Esame di stato ingegneria civile e ambientale: temi svolti quarta prova ingegneria sanitaria

ESAME DI STATO PER L'ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE

Sezione A - Laurea Magistrale - Settore civile e ambientale Prova pratica (IV PROVA)

ESERCITAZIONE DI INGEGNERIA SANITARIA - sistemi MBBR

È richiesto il dimensionamento un impianto di trattamento delle acque reflue. L'impianto è a servizio di un centro urbano di 20 000 abitanti. I reflui sono prevalentemente di origine domestica, con ridotti quantitativi provenienti da attività artigianale ed industriale. I dati di input per il dimensionamento dell'impianto sono riportati nella tabella sottostante.

Su specifica richiesta del committente, è richiesta l'adozione di un impianto di depurazione innovativo, del tipo MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor o reattore a biomassa adesa a letto mobile) che permetta la rimozione sia della sostanza organica che la nitrificazione dell'ammoniaca (non è richiesta l'ulteriore trasformazione di nitrati in azoto molecolare).

Come portata di pioggia si assuma 10 volte la portata media nera e per tutte le informazioni non esplicitamente fornite si adottino le scelte ritenute più opportune, dandone breve motivazione.

Alla luce di quanto esposto, il candidato progetti la linea liquami (comprensiva dei pretrattamenti) e la linea pioggia.

PREMESSA

Il presente elaborato riporta lo svolgimento di un esercizio di progettazione di un impianto di depurazione per acque reflue civili innovativo, del tipo MBBR (REATTORE A BIOMASSA ADESA A LETTO MOBILE). L’impianto in progetto è a servizio di un centro urbano con circa 20000 abitanti che non risente di fluttuazioni stagionali. Ciò che si richiede è il dimensionamento di tutte le fasi della linea liquami ossia: canale di adduzione, pretrattamenti (grigliatura grossolana, grigliatura fine e dissabbiatore) e fasi di trattamento vere e proprie (sedimentazione primaria, processo biologico di ossidazione con tecnologia MBBR, sedimentazione secondaria, filtrazione e disinfezione), più la linea pioggia.

Per una miglior comprensione dello svolgimento dell’esercizio, si premette che: in giallo sono evidenziati i dati di input dell’esercizio (es. numero di abitanti, dotazione idrica, temp. del liquame, apporto di BOD, SST, etc.); sono evidenziati ugualmente in giallo quei valori che vanno assegnati più o meno arbitrariamente (es. limiti di velocità del liquame nel canale aduttore, assegnazione del valore di primo tentativo per un’iterazione, numero di vasche da adottare, modello di dissabbiatore, velocità di filtrazione nell’omonima fase, etc... In verde sono evidenziati i risultati più importanti ottenuti (es. dimensione delle vasche di ossidazione biologica, di sedimentazione e delle altre fasi). In grigio, infine, quei valori di riferimento generalmente tabellati (es. costanti che compaiono nelle formule; parametri tipici di dimensionamento, etc.).

Nell’elaborato sono riportati anche tutti quegli abachi/grafici utili in fase di dimensionamento (es. abaco per la scelta del dissabbiatore aerato e per il dimensionamento del sistema di aerazione per le fasi biologiche; indicazione dei valori più comuni dei parametri di dimensionamento generalmente impiegati, etc.).

L'Autore declina ogni responsabilità per le eventuali inesattezze ed errori riportati nel presente elaborato, nonché per gli eventuali danni che dall’utilizzo dello stesso possono derivare.

SCELTA del DISSABBIATORE

Portata (Cp*Qm,n) 333.33 [m³/h] *

Modello: 2 - 1.4

* dimensione con riferimento alla Qmax

Fig. 2.6-1. Diagramma per la rapida determinazione del tipo di dissabbiatore aerato

Lunghezza dissabbiatore L 12 [m]

Io leggo dal grafico entrndo con Q e modello

Tabelle con dimensioni dei vari modelli:

• modello
• F m²
• B m
• H tab m

• 12-3.6
• 12
• 3.60
• 4.60

• 10-3.2
• 10
• 3.20
• 4.20

• 8-2.8
• 8
• 2.80
• 3.60

• 6-2.4
• 6
• 2.40
• 3.30

• 4-2.0
• 4
• 2.00
• 2.65

• 2-1.4
• 2
• 1.40
• 1.90

modello prescelto

• Superficie F 2 [m²]

dalle tabelle, entrando col modello scelto

• Volume bacino 24 [m³]

V = L*F

Assumendo una portata d'aria di ugello di:

• con una sommergenza (pari all'altezza della vasca calcolata prima) di:

cui corrisponde una resa (in condizioni standard) del

Possiamo calcolare la capacità di ossigenazione in condizioni standard, appunto, di un ugello come prodotto tra:

• portata d'aria per ugello (normal metri cubi d'aria erogati all'ora)
• ossigeno contenuto in un metro cubo d'aria in condizioni std
• rendimento nel trasferimento d'ossigeno del diffusore

capacità ossigenazione in condizioni operative standard

Grafico che esprime il rendimento dell'ugello in termini di trasferimento di ossigeno nel liquame in funzione della portata e dell'altezza della vasca (profondità di sommergenza) in condizioni standard.

