Esercizi del corso di impianti di ingegneria sanitaria

CALCOLARE LA CONCENTRAZIONE TOTALE DI AZOTO, CONOSCENDO LA

CONCENTRAZIONE DELLE MOLECOLE NH3 E NO3- (IN mg/L).

Dati i pesi molecolari di N, H, O, si calcola il peso molecolare delle molecole intere, espresso

in g/mole.

Poi si calcola N dovuto all’ammoniaca e al nitrito, impostando le proporzioni:

C(NH3) : X = PM(NH3) : PM(N) da cui X = C(NH3) * PM(N) / PM(NH3)

C(NO3-) : X = PM(NO3-) : PM(N) da cui X = C(NO3-) * PM (N) / PM(NO3-)

La concentrazione totale C(N)tot è data dalla somma delle due X trovate (mg/L).

CALCOLARE LA PORTATA NERA MEDIA (m^3/d) E LA CONCENTRAZIONE DI BOD5

(mg/L) CONOSCENDO LA DOTAZIONE IDRICA (L/ab*d), LA POPOLAZIONE (ab) E

IL COEFFICIENTE (0.8).

ϕ Q = D.I. * P * ϕ

Per prima cosa si calcola la portata nera media, data da: (L/d).

Si trasforma tutto in m^3/d dividendo il risultato ottenuto per 1000.

Per calcolare la concentrazione di BOD5 si ipotizza che la produzione pro-capite (pcc) sia di

60 g/ab*d. X(BOD5) = ppc * P

Si calcolano i kg di BOD5 prodotti giornalmente come: (g/d).

Si trasforma tutto in kg/d dividendo il risultato ottenuto per 1000.

C(BOD5) = X(BOD5)/Q

Infine si calcola la concentrazione di BOD5 come: (kg/m^3).

Si trasforma tutto in mg/L moltiplicando il risultato ottenuto per 1000.

CALCOLARE IL NUMERO DI ABITANTI EQUIVALENTI ASSOCIATI A UN’ATTIVITA’

INDUSTRIALE CON SCARICO NOTO (ton(BOD5)/d) PER AVERNE LA

POTENZIALITA’.

Il numero di AE si calcola mettendo a rapporto lo scarico (X) e la produzione pro-capite,

ipotizzandola sempre pari a pcc=60 g/ab*d.

: n. AE = X(BOD5) / ppc

Risulta (ton(BOD5)*AB/g(BOD5)).

Si trasforma tutto in kg, moltiplicando X per 1000 e dividendo ppc per 1000. Il risultato è

espresso in ab.

CALCOLARE LA CONCENTRAZIONE DI COD TOTALE E LA PORTATA TOTALE NEL

PUNTO DI CONFLUENZA TRA IL REFLUO CIVILE E QUELLO INDUSTRIALE.

Del refluo civile conosciamo P, D.I. e mentre di quello industriale X(COD) e la portata.

ϕ, Q = D.I. * P * ϕ

 Calcoliamo la portata nera media nel refluo civile: (L/d).

Si trasforma tutto in m^3/d dividendo il risultato ottenuto per 1000.

Per calcolare il carico del COD si ipotizza una pcc = 110 g/ab*d.

X(COD) = pcc * P

Il carico è dato da (g/d)

Si trasforma tutto in kg/d dividendo il risultato ottenuto per 1000.

C(COD) = X(COD)/ Q

La concentrazione di COD è data da: . (kg/m^3)

Si trasforma tutto in mg/L moltiplicando il risultato ottenuto per 1000.

 Calcoliamo la concentrazione di COD nel refluo industriale.

C(COD) = X(COD) / Q (stesso discorso per le unità di misura).

 Calcoliamo la concentrazione a valle nel punto di miscelazione.

Qtot = Qciv+ Qind (m^3/d)

C(COD)tot = [(C(COD)civ * Qciv) + (C(COD)ind * Qind)] / Qtot (mg/L)

DIMENSIONAMENTO GRIGLIATURA GROSSOLANA

Dati: potenza dell’impianto (AE), dotazione idrica (L/ab*d), ppc BOD5 (60 g/ab*d).

 Per prima cosa si calcola la portata media oraria, Q24.

Q24 = Qd * (1/24) = D.I. * P * (1/1000) * (1/24) (m^3/h)

ϕ*

(abbiamo trasformato i litri in metri cubi e i giorni in ore)

Qc = K2 * Q24 (m^3/h)

 Si calcola la portata di calcolo Qc.

K2c = 2,47 – 0,204 * ln(P/1000)

Dove K2 si calcola come:

Se K2c <= 1,2 K2 = 1,2



Se K2c > 2 K2 = 2



Se 1,2 <= K2c <= 2 K2 = K2c



 Si calcola la portata minima Qmin, equivalente al 30% della Q24.

Qmin = 0,3 * Q24 (m^3/h) (m^3/h)

 Si calcola la portata massima Qmax, equivalente al massimo tra:

Qmax = max (750 (L/ab*d) * P; 2*Qd) (m^3/d)

Ora bisogna calcolare la larghezza della griglia, il numero di sbarre, l’altezza massima del

liquame in prossimità della griglia.

