micron, a seconda
dell’applicazione e della qualità dell’acqua filtrata che si vuole ottenere. La sostituzione di detti settori è di estrema facilità in quanto sono fissati alla struttura del tamburo mediante viti con interposte le guarnizioni di tenuta.
8.1.1.6 Pulizia delle tele filtranti
All’esterno del tamburo, in prossimità dei settori filtranti, sono previsti due tubi spruzzatori STAMM con spruzzi a lama ad alta efficienza; essi hanno lo scopo di abbattere lo strato di impurità che la tela ha intercettato e mantenere pulita la medesima assicurandone l’efficienza. Sono autopulenti mediante delle spazzole interne comandate da un motore STAMM montato all’estremità di ciascun tubo; i tempi di intervento e la durata dei lavaggi sono gestiti automaticamente dal P.L.C. previsto nel quadro elettrico. L’alimentazione degli stessi avviene mediante una pompa a media pressione (8 bar) utilizzando la stessa acqua filtrata.
8.1.1.7 Motore
Il motoriduttore, accoppiato direttamente ad una ruota dentata, va ad agire sulla cremagliera montata nel tamburo imprimendo il senso rotatorio al tamburo stesso. La velocità è controllata mediante un variatore di frequenza previsto nel quadro elettrico.
Azionamenti
Nel GAMMAFILTER la rotazione del tamburo avviene mediante un motoriduttore direttamente accoppiato ad una ruota dentata. La velocità è controllata da un inverter di frequenza programmabile previsto nel quadro elettrico.
Motoridudottore Tamburo
Potenza installata 0.75 kW - 4 Poli
Voltaggio (fase) 400 V 3 fasi 50 Hz
Protezione IP 55
Fabbricazione SEW EURODRIVE
Caratteristiche inverter di frequenza
Limiti di frequenza 10 - 70 Hz
Potenza inverter 0.75 kW
Alimentazione 3 x 400 V
Protezioni IP 20
8.1.1.8 Pompa ugelli spruzzatori
Il lavaggio delle tele del GAMMAFILTER avviene mediante due tubi con ugelli spruzzatori. I tubi sono alimentati da una pompa centrifuga che utilizza la stessa acqua filtrata. La pompa è installata a bordo del GAMMAFILTER e collegata ai due tubi spruzzatori.
Numero tubi spruzzatori : 2
Portata d’acqua agli ugelli spruzzatori
: 10 m³/h
Pressione dell’acqua : 8 bar
Potenza del motore della pompa : 7.5 kW
Fabbricazione pompa : Calpeda
Materiali
Parti a contatto dell'acqua : AISI 304
Parti non a contatto dell'acqua : AISI 304
Pignone di trascinamento : Bronzo
Ruote sostegno tamburo : Bronzo
Incluso nella fornitura
1. Schema di flusso dettagliato;
2. disegni di assieme generale e d’installazione comprendenti il supporto metallico, la scala e la piattaforma di accesso, se previste;
3. manuali d'uso, di avviamento e di manutenzione in accordo alle direttive CE;
4. pompa di alimentazione degli spruzzi a media pressione (8 bar) centrifuga, collegata agli ugelli spruzzatori;
5. quadro elettrico di comando e controllo costruito secondo le direttive CE.
Escluso dalla fornitura
1. Calcoli statici e opere murarie;
2. tubi ed accessori necessari per il collegamento idraulico; 3. collegamenti elettrici;
4. pompa di alimentazione; 5. imballo e trasporto;
6. mezzi di sollevamento e scarico; 7. montaggio ed avviamento;
8.1.2 Verifica dell’impianto di depurazione
L’impianto biologico verrà verificato considerando i carichi inquinanti previsti nello scenario e lasciando lo stesso processo di depurazione. L’analisi verrà condotta con il programma GPS-X, sfruttando il modello costruito precedentemente, per la verifica dello scenario 0, cambiando opportunamente le portate di refluo in ingresso all’impianto e le relative concentrazioni di COD.
Flottatori
L’industria che ha costruito ed installato i flottatori presenti in cartiera mi ha fornito i seguenti calcoli relativi al funzionamento ipotizzato nello Scenario1A/1B.
Il fango in ingresso al flottatore che alimenta gli spruzzi di tele e feltri presenta le seguenti caratteristiche:
Q = 50 m3/h
TSS = 1700 ppm Ceneri = 46.7 %
Con un corretto dosaggio di prodotti chimici, coagulante primario e polielettrolita, si riesce ad ottenere un contenuto di TSS nell’acqua chiarificata di 37 ppm come previsto nell’ipotesi della TNO. Per quanto
riguarda la costituzione di questi solidi sospesi, si tratterà di qualche fibrilla ed il resto saranno ceneri. Il contenuto di ceneri non sarà perciò inferiore al 50 %. Ipotizzando una consistenza del flottatore del 3% (ma possiamo raggiungere tranquillamente il 4-5%) avremo il seguente bilancio idrico:
Qchiarificata = 47.25 m3/h con TSS = 37 ppm;
Qfanghi = 2.75 m3/h, consistenza 3%.
Il fango in ingresso all’impianto di depurazione viene trattato dall’altro flottatore e presenta le seguenti caratteristiche:
Q = 130 m3/h
TSS = 1700 ppm Ceneri = 46.7 %
Anche in questo caso, dosando prodotti chimici, riesco ad ottenere nell’acqua chiarificata il contenuto di solidi sospesi richiesto.
