Capitolo 5 A

8/19/2019 Capitolo 5 A

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CAPITOLO V A: LA PROGETTAZIONE NEI TRATTAMENTI FISICI E CHIMICI 2

MISURATORI DI FLUSSO/PORTATA 3

STRUMENTI PER CONDOTTI CHIUSI

4STRUMENTI PER CANALI APERTI 5LE STAZIONI DI SOLLEVAMENTO 11 I VARI TIPI DI POMPE UTILIZZATE 11DIMENSIONAMENTO DELLA VASCA DI ASPIRAZIONE PER POMPE CENTRIFUGHE 17 NUMERO E CARATTERISTICHE DELLE POMPE 19RIPARTITORE DI PORTATA 21 LA GRIGLIATURA 22 GRIGLIE A PULIZIA MECCANICA. 23LA SETACCIATURA 24COMMINUZIONE 28DISSABBIATURA 29 DISSABBIATORI A FLUSSO ORIZZONTALE 30DISSABBIATORI AERATI(FLOTTAZIONE) 32DISSABBIATORI A VORTICE 33TRATTAMENTO DELLA SABBIA RIMOSSA 36EQUALIZZAZIONE 38 PRE-AERAZIONE 43 MISCELAZIONE 43 DESCRIZIONE E APPLICAZIONI 43DISSIPAZIONE DI ENERGIA NELLA MISCELAZIONE 44POTENZA RICHIESTA PER LA MISCELAZIONE 45 AGITATORI A TURBINA ED ELICA 45AGITATORI A PALE 46MISCELATORI STATICI 46MISCELATORI PNEUMATICI 47FLOCCULAZIONE-COAGULAZIONE 48 COLLOIDI 48 NATURA DELLE PARTICELLE IN ACQUE REFLUE 48CARICA SUPERFICIALE 48COAGULAZIONE 50 FLOCCULAZIONE 51 FLOCCULAZIONE A FLUSSO ORIZZONTALE – MECCANICA 51FLOCCULAZIONE A ZONE O CHIARIFICATORI A STRATO DI FANGO 55



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CAPITOLO V A: LA PROGETTAZIONE NEI TRATTAMENTI FISICIE CHIMICI

Lo scopo di questa parte del corso è la discussione della progettazione delle singole unità di processo precedentemente descritte e riassunte nella seguente tabella .tabella 5. 1: scopo principale delle operazioni unitarie e dei processi

Operazioni o processi ScopoGrigliatura grossolana Rimozione di solidi grossolani attraverso intercettazione.

È considerata una operazione di pre-trattamentoComminuzione Triturazione dei solidi. È considerata una operazione di

pre-trattamentoRimozione della sabbia Rimozione della sabbia e della ghiaia e materiale

abrasivo. Operazione che usualmente segue la grigliaturae la comminuzione. È considerata una operazione di pre-trattamentoEqualizzazione della portata Equalizzazione della portate e dei carichi di BOD e solidisospesi per i trattamenti che seguono

Altre operazioni di trattamentopreliminarePreaerazione Rigenerazione dell’ossigeno disciolto. Miglioramento della

distribuzione idraulicaFlocculazione Miglioramento delle caratteristiche di sedimentabilità dei

solidi sospesiSedimentazione Rimozione del materiale sedimentabile e del materiale

flottante. Operazione principale nei trattamenti primaridelle acque reflue

Altre operazioni e unità per larimozione dei solidiFlottazione Utilizzata in sostituzione della sedimentazione

gravitazionale o come pre-trattamento preliminare dellasedimentazione per ottenere un miglioramento nellarimozione dei solidi sospesi e flottabili

Filtrazione Utilizzata in sostituzione della sedimentazionegravitazionale: può essere anche utilizzata come pre-trattamento per la rimozione della sabbia o cometrattamento terziario di affinamento finale ( precede ladisinfezione)

Adsorbimento Il processo diunione di particelle solubili su unasuperficie appropriata

Disinfezione con composti di cloroclorazione Usta principalmente per la disinfezione dell’acqua reflua;

utilizzato anche per il controllo degli odoriDeclorazione Declorazione dell’effluente trattato con cloro

Altri tipi di disinfezione Disinfezione con bromuro di cloro, ozono e radiazioni UV

A queste operazioni si può aggiungere la misura della portata.



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La figura 5.1 propone uno schema della collocazione delle operazioni unitarie fisiche in diagrammadi flusso di un impianto di trattamento delle acque reflue civili

figura 5. 1: unità fisiche in un impianto di trattamento

MISURATORI DI FLUSSO/PORTATAStrumento d’obbligo fondamentale, è sempre un misuratore di portata del liquame da trattare otrattato, possibilmente dotato di integratore-totalizzatore dei volumi defluiti, di un visualizzatore edi un registratore della portata su un grafico continuo o data memoria magnetica . Solo in impiantodi piccola potenzialità ci si può esimere da tale strumento. Le norme di attuazione dei piani di tuteladelle acque in genere prescrivono la misura della portata trattata. Qualora l’impianto sia dotato discaricatori di piena in fasi intermedie (ad esempio a valle della sedimentazione primaria), risultaopportuno dotare l’impianto almeno di due misuratori di portata, ovvero per la misura della portatasollevata e di quella trattata, e questo risulta particolarmente opportuno in impianti di elevata potenzialità. Il confronto tra le due misure consente anche di valutare in maniera attendibile l’effettoattenuante sulle punte di portata nel passaggio del liquame attraverso le varie vasche.

Un sistema completo di misura di portata consiste di un sensore o detector e di un convertitorenell’unità di misura adottata.

Diverse sono le tipologie di strumenti esistenti e si differenziano in strumenti per canali aperti e percondotte chiuse nonché per il principio utilizzato per l’esecuzione della misura.

influente misura

Grigliatura ecomminuzione

Rimozionesabbia

Sedim.primaria

Processobiologico

Sedim.Second.

ricircolo

F a n g o

d i

s u p e r o

Cl2

mixer

Vascacontatto per

cloro

effluente

opzionale

opzionale

Equalizzazionefuori linea

Filtraz.Effl.

Stoccagioacqua di

controlavaggio

acqua dicontrolavaggio

Operazione unitaria

Processo unitario

Operazione unitaria usatain casi particolari

Al trattamentofanghi

Flottaz.Ispess.



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Strumenti per condotti chiusiTre sono le tecniche in genere usate:

1. inserimento di una ostruzione per creare perdite di carico o differenze di pressione proporzionali al flusso

2. misura di effetti attribuibili al fluido in movimento (variazioni di momento, di campomagnetico, di onde sonore);

3. misura di volumi attraverso sensori.

Un esempio di strumenti per canali chiusi è rappresentato nella figura 5.2 che schematizza unmisuratore elettromagnetico . Esso è essenzialmente formato da un corpo flangiato che va inseritonella tubazione e da un display esterno che permette la raccolta dati e la visualizzazione. All’internodel corpo flangiato si crea un campo magnetico che interagendo con la conduttività della acqua permette di calcolare la portata transitata.

figura 5. 2: misuratore di portata elettromagnetico

Gli strumenti misuratori di portata magnetici sfruttano il principio di misura basato sulla legge diFaraday per i circuiti magnetici.

Un corpo conduttore (il fluido di processo che, necessariamente deve avere caratteristiche diconducibilità) che si muove in maniera perpendicolare all'interno di un campo magnetico generatodalla bobina di eccitazione, crea una forza elettromotrice (con un valore proporzionale alla velocitàdi movimento del conduttore e dell'intensità del campo) di senso perpendicolare al conduttore stessoe al campo magnetico secondo la legge della "mano destra". La figura 5.3 illustra come il fluidoche scorre in una condotta isolata di diametro D è attraversato da un flusso magnetico di densità B

posto perpendicolarmente alla direzione del flusso. Se il flusso che scorre nella codotta èelettricamente conduttivo induce una differenza di potenziale E rilevabile da due elettrodi posizionati perpendicolarmente alla direzione del flusso e del campo magnetico. La differenza di potenziale E è proporzionale alla velocità media del liquidoV .

VDBK E ⋅⋅⋅= (Volt) eq 1

essendo: E: (V) tensione indotta agli elettrodiK: costante adimensionale



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B: (Tesla: Vs/m2) densità del flusso magneticoD: (m) diametro dle condottoV: (m/s) velocità del liquido

La portata volumica del fluido Q (m3/s) è data dalla seguente formula:

4VDQ 2⋅⋅Π= eq.2

la combinazione delle formule 1 e 2 permette di visualizzare la differenza di poteziale in relazionealla portata, quindi il calcolo di quest’ultima:

( ) ( ) ( )QD/BK 4QD/4DBK E 2

⋅⋅Π⋅=⋅⋅Π⋅⋅= I trasmettitori magnetici possono virtualmente misurare tutti i liquidi che abbiano una conduttivitàspecifica di almeno 5µS/cm in un qualsiasi impianto. Il range di misura va da 0.1 a 6 m/s.

figura 5. 3: principio di funzionamento

Strumenti per canali apertiIl principio di funzionamento di questi strumenti è basato sull’incremento dell’altezza del pelolibero dell’acqua dovuto ad una ostruzione o alla misura della sezione bagnata e la corrispondentevelocitàPertanto, gli strumenti di misura sono costituiti da un misuratore di livello ( asta metallica,ultrasuoni etc) e da uno stramazzo u o canale a sezione tarata.

Calcolo della portata in alcuni misuratori

1- STRAMAZZO TRIANGOLARE(per piccole portate). Negli impianti di piccole potenzialità, la misuradella portata è effettuata preferibilmente a mezzo di uno stramazzo, come ad esempio quellorappresentato in figura.Questo tipo di strumento non è applicabile su liquami che non siano chiarificati (i solidisedimentabili tenderebbero ad accumularsi a monte della soglia, creando inconvenienti e falsando lamisura), per cui di norma è disposto a valle della sedimentazione o meglio ancora sull’effluente



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finale (una scelta felice può essere quella di sfruttare , per la misura dello stramazzo di sfioro , levasche di contatto per la disinfezione finale dell’effluente).