 Primo caso: Qmin in tempo di asciutto.

Ltot1 = Qmin * (b+s) / Vamax * hmin * b * Ci (m)

Dove: Ci = 0,9; b: spaziatura tra le lame, valore compreso tra 0,05 e 0,1 m; s: spessore

delle lame (0,01 m);

Va: velocità a valle della grigliatura, compresa tra 0,3 e 0,5 m/s.

hmin = Qmin / l *vmin (m)

Dove: l = 1 m; vmin = 0,5 m/s (sono valori arbitrari)

 Secondo caso: Qmax in tempo di pioggia

Ltot2 = Qmax * (b+s) / Vamax * hmin * b * Ci (m)

Dove: Vamax <= 1,2 m/s

hmax = Qmax / l * vmax (m)

Dove: l = 1 m, vmax = 1,3 m/s

La larghezza della griglia è data dal valore massimo tra Ltot1 e Ltot2.

 n = (Ltot – b) / (b + s)

Ora calcoliamo il numero di sbarre. Ltoteff = (n + 1) *b + n * s (m)

La larghezza totale effettiva è data da: Lutile = Ltoteff – n * s (m)

La larghezza utile è data da:

 Ora calcoliamo l’altezza massima del liquame.

Lmax = Qmax / (Vamax * Lutile * Ci) (m)

Grigliatura media: 2 < b < 5 cm

Grigliatura fine: 1 < b < 2 cm

Grigliatura finissima: 0,4 < b < 1 cm

DIMENSIONAMENTO DISSABBIATORE-DISOLEATORE

Bisogna trovare il volume, la superficie e l’altezza del diss./disol.

 Criterio del tempo di percorrenza: tp varia da 3 a 5 minuti (di solito si sceglie 4).

Vd = tp * Qmax (m^3)

Il volume del dissabbiatore è dato da:

 Criterio del carico idraulico superficiale: Ci = 50 m/h

Sd = Qmax / Ci (m^2)

La superficie del dissabbiatore è data da:

ld = 5 bd bd = / 5)

√(Sd

Dato che troviamo e poi ld.

 Sdeff = ld * bd (> Sd) (m^2)

 Calcoliamo la superficie effettiva: Hd = Vd / Sdeff (m)

 Calcoliamo l’altezza del dissabbiatore:

 Calcoliamo la fornitura d’aria: scegliamo un valore (19?) di Qariaspec tra 11 e 28

Qariaforn = Qariaspec * ld (Nm^3/h)

Normalm^3/hm.

DIMENSIONAMENTO SEDIMENTATORE 1 V = tp * Qc (m^3)

Calcoliamo il volume del sedimentatore (tp varia da 1,5 a 2 h):

S = V / H (m^2)

Si ipotizza H (3 m?) e si calcola la superficie:

 Verifica in tempo asciutto del valore di Ci: Ci deve essere compreso tra 1 e 2 m/h.

Ci = Qc / S (m/h) se non è verificato si cambiano H.



 Verifica in tempo di pioggia di tp e Ci: tp > 0,5 h, Ci < 4,5 m/h.

tp = V / (Qmax/24) (h) Ci = (Qmax/24) / S (m/h)

 Calcoliamo la percentuale di BOD5 rimosso: f (η, BODsed).

BODsed = 31,8 % di BODtot η = 90%

BODrim= η * BODsed (%)

BODingr = BODppc * P = 60 * P * (1/1000) (kg/d)

BODrim da sed = BODrim * (1/100) * BODingr (kg/d)

 Calcoliamo la produzione di fango

Xi = Xppc * P (kg/d) (Xppc = 60 g/ab*d)

Xe = Xi * η (kg/d)

DIMENSIONAMENTO VASCA OSSIDAZIONE AD ALTO CARICO

Vox = Qd * Si / X * Cf (m^3)

Calcoliamo il volume della vasca:

Dove: Cf = 0,3 kgBOD/kgSS*d; X compreso tra 3 e 5 kgSST/m^3,

Qd * Si = BODingr = BODppc * P/1000 * (1 - %BODrim)

Dove 1 – %BODrim = 1 – 30% = 70%.

 Calcoliamo la fornitura di ossigeno:

ΔO2 = K*α*%BODabb + β*X*Vox (kgO2/d)

Dove: K*α*%BODabb: quantitativo per la riduzione di biomassa

β*X*V: quantitativo per il mantenimento della biomassa

K: coefficiente di punta (1,5); α = 0,5 kg02/kgBODabb; β = 0,1 kgO2/kgSST*d,

X: concentrazione di biomassa nella vasca ox (4?) kgSST/m^3

BODabb = Xbod kgBODabb/d

BODabb = BODox * η (kgBODabb/d)

Qr = Q24 * (X / Xr – X) (m^3/h)

 Calcoliamo la portata di ricircolo:

Dove, nel rapporto di ricircolo, X = 4 e Xr è compreso tra 8 e 10.