Qchiarificata = 122.9 m3/h con TSS = 37 ppm;
Qfanghi = 7.10 m3/h, consistenza 3%.
Selettore
PORTATE IN ENTRATA:
-Acque trattate dal flottatore:
-Fanghi biologici di ricircolo: Qric = 180 m3/h
PORTATE IN USCITA:
- Acqua e fanghi biologici alla vasca di ossidazione:
Qselet = 302.90 m3/h
Cso = 1200×1.60=1920 mg/l (COD medio in ingresso ) considerando
l’aumento medio degli ultimi anni;
Vasca di Ossidazione - Forma: rettangolare - Volume utile:
Vutile = 2700 m3
Qo = 122.90 m3/h (portata liquame in ingresso dal selettore);
Qr = 180 m3/h (portata fanghi di ricircolo); SELETTORE Qflott ; Cso
Qric
Sedimentatore - Forma: circolare
- Volume utile:
Vutile = 500 m3
Lo scenario 1A/1B non fornisce sufficienti dati in ingresso in quanto il centro studi TNO ci indica solo i valori approssimati della concentrazione di COD, del contenuto di ceneri , della salinità e della consistenza del refluo.
Per tarare il modello in GPS-X relativo allo scenario 1A/1B, ho lasciato i dati relativi alla cinetica dei reattori analoga a quella dello scenario 0 ed ho variato i valori delle variabili a disposizione: concentrazione del COD (figura 42), consistenza e TKN.
Analizzando i risultati ottenuti si nota un incremento del COD totale in uscita dai sedimentatori finali e questo fatto è dovuto principalmente ad un aumento del COD non biodegradabile disciolto come lo possiamo notare dai risultati del test di biodegradabilità analizzato nel capitolo precedente ed in cui, il valore del COD totale è analogo a quello che potremmo avere in questo scenario.
I calcoli mettono in evidenza il fatto che riducendo la portata in ingresso ai flottatori a circa 120 m3/h in uscita dal sedimentatore ho delle
concentrazioni di COD pari a 254 mg/l (figura 43).
Figura 43: Concentrazione del COD in uscita dall’impianto
Questo fatto è in analogia con i risultati ottenuti nelle prove effettuate dal personale addetto all’impianto di depurazione nell’anno 2002: l’impianto di depurazione quando viene alimentato con una portata di refluo che varia tra 110 e 150 m3/h, in una prima fase l’impianto continua
dall’inizio della prova presenta delle concentrazioni di COD in uscita dal sedimentatore dell’ordine di 250÷300 mg/l. In questi casi, non rientrando nei limiti di legge, la cartiera deve scaricare nella rete fognaria aumentando notevolmente il costo di produzione.
Figura 44: Concentrazione del COD filtrato in uscita dal selettore
8.1.4 Valutazioni tecniche degli interventi proposti
Lo studio effettuato dalla TNO non si preoccupa di specificare quale utilizzo si possa fare dell’acqua che ad oggi alimenta gli spruzzi di tele e
feltri. L’impiego più vantaggioso per la produzione sarebbe quello di utilizzarla per il reintegro alla vasca master oppure per la diluizione dei prodotti chimici.
Il reintegro alla vasca master porterebbe un aumento progressivo della temperatura media dell’acqua di processo con i seguenti vantaggi:
miglior drenaggio;
miglior spappolabilità della carta; miglior secco;
aumento delle performance di tele e feltri.
L’aumento di temperatura aumenterebbe la presenza di limo in macchina ma con un trattamento antilimo (già esistente) si potrebbe sopperire a tale problema.
Il riutilizzo per la diluizione dei prodotti chimici può dare dei problemi in quanto l’acqua dei raffreddamenti subisce un trattamento chimico prima di passare dalle macchine, quindi se i composti chimici non sono tollerabili si creano problemi nella formazione del foglio.
Gli scenari 1A/1B permettono con un investimento minimo di ottenere un risparmio d’acqua del 22% senza creare problemi alla produzione della carta anzi migliorando i rendimenti di produzione delle macchine continue.
8.2 Scenario 2A: riutilizzo dell’acqua in uscita dal trattamento biologico per il reintegro alla vasca master
8.2.1 Descrizione e interventi
La simulazione prevede di ridurre i consumi nella preparazione impasti: l’acqua in uscita dal biologico dopo un trattamento di filtrazione viene reintegrata alla vasca master.
Nella Cartiera M.Cardella tutti i reintegri avvengono alla vasca master che alimenta con una pompa la parte di piezometro che fornisce l’acqua alla fase di preparazione impasti. Negli ultimi anni il circuito relativo all’acqua di processo ha subito delle sostanziali modifiche con la costruzione delle nuove tine di stoccaggio ed alla divisione del piezometro in due unità che alimentano rispettivamente la preparazione impasti e la linea produzione. In questo modo sono state separare le acque di processo anche se permangono delle anomalie:
l’acqua fresca è immessa al master che alimenta la preparazione impasti; si potrebbero reintegrare le acque già utilizzate dalle macchine senza effettuare alcuna diluizione con l’acqua di pozzo ;