La formula per il calcolo della portata è la seguente

5.2KHQ = con K= costante dipendente dalla geometria e dalle unità di misura con H= carico allo stramazzo

2- STRAMAZZO TRAPEZIO(stramazzo Cipolletti). La formula per il calcolo della portata è:

5.1KLHQ = con K= costante dipendente dalla geometria e dalle unità di misura con H= carico allo stramazzo

3- STRAMAZZO A LARGA SOGLIA(stramazzo Belanger). La formula per il calcolo della portata è:

h

B



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gh2LhQ µ= conµ=0,385 in teoria, ma in praticaµ=0,37 + 0,39

questa relazione è valida se lo stramazzo è del tipo con spigolo arrotondato a monte;altrimenti ilcoefficienteµ si può ricavare dalle apposite tabelle che esprimono il coefficiente in funzione dalcarico idraulico e dello spessore della traversa.

la figura 5.4 rappresenta un tipo di soglia presente in impianto di depurazione: in realtà perl’utilizzo della soglia come misuratore di portata si deve verificare che rapporto tra l’altezza totale amonte dello stramazzo e l’altezza sopra lo stramazzo sia maggiore di 3 .figura 5. 4: esempio di realizzazione di una soglia



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4- MISURATORE A RISALTO(canale Venturi).:

Per i liquami grezzi, sono usuali i misuratori a risalto idraulico, che fra l’altro hanno il vantaggio diindurre perdite di carico minori: sono essenzialmente costituiti da una restrizione del flusso a pelolibero, in un canale rettangolare; la contrazione della vena liquida, con conseguente formazione di

una corrente veloce, provoca un rigurgito a monte, la cui altezza è correlabile alla portata istantanea,e quindi misurabile con apposito strumento. A valle della strozzatura, la corrente veloce di normaritorna a corrente lenta, con un “salto di Bidone” (il “risalto idraulico”), cioè con un moto vorticosolocalizzato che disperde l’energia in eccesso. Il canale Venturi è applicabile a reflui contenentisolidi sospesi o fanghi senza avere problemi nella misura della portata.

La figura 5.4 rappresenta un misuratore a risalto (canale Venturi). La misura del livello a monte èattuata a mezzo di un galleggiante disposto in apposito alloggiamento laterale (vecchio sistema),idraulicamente collegato con il livello nel canale, oppure più modernamente attraverso appositisensori ad ultrasuoni, evitando problemi operativi connessi al bloccaggio del galleggiante..figura 5. 5: funzionamento del misuratore a risalto

questi misuratori devono essere del tipo a fondo piano, o con un salto verso valle, maicon sogliasporgente dal fondo, per evitare accumuli di solidi a monte; occorre che il canale rettangolare amonte presenti un tratto rettilineo, mediamente paria 15 volte la larghezza, affinché la venad’acqua pervenga alla sezione di controllo con filetti rettilinei, senza moti vorticosi perturbatori,onde avere una misura sufficientemente precisa.

La sezione di controllo deve essere perfettamente calibrata, pertanto il sistema più pratico dicostruzione è che sia fornita una sagoma direttamente dal Costruttore degli strumenti; la sezionenon deve essere troppo stretta per evitare che , per effetto del conseguente considerevole rigurgito amonte alle alte portate, e quindi basse velocità del liquame, si abbiano ad indurre sedimentazioni edepositi di materiale. A valle del misuratore è sempre opportuno adottare un piccolo salto di fondo per aver la garanzia che nella restrizione si formi la voluta corrente veloce e venga evitata lasommergenza.



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Nel caso in cui l’impianto di trattamento sia dotato di pompe di sollevamento del liquame confunzionamento discontinuo, è sempre buona regola progettuale evitare d’istallare il misuratore di portata a valle del sollevamento che a causa del flusso pulsante crea notevoli difficoltà dimisurazione e registrazione. Sempre nel caso di un impianto dotato di pompe di sollevamento , unamisura dei volumi defluiti, anche se approssimata, può essere ottenuta dotando ogni pompa di uncontatore e risalendo ai volumi in base alle portate erogate dalle pompe (in genere le prevalenze

delle pompe, e quindi delle portate, sono abbastanza costanti nel tempo).La formula per calcolare la portata nel canale di figura 5.4 è la seguente:

11 gh2cmlhQ = in cui:c = 0,98m dipende dalla geometria del restringimentol = larghezza della sezione ristrettah1 = altezza del pelo libero nella sezione di misura rispetto al fondo del misuratore nella sezioneristretta.

L’altezza del pelo libero è misurata attraverso misuratori di livelloMISURATORI DI LIVELLO

Sensore ad ultrasuoniE’ sicuramente il più diffuso.La tecnica di misura si basa sul principio di emissione di un cono dionde ultrasonore che partono da un sensore posto sopra la superficie del corso d’acqua da misurare.Il tempo impiegato dalle onde di eco per tornare al sensore stesso, determina la distanza tra sensoree superficie del liquido, che è l’incognita da inserire nel calcolo della portata. Il sensoregeneralmente è dotato di sonda per la compensazione automatica della temperatura dell’aria, inquanto essa può incidere sulla propagazione delle onde sonore. Di norma un buon sensore è ingrado di aggiustare l’emissione di ultrasuoni sulla base delle risposte avute dalle eco in modo da

compensare la presenza di vapori, schiume e turbolenze. Generalmente la distanza minima trasensore e superficie del liquido deve essere non inferiore ai 30 cm altrimenti potrebbero essercidelle distorsioni di lettura per interferenze tra le onde emesse e le onde di ritorno.Proprio per lacaratteristica di non essere a contatto con il liquido, è stato in passato utilizzato sugli scarichi civilied industriali ove si è in presenza di sostanze aggressive o dannose per leapparecchiature,minimizzando la possibilità di danneggiamenti e la manutenzione.Svantaggi diquesta misurazione sono le interferenze che possono essere procurate da vento forte, vapori,schiume e turbolenze sulla superficie del liquido. Generalmente non viene utilizzato per canali più piccoli di 15 cm di diametro o in canali fognari ove per sovraccarichi il livello del liquido potrebberaggiungere il sensore.



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figura 5. 6: schema di funzionamento di un misuratore ultrasonico

Essendo la velocità del suono pari a 331m/s a 0°C, e considerando una correzione in base allatemperatura di 0.17% /°C, si può risalire alla distanza percorsa dagli ultrasuoni, una volta noto iltempo impiegato dal segnale partito dalla sorgente, per farvi ritorno. Nota la quota a cui il rilevatore è posizionato rispetto al fondo del canale (H’), si può facilmenterisalire all’altezza del pelo libero, essendo:

H=H’-h.

Le notazioni introdotte fanno riferimento alla figura 5.6.

T

h

H

H’



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LE STA ZIONI DI SOLL EVAM ENTOL’inserimento nel ciclo depurativo di una fase di sollevamento dei liquami è molto spessoindispensabile, soprattutto nelle zone di pianura, ove la morfologia del terreno non sempre rendedisponibili i dislivelli corrispondenti alle perdite di carico che si determinano negli impianti. Il

dimensionamento della stazione e la scelta delle macchine va condotta tenendo conto dellespecificità proprie del sollevamento dei liquami. In particolare:- la prevalenza necessaria è in genere limitata a pochi metri e corrisponde alle perdite dicarico sulla linea acque; il collegamento a gravità dell’emissario di alimentazione alricettore deve sempre essere assicurato: diverse soluzioni sono da considerarsi del tuttoeccezionali;

- la lunghezza delle condotte di mandata non è di norma rilevante e si riduce spesso a pochimetri, senza rilevanti trasferimenti planimetrici di liquami in pressione;

- le portate da sollevare presentano una forte variabilità in tempo secco che è ulteriormenteaccentuata, nel caso di fognature miste, dagli apporti meteorici che vanno addotti agliimpianti per rispettare i prestabiliti limiti di riduzione;

- molto spesso le acque di rifiuto contengono in sospensione materiale grossolano e

particelle minerali ( è il caso dei liquami urbani e di tutti gli scarichi industriali checomprendono gli apporti della mensa e dei servizi); la scelta delle macchine deve tenerconto dei rischi di intasamento e di abrasione.

I problemi connessi all’ultimo punto possono essere largamente attenuati, o del tutto risolti, quandola stazione di sollevamento viene collocata a valle dei pretrattamenti o addirittura delladecantazione primaria. Questa soluzione tuttavia spesso non è concretamente realizzabile in quantocomporta la collocazione di manufatti importanti anche in profondità, al di sotto del piano dicampagna, con difficoltà realizzative , soprattutto in presenza di falda, e gestionali perl’accessibilità delle opere. Va comunque tenuto presente che almeno la presenza di una grigliaturagrossolana è da considerarsi indispensabile a monte delle pompe centrifughe.I principali tipi di macchine in uso sono le pompe centrifughe e le coclee.

I vari tipi di pompe utilizzateLe pompe più diffuse per il sollevamento dei liquami sono lepompe centrifughe , adatte anche peril sollevamento di acque grezze contenenti solido grossolani e fibre lunghe; esse sicontraddistinguono per il regolare funzionamento, la lunga durata ed i costi contenuti. Rispetto alleunità in uso per acque pulite, presentano giranti con canali più ampli ed in numero minore e conmaggiori tolleranze tra la girante e la chiocciola( i rendimenti sono conseguentemente più bassi, masi ha il vantaggio di operare in continuo senza inconvenienti). In casi particolari in cui si ha lanecessità di sollevare liquidi contenenti sostanze particolarmente abrasive, si può ricorrere a girantispecificatamente resistenti all’azione abrasiva (rivestimento in gomma o costruite con materialispecifici).Tra le pompe centrifughe esistono quelle aventi motore all’asciutto e quelle di tipo sommergibile

che hanno la particolarità di essere una struttura compatta e possono essere sommerse nel liquido(pompe sommergibili) che svolge la funzione di raffreddamento del motore. Le pompe centrifughe possono essere istallate anche con il funzionamento in parallelo (si veda a tale proposito esercitazionesulla scelta delle pompe riportata in appendice) ma è preferibile evitare il collegamento di due o tre pompesulla medesima tubazione di mandata , preferendosi disporre di tubazioni autonome quando lalunghezza della condotta premente non sia rilevante. Si evita in tal modo di dover disporre suciascuna pompa di una valvola di non ritorno (con corrispondente saracinesca che ne consente losmontaggio per interventi di pulizia e manutenzione), necessaria ad impedire effetti diricircolazione del liquame quando una sola delle due pompe è in marcia (figura 5.8).



