Impianti di depurazione come sistema completo

Affidabilità nel processo di ispessimento dei fanghi

Gli impianti di depurazione utilizzano diversi processi di trattamento delle acque reflue a seconda delle dimensioni. Gli impianti più piccoli per un massimo di 30.000 abitanti sono spesso costruiti come impianto di ravvivamento con stabilizzazione aerobica dei fanghi. Gli impianti più grandi (>30.000 abitanti), invece, impiegano solitamente la stabilizzazione anaerobica dei fanghi. Durante questo processo, i fanghi attivi prodotti durante la depurazione biologica vengono prelevati dal serbatoio di richiarificazione e riconvogliati nel serbatoio di ravvivamento. Tuttavia, una parte di questo flusso deve essere prelevata come fango di supero e immessa nella torre di digestione per la stabilizzazione anaerobica dei fanghi insieme ai fanghi primari derivanti dalla pre-chiarificazione.

L'elevato volume dei fanghi di supero rappresenta una notevole sfida. I fanghi vengono estratti dal serbatoio di richiarificazione secondario con una diluizione molto elevata di soli 5–10 g/litro e devono quindi essere ispessiti a circa 50–85 g/litro per raggiungere la concentrazione ottimale per la torre di digestione. Il volume si riduce di circa l'80–90%. Esistono vari metodi per ottenere questo risultato, tra cui l'ispessimento statico o la deformazione, ma ciascun metodo presenta svantaggi specifici. Un metodo eccellente, e con una vasta gamma di vantaggi, è l'ispessimento con i decanter.

Sebbene il funzionamento di una torre di digestione sia tecnicamente impegnativo, è fondamentale per il processo complessivo e i conseguenti costi operativi dell'impianto di depurazione. Questo perché un processo di digestione ottimale aumenta la resa di gas e riduce quindi i costi energetici. Allo stesso tempo, i fanghi ben digeriti possono essere disidratati molto bene, il che riduce anche i costi di smaltimento. Il carico ottimizzato della torre di digestione ha un effetto molto positivo sul controllo dell'intero processo. Il carico deve essere il più uniforme e costante possibile. Una soluzioni che consente di ottenere questo risultato è il decanter OSE Flottweg con controllo dei fanghi ispessiti.

Il processo di ispessimento e i fattori influenti

Osservando il processo nel suo complesso, ci sono alcuni punti importanti e fattori influenti da considerare:

• Le condizioni di ingresso nell'impianto di depurazione influenzano la concentrazione e il volume dei fanghi di supero. Le piogge intense svolgono un ruolo fondamentale.
• Il fango deve essere prelevato dal serbatoio di richiarificazione in modo ottimizzato per il processo, cioè subito dopo la produzione del fango.
• La torre di digestione preferisce un ingresso solido con velocità e concentrazione costanti.
• Per mantenere il più basso possibile il carico di ritorno, l'efficacia di separazione del processo di ispessimento deve essere il più alta possibile: è necessario almeno il 95%, ancora meglio se il 98% o superiore.
• Poiché i flocculanti polimerici possono interferire con il processo di digestione, le loro quantità devono essere mantenute quanto più basse possibile. 
• Più polimero è presente nei fanghi, maggiore è la viscosità e peggiore è la miscelazione nella torre di digestione. Il risultato è una riduzione della resa di gas.

 

La sfida:

Il sistema di ispessimento funziona per lo più autonomamente, senza molta attenzione da parte del personale operativo. Ma la stabilità e l'affidabilità del processo devono essere garantite.  Allo stesso tempo, sia i costi di investimento che i costi operativi devono essere mantenuti entro limiti ragionevoli. Il sistema di ispessimento può essere facilmente adattato alle variazioni dell'intero processo o a situazioni operative speciali.

