Sistemi per il contenimento dei consumi energetici e della ... · consumi energetici. Esempi di...

Riccardo GoriDipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale

Università di Firenze

Sistemi per il contenimento dei consumi energetici e della carbon footprint negli impianti di trattamento delle acque reflue

Conferenza finale progetto LIFE BIOCLOC LIFE12 ENV/IT/000120Prato, 23 Febbraio 2017

Gli impianti di depurazione delle acque reflue consumano energia e sonoresponsabili di emissioni dirette ed indirette di gas serra (GHGs).

Gas serra prodotti ed emessi direttamente ed indirettamente (a causa dellaproduzione di energia) dagli impianti di trattamento delle acque reflue:

- CO2

- Protossido di azoto (N2O) con GWP di 300

- Metano (CH4) con GWP di 25

Le emissioni di GHGs ed il consumo di energia degli impianti di depurazione, chiaramente legati tra loro, dipendono da molte variabili, fra le quali giocano un ruolo di primo piano:

- età del fango (SRT);

- tipologia del processo di stabilizzazione dei fanghi;

- efficienza del sistema di trasferimento dell’ossigeno;

- temperatura nel reattore biologico.

Introduzione

CFP e eFP analisi

Trattamentipreliminari e

primari

Denitrificazione*Ossidazione/

nitrificazione*Sedimentazione

secondaria

Disidratazione

DAero

DAna

Sito di smaltimento

Fango secondarioFanghi

Fango primario

Recuperoenergia/

calore

Biogas

CO2,eq

emissioni dirette

emissioni indirette

CFP e eFP analisi

Ottimizzazione consumi energetici

Ottimizzazione dei costi operativi

Ottimizzazione delle emissioni di gas serra

In generale la condizione di ottimo nei 3 casi non coincide

Esempi di ripartizione dei consumi energetici

Rateo di trasferimento dell’ossigeno (kgO2/h)

dVCCakOTRV

SL )(

Forza

motric

e

Coefficiente

di

trasferimento

L’efficientamento energetico del sistema di aerazione è la principale azione che può essere intrapresa per ottimizzare

l’impianto da un punto di vista del consumo energetico

Trasferimento dell’ossigeno

Efficienza di trasferimento dell’ossigeno

I risultati sono devono essere riferiti a condizioni standard:

SOTE [%]


Translating standard conditions toprocess conditions

It usually requires the use of several site-specificempirical parameters, such as:

cleanwaterL

erprocesswatL

ak

ak

)(

)(

SOTE

SOTE

Where αSOTE is the oxygen transfer efficiency in process water at standard conditions except for the effect of contaminants on the mass transfer coefficient.

For fine-bubble systems designer use often α=0.6


15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00 500.00

CCOD (mg/l)

Air

Flo

w R

ate

(1000 m

3/h

)

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

Alp

ha

Relazione tra alfa e carico organico


PULITOSPORCO

Photo courtesy of SYB Leu


Bilancio di massa dell’ossigeno in fase gassosa

Ossigeno trasferito in fase liquida = Ossigeno rimosso dalla fase gassosa

Il metodo off-gas è una tecnica per il monitoraggio dell’efficienza di trasferimento dell’ossigeno in condizioni di processo di sistemi di aerazione ad aria diffusa(Redmon et al., 1983).

1. Cappa

2.Connessione

5. Analizzatore

3. Sonda ossigeno4. Ossimetro

Il metodo off-gas

5. Analizzatore off-gas

1. Sistema di raccolta off-gas 2. Tubo di collegamento

3. Sonda LDO 4. OssimetroS

T

R

U

M

E

N

T

A

Z

I

O

N

E

Il metodo off-gas

1. La misura viene effettuata su una serie di punti individuati in base allageometria della vasca e del sistema di aerazione

2. In ogni posizione si misura, alternativamente il contenuto di ossiogeno in aria (Reference) e nell’off-gas

3. Oltre alla misura del contenuto di ossigeno nell’off-gas si rilevano altriparametri (ad esempio la portata di off-gas e la concentrazione di ossigenodisciolto) necessari alle successive elaborazioni

Il metodo off-gas

La strumentazione sviluppata è stata collaudata mediante numerose prove su 8 impianti in gestione ai partner del progetto con differenti caratteristiche in termini di:

• Potenzialità dell’impianto;

• Tipologia di aeratori;

• Caratteristiche del refluo;

• Condizioni operative;

• Strumentazione e controllo

• Gestione della portata d’aria

Il progetto AERE

1

7

IMPIANTO TIPOLOGIAPOTENZIALITA’

Nominale[a.e.]

PORTATA TRATTATA[m3/d]

TIPOLOGIA AERATORIPROFONDITA’

[m]

Densità[m2 diff/m2

vasca]

AFANGHI ATTIVI CLASSICO

Denitro-nitro400.000 160.000

Dischi microforatia membrana

6 8.5-14.6

BFANGHI ATTIVI MBR

Denitro-nitro3.900 30

Pannelli amembrana

5.45 14.4

CFANGHI ATTIVI CLASSICO

Denitro-nitroDigestione aerobica

24.000 6.000Aeratore sommerso

pressurizzato4 /

DFANGHI ATTIVI

CICLI TEMPORIZZATInitro-denitro

3.500 900Pannelli a

membrana3.65 10.6

EFANGHI ATTIVI CLASSICO



5.25 10.8

FFANGHI ATTIVI CLASSICO

Denitro-nitro40.000 8.000 Diffusori a candela 4.75 15.1

GFANGHI ATTIVI


30.000 6.000Dischi microforati

a membrana4 8.0

HFANGHI ATTIVI CLASSICO



4.5 9.8

IMPIANTI TESTATI:

Il progetto AERE

IMPIANTO TIPOLOGIA Gestione della portata d’aria*Tensioattivi*

[mg/l]SST*[g/l]

AFANGHI ATTIVI CLASSICO

Denitro-nitroIn funzione del valore di NH4 in uscita e del

DO in vasca/ 3.5

BFANGHI ATTIVI MBR

Denitro-nitro

Cicli fissi ON/OFF con regolazione automatica in funzione del DO in fase

aerobica/ 6.8

CFANGHI ATTIVI CLASSICO

Denitro-nitroDigestione aerobica

Nessuna regolazione / 15.6

DFANGHI ATTIVI


Temporizzato ON/OFF(cicli alternati)

2.4 3.5

EFANGHI ATTIVI CLASSICO

Denitro-nitroTemporizzato ON/OFF 2.7 4.3

FFANGHI ATTIVI CLASSICO

Denitro-nitroRegolazione manuale in funzione del DO 5.0 2.6

GFANGHI ATTIVI


Cicli fissi ON/OFF con regolazione automatica in funzione del DO in fase

aerobica2.6 6.0

HFANGHI ATTIVI CLASSICO

Denitro-nitroNessuna regolazione 6.15 7.8

IMPIANTI TESTATI:

* Valori riferiti ai giorni delle prove

Il progetto AERE

Claudio Lubello – University of Florence

[email protected]

Riccardo Gori – University of Florence

[email protected]

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