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Un tipo particolare di pompa centrifuga impiegato nel sollevamento dei liquami fognari è chiamatoa gir ante arr etrata. Il principio di funzionamento è quello del vortice indotto: l'energia meccanicaviene trasferita al fluido idraulicamente grazie alla particolare forma costruttiva della girante.Grazie alla posizione arretrata della girante, il fluido attraversa il corpo senza interessare i vaniinterpalari. E' quindi possibile convogliare, senza alcun pericolo d'intasamento, liquidi viscosi

contenenti corpi solidi in sospensione o impurità filamentose con aria disciolta, chiaramente inerti oaggressivi.LIMITI D'ESERCIZIO Portata da 5 a 700 m3/h (da 80 a 12000 l/min);Prevalenza da 2 a 75 m;Massima pressione all'interno del corpo pompa di 10 bar;Temperatura del liquido pompato variabile, in funzione del materiale della pompa e della pressionedi mandata, da -30 a +170°C;Temperatura ambiente (esterna) minima di -25°C;

figura 5. 7: esempio di pompa con girante arretrata

Pompacon supporto e girante estratti

Pompegirante e piastra di usura

Per il sollevamento di liquami molto carichi, come quelli di fognatura esistono anche pompe agirante aperta riportata in figura 5.11. In questa tipologia costruttiva la girante non è costituita daeliche, ma essendo aperta, non subisce problemi di intasatura e conseguente blocco.



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figura 5. 8: esempio di sistema di allaccio rapido pompe per manovre di manutenzione



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figura 5. 9: pompe in parallelo con condotta di mandata comune e con condotte autonome

La girante delle pompe deve essere sempre installata al di sotto del pelo libero, generalmente nellavasca di aspirazione. Con ciò si evitano problemi di adescamento che possono assumere importanzarilevante data la natura del fluido da convogliare. L’intero gruppo, motore più pompa, nel caso diintervento, può essere sollevato, scorrendo su guide verticali (vedi figura 5.8) al di sopra del pelolibero. Unità del tipo descritto sono ormai realizzate per portate anche assai considerevoli (superiorial m3/s, per prevalenze fino a 10-15 m). Un esempio di stazione di sollevamento realizzata con pompe di questo tipo è riportato in figura 5.10, in cui le pompe che lavorano in parallelo sonoinstallate sulla stessa condotta premente..

Esiste anche il caso di motore istallato al di sopra del livello massimo della vasca con una soluzioneche comporta l’adozione di pompe ad asse verticale che può presentare problemi di guida e di protezione dell’albero quando la linea d’asse presenti rilevante sviluppo. Soluzioni alternative possono consistere nella realizzazione di un ambiente adiacente alla vasca di aspirazione in cuicollocare sia pompa che motore con un’esecuzione ad asse orizzontalefigura 5. 10: esempio di istallazione di pompe sommergibili in parallelo

Mandataautonoma

Mandatacomu ne

sarracinesca

valvola

Mandataautonoma

Mandatacomu ne

sarracinesca

valvola

Ar ri vo li qu am e

Pompe sommergibil i

Uscita liquame



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La figura 5.11 riporta un esempio di modello commerciale di pompa centrifuga

figura 5. 11: esempio di pompa per liquami con solidi e lunghe fibre.

Esistono anche pompe denominatecoclee o a vite di Archimede. Esse sono dei convogliatori diliquidi che applicano il principio della vite di Archimede: sono costituite da un tubo centrale chiusosu cui vengono saldate le volute della spirale e sono installate con un’inclinazione in generecompresa tra i 30° e i 40° sull’orizzontale. La velocità è dell’ordine di alcune decine di giri alminuto.La portata sollevabile varia in modo continuo- ed entro limiti molto ampi- in funzione dellasommergenza delle spire di base; all’aumento della portata in arrivo, l’innalzamento del pelo liberodel canale di alimentazione determinaun’autoregolazione della portata sollevata, eliminandoquindi la necessità di introdurre una capacità di compenso e consentono funzionamenti continui inassenza di fenomeni di attacco e stacco caratteristici delle pompe centrifughe a velocità costante.

Un ulteriore vantaggio sta nelle larghe ed uniformi sezioni di passaggio, che consentono ilsollevamento di acque anche molto cariche, senza necessità di protezione (salvo eventualmente unagriglia molto grossolana); sono inoltre apparecchiature con bassa rumorosità rispetto alle pompecentrifughe.I difetti che hanno riguardano il limitato campo di applicazione:

• portate superiori a 25 l/s,• la prevalenza massima che è di 5 metri,• la necessità di opere civili più ampie di quelle richieste per le pompe centrifughe



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figura 5. 12: esempio di applicazione di coclea

La tabella 5.2 riporta valori orientativi del diametro della vite di questo tipo di macchina, infunzione della portata massima erogatatabella 5. 2: diametro della vite in funzione della portata

portata Diametro vitel/s m 3 /h mm

25 90 38050 180 50075 270 650

100 360 750150 540 900200 720 1000400 1440 1350500 1800 1500



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Dimensionamento della vasca di aspirazione per pompe centrifughe

Per pompe centrifughe operanti a velocità costante, la portata sollevata risulta pure costante, salvole variazioni dovute al variare della posizione del pelo libero nella vasca di aspirazione che siriflettono sulla prevalenza geodetica. Per contro, la portata in arrivo alla stazione di sollevamentonon è costante e comunque non è mai identica a quella sollevabile con la pompa. È pertantonecessario disporre di un piccolo volume di invaso con funzioni di compensazione e di accumulo.

Prendendo inizialmente in esame il caso di una sola pompa istallata, siaQ P la portata sollevabile eQ la portata , variabile, in arrivo alla stazione. In questo casoQ P deve risultare maggiore o uguale almassimo valore assunto daQ, dato che la capacità di invaso disponibile è comunque modesta e non può quindi produrre un significativo effetto di laminazione nel tempo.

Nella vasca di aspirazione il livello oscilla tra un valore minimo, in corrispondenza del quale la pompa viene automaticamente disinserita mediante un comando a livello, ed un valore massimo incorrispondenza del quale la pompa viene avviata. Il funzionamento della macchina è pertantointermittente: in condizioni di riposo, la vasca viene invasata fino a raggiungere il livello superiore.Partita la pompa, essendo la portata allontanata superiore a quella in arrivo, il pozzetto si svuotafino al livello inferiore con conseguente disinserimento della pompa.

Il volume utile del pozzetto, compreso tra il livello di attacco e di stacco, si calcola tenendo contodel numero massimo di avviamenti che la macchina è in grado di sopportare nell’unità di temposenza rischi di eccessivo surriscaldamento. Esso è indicato dai costruttori e generalmente ècompreso fra 6 e 12 avviamenti all’ora. Esso dipende dal tipo di pompa e dalla sua potenza,diminuendo il numero di attacchi con l’aumentare della potenza.

Le condizioni critiche per il funzionamento della pompa si hanno per i valori di portata di arrivo cherendono minimi i tempi del ciclo (t c) intercorrente tra due successivi avviamenti, pari alla sommadel tempo di riempimento (t r ) e quello di svuotamento (t s)

Con le notazioni di figura 5.12, detto V il volume utile compreso tra i livelli di attacco e stacco,risulta:

( )QQVQVttt Psr c −+=+= eq (1)

La portata critica Qc si ottiene imponendo la condizione di minimo alla (1), immettendo Qc=cost.Risulta:

( ) Pc2P

2P

2P

2P

2P

2P

2c Q

21Q0

QQQ2QQVQQ2VQ

QQQ2QV

QV0

dQdt =→=

+−+−=

+−+− → = (2)

per tale portata critica Qc, il tempo del ciclo è minimo e vale :

Pc Q

V4t

⋅

= (3)il volume utile si ottiene quindi imponendo che tc sia maggiore o uguale di quello imposto dalcostruttore t’:

4Q'tV P⋅≥ (4)

Considerazioni analoghe possono svilupparsi anche nel caso di stazioni dotate din pompe. Anche intal caso il funzionamento di ciascuna macchina è asservito ad una coppia di comandi a livello. Alriguardo varie soluzioni sono possibili. La maggior regolarità di alimentazione si ottiene facendo



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coincidere il livello di avviamento di una pompa con quello di arresto della pompa successiva (vedifigura 5.13).

figura 5. 13: condizioni di funzionamento intermittente di una pompa centrifuga

figura 5. 14: condizioni di funzionamento di una copia di pompe centrifughe a velocità costante perdue diverse disposizioni di comandi di livello

Operando come già indicato in precedenza nel caso di una sola pompa, detti QPN la portatasollevabile dalla n-esima pompa e V N il volume utile della vasca di aspirazione compreso tra ilivelli di attacco e di stacco della n-esima pompa, si ha:

4Q'tV PN N N ⋅≥ (5)È così possibile calcolare il volume di accumulo corrispondente a ciascuna pompa.

La geometria della vasca di aspirazione viene quindi definita tenendo conto dei seguenti ulterioricriteri:

o ingombro planimetrico delle pompe e distanze minime tra le varie unità richieste daicostruttori;

Q

QP

Livello di attacca

Livello di stacca

Q

P O R T A T A

TEMPO

QP

Q

QP

Livello di attacca

Livello di stacca

Q

P O R T A T A

TEMPO

QP

Q

QP1

QP2

P1 P2

A2

A1 =S 2

S1

A2

A1

S1=S2

Q

P O R T A T A

TEMPO

Livelli di destra Livelli di sinistra

Q

QP1

QP2

P1 P2

A2

A1 =S 2

S1

A2

A1

S1=S2

Q

P O R T A T A

TEMPO

Livelli di destra Livelli di sinistra



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o dislivello minimo di 15-20 cm tra i vari comandi a livello, per evitare interferenze omanovre accidentali dovute la moto ondoso o all’accumulo di materiale galleggiante;

o convenienza a non approfondire oltre il necessario la vasca come spiegato nel paragrafosuccessivo.