 Calcoliamo la portata del fango di supero:

Qs = 0,6 kgSSt/kgBOD se Cf = 0,1 kgBOD/kgSST*d

Qs = 0,9 kgSSt/kgBOD se Cf = 0,3 kgBOD/kgSST*d

W = Qs * BODabb / Xr (m^3/h)

θ = X * Vox / W * Xr

 Calcoliamo l’età del fango:

DIMENSIONAMENTO VASCA OX-NIT A BASSO CARICO

Cf = 0,1 kgBOD/kgSST*d Vox = BOD5 / X * Cf (m^3)

Calcoliamo il volume della vasca:

η = 95 % = 0,95

Calcoliamo la fornitura di O2:

ΔO2 = K*α*%BODabb + β*X*Vox + K*γ*Nnitr (kgO2/d)

γ = 4,57 kgO2/kgNnitr

Nnitr = Ningr – Nass – Nout

Ningr = 12 * P/1000 (kg/d) Nass = 5%BODabb (kg/d) Nusc = 2 * Qd/1000 (kg/d)

Per il calcolo della fornitura di ossigeno il procedimento è analogo al precedente.

DIMENSIONAMENTO VASCA DENITRIFICAZIONE

 Calcoliamo la velocità di denitrificazione:

vdenit (T) = vdenit (20° C) * 1,10^(T – 20)

Dalla letteratura si prende vdenit = 2,9 kgN-NO3/kgSSV*h

vdenit (20°) = 2,9 * 24 * 1/1000 = 0,07 kgN-NO3/kgSSV*d

Ndenit = Ning – Nabb – Nout

 Calcoliamo il carico di N da denitrificare:

Ning = 12 * P (kg/d) Nabb = 5%BODabb * η (kg/d)

Nout = (limite(N – NO3) + limite(N – NH4)) * Qd = (8 + 2) * Qd * 1/1000 (kg/d)

X = 4 kgSST/m^3

 Vdenit = Ndenit / (vdenit * X * 0,7) (m^3)

Calcoliamo il volume:

 Qr = Qr1 + Qr2 = n * Qd

Calcoliamo la portata di ricircolo:

Qr1 = Q24 * (X / Xr – X) (m^3/h) n = Ndenit / Qd * limite(N – NO3)

Qr = n * Qd (m^3/h) Qr2 = Qr – Qr1 (m^3/h)

 Calcoliamo la portata di fango di supero:

Qs = 0,6 kgSSt/kgBOD se Cf = 0,1 kgBOD/kgSST*d

Qs = 0,9 kgSSt/kgBOD se Cf = 0,3 kgBOD/kgSST*d

BODabb = BODingr * η (kgBOD/d)

W = Qs * BODabb / Xr (m^3/h)

 θ = X * V / W * Xr (d)

Calcoliamo l’età del fango:

DIMENSIONAMENTO SEDIMENTATORE 2

 Criterio del flusso solido: calcoliamo la superficie.

S = X * (Qc + Q24) / Fs (m^2)

Fs: compreso tra 5 e 6 kgSST/m^2*h X = 4 kgSST/m^3

 Criterio del carico idraulico superficiale: S = Qc / Ci (m^2)

Ci è compreso tra 0,6 e 0,8.

Prendo il risultato di S maggiore e verifico il carico idraulico: Ci = Qc / S (m/h)

 Calcoliamo il volume del sed.: criterio del tempo di permanenza.

Ipotizziamo Tp = 3(?) h V = Qc * Tp (m^3)

 Calcoliamo l’altezza del sed. (superiore a 2m): H = V / S (m)

 Verifica in tempo asciutto: la portata di sfioro per unità di lunghezza deve essere

vps < 3 l/ms. vps = Qc / π * D (D:perimetro)

D = * S)/π (m)

√(4

 Verifica in tempo di pioggia: Ci compreso tra 1,2 e 1,5 m/h, Tp >= 0,5 h.

Ci = Qmax / S Tp = V / Qmax

DISINFEZIONE

Cloro (< 10 mg/L) dosato attraverso un miscelatore e usati bacini di contatto con setti.

GEOMETRIA

Tempo di permanenza compreso tra 30 e 60 minuti su Q24.

V = Q24 * Tp (m^3)

 Calcoliamo il volume:

Ipotizziamo H compresa tra 2 e 3,5 m e calcoliamo la superficie: S = V / H (m^2).

DOSAGGIO

Ipotizziamo una concentrazione di Cl = 2 mg/L

 Calcoliamo il carico giornaliero di cloro dosato:

Xcl = Conc * Q24 * 24/1000 (kg/d)

La soluzione commerciale è all’8% di Cl quindi: Xcl : Xsol = 8 : 100

Xsol = Xcl * 100 / 8 (kg/d)

Quindi

VOLUME DEL SERBATOIO DI STOCCAGGIO

Ipotizziamo il peso specifico della soluzione = 1000 kg/m^3

Qsol = Xsol / 1000 (m^3/d)

 Calcoliamo il dosaggio:

Ipotizziamo un’autonomia di 20 giorni. V = Qsol * autonomia (m^3)

 Calcoliamo il volume del serbatoio: