Progetto Impianto di trattamento a fanghi attivi

V L H

Tr = = Ts =

Q Vl Vs

Per garantire un corretto funzionamento si suddivide longitudinalmente la vasca in 4 canali.

Si riportano in tabella i risultati del dimensionamento:

GEOMETRIA TOTALE CANALE CANALI

Q [m /s] 3,7

3

H [m] 1,5 Portata in

ingresso attivi Qc [m /s]

3

Vl [m/s] 0,25

B [m] 10 2,5 2•Q24 4 0,925

Tr [s] 182

L [m] 45 Q18 3 0,823

CIS [m/s] 0,008

A [m ] 15 3,75

2 Q24 2 0,925

Vs [m/s] 0,01

S [m ] 450 112,5

2 Qmin - -

Ts [s] 150

V [m ] 675 168,75

3

I canali sono provvisti di opere elettromeccaniche che movimentano una lama raschiatrice che

alternativamente rimuove la sabbia dal fondo accumulandola verso una tramoggia e gli oli in

superficie convogliandoli verso una cabaletta di raccolta. (Figura 1 pag. 10) 8

- Sedimentatore Primario

In questa fase viene rimossa la sostanza organica in forma particellare, in grado di sedimentare in

tempi ragionevoli. Il criterio di dimensionamento si basa sempre sul carico idraulico superficiale,

con la differenza che la velocità di caduta della sostanza organica è molto inferiore a quella della

sabbia; quindi si avranno tempi di sedimentazione, volumi e superfici maggiori.

Noto il tempo di ritenzione e il CIS si ricavano le dimensioni del sedimentatore: V

Q V = Tr ∙ Q H =

S = S

CIS

L’impianto ha un sedimentatore primario in ogni linea, entrambi sempre in funzione con metà della

portata in arrivo. Il dimensionamento viene effettuato con la portata di calcolo di tempo secco,

pari a metà della Q18 per ogni sedimentatore, e successivamente si verifica il rispetto dei vincoli

anche in tempo di pioggia:

Portata CIS [m/h] Tr [h]

Tempo secco Q18 ≤ 1,8 ≥ 2

Tempo di pioggia 2•Q24 ≤ 4 ≥ 0,6

Si utilizza un sedimentatore circolare, nel quale il liquame entra dal torrino centrale e viene

deflesso verso il fondo conico dove si separa e deposita la sostanza organica; mentre l’acqua

risale in superficie e sfiora dal profilo perimetrale verso la fase successiva. Il fango raccolto e

addensato al fondo viene convogliato verso il punto centrale di allontanamento da una

raschiatrice fissata a un ponte mobile con trazione periferica. (Figura 2 pag. 10)

GEOMETRIA VASCA

Ri [m] 2

Si riportano i risultati del dimensionamento Re [m] 30

relativi al singolo sedimentatore e utilizzando

la portata di linea, oltre alle verifiche sui vincoli S [m ] 2815

2

sopra descritti: H [m] 3,3

V [m ] 9289

3

Portata [m /s] CIS [m/h] Tr [h]

3

(Q18)/2 1,23 1,58 2,09

(2•Q24)/2 1,85 2,37 1,39 9

Figura 1

Portata CIS [m/h] Tr [h]

(Q18)/2 1,23

(2•Q24)/2 1,85 Figura 2 10

Comparto Biologico

Noti i rendimenti del trattamento primario è possibile calcolare carichi e concentrazioni in ingresso

alla fase di trattamento di tipo biologico:

Rendimento Primario CARICHI CONCENTRAZIONI

PARAMETRI % [Kg/giorno] mg/litro

BOD 30 33.600 210

COD 30 89.600 560

SST 60 28.800 180

Azoto 10 9.360 58,5

Fosforo 10 1.584 9,9

Si riportano i trattamenti presenti al comparto biologico secondo lo schema d’impianto scelto:

ossidazione con nitrificazione combinata, pre-denitrificazione a carbonio interno e sedimentazione

finale dei fanghi, indicando i relativi ricircoli e i flussi del liquame: 11

- Volume di Ossidazione

Si tratta di una vasca a completa miscelazione nella quale viene fornito con continuità ossigeno

dall’esterno in modo da ottenere le condizioni aerobiche necessarie allo sviluppo dei batteri

presenti nel liquame; così che questi crescano nutrendosi della sostanza organica disciolta per

poi aggregarsi nei fiocchi sedimentabili che costituiranno il fango secondario.

Il dimensionamento della vasca consiste nel determinarne il volume e viene effettuato tramite un

metodo semplificato che considera la disponibilità di substrato; si definisce carico del fango il

carico di sostanza organica disponibile all’unità di biomassa batterica:

kgBOD

Q ∙ S

0 5

Cf = kgSS ∙ giorno

X ∙ V

Dove il termine Q•S rappresenta il carico giornaliero totale di BOD in ingresso alla vasca, V il suo

0 5

volume e X la concentrazione di biomassa batterica (da 3 a 5 KgSS/m ). Nel caso in esame il

3

carico risulta essere di 33.600 KgBOD /giorno e la concentrazione viene scelta di 3 ksSS/m ,

3

5

mentre il carico del fango dipende dal tipo di impianto che si vuole realizzare:

Tipo di impianto Carico del fango [KgBOD /(KgSS•g)]

5

Areazione prolungata 0,1 - 0,2

Basso carico 0,2 - 0,3

Medio carico 0,3 - 0,5

Alto carico 0,5 - 0,8

Viene scelto un valore di Cf=0,2 corrispondente a un tipo di impianto con areazione prolungata.

In questo modo si ottiene un miglior rendimento di rimozione del BOD e, aumentando i tempi di

residenza, si consente il fenomeno della nitrificazione e si incrementa anche la componente di

carbonio eliminata dalla respirazione batterica; ottenendo quindi una produzione minore di fango

di supero. Si riportano i dati utilizzati e il risultato del dimensionamento:

Q [m /h] 6.667 Portata media Q24

3

S [mg/litro] 210 Concentrazione media BOD

0 5

Q•S [KgBOD /giorno] 33.600 Carico giornaliero BOD

0 5 5

X [KgSS/m ] 3 Concentrazione biomassa

3

Cf [KgBOD /(g•KgSS)] 0,2 Carico del fango

5

V [m ] 56.000 Volume di Ossidazione

3 12

- Volume di Nitrificazione

Per la riduzione dell’azoto entro i limiti (Tabella 2) il primo passo consiste nella nitrificazione,

ovvero la trasformazione dell’azoto ammoniacale (NH ) in azoto nitrico (NO ). Questa reazione

4 3

avviene per opera di batteri aerobici e verrà quindi realizzata un’unica vasca in cui avviene la

nitrificazione combinata all’ossidazione; in questo modo si riducono i costi d’impianto e si ottiene

la sedimentabilità della biomassa prodotta. Si definisce velocità di nitrificazione v la quantità di

N

carico da nitrificare disponibile alla quantità unitaria di biomassa nitrificante:

kgTKN

Q ∙ TKN

v =

N X ∙ V kgSS ∙ giorno

N N

Dalla relazione sopra, determinate le altre grandezze, è possibile determinare il volume di

nitrificazione V della vasca:

N

Per determinare il carico di azoto da nitrificare si farà riferimento alla concentrazione

• complessiva di TKN (organico e ammoniacale), supponendo che la componente organica si sia

nel tempo completamente trasformata in azoto ammoniacale. Dal carico in ingresso è possibile

sottrarre quello scaricabile, considerando una concentrazione massima di azoto ammoniacale in

uscita di 1 mg/l, ed una componente di azoto organico eliminato tramite i fanghi; quantificabile

con il 5% del BOD rimosso.

Q ∙ TKN = Q ∙ [TKN0 − TKNe − 0,05(S0 − Se)]

Per determinare la velocità di nitrificazione si considera la massima a 20° riducendola tramite

• dei coefficienti che tengono conto dei fattori limitanti come la concentrazione del substrato, la

concentrazione di ossigeno disciolto e la temperatura reale di funzionamento; mentre si

considerata trascurabile per i reflui urbani l’influenza del pH. Si sceglie una concentrazione di

TKN pari alla massima in uscita di 1mg/l e una concentrazione di ossigeno di 2mg/l; mentre θ e

le costanti di semisaturazione K e K sono note.

TKN OD

TKN OD (T−20)

v = v ∙ ∙ ∙ θ

N Nmax20 K + TKN K + OD

TKN OD

Nota la concentrazione complessiva di biomassa in vasca di 3 KgSS/m e il rapporto tra i

3

• coefficienti di resa cellulare Y/Yn=3,7 si ricava la frazione relativa alla sola biomassa nitrificante

Xn (f=4-6%), dipendente dal rapporto tra il carico di BOD e il carico di azoto da rimuovere.

1

X = f ∙ X f =

N (S0 − Se)

Y

1+ ∙

Y (TKN0 − TKNe)

n

Si riportano i dati utilizzati e il risultato del dimensionamento: 13

VOLUME DI NITRIFICAZIONE V [m ] 91441

3

N

V X Q•TKN

N N

0,36 0,23 7720

[kgTKN/(kgSS•g)] [KgSS/m ] [KgTKN/g]

3

V Q•TKN0

Nmax20° 1,92 X [KgSS/m ] 3 9360

3

[KgTKN/(KgSS•g)] [KgTKN/g]

Q•TKNe

T [C°] 15 f 7,7% 160

[KgTKN/g]

5%•Q•(S0-Se)

θ 1,12 Y/Yn 3,7 1480

[KgTKN/g]

Q•(S0-Se)

O.D. [mg/l] 2 29600 TKNe [mg/l] 1

[KgBOD/g]

Q•(TKN0-TKNe)

K e K [mg/l] 1 9200 TKN0 [mg/l] 58,5

TKN OD [KgTKN/g]

- Vasca di Ossi-Nitrificazione

Si sceglie di realizzare un’unica vasca di ossi-

nitrificazione suddivisa in 8 sottolinee e con il nuovo

volume viene ricalcolato il carico del fango e il

rendimento di rimozione del BOD.

B [m] 2•Q24 [m /h]

70 13333

3

L [m] Tr [h]

280 7,35

A [m ] X [KgSS/m ]

19600 3

2 3

H [m] Cf [KgBOD5/(KgSS•g)]

5 0,11

V [m ] Rendimento II

98000 94%

3

Infine si ricava il fabbisogno di ossigeno

complessivo alla vasca di ossi-nitrificazione;

dovuto all’abbattimento del BOD, alla

respirazione della biomassa e alla nitrificazione:

ΔO = a ∙ ΔBOD + b ∙ X ∙ V + c ∙ ΔTK N

2

- a=0,5 coeff. di respirazione attiva

- b=0,1 (g ) coeff. di respirazione endogena

-1

- c=4,6 KgO /KgTKN•h coeff. consumo O nitro

2 2 14

- Vasca di Denitrificazione

Per completare la rimozione dell’azoto occorre denitrificare, ovvero liberare dal sistema i nitrati

(NO ) riducendoli in forma gassosa (NO ). Questo avviene in modo biologico ad opera di batteri

3 2

anaerobici eterotrofi e sotto tre condizioni: presenza di carbonio organico, presenza di nitrati e

condizioni anossiche. Secondo uno schema di pre-denitro a carbonio interno queste condizioni si

ottengono ricircolando la miscela aerata contenente i nitrati in una vasca di denitrificazione posta

a monte, sfruttando così le caratteristiche del liquame in arrivo.

Come visto per la nitrificazione si definisce la velocità di denitrificazione e dopo aver determinato

le altre grandezze è possibile ricavare il volume di denitro V da assegnare alla vasca:

DN kg(N − NO )

Q ∙ (N − NO )

3 3

v =

DN kgSS ∙ giorno

X ∙ V

DN

In questo caso tutta la biomassa, con concentrazione in vasca di 3 ksSS/m ,contribuisce al

3

• processo di denitrificazione.

Per determinare la velocità di denitrificazione si è tenuto conto solo dell’influenza della

• temperatura, considerando gli altri effetti trascurabili. (T−20)

v = v ∙ θ

DN DNmax20

Per il carico di azoto da denitrificare si considera il nitrificato calcolato precedentemente (TKN)

• ridotto dal carico che è possibile scaricare, considerando una concentrazione massima in uscita

di N-NO pari a 6mg/l.

3 Q ∙ (N − NO ) = Q ∙ [TKN − (N − NO