I volumi di accumulo possono venir nettamente ridotti quando siano installate due o più pompe

uguali. È in tal caso sempre conveniente prevedere sistemi di commutazione automatica in grado dimodificare a ciascun ciclo la sequenza di inserimento delle pompe. L’intervallo di tempo tra duesuccessivi inserimenti della stessa unità viene quindi moltiplicato per il numero (m) delle unitàcommutabili; il volume VN, calcolato col (5), può allora essere diviso perm.

Numero e caratteristiche delle pompe

La portata da sollevare deve essere suddivisa su più unità, sia per non produrre eccessivedisuniformità di alimentazione, sia per non rendere troppo gravoso l’inserimento di unità di riserva.Pur con adattamenti da situazioni a situazioni, si suggeriscono i seguenti criteri generali:

Ø la portata calcolo, Qc, va suddivisa, anche per piccoli impianti – su almeno due unità, inmodo da assicurare una portata ragionevolmente continua anche in periodo notturno;

Ø la presenza della vasca di aspirazione determina un aumento anche notevole della prevalenza geodetica relativa alle pompe asservite ai comandi a livello inferiore.. taleaspetto assume rilevanza soprattutto per le unità destinate a sollevare la portata di temposecco, in sistemi dotati di fognature miste. Quando non piove infatti esse funzionano alivello del pelo libero nella vasca nettamente inferiore alle quote del condotto dialimentazione (vedi figura 5.14).

Ø sempre nel caso di fognature miste, non è in genere necessario prevedere unità di riserva peril sollevamento della portata nera. In caso di necessità entrano infatti in funzione le unità previste per gli apporti meteorici che, in tempo secco, restano altrimenti inattive;

Ø per il sollevamento della portata di pioggia vanno installate almeno altre due unità tra lequali suddividere la differenza tra portata da sollevare in tempo di pioggia e la portata giàsollevata dalle pompe di tempo secco. Tale differenza va calcolata tenendo eventualmenteconto della maggior portata che tali pompe possono sollevare in periodo di pioggia a causadella diminuita prevalenza geodetica (vedi figura 5.14);

Ø l’installazione di unità di riserva per il sollevamento delle portate di pioggia è in generenecessaria. È opportuno comunque verificare quali siano i rapporti di diluizione che possonoessere assicurati , prima che entri in funzione lo sfioro, in mancanza di riserve e nell’ipotesidi fuori servizio dell’unità di maggiore potenzialità.



20

figura 5. 15: sollevamento di acque miste con scarico della portata attraverso il by-pass

P1 P2 P3 P4S1

A1

A2

A3

A4

Curva caratteristicadel l ’ impianto conpelo l ibero in A1

Curva caratteristicadel l ’ impianto per i l

massimo invaso

∆h

variazione di Q fra temposecco e di pioggia

Curva caratteristica dellapompa P1

Q

H

By pass



21

RIPARTITORE di p or tataA seconda delle caratteristiche dell’impianto può essere necessario posizionare un ripartitore di portata in parallelo del liquame. Esso ha la funzione di ripartire il refluo a seconda del numero di

linee in cui sono state suddivise le operazioni unitarie dell’impianto.figura 5.15 a: schemi di alcuni sistemi di ripartizione del liquame

A

B

A: ripartitore per liquidi (i.e. dopo pretrattamenti per ripartire le portate sollevate in tre linee parallele;B: ripartitore per fanghi a flusso ascensionale centrale (i.e. per ripartire in più sedimentatorisecondari il mixer liquor di un processo biologico)

Stramazzo di sfioro

Setti di ripartizione

Liquamemiscelato



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LA GRIGLIATURA

È la prima operazione unitaria che si incontra nel trattamento delle acque.

Essa consiste nell’attraversamento dell’acqua da trattare attraverso barre, verghe o fili posti parallelamente tra loro a spaziatura definita, ovvero attraverso setacci o piatti forati. Lo scopo dellagrigliatura è di separare materiali più o meno grossolani dal flusso liquido. Questo previenedanneggiamenti agli elementi dell’impianto (pompe ecc…) che seguono questa operazione.I setacci sono usati per rimuovere materiale più fine e talvolta, se le maglie sono particolarmentestrette, sostituiscono in parte i sedimentatori primari. In genere legriglie hanno spaziature superioria 15 mm e isetacci inferiori a 15 mm.

Le griglie possono essere classificate, a seconda della metodologia di pulizia in griglie a puliziamanuale o meccanica.

figura 5. 16: esempio di grigliatura grossolana e fine

GRIGLIE A PULIZIA MANUALE . Sono sempre più in disuso anche per piccole installazioni. Lalunghezza delle griglie, allo scopo di poter permettere la pulizia non è superiore ai 3 m. Lo spessoredelle barre delle griglie generalmente non è inferiore a 10 mm per una profondità di 50 mm. Per unadeguato funzionamento, la velocità media dell'influente deve essere limitata a circa 0.45 m/s.Dal punto di vista strutturale si deve evitare di incorrere nel collasso per intasamento.



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Altre caratteristiche dimensionali tipiche delle griglie sono riassunte nella tabella 5.2tabella 5. 3: principali caratteristiche delle griglie a pulizia manuale e meccanica

Manuale MeccanicaDimensioni barre

Larghezza mm 5 -15 5-15

Profondità mm 25-38 25-38Spazio tra le barre mm 25-31 15-76Pendenza dalla verticale Gradi 30-45 0-30Velocità in ingresso m/s 0.3-0.6 0.6-0.9Perdite di carico mm 152 152

GRIGLIE A PULIZIA MECCANICA.Il canale di grigliatura deve essere progettato in modo da prevenire la sedimentazione o l'accumulodi materiale. La velocità raccomandata nel canale verso la griglia è di circa 0.4 m/s, quellaattraverso le barre è di circa 0.9 m/s per evitare il trasporto di materiali.

Le perdite di carico tipiche sono di circa 150 mm c.a.Il controllo della pulizia può essere automatizzato in funzione della perdita di carico ovvero con untimer, che aziona l'operazione di pulizia circa ogni 15 min o meglio con il comando asservito ad unamisura di livello.La quantità di materiale grigliato raccolto dipende dalla larghezza delle spaziature delle griglie e deisetacci, dal tipo di sistema fognario e dalla località.Il materiale grigliato, che può essere allontanato con un nastro trasportatore, è stoccato in uncassonetto o in diverso raccoglitore, ovvero può essere disidratato in screw-press prima dellostoccaggio, anche in relazione alle dimensioni dell'impianto.

figura 5. 17: raccolta materiale grigliato



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Per una corretta installazione della grigliatura, è necessario prevedere la presenza di due o più unitàal fine di garantire la continuità operativa e la possibilità di bypassare ciascuna unità per lamanutenzione.Le griglie a pulizia meccanica possono essere suddivise in 4 principali tipi

1) azionate da catena (front cleaned/back cleaned - con rastrello di pulizia davanti o dietro lagriglia);

2) a rastrello alternativo (step screen);3) sospese;4) a carrello.

La griglia del tipo Step Screen rappresenta uno dei concetti più avanzati nella rimozione dei solidi.Tale tipo di griglia , mostrato in figura 5.17, sfrutta la formazione di uno strato di solidi peraumentare il potere filtrante della macchina: essenzialmente consiste in una alternanza di lame fissee mobili che risalgono dal basso verso l’alto con un movimento rotativo. In questo modo passodopo passo, lo strato di solidi accumulatosi viene trasportato alla sommità da cui grazie al sistemaautopulente è convogliato in una zona di raccolta.figura 5. 18: funzionamento di una step screen

LA SETACCIATURAL'operazione di setacciatura viene installata in piccoli impianti o dove comunque le perdite di cariconon rappresentano un problema.

Attualmente la setacciatura viene eseguita attraverso setacci (o filtri) statici o a tamburo rotante.Tipicamente le aperture hanno una larghezza che varia da 0.2 a 6 mm.

I filtri statici con aperture da 0.2 a 1.2 mm sono progettati per flussi da 400 a 1200 l/m2min, conuna perdita di carico da 1.2 a 2.1 m.Essi richiedono la pulizia e degrassatura per una o due volte al giorno attraverso getti di acqua caldao vapore.



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Per quanto riguarda i filtri a tamburo rotante (commercialmente noti comeidrascreen, vedi figura5.19a), le cui dimensioni generalmente sono da 0.9 a 1.5 m di diametro e da 1.2 a 3.7 m inlunghezza, le perdite di carico possono essere tra 0.8 e 1.4 m.

La quantità di materiale grigliato raccolto dipende dalla larghezza delle spaziature delle griglie e dei

setacci, dal tipo di sistema fognario e dalla località. In mancanza di dati riguardanti le quantità dimateriale setacciabile, per una stima della quantità di grigliato si può ricorrere alla figura 5.19b.

