Progetto di un impianto di depurazione

DIMENSIONAMENTO DEL CANALE ADDUTTORE

L'ingresso del liquame all'impianto avviene tramite un canale collettore rettangolare con pareti in calcestruzzo di larghezza pari a: B = 1,0 m = 100 cm e con una pendenza di: i = 0,0025 m/m

Supposto che nel canale si instaurino le condizioni di moto uniforme, utilizzando una delle formule di resistenza, è possibile ricavare il tirante idrico nel canale al variare della portata dal valore minimo che essa assume all'attualità (Qmn) al valore max al futuro (5 Qmn); la formula utilizzata è quella di Gauckler-Strickler:

2 3 = σ · Q · k · R

dove:

k = 70

σ = B · h = 1 · h

R = B · h / (B+2h)

i = 0,0025 m/m

Dimensionando in base alla portata massima di pioggia futura (Q'p=1,45 m/s) si ricava:

h = 1,20 m

v = Q'p / (B · h) = 1,21 m/s

Per la portata media nera attuale (Qmn = 0,29 m/s) le condizioni di funzionamento sono:

h = 0,37 m

v = Qmn / (B · h) = 0,78 m/s

Le velocità

realizzate sono accettabili.

GRIGLIATURA GROSSOLANA

La prima fase del trattamento preliminare, sulla portata in arrivo, prevede una grigliatura grossolana, a pulizia meccanica semiautomatica. Si impiega una griglia grossa con barre di spessore b = 1 cm distanziate tra loro in modo che la luce di passaggio tra due barre consecutive sia s = 5 cm.

Per l'effetto delle barre della griglia si ha una diminuzione della sezione del canale in corrispondenza della griglia stessa che potrebbe compromettere il buon funzionamento della fase di grigliatura, è quindi opportuno operare uno slargo della sezione, in modo tale da pareggiarne l'effetto. Proporzionamento: 3

Si impone che la lunghezza del canale, considerando gli interspazi della griglia risulti equivalente alla lunghezza fissata in fase di proporzionamento del canale (essendo n il numero di barre della griglia):

(n+1) * s = 1 m

n = (1 - 0,05) / 0,05 = 19 barre

Calcolato il numero di barre, dobbiamo dimensionare la larghezza

equivalente del canale in prossimità della griglia: B = (n+1) * 0,05 + n * 0,01 = 1,19 mVeff = Qm,n / B * hmin = 0,29 / 1,19 * 0,37 = 0,66 m/sVeff(max) = Qp / B * hmax = 1,45 / 1,19 * 1,2 = 1,02 m/s

GRIGLIATURA FINEA valle della grigliatura grossolana si procede per prima cosa al sollevamento-partizione, a talscopo vengono utilizzate pompe centrifughe che oltre a sollevare il liquame lo ripartiscono, intempo di pioggia, nelle due linee di trattamento previste "linea liquame" e "linea pioggia" (in cui viene operato il trattamento della portata eccedente il valore di 2,5 Qmn).

I canali delle due linee così previste presentano caratteristiche geometriche analoghe a quelle del canale adduttore di partenza. Per entrambe le linee si prevede quindi una fase di grigliatura fine. Proporzionamento: Le barre hanno uno spessore b=1 cm e sono distanziate tra loro di s=1,5 cm (luce netta di passaggio). Procedendo come nella grigliatura grossolana: (n+1) * s = 1n = (1

– 0,015) / 0,015 = 66 barre B = (n+1) * 0,015 + n * 0,01 = 67 * 0,015 + 66 * 0,01 = 1,67 m Veff = 0,47 m/s Veff(max) = 0,72 m/s DISSABBIAMENTO Quando si trattano liquami di fognatura mista è necessario provvedere ad una fase di dissabbiamento al fine di eliminare la sabbia e gli altri materiali inorganici di diametro d > 0,2 mm presenti in sospensione nelle acque di rifiuto (quali ad esempio pezzetti di vetro e di metallo, sassolini ed in genere tutti i materiali pesanti ed abrasivi) che possono generare problemi di intasamento ed abrasione nelle tubazioni e nei macchinari dell'impianto. Il dissabbiamento costituisce sempre una fase delicata del trattamento dei liquami, il cui obiettivo è quello di procedere ad una separazione differenziata dei solidi, allo scopo di trattenere solo i materiali inorganici. Per i liquami di tipo domestico, si possono ottenere buone efficienze determinando la rimozione di quelle sostanze che presentano velocità di sedimentazione.

superiore a 2 mm/s, ed imponendo una velocità di attraversamento del canale costante e pari a: v = 0,30 m/s.

Proporzionamento:

Per mantenere la velocità costante nella vasca di dissabbiamento si deve per prima cosa operare una sconnessione tra la stessa e la successiva vasca di sedimentazione interponendo tra queste un venturimetro per canali: si impone allora l'uguaglianza dei tiranti idrici nel canale in cui è posizionato il venturimetro e nel canale del dissabbiatore stesso.

Allo scopo si determina la scala di efflusso del venturimetro che ha sezione rettangolare di larghezza Bv = 0,7 m. Nella ipotesi che non ci siano perdite nel tronco convergente e che il tronco di controllo sia tale da poter realizzare le condizioni di stato critico la scala di deflusso si ricava risolvendo per tentativi l'equazione di conservazione dell'energia:

2 23 Q Q' = Hc h Hu

2 2 σ2 g Bv 2 g

Al variare di Q (da Qmn a Q') si determinano i diversi valori

del tirante idrico; punta successivamente imponendo per ciascuna portata la velocità di 0,30 m/s, si calcola la superficie che deve avere la sezione idrica. A questo punto risulterebbe dalla risoluzione della precedente equazione che la sezione è parabolica, ma nella pratica si sconsiglia la realizzazione di una siffatta sezione, si procede allora progettando una sezione trapezoidale che dia per valore massimo e minimo della portata lo stesso valore di velocità che si avrebbe con la prima sezione σ σ e cioè che abbia per h e h rispettivamente aree pari a e .max min max min Per la determinazione delle dimensioni del trapezio, dopo aver determinato le aree e le altezze minime e massime, si potrà risolvere il seguente sistema di equazioni nelle incognite a (base minore) e i = tagα (pendenza della scarpa) σ = (a i·h )·h+max max max σ = (a i·h )·h+min min min 5 Effettuando, per semplicità, solo tre passi di calcolo si

1. 3Q = Qmn = 0,29 m/s
2. Hc = 0,39 m¹
3. 1σ² = 0,97 m¹h = 0,39 m¹
4. 3Q = 0,4 m/s
5. Hc = 0,48 m²
6. 2σ² = 1,33 m²h = 0,48 m²
7. 3Q = Q' = 0,73 m/s
8. Hc = 0,72 m³ punta 3σ² = 2,40 m³h = 0,72 m³
9. Avremo quindi h = 0,39 m e h = 0,72 m in corrispondenza di σ = 0,97 m e σ = 2,40 m, risolvendo il sistema dopo aver inserito questi valori, otterremo:
10. a = 1,5 m e i = 2,67 (α = 69° angolo rispetto alla verticale)
11. La lunghezza del dissabbiatore si pone pari al rapporto tra la velocità di traslazione e la velocità limite di sedimentazione pari a 15 volte la sua altezza (h = h = 0,72 m):
12. 3L = 15·h = 15·0,72 = 11 m

SEDIMENTAZIONE PRIMARIA

Prevediamo l'utilizzo di vasche a flusso longitudinale per il dimensionamento delle quali ci riferiamo ai seguenti parametri:

• tempo di detenzione Td = 2 h³
• carico idraulico superficiale Csi = 0,8 m/m h³

con riferimento alla Qmn : Qmn = 0,29 m/s = 1044 m/h = 25056 m/g²

superficie totale S =

1. Qmn/Csi = 1305 m•13
2. volume totale W = Qmn·Td =2088 m•14
3. Prevediamo 4 vasche: 2superficie totale S’ = 1305 / 4 = 327 m•15
4. Utilizzando vesche rettangolari anenti rapporto di L = 3 * l, ho:•16
5. lunghezza l’ della vasca = 10 m
6. Utilizziamo 4 vasche rettangolari 10 x 30.•17
7. tirante idrico h = 2 m
8. volume totale W’ = 4 * 327 * 2 = 2616 m•18
9. Per una singola vasca si ha : S = 327 m
10. h = 2 m
11. 3V = 654 m
12. In condizioni di pioggia devo verificare se ho un Cis = 2,5 m /m h e un tempo di 50’.3
13. Qp = 0,73 m /s = 2628 m /h•19
14. Cis = 2628 / 1305 = 2,47 m /m h•20
15. Td = V / Qp = 2088 / 2628 = 50’
16. Produzione fanghi di supero
17. Si prevede un apporto procapite giornaliero di solidi sospesi totali (SST) pari a : 80 gr/ab·g, unapporto giornaliero di BOD5 = 60 gr/ab·d , per cui all'impianto avremo:•1
18. (CDOD5)in = (60 * 105700) / (1000 * 24 ) = 264 KgBOD5/d•2
19. (CBOD5)out = 2/3 * (CBOD%)in = 176

KgBOD5/d•3 ConcBOD5in = (CBOD5)in / Qm,n = 264 / 1044 = 0,25 KgBOD5/mc=253 mg/l•4 ConcBOD5out = 0,17 KgBOD5/mc = 170 ng/lPer la legge 152/99 (tab3) devo portare la ConcBOD5out a 40 mg/l.•1 (CSST)in = (80 * 1057000) / (1000 * 24) = 352 KgSST/h•2 (CSST)out = (1/3 * (CSST)in) / 0,90 = 130 KgSST/h•3 (CSST)fango I = (CSST)in – (CSST)out = 325 – 130 = 222 KgSST/hConsiderando un’umidità del fango primario in uscita del 98 % si hanno le seguenti portate allalinea fanghi (Qf): [ 2 % (portata acqua + fanghi) = fanghi ]•1 Qf = (CSST)fango I * 100 / 2 = 11100 KgFI/h = 11,1 mc/h = 266 mc/dCapacità tramoggeTenendo conto che ho 4 vasche e del fatto che si prevedono estrazioni di fango ogni 12 ore (2al giorno) si ha che ogni vasca dovrà essere dotata diun volume di accumulo di fondo (tramoggia) pari a :W = Qf / (n. vasche n. estrazioni al giorno) = 266 / (4 * 2 ) = 33 mc·•2 7Realizzando per ogni vasca 2 tramogge di forma

tronco-piramidale a base quadrata di lato 3,5m, di altezza pari a 3,00 m e base minore quadrata di lato 1,75 m; si ottiene allora: volume tramoggia Wt = 19,225 m³

si ottiene così un volume totale per la raccolta dei fanghi e per ogni vasca di 38,5 m³

OSSIDAZIONE

Realizzata in una vasca a fanghi attivi a medio carico: Fc = 0,3 KgBOD / KgSST

Il fattore di carico (Fc= P / P ) è il carico di sostanza organica biodegradabile (espresso BOD5 SST in Kg BOD ) che viene applicata al giorno alla massa di Solidi Sospesi Totali ( espressi in Kg) presente nella vasca di aerazione ( i solidi sospesi sono utilizzati in via semplificativa al posto della massa di microrganismi presente nella vasca di areazione, poiché quest'ultima è di difficile valutazione).

Fissiamo una concentrazione di solidi sospesi in vasca pari a X = 3 Kg S.S./m

Avremo:

(KgBOD5/d)scar. = 40 * 25056000 / 10000000 = 1002 KgBOD5/d

Vox = (CBOD5)abb. In ox / (Fc * X) = (176 * 24)...

– 1002) / (0.3 * 3) = 3580mc•6 Fissando h = 3m•7 Avasche = 3580 / 3 = 1193 mqFacciamo 4 vasche:•1 A’ = Avasche / 4 = 298 mq•2 L = 17m Portata di ricircolo del fango:Ipotizzeremo che l'impianto, per le sue caratteristiche costruttive, i tempi di sedimentazionesecondaria e le caratteristiche intrinseche del fango, ci permetta di avere una concentrazione nel3ricircolo pari a: Cr = 8 Kg SST/mSi può scrivere i