L'ispessimento dei fanghi di supero con un decanter modifica la struttura (viscosità) dei fanghi. Il fango ispessito (TS) ha una struttura cremosa che consente un facile pompaggio anche a concentrazioni di TS più elevate. Queste proprietà dei fanghi hanno un effetto positivo anche nella torre di digestione, grazie alla bassa formazione di schiuma e alla facile fuoriuscita delle bolle di gas. Al contrario, i fanghi ispessiti prodotti da un ispessitore a nastro hanno una struttura molto squamosa. Questi fanghi sono molto più soggetti alla formazione di schiuma nella torre di digestione.

 

Con l'ispessimento del decanter, il campo gravitazionale artificiale creato nel decanter, che è più forte del campo gravitazionale terrestre, separa le particelle solide dal liquido. I flocculanti polimerici (PF) vengono aggiunti in quantità molto ridotte solo per lisciare la fase liquida.

 

Tenendo conto di questi fattori, il decanter OSE Flottweg è stato progettato per affrontare le sfide di questa fase del processo ed è stato costantemente migliorato nel corso degli anni. Inoltre, la sua ampia tecnologia di controllo e regolazione consente un funzionamento indipendente anche senza la supervisione del personale operativo. L'ampia protezione antiusura del decanter garantisce una durata di oltre 100.000 ore di esercizio e la macchina è progettata per un servizio di assistenza 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Il consumo di energia specifico è di circa 0,10–0,3 kWh/m³, a seconda delle caratteristiche dei fanghi. La geometria del tamburo e della coclea produce risultati di separazione unici.

Il decanter OSE è un sistema chiuso che garantisce che gli aerosol contaminati biologicamente non vengano rilasciati nell'ambiente. Il design silenzioso e la bassa velocità del rotore garantiscono basse emissioni acustiche.

Aggiunta e controllo del polimero

La quantità di PF necessaria dipende dal carico di solidi; in altre parole, il PF deve essere regolato in base al carico per garantire un dosaggio ottimale. A tale scopo, all'ingresso dei fanghi sottili viene installata una sonda per misurare la concentrazione di solidi. Il carico viene calcolato in base all'alimentazione idraulica e alla concentrazione e il dosaggio PF viene regolato di conseguenza. Una dose comune di PF è di circa 0,5–2 kg PF/t TS. Il valore esatto viene impostato dall'operatore sul pannello operatore e quindi regolato automaticamente dal sistema di controllo.

La flocculazione completa non è necessaria quando si utilizza il decanter, poiché il PF viene utilizzato solo per lisciare il centrato al fine di migliorare il grado di separazione, non per la separazione stessa. Di norma, è sufficiente e, di fatto, si consiglia di utilizzare un prodotto in polvere economico. Un'informazione chiave: oltre ai tradizionali polimeri sintetici, è possibile utilizzare anche polimeri biodegradabili a base di chitina o amido. E se le proprietà dei fanghi sono buone, in alcuni casi è possibile saltare completamente il PF con il decanter OSE.

Controllo dei fanghi ispessiti

La variazione delle condizioni di ingresso influisce anche sullo scarico dei fanghi ispessiti. Tuttavia, è importante che la torre di digestione riceva un ingresso costante di solidi e una quantità idraulica costante. Per garantire questi due parametri, il decanter OSE è dotato di un sistema di controllo aggiuntivo per la regolazione dei fanghi ispessiti. Questo sistema misura la concentrazione dei fanghi ispessiti con una sonda. Grazie a un algoritmo nel programma PLC, l'azionamento Simp Drive^® mantiene costante la concentrazione dei fanghi ispessiti. L'operatore deve solo selezionare il valore desiderato sul pannello operatore, ad esempio 6% TS e il resto viene fatto dal controller.

Tenere sempre sotto controllo l'efficacia della separazione

Maggiore è l'efficacia di separazione e più pulito è il centro, minore sarà il carico di ritorno per l'impianto di depurazione. Il decanter OSE è in grado di raggiungere un'efficacia di separazione costante >95%, spesso anche >98%. Un sensore monitora la qualità del centro in modo che gli operatori possano tenere sempre traccia dell'efficacia della separazione. Ciò consente di reagire immediatamente in caso di deviazioni, ad esempio regolando la quantità di polimero.