Il materiale grigliato segue il trattamento previsto per i rifiuti solidi urbani.

figura 5. 19a: esempio di griglia a tamburo rotante



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Perdite di carico in setacciatura fineIn genere si fa riferimento alle indicazioni dei costruttori tuttavia si può utilizzare la relazione delflusso attraverso un orifizio. Questa è valida solo nel caso di acqua pulita quindi è molto importante

il dato sperimentale e quello del costruttore.2

L AQ

g2C1h

=

dove:C= coefficiente di portata dopo la setacciatura (in genere , per un setaccio pulito vale 0,6)g= accelerazione di gravità (m/s2)Q= portata scaricata attraverso il setaccio (m3/s)A= area effettiva del setaccio sommerso (m2)

Dimensionamento della grigliaturaI punti di seguito indicati devono essere seguiti per dimensionare l’unità di grigliatura:

1. Dati a base progetto : Qmin, Qmn, Qp secca, Qmax pioggia2. Scegliere il tipo di griglia e la quantità di grigliato specifica prodotta3. Definire il modello di griglia in rapporto alla Qmax pioggia ed al numero di linee (vedi punto

5);4. Calcolare le perdite di carico sulla griglia alla Qmax pioggia;5. Organizzare:

§ il numero canali di alloggiamento delle griglie (se AE >10000 due linee; seAE>50000 più di due linee) ed il by pass;

§ la geometria dei canali al fine di ospitare le griglie ed evitare l’esondazione allaQmax pioggia (predisporre un adeguato franco sul pelo libero alla Qmax)

6. prevedere sistemi automatici a CL(controllo livello) per il funzionamento discontinuo dellegriglie;

7. calcolare la velocità di scorrimento nel canale a Qmin, Qmn e Qpunta, verificare se esistonole condizioni di sedimentazione dei TSS;

8. Prevedere sistema di compattazione del grigliato e di raccolta del compattato;9. prevedere sistema di alloggiamento del compattato prima dello smaltimento come CER

190801;10. ospitare il compattatore in una piazzola impermeabile e drenata con scarico in rete fognaria

interna



28

COMMINUZIONEE' un processo che può essere usato in sostituzione della grigliatura/vagliatura. I comminutori hannola funzione di macinazione e frantumazione dei solidi in ingresso ad un impianto. I più usaticonsistono di un tamburo rotante verticale con scanalature da 6 mm per piccole apparecchiature eda 10 mm per le installazioni più grandi.

Devono essere provvisti di by-pass, in caso di guasti o di flussi superiori alla capacità ditrattamento. La perdita di carico attraverso un comminutore può essere di alcuni centimetri fino a0.3 m, arrivando anche fino a 0.9 m per grandi unità.

Generalmente, la ditta costruttrice dei comminutori deve essere consultata per il dimensionamentodelle canalizzazioni, per le capacità e la potenza da installare che comunque è buona normasovradimensionare del 20-25% a causa del parziale intasamento dell'unità operativa.A livello operativo vi sono scuole di pensiero che divergono sull'efficacia di tale trattamento.



30

AQCis =

in cui A è la superficie orizzontale della vasca di desabbiatura.C is ha le dimensioni di una velocità, pertanto la particella di diametrod sedimenta se ha una velocità di sedimentazionev s maggiore ouguale al carico idraulico superficialeC is relativo ad una portataQ che entra nel dissabbiatore(figura 5.13).

I dissabbiatori più comunemente usati sono i cosiddetti “dissabbiatori a canale”. Tuttavia i problemiconnessi alla rimozione della sabbia depositata sul fondo hanno consentito la diffusione di altrimodelli di dissabbiatori. Sulla basa delle apparecchiature oggi esistenti i dissabbiatori possonoessere suddivisi in:

- Dissabbiatori a flusso orizzontale- Dissabbiatori aerati- Dissabbiatori a vortice

figura 5. 20: schema di funzionamento di un dissabbiatore

Dissabbiatori a flusso orizzontale

DISSABBIATORI RETTANGOLARI A FLUSSO ORIZZONTALEI principali parametri operativi per questo tipo di desabbiatura sono quelli esposti nella seguentetabella.

tabella 5. 4: dati tipici per il progetto di dissabbiatori orizzontali

range tipico tipicotempo di ritenzione s 45-90 60velocità orizzontale m/min 12-24 18 m/h 1080velocità di sedimentazione per la rimozione di:

materiale da 65-mesh* -( Φ 0.19mm) m/min 1-1,3 1,2 m/h 72materiale da 100-mesh* -( Φ 0.15mm) m/min 0,6-0,9 0,8 m/h 48perdita di carico come percentuale della profondità % 30-40 36tolleranza per turbolenza in ingresso e uscita 2Dm-0,5L §*se il peso specifico della sabbia è significativamente minore di 2650kg/m 3, devonoessere utilizzate velocità più basse§ Dm: massima profondità

L=lunghezza teorica

portata Q

Xb

h

A

v s

v =Q / h bl



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Per i dissabbiatori a canale si possono considerare anche le seguenti indicazioni progettuali.Chiamando h l’altezza massima di acqua nel canale e prevedendo un dimensionamento in modo chesi possa eliminare (teoricamente) il 100% delle particelle di diametro uguale o superiore a 0,20mm,la lunghezza del canale risulta:

L=20 ÷ 25 H

Il carico idraulico superficiale massimo è normalmente non superiore a 17÷20 m3/(m2h) ,consentendo valori massimi di 35 m3/(m2h) in periodo di pioggia, con rendimenti leggermenteridotti.Considerando il carico idraulico superficiale la tabella 5.4 fornisce i valori di questo parametro perdiversi diametri di particelle e a diversi rendimenti di abbattimento: si presumono particelle disabbia di quarzo con peso specifico di circa 2500÷ 2650 kg/m3.

tabella 5. 5: carico idraulico superficiale in funzione del diametro delle particelle

Rendimenti dell’abbattimento (%)100 90 85

Diametro delleparticelle(mm)

Carico idraulico superficiale Cis (m/h)0,16 12 16 200,20 17 28 360,25 27 45 58

DISSABBIATORI QUADRATI A FLUSSO ORIZZONTALE Sono progettati per la rimozione del 95% delle particelle da 100 mesh.

La figura 5.13 illustra un dissabbiatore quadrato a flusso orizzontale. Per determinare l’area diquesti dissabbiatori sono stati sviluppati dei grafici in cui a seconda della dimensione della particella da rimuovere, considerata con densità specifica di 2650 kg/m3, e della portata da trattare,si fornisce l’area di sedimentazione necessaria. Nella elaborazione delle curve risultanti si tiene in

considerazione anche la variazione di temperatura.

figura 5. 21: dissabbiatore quadrato a flusso orizzontale



32

Dissabbiatori aerati (flottazione )

Questo tipo di trattamento ha la facoltà di rimuovere particelle fino a 65 mesh (0.2 mm) con untempo di ritenzione da 2 a 5 min, nel picco orario di portata.

I diffusori sono posti a circa 0.45-0.6 m più in alto rispetto al fondo, mentre la sabbia viene raccoltain un canale centrale posto sul fondo con pareti ripide profondo circa 0.9 m. Nella figura seguente è presentata la sezione di un dissabbiatore aerato ed il flusso elicoidale che siinstaura nella vasca.

figura 5. 22: cammino elicoidale all’interno di un dissabbiatore aerato

Nella tabella successiva sono riassunti i dati di progetto tipici per il dimensionamento di undissabbiatore aerato.

tabella 5. 6: dati tipici per il progetto di dissabbiatori aerati

range tipicotempo di ritenzione alla portata di picco min 2-5 3dimensioniprofondità m 2-5lunghezza m 8-20larghezza m 2,5-7

rapporto larghezza profondità 1:1-5:1 1,5:1rapporto lunghezza larghezza 3:1-5:1 4 : 1

aria fornita (per metro di lunghezza) m 3/min m 0,18-0,46

quantità di sabbia m 3/10 3m 3 0,004-0,2 0,015

La figura che segue mostra un esempio di dissabbiatore aerato

Soglia distramazzo

Ingresso

Traiettoria delleparticelle di sabbia

Flusso elicoidaledel liquido



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figura 5. 23: esempio di dissabbiatore aerato

Dissabbiatori a vortice

La separazione delle particelle, in questo caso avviene attraverso il movimento a vortice del liquido,come evidenziato nella seguente figura che riporta uno schema di funzionamento per undissabbiatore a tazza. I dati di progetto sono evidenziati in tabella 5.5a.figura 5. 24: dissabbiatore a vortice del tipo a tazza

ingresso

uscita flussodesabbiato

uscita sabbia



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tabella 5.5a: dati tipici per il progetto di dissabbiatori a vortice

range tipicotempo di ritenzione alla portata media s 30dimensionidiametro

camera superiore m 1,2-7,3camera inferiore m 0,9-1,8altezza m 2,7-4,8percentuale di rimozione50 mesh (0,30mm) 9570 mesh (0,24mm) 85100 mesh (0,15mm) 65

tabella 5.5.b: dimensionamento di alcune grandezza caratteristiche di un dissabbiatore a vortice infunzione della portata e del diametro della vasca

azionamento pale azionamento eiettore

portatamassima(l/s)

diametrodella vasca(m)

velocitàdelle pale(giri/min)

potenzamotore(HP)

volume minimo diarea richiesto(m 3/min)

pressioneminima aria(kg/cm 2)

50-100 1,83 34 1/2 2,15 0,3100-150 2,29 28 1/2 2,15 0,3150-130 2,82 26 3/4 2,05 0,35

Un ulteriore tipo di dissabbiatore a vortice è il dissabbiatore Pista , realizzato secondo la figura5.24. La sabbia si deposita in una tramoggia centrale e da qui viene estratta attraverso un air-lift. Ilgruppo d comando delle pale è associato ad un sistema centrale ed è composto da un motoriduttoreveloce di tipo epicicloidale ed accoppiato ad un sistema di trasmissione lento ad ingranaggi

elicoidali.



35

figura 5. 25: dissabbiatore del tipo Pista

figura 5. 26: schema costruttivo del dissabbiatore Pista



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Dimensionamento di un dissabbiatoreIl dimensionamento di un dissabbiatore si basa, in generale sulle seguenti fasi:

§ ipotesi generali

§ dati base progetto§ dimensionamento vero e proprio

§ considerazioni finaliConsiderando più in particolare il caso di un dissabbiatore aerato, si ha il seguente procedimento dimassima:

• Ipotesi : il dissabbiatore è in linea con l’operazione di grigliatura, quindi deve poter

trattare la massima portata che arriva in impianto.