In condizioni operative (CO) vale la formula:

O.C.* = O.C._std · (α · 1.024^{(T - 20)} ∙ β ∙  O_2sat(T) - O₂   )

                    O_2sat (20°C)

con:

• α  0.8
• β  1
• O₂ sat 20°  9.2  mg/l
• O₂ sat 0°  14  mg/l
• O₂ sat(T)  9.2  mg/l
• O₂  4.5  mg/l

ottenuto con l'interpolazione tra O₂ a 0 e 20° per la mia T concentrazione di ossigeno in vasca ossidazione (senza nitrificazione, basterebbe 2 mg/l)

capacità ossigenazione in condizioni operative reali

Questo valore è riferito al singolo ugello; poiché a me servivano in tutto:      71.10    kg O₂/h con una semplice divisione ricavo il numero di ugelli necessari.

n     54.37

numero ugelli teorico

56

numero di ugelli adottati (meglio in numero uguale per ciascuna vasca)

PROGETTO di un IMPIANTO di DEPURAZIONE

Impianto a fanghi attivi a ciclo semplificato (senza sedimentazione primaria), con digestione aerobica, per lo smaltimento delle sole acque nere (no acque di pioggia).

Dati

• Numero di abitanti _N [ab]: 10000
• Dotazione idrica _d [l/ab*d]: 250
• [m³/ab*d]: 0.250
• Coeff. di afflusso in fognatura _φ: 1
• Coefficiente di punta nera [m³/s]: 2.2
• Portata max in tempo di pioggia _Qp,max [m³/s]: 2.2 Q_m,n
• Temperatura estiva del liquame [°C]: 20
• Apporto di BOD₅ [g/(ab*d)]: 70
• Apporto di SST [g/(ab*d)]: 90
• Apporto di N-NH₄ [g/(ab*d)]: 15

* come coefficiente moltiplicativo delle portata media nera in tempo di pioggia, metto un valore uguale al coeff. di punta nera (perché non ho acque di pioggia; se le avessi avute, questo coeff. sarebbe stato, ad esempio, 10).

Calcolo delle portate

• Q_m,n 2500 [m³/d]
• Q_p,n 5500 [m³/d]
• Q_p,max 5500 [m³/d]

• 104.17 [m³/h]
• 229.17 [m³/h]
• 229.17 [m³/h]

• 0.029 [m³/s]
• 0.064 [m³/s]
• 0.064 [m³/s]

N*d*φ:24

:3600

Calcolo delle concentrazioni degli inquinanti all'interno del liquame

(Il rapporto C_in/C_out mi dà un'idea di quanto il liquame in ingresso è "lontano" dai limiti normativi)

• C_in [g/m³]
• BOD₅ 280.00
• SST 360.00
• N-NH₄ 60.00

LIMITI NORMATIVA

• C_in/C_out
• 25 11.20
• 35 10.29
• 10 6.00

C_in = Apporto/(φ*d)

Oss. La traccia ci diceva espressamente di progettare l'impianto secondo lo schema semplificato; qualore fosse mancata tale indicazione, si poteva far riferimento alle seguenti indicazioni generali:

CICLO CLASSICO (Num. Abitanti > 30 000 - 40 000)

• linea liquami: sed.I + processo biologico + sed.II
• linea fanghi: ispessimento + digestione ANAEROBICA + disidratazione

CICLO SEMPLIFICATO (Num. Abitanti = 10 000 - 30 000)

• linea liquami: processo biologico + sed.II (senza sed.I)
• linea fanghi: ispessimento + digestione AEROBICA + disidratazione

f_C = 0.3 d^-1

CICLO AD AERAZIONE PROLUNGATA (Num. Abitanti = 1 000 - 2 000)

• linea liquami: processo biologico + sed.II
• linea fanghi: ispessimento + disidratazione

(non c'è digestione del fango perché, con quel f_C, arriva già stabile)

f_C < 0.1 d^-1