Ingombro e funzionamento del decanter OSE

Questo sistema di ispessimento è molto compatto. La produttività specifica per spazio chiuso è spesso molto più elevata rispetto ad altri sistemi, in particolare rispetto a quelli più grandi. Ciò consente di installarlo in edifici esistenti, risparmiando sui costi di costruzione. Anche i sistemi di contenitori possono essere implementati facilmente.

 

Oltre alle quantità di fanghi sottili, fanghi ispessiti e concentrato, il sistema monitora importanti parametri della macchina come velocità, vibrazioni, temperatura di stoccaggio, consumo di energia e pressioni delle condotte. Ciò consente all'operatore di tenere sempre sotto controllo tutti i parametri rilevanti. Il sistema di ispessimento può essere azionato e monitorato dal pannello operatore o dalla stazione di controllo del processo. Oltre alle ispezioni occasionali, non è necessario alcun intervento in loco.

Semplice manutenzione e personalizzazione

Il decanter OSE Flottweg è stato progettato per una manutenzione molto semplice. Tutti i gruppi e i componenti importanti sono facilmente accessibili. I costi di manutenzione sono ridotti al minimo grazie alla protezione antiusura completa e di alta qualità in combinazione con gli acciai inossidabili resistenti alla corrosione (V4A e Duplex). I cuscinetti sono robusti e durevoli. Tutte le parti soggette a usura possono essere sostituite in loco, in modo da evitare lunghi tempi di fermo per tutta la durata di vita del decanter.

Inoltre, non sono necessari attrezzi speciali,

e gli specialisti dell'assistenza Flottweg possono accedere al sistema di controllo (previa approvazione da parte del personale operativo) fornendo quindi assistenza per il funzionamento o la manutenzione da remoto.

 

Oltre alla facilità di manutenzione, il sistema è in grado di gestire o adattarsi molto bene alle mutevoli esigenze. Se, ad esempio, nell'impianto di depurazione compaiono batteri filamentosi (microthrix) che degradano l'indice dei fanghi, anche questi fanghi di accumulo possono essere trattati bene, nonostante un SVI fino a 300 ml/g. Al massimo ci si può aspettare un aumento dei requisiti per i polimeri e/o una portata leggermente inferiore. Il sistema è adatto anche per ispessire fanghi primari o fanghi misti, che richiedono solo l'ottimizzazione delle impostazioni della macchina. Oltretutto, se in futuro venissero installati processi aggiuntivi come ad esempio l'idrolisi termica, i decanter OSE si potrebbero adattare facilmente.

 

Il carico costante della torre di digestione consente di risparmiare sui costi di riscaldamento e migliora il processo di digestione, aumentando così la resa di gas e migliorando infine il bilancio energetico dell'impianto di depurazione. Il funzionamento per 24 ore al giorno riduce i costi di investimento migliorando al contempo la gestione del processo di richiarificazione.

Esempio di decanter in uso

L'esperienza dei clienti ha dimostrato che l'uso del decanter per ispessire ha migliorato sia il grado di digestione che il risultato della disidratazione. Inoltre, l'integrazione completamente automatica del decanter ispessente nella gestione del processo ha migliorato notevolmente le condizioni biologiche: il risultato è un minor consumo di ossigeno, un minor carico di ritorno grazie al centrato pulito e un indice di fanghi costantemente basso (90–110). L'uso del decanter migliora anche i valori di run-off per NH₄ -N. Infine, c'è un impatto positivo sulla disidratazione, riducendo il consumo di energia del decanter di circa il -14%, da 2,47 a 2,12 kWh/m³.

Questo esempio e i parametri associati mostrano come il decanter OSE possa avere un impatto positivo sul processo di ispessimento dei fanghi.

Redatto da: Klaus Peisl, responsabile delle acque reflue e delle applicazioni idriche, e Alexandra Schlierf, ingegnere commerciale delle acque reflue e delle applicazioni idriche.