• Dati base progetto : Portata massima di pioggia = Q p

• Dimensionamento :- Volume: HRT = V

Q p=3min⇒V =HRT⋅Q p =3Q p

- Dimensioni geometriche: Larghezza = 1,5 · profondità

Lunghezza = 4 · larghezza

- Numero di linee: A.E. > 50000 2 linee in servizio + 1 by-pass- Quantità di aria: As =150 l

min⋅m di lunghezza del desabbiatore

Qa = As · L- Potenza da installare:Pi = γ Qa∆H

η con γ = peso specifico del fluido,∆H= perdite di carico

η=rendimento macchina

- Sabbia prodotta: Vs = Cu · Va

Cu = m3sabbiam3acqua

Va = volume giornaliero di acqua affluita

- sistema di classificazione e lavaggio della sabbia- predisposizione zona di stoccaggio della sabbia raccolta previo smaltimento come codice

CER 190802.

- carpenteria raccolta schiume

- pozzo raccolta schiume



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EQUALIZZAZIONEÈ una operazione utilizzata per smorzare le punte di portata, positive o negative, che potrebberoinfluenzare negativamente le rese dei processi a valle e nel caso di punte positive per ridurre i costidelle opere a valle dell’equalizzatore.

I principali vantaggi derivanti dall’applicazione di un bacino di equalizzazione riguardano: ¤ Miglioramento delle rese dei processi biologici per eliminazione di punte di carico organico;¤ Migliori caratteristiche dell’effluente per miglior funzionamento del sedimentatore

secondario;¤ Riduzione dell’area di filtrazione finale, miglior funzionamento e possibile programmazione

dei controlavaggi;¤ Può costituire un mezzo per l’upgrading di un impianto sovraccaricato.

L’equalizzazione in linea migliora lo smorzamento della concentrazione degli inquinanti contenutinel refluo. L’equalizzazione off-line ha il vantaggio di ridurre le spese di pompaggio.

Possono essere costruiti in terra, in cemento o in acciaio.E' necessaria una geometria che consenta alla vasca di funzionare quanto più possibile come unreattore di tipo CSTR e l'installazione di agitatori o aeratori per impedire la setticità. E' inoltreimportante :

¤ impedire l'accumulo di solidi e grassi sulle pareti;¤ installare uno scarico di emergenza in caso di fermata delle pompe;¤ installare uno scarico a sfioro adatto per la rimozione di materiali flottanti e

schiume;¤ installare un sistema di "water spray" per prevenire la formazione di schiume sulle

pareti.

La richiesta energetica di agitazione per un refluo urbano con una concentrazione in TSS pari acirca 220 mg/l, è di circa 0.004-0.008 kW/m3.L'aerazione necessaria per prevenire la setticità e l'emissione di odori è paria circa 0.01-0.015m

3/m

3min. L'aerazione non è necessaria qualora il tempo di ritenzione sia inferiore a 2 ore.



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figura 5.28 diagramma di flusso di un tipico impianto di trattamento con equalizzazione in linea efuori linea

figura 5.29: carico e scarico di un equalizzatore fuori linea

Tre sono i quesiti teorici da porsi nel momento in cui si decide di adottare un equalizzatore:

influente misura

Grigliatura grossolanae comminuzione Rimozione

sabbiaEqualizzazione

Stazione di controllodel flusso

Trattamentoprimario

Trattamentosecondario

effluente

p o r t a

t a

p o r t a

t a

tempotempo

influente misura

Grigliatura grossolanae comminuzione Rimozione

sabbia

Stazione di controllodel flusso

Trattamentoprimario

Trattamentosecondario

effluente

p o r t a

t a

tempo

p o r t a

t a

tempo Vasca persovraflussi

Equalizzazione

0

Q

t

Qmn

scarico

carico

0 t1 t2



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1. dove deve essere posizionato l’equalizzatore nell’impianto?Connesse con questo quesito sono le seguenti considerazioni:- posto tra il sedimentatore primario ed i trattamenti biologici pone minori problemi di odorie richiede una miscelazione meno spinta rispetto al caso che sia posto prima delsedimentatore primario- le pre-fermentazioni nel caso in cui l’equalizzatore sia posto prima della sedimentazione

primaria,possono tuttavia migliorare le rese di rimozione del fosforo nel caso di trattamentiavanzati

2. quale tipo di equalizzazione deve essere usata, quella on-line o off-line? In questo casorisulta determinante la valutazione dello smorzamento delle concentrazioni e la loroinfluenza sul processo. La valutazione deve essere fatta caso per caso.

3. Quale è il volume del bacino di equalizzazione? Il volume viene calcolato costruendo ildiagramma del volume cumulativo che arriva all’impianto rispetto al tempo nel tempo .

Per determinare il volume richiesto, viene condotta una linea parallela alla linea del flusso medioentrante, tangente alla curva del flusso cumulativo entrante (le curve dei volumi cumulativi siottengono sommando ogni ora il flusso entrante più il precedente, sia per la portata media che per la portata effettivamente entrante). A seconda del tipo di portata si possono avere due tipi didiagrammi come mostrato in figura 5.30. Il volume richiesto è dato dalla distanza, presa lungo laverticale, tra il punto di tangenza e la curva del flusso medio, nel caso A e con il secondo punto ditangenza nel caso B.L’interpretazione fisica dei diagrammi è la seguente:

- al punto inferiore di tangenza (diagramma di tipo A) il bacino è vuoto; successivamenteinizia a riempirsi in quanto la pendenza della tangente alla curva della portata in ingresso èmaggiore della pendenza della tangente alla portata media. L’equalizzatore si continua ariempire fino a che a mezzanotte non diventa pieno . inizia quindi un nuovoo ciclo disvuotamento (pendenza della tangente alla curva di portata in ingresso inferiore alla rettadella portata media).

- Nel diagramma di tipo B il bacino sarà pieno al punto di tangenza superiore quindi inizierà asvuotarsi per essere vuoto al punto di tangenza inferiore del ciclo.

Nella realizzazione pratica il volume del bacino sarà più grande del 10-20% rispetto al teorico per leseguenti ragioni:

? Il sistema di agitazione non permette il completo svuotamento del bacino;? Una disponibilità di volume deve essere prevista per eventuali ricircoli interni all’impianto;? Un margine di sicurezza è sempre opportuno prevederlo.



41

Figura 5.30: determinazione del volume di equalizzazione in linea

Dimensionamento di un equalizzatoreEqualizzatore in linea

1. determinazione del volume della vasca richiesto per la equalizzazione delle portate (volumeutile):

§ costruire curva cumulativa delle portate in ingresso e della portata media nera,secondo i diagrammi di figura 5.30

§ determinare il volume richiesto per la equalizzazione

2. definizione del volume minimo necessario per la sommergenza delle pompe3. determinazione del volume totale = volume minimo +volume utile4. scelta del punto di posizionamento a valle o monte dei primari5. scelta tipo di vasca6. scelta elettromeccanica

§ pompe sommergibili dimensionate sulla Qmn§ miscelatori (densità di potenza 6-10W/m3) per garantire completa miscelazione

7. collocare il by-pass con sversamento alla rete interna per malfunzionamento delle pompe disollevamento

Equalizzatore fuori lineaLa vasca viene caricata con le portate eccedenti la Qmn e i volumi accumulati vengono scaricatiquando la portata in arrivo è minore della Qmn (figura 5.29). L’impianto deve essere dotato di unoscolmatore che ripartisce la portata all’equalizzatore e di un misuratore di portata che che nel casoin cui la Q influente è minore della Qmn, dia segnale di accensione alle pompe dell’equalizzatore.

1. determinazione del volume utile per la raccolta della portata eccedente la Qmn (scelto in base ad una analisi di stagionalità della Qmn (m3/h))

volume diequalizzazione

r ich ies to

volume diequalizzazione

richiesto

diagramma flusso iningresso

portata mediagiornaliera

diagramma flusso iningresso

portata mediagiornaliera

0 12 0 0 12 0

diagramma di t ipo A diagramma di t ipo B

Ore del giorno

V o

l u m e c u m u

l a t i v o

e n

t r a n

t e ,

m 3



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PRE-AERAZIONEE' un processo applicato al refluo al fine di:

v migliorare il suo trattamento;v per separare i grassi presenti, per il controllo degli odori, per la rimozione di sabbie;v per distribuire in maniera uniforme i solidi sospesi per i successivi trattamenti;v per incrementare la rimozione del BOD.

Il tempo di ritenzione nel canale di pre-aerazione è pari a circa 10-15 min, mentre il flusso di ariaconsigliato è di circa 0.2-0.5 m

3/mcanale min.

L’operazione unitaria non è sempre consigliata, nel senso che negli impianti che attuano larimozione biologica dei nutrienti, una pre-aerazione eccessiva esercita impatti negativi sulle prestazioni dei processi. La pre-aerazione che determina sgrassatura si effettuacontemporaneamente alla dissabbiatura aerata.

MISCELAZIONE

Descrizione e applicazioni Negli impianti di trattamento acque l’operazione unitaria della miscelazione trova molteapplicazioni,ad esempio:

q la miscelazione del cloro o dell’ipoclorito in disinfezione;q la miscelazione nel bacino di ossidazione per il trasferimento dell’ossigeno;q la miscelazione in un digestore per il trasferimento del calore e per facilitare il contatto tra

substrato e microrganismi.L’agitazione può essenzialmente essere:

- continua – rapida (1-30 secondi)- semplicemente continua.

La prima serve in genere per mescolare delle sostanze chimiche in un mezzo. La seconda permantenere in sospensione il contenuto di un reattore.La miscelazione può avvenire in vari modi:

- sfruttando il regime turbolento del flusso (addizionando il reattivo in uno stramazzo, in unventuri, in tubi a regime turbolento, pompando);

- dissipando energia in miscelatori statici;

- fornendo energia attraverso miscelatori meccanici od insufflando aria.



44

figura 5.31: alcuni esempi di sistemi di miscelazione

Dissipazione di energia nella miscelazioneLa potenza impegnata può essere usata come mezzo per definire grossolanamente la misura

dell’efficacia di miscelazione.Camp e Stein proposero l’uso del gradiente di velocità in serbatoi di coagulazione e svilupparono laseguente equazione di dimensionamento:

VPG µ= (1)

dove:G=gradiente medio di velocità l/sP=potenza richiesta , Wµ=viscosità dinamica, (Ns/m2)

V=volume del flocculatore, m3

Volendo esprime l’equazione in funzione del tempo di residenza idraulico td, in un processocontinuo, si devono moltiplicare entrambi i membri per td=V/Q

µ=µ=⋅PV

Q1

VP

QVtG d (2)

dove:td= tempo di ritenzione, sQ= portata, m3/s

Alcuni valori tipici di G e del tempo di residenza idraulico per alcune operazioni di miscelazionesono riportate nella tabella 5.6.

Miscelatore ad elica

Reagenti damiscelare


Miscelatore a turbine


Miscelatore statico in linea



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tabella 5.6 valori caratteristici del gradiente di velocità G e del tempo di residenza idraulico

Range dei valori

processo tempo diritenzione valore di G, s -1

mixing

operazioni tipiche di miscelazionerapida nel trattamento acque reflue 5-20 s 250-1.500miscelazione rapida in processi difiltrazione per contatto

< 1-5 s 1.500-7.500

flocculazioneprocessi di flocculazione tipiciutilizzati nel trattamento delle acque

10-30 min 20-80

flocculazione nei processi difiltrazione diretta

2-10 min 20-100

flocculazione nei processi difiltrazione diretta* 2-5 min 30-150

* flocculazione che avviene con un letto a filtro granulare medio

Potenza richiesta per la m iscelazione

Agitatori a turbina ed elicaSono utilizzate per miscelazioni efficaci, violente. Rushton ha sviluppato le segunti relazioni validein regime laminare e turbolento

Regime laminare: 32Dnk P µ= (3)

regime turbolento: 53Dnk P ρ= (4)

dove:P= potenza richiesta, (W)K= costante (si veda tabella 5.7)µ=viscosità dinamica, (Ns/m2)ρ=densità del fluido (kg/m3)D= diametro della girante, (m)n= numero di giri nel tempo, giri/s

l’equazione 3 si può applicare per numeri di Reynolds minori di 10, mentre la 4 si applica pernumeri di reynolds maggiori di 100000. il numero di Reynolds è dato dalla seguente espressione:

µρ= nD N

2

R (5)

in cui NR indica il numero di Reynolds, mentre le altre grandezze assumono lo stesso significatodelle relazioni precedenti.

I miscelatori (mixers) sono scelti sulla base di test da impianti pilota a da dati simili forniti daicostruttori.



46

Mixer dotati di piccole giranti che operano ad elevate velocità sono consigliati per dispersione digas o piccoli quantitativi di chemicals nelle acque. Mixers con giranti che ruotano lentamente sonomigliori per flussi liquidi o flocculazioni.

tabella 5.7: valori di K per alcun sistemi di mixing

Dispositivo regime laminare regime turbolento

Turbina a 6 pale 71.0 6.30Turbina a 6 pale curvate 70.0 4.80Ventilatore 6 pale 70.0 1.65

Agitatori a paleSono caratterizzati dalla rotazione lenta delle pale e sono utilizzati per la flocculazione, dopo che icoagulanti sono stati mescolati. Il tempo di agitazione per la produzione di buoni fiocchi è di circa10-30 minuti. La velocità di rotazione di 0.6-0.9 n°giri/s è ottimale per raggiungere una turbolenzache non rompa i fiocchi.La potenza impegnata è legata alla forza di trascinamento delle pale secondo la relazione:

2ACFP3 pD

pD ρν= ν= (6)

2AC

F2 pD

Dρν

= (7)

dove:FD= forza di trascinamento delle pale , NCD= coefficiente di trascinamentoA= sezione delle pale, m2ρ= densità del fluido, kg/m3

ν p = velocità relativa delle pale rispetto al fluido , m/s in genere 0.6-0.75 la velocità delle paleP= potenza richiesta

Miscelatori staticiSono comunemente usati i linea per la miscelazione di chemicals , ma anche prima o dopo sistemi per flocculazione.La potenza consumata da questi miscelatori può essere calcolata dalla seguente equazione:

QhP γ =

dove:P= potenza dissipata, kWγ = peso specifico dell’acqua , kN/m3 Q= portata , m3/sh= perdite di carico attraverso il miscelatore, m



47

Miscelatori pneumaticiL’uso è generale, per la miscelazione, per la flocculazione e per i canali aerati e la miscelazione siottiene introducendo bolle di aria dal fondo della vasca. La potenza dissipata dalle bollicine diariache salgono in superficie può essere stimata con l’equazione:

a

caa

p

plnV pP = (8)

dove:P= potenza dissipata, kW pa= pressione atmosferica, kN/m2

Va= portata di aria a pressione atmosferica, m3/sPc= pressione dell’aria al punto di rilascio, kN/m2

L’equazione menzionata deriva dalla considerazione del lavoro fatto quando il volume dell’ariarilasciata in condizioni di compressione, si espanda in maniera isoterma. Se il flusso d’aria a pressione atmosferica è espresso in m3/min e la pressione in termini di metri di colonnad’acqua,l’equazione può essere riscritta secondo l’espressione:

+=

33.1033.10hlnKQP a (9)

dove:K= costante pari a 1.689Qa= portata d’aria a pressione atmosferica, m3/minh= pressione dell’aria al punto di rilascio espressa i metri di acqua, m

il gradiente di velocità G può essere calcolato in questo tipo di agitazione inserendo l’equazione 9nella 1.



48

FLOCCULAZIONE-COAGULAZIONE

Lo stadio di flocculazione nel processo di trattamento delle acque è l’aggregazione o lacrescita della sospensione colloidale destabilizzata. La flocculazione segue ed in taluni casi coincide

con la destabilizzazione o coagulazione. Quest’ultima è essenzialmente controllata dalla chimica del processo, mentre la flocculazione è la fase di trasporto risultante dalla collisione fra le particelle conformazione di fiocchi “pesanti”.

COLLOIDII solidi sospesi presenti in acque reflue sono indicati per range in figura 5.32. In particolare

per colloidi si intendono particelle di dimensioni 10-3 µm < d < 1 µm , caratterizzate da elevateinsaturazioni superficiali di carica, tali da evitarne in tempi medio-brevi la rimozione pergravitazione.

fiura 5.32 Classificazione e range dimensionale della particelle trovate nelle acque reflue

Natura delle particelle in acque reflueCi sono due tipi generali di dispersione in particelle solide colloidali nei liquidi. Quando

l’acqua è il solvente, queste sono chiamatiIDROFOBI e IDROFILI. Le particelle idrofobe hannoun’attrazione per l’acqua relativamente piccola; le particelle idrofili hanno una grande attrazione perl’acqua.

Carica superficialeUn importante fattore nella stabilità dei colloidi è la presenza della carica superficiale che

può svilupparsi in modi differenti, dipendenti dalla composizione chimica del mezzo( acqua refluanel nostro caso) e del colloide; solo provvedendo alla neutralizzazione di tale carica è possibile passare da sistemi stabilizzati a destabilizzati, quindi aggregabili in fiocchi di dimensioni e pesospecifico superiore e sedimentabili.

La carica superficiale si sviluppa molto comunemente attraverso l’assorbimento superficiale,ionizzazione, o sostituzione isomorfa. Per esempio, le gocce, bolle di gas, o altre sostanze chimicheinerti disperse nell’acqua acquisteranno una forza negativa attraverso l’adsorbimento preferenzialedi anioni (particolarmente ioni idrossidi). In caso di sostanze come proteine o micro organismi lacarica superficiale è acquisita attraverso la ionizzazione di gruppi carbossilici o anionici.

Quando i colloidi diventano carichi , qualche ione dei carica opposta (noti comecontroioni ) vienelegato alla superficie: questi ioni rimangono attaccati grazie alle forze elettrostatiche e di Van Der

disciolti colloidali Sospesi o nonfiltrabili

Dimensioni particelle inµm

Rimuovibili per coagulazione Sedimentabili

10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 100



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Waals, abbastanza forti da contrastare l’agitazione termica. Nell’intorno di questo strato di ionifissati esiste uno strato di ioni diffusi che non riesce a formare un doppio strato compatto a causadell’agitazione termica. Quanto appena esposto viene chiaramente illustrato in figura 5.33

Come evidenziato, il doppio strato consiste di uno strato compatto (Stern) in cui il potenziale passada ψ 0 a ψ s e di uno strato diffuso in cui il potenziale passa daψ s a 0 nella bulk-solution

Se una particella, come in figura 5.33, è posta in una soluzione elettrolitica e una corrente elettricaviene passata attraverso la soluzione, la particella, dipendentemente dalla carica superficiale saràattratta da uno degli elettrodi trascinando con se una nuvola di ioni.

Il potenziale alla superficie della nuvola a volte viene misurato nelle operazioni di trattamento delleacque reflue, il valore è chiamato Potenziale Zeta . Il modello più diffuso di rappresentazione diquest’ultima per un colloide è data dalla figura 5.33. Dalla teoria del doppio strato elettrico è possibile individuare:

q uno strato fisso aderente alla superficie delle particelle in cui alloggiano “controioni”

richiamati dal “bulk solution”;q uno strato diffuso in cui, pur esistendo una distribuzione statistica di ioni, è evidenziabileuna distribuzione preponderante in funzione della insaturazione residua.

Diversi sono i potenziali per la rappresentazione della insaturazione:La misura di tale insaturazione può essere fatta con tre tipi di potenziali:

q di Stern al limite dello strato fisso;q Z o Zp pot elettrocinetico al limite dello strato diffuso;q Nerst al bulk solution.

Sonorealmente misurabili i potenziali di Nerst e Zp.



50

figura 5.33 modello di Stern per il doppio strato elettrico

COAGULAZIONE

Per causare l’aggregazione delle particelle occorre ridurre le cariche delle particelle osuperare l’effetto di queste cariche (abbassare il potenziale Zp). L’effetto della presenza di cariche può essere sorpassato in questi modi:

1) aggiunta di ioni determinanti il potenziale, i quali saranno assorbiti e reagiranno con lasuperficie colloidale, o con l’aggiunta di elettroliti che hanno l’effetto di ridurre lo spessoredello strato elettrico diffuso e perciò il potenziale Z;

2) aggiunta di molecole (polimeriche) organiche a lunga catena, funzionalizzate ionicamentechiamate polieelettroliti, che causano la rimozione delle particelle attraverso l’adsorbimentoed il concatenamento;

3) aggiunta di sostanze chimiche che formano ioni di metallo idrolizzato.Si definisce punto di elettroneutralità quello in cui il Zp è± 5 mV, ovvero il punto in cui i colloidi

coagulano in quanto le forze elettrostatiche di repulsione sono inferiori a quelle di Van Der Waalsdi adesione.I polielettroliti possono essere divisi in due categorie,naturali che includono polimeri ad

origine biologica e quelli derivati da prodotti quali amido ed estratti di cellulosa. I polielettrolitisintetici consistono in semplici monomeri che sono polimerizzati in funzione della funzionalità,questi sono classificati come anionici (-), cationici (+), nonionici (0).

Ψ 0

ΨS

ζ

Strato di Stern Strato diffuso

Potenziale Zeta

Potenzialedi Stern

Potenzialedi Nerst

Distanza

P o

t e n z

i a l e



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FLOCCULAZIONE

Nella flocculazione sono identificabili due meccanismi:a) PERICINETICA - aggregazione da moto termico significativo per sistemi da 1 a 2µm; b) ORTOCINETICA - prodotta da gradienti di velocità nel fluido ed agente sui microfiocchi

ottenuti dalla fase a).

L’ortocinetica è fondamentale nel trattamento dei reflui, pertanto la conoscenza di tale fasecostituisce la base per il dimensionamento dei flocculatori.

Flocculazione a flusso orizzontale – Meccanica

All’inizio del secolo von SMOLUCHOWSKI studiò la flocculazione ortocinetica e lacaratterizzò con un’equazione:

(24) dNdt

= G6

n1n2 d1 +d2( )3

in cui: dN/dt = rapporto di collisione fra la particella 1 e la particella 2 G = gradiente della velocità uniformen1 e n2 = densità della particella 1 e della particella 2d1 e d2 = diametro della particella 1 e della particella 2

KAMP e STEIN presentarono un’equazione per la stima del gradiente della velocità intermini di potenza in entrata nel sistema:

(25) G = PµV

1 2

in cui: P = potenza richiestaV = volume del fluidoµ = densità dinamica del fluido.Kemp analizzò diversi bacini di flocculazione e trovò un risultato soddisfacente nei bacini

che avevano parametro non dimensionale, GT, con valori del range 2·104 e 2·105 e valori di G da20÷74 s-1 .

Per i flocculatori meccanici del tipo a pala la potenza dissipata P nel liquido può esseredeterminata dall’equazione:

(26) P = 12⋅CD⋅A ⋅ρ ⋅v3

in cui: CD = coefficiente di drag = 1,8 per pale larghev = velocità della pala relativa al liquido ˜ 0,75x velocità della palaρ = densità del liquidoA = area della pala

L’equazione (24) non può essere integrata analiticamente pur considerando G costante, peròse integrata numericamente, tenendo conto di un meccanismo di formazione di fiocchi peraggregazione e uno di rottura nell’ambito della flocculazione si arriva a:



52

(27) n10

n1m =

1+k AG Tm1

m

1 +k BG2 Tm

1+k AG Tm1i =0

i=m−1

∑i m

in cui: T = tempo di resistenza;n1

0 = concentrazione delle particelle dell’influente;n1

m = concentrazione delle particelle dell’effluente;k A = costante di aggregazione;k B = costante di disgregazione.

Ora possiamo trarre due importanti conclusioni da quest’ultima equazione dovuta adARGAMAN e KAUFMAN:

a) c’è un tempo minimo nel quale non c’è flocculazione, qualunque sia il valore di G; b) ridurre in più compartimenti il bacino significa ridurre anche i tempi di ritenzione necessaria

allo stesso grado di trattamento (a tal fine si consigliano almeno tre compartimenti).

Le variazioni significative del parametri k A e k B sono illustrati nella Figura 5.33, mentrenella Figura 5.34 è illustrato il campo di applicazione della flocculazione.

figura 5.33 - Curve di prestazione dei flocculatori

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0

0 1000 2000 3000 4000

2.02.0

3.03.0

4.0

4.0

Ka=5.14 x 10-5 sec

Kb=1.08 x 10-7 sec

Valori di n01 / nm1

m=1m=4

Tempo, sec

G , s

e c

- 1



53

figura 5.34 - Affidabilità della flocculazione

Studi condotti circa l’aggregazione e la disgregazione delle particelle flocculate hannodimostrato la validità di quest’ultimo concetto. Più recentemente ANDREW-VILLAGES eLETTERMAN hanno indicato i valori ottimali per il tempo di flocculazione T ed il gradiente divelocità G; ritenzioni ottimali sono indicate in:

(28) G*

( )2,8⋅T=k

in cui: G = gradiente della velocità ottimale;T = tempo di flocculazionek = 4,9x 105, 1,9 x 105, e 0,7 x 105 per concentrazione di alluminio di 10 mg/l, 25 mg/l e

50 mg/l, rispettivamente.Questi risultati empirici sono stati combinati in un’equazione singola ed approssimata:

(29) G*( )2,8⋅T = 44⋅105

C

dove C è la concentrazione di alluminio nel range da 0 a 50 mg/l.

Il valore ottimale di G è stato definito come un gradiente di velocità che diminuisce latorbidità residua della flocculazione e sedimentazione. Il range ottimale di G è 20÷50 s-1. Nelle Figura 5.34è riportato un esempio di flocculatore.

tempo

G r a

d i e

n t e d i v

e l o

c i t à G

Flocculazioneinadeguata

Flocculazioneottimale

Rottura dei fiocchi

Erosione dei fiocchi



54

figura 5.34: esempio di flocculatori

ingresso

Concentratore fango

Strato di fango

Uscita fango



55

Flocculazione a zone o chiarificatori a strato di fango

La zona di flocculazione di un chiarificatore a strato di fango funziona come un lettofluidizzato simile al flocculatore a flusso orizzontale e con un sistema fluido funzionante in mototurbolento.

La diversità con i sistemi a flusso longitudinale sta nell’alta concentrazione in solidi. In fasedi progettazione sono stati comunemente usati i dati dall’equazione: (24) dN

dt= G

6n1n2 d1 +d2( )3

Comunque Bond, Tesarik, Ives, Brown e LaMotta hanno cercato parametri di progettorelativi alla proprietà del letto fluidizzato. In pratica esistono diverse soluzioni per il chiarificatore astrato di fango: alcune includono la flocculazione meccanica in una camera centrale, altre realizzanola mescolazione in reattori esterni. Pertanto dall’equazione (24) si è arrivati a: (29) nT

n0=e −ηGφT( )/π

in cui: nT e n0 =concentrazione delle particelle nell’effluente e nell’affluente;η = fattore dell’efficienza di collisione;T = tempo di flocculazione.Lo sviluppo orizzontale fu fatto per i flocculatori di flusso orizzontale sebbene molti

ricercatori indicano l’utilità del progetto per i chiarificatori dello strato di fango e suggerisconol’uso del parametro GφT = 100. Una diversa ottica seguita per il dimensionamento dei flocculatori èconsiderare l’effetto dello “strato di fango”. Ciò è più consono al bacino dove occorre regolare la

velocità di risalita del fluido con la velocità di sedimentazione dello “strato” al fine di evitarefuoriuscite. Bond ha elaborato un’espressione per la velocità di sedimentazione di una sospensionein funzione delle particelle p:

(30) Vs =V p 1− f ⋅φ2 3( ) con: Vs = velocità di sedimentazione della sospensione;

Vp = velocità di sedimentazione individuale;f = fattore di forma uguale a 2,78 per fiocchi di Fe o Al.Φ= frazione di volume dle fioccoI valori tipici Vp sono in Tabella 5.7.Le condizioni adottate per la formazione dello strato di fango sono una velocità di risalita V

= 0,5·Vp.Un aspetto importante della relazione di Bond è che la frazione di volume del fioccoΦ

dipende dalla velocità di risalita per:V = Vs e Vs/Vp = 0,5 ed f = 2,78 essa ci daφ = 0,076 cioè tra i valori di progetto normalmenteindicati in 0,06-0,10.



tabella 5.7 - Velocità di sedimentazione per alcuni flocculanti

Tipo di flocculante Range della velocità disedimentazionevp a 15°C(m 3/m 2h)

Flocculante debole, rimozione del colore con alumme 2,2- 4,4Flocculante medio, rimozione alghe con allume 3,7- 5,5Flocculante forte, rimozione torbidità con allume 4,4- 6,4Floculante forte, addolcimento con calce - soda 4,4- 6,4Flocculante cristallino,granulato di calcio carbonato 7,3- 12,1

tabella 5.8: carico idraulico superficiale consigliato sospensione Carico idraulico superficiale

m 3 /m 2 hrange picco

Alluminio 1,25 - 2,5 2,5Ferro 1,25 - 2,5 2,5Calce 1,5 - 3 3

Acqua reflua 1,25 - 2,5 2,5

Partendo dalla considerazione di Richardson e Zaki si ha:

(31) VV p

= εn = 1− φ( )n

Tesarik trovò n = 4 per i fiocchi di alluminio e silice. Brown e LaMotta trovarono n = 5,68 per i fiocchi di ferro ed n = 6,40 per alluminio con polielettroliti.

Brown e LaMotta indicarono che il tempo di ritenzione nei solidi era uguale a (32) ts = sV

s bQ

dove: V = volume dello strato di fango;Q = fuoriuscita di fango;s = concentrazione solidi influente;s b = concentrazione solidi strato.

Capitolo 